Представление о Вселенной. Галактика Млечного пути (ГМП). Солнце как одна из звезд ГМП. Основные параметры Солнца

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФГУ ВПО «Бурятская Государственная Сельскохозяйственная академия имени В.Р. Филиппова»

Кафедра почвоведения и агрохимии

МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТА

ТЕМА 1. Представление о Вселенной

ЗЕМЛЯ В КОСМИЧЕСКОМ ПРОСТРАНСТВЕ.

ПРОИСХОЖДЕНИЕ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ. СТРОЕНИЕ

ЗЕМНОГО ШАРА И ПЛАНЕТ ЗЕМНОЙ ГРУППЫ

Представление о Вселенной. Галактика Млечного пути (ГМП). Солнце как одна из звезд ГМП. Основные параметры Солнца

Вселенная - в широком смысле, весь окружающий нас материальный мир во всех его многообразных формах и проявлениях, безграничный во времени и пространстве. Вселенная составляет предмет изучения всех естественных наук. В более узком смысле слова, под Вселенной понимается мир небесных тел с законами их движения и развития и их распределение во времени и пространстве (Геологический словарь, том 1. Изд-во «Недра», М., 1978).

Основными членами Вселенной являются звезды. Звезд, подобных Солн­цу, во Вселенной огромное количество. Все тела во Вселенной группируются в различные системы и связаны друг с другом силами взаимного тяготения. Тела каждой системы имеют общее движение в пространстве. Солнечная система представляет собой часть более крупной системы, называемой мест­ной звездной системой. Местная звездная система - это составная часть более крупной системы - Галактики.

Галактика Млечного пути состоит из миллиардов звезд, удаленных от нас на громадные расстояния. В Галактике насчитывается более 150 млрд. звезд.

Строение Галактики сложное, она распадается на подсистемы, разли­чающиеся формой и типом входящих в нее звезд. К подсистемам отнесены также всевозможные группы, скопления, светлые и темные туманности - ги­гантские облака разреженного вещества.

Таким образом. Галактика - это исполинская звездная система. Из конца в конец ее свет проходит за 80 тыс. лет (световой год - это расстояние, которое свет проходит за один год). Толщина Галактики - около 10 тыс. световых лет.

Основные параметры Солнца. Солнце - ближайшая к нам звезда, цен­тральное тело нашей Солнечной системы, одним из спутников которой явля­ется Земля. Линейный диаметр Солнца равен 1 391 980 км. Объем в 1301 раз больше объема Земли. Масса равна 1,98 • 10 " кг, плотность 1,41 г/см, хотя в центре она может достигать 160 г/см\ Температура наружных слоев состав­ляет около 6000°, а в близи центра - около 20 000 000°. Химический состав Солнца в основном определяется водородом и гелием. Солнечный газ нахо­дится в состоянии плазмы (высокотемпературной электропроводящей среды в магнитном поле). Излучает за счет термоядерных реакций, происходящих около его центра. Количество энергии, излучаемой Солнцем, составляет 5.4310⁷⁷ кал/мин. Земля же получает менее одной двухмиллиардной доли этого количества энергии.

Солнечная система и ее строение. В состав солнечной системы входят Солнце и девять вращающихся вокруг него планет, а также спутники, асте­роиды, кометы, метеориты, пыль и газ в рассеянном состоянии.

Диаметр солнечной системы составляет 12 млрд. км. В Солнечной систе­ме выделяют две группы планет: планеты земной группы и планеты-гиганты. К первой группе относятся Меркурий, Венера, Земля, Марс, Плутон, а ко второй - Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун. Как и Земля, все планеты вращают­ся вокруг своих осей и обращаются вокруг Солнца. Марс меньше массы Зем­ли в 9 раз, а Меркурий - в 20 раз. Уран и Нептун тяжелее в десятки раз, а, на­пример, Юпитер на 3 порядка.

Планеты земной группы

Меркурий - ближайшая к Солнцу и самая маленькая по своим размерам планета Солнечной системы. Масса Меркурия равна 0,3310²⁷г. Несмотря на небольшие размеры - диаметр 4880 км, радиус 2440 км. Меркурий имеет не­обычайно высокую среднюю плотность - 5,42 г/см, т.е. значительно выше плотности Луны, размеры которой ненамного меньше Меркурия. Меркурий имеет одну из самых вытянутых эллиптических орбит среди планет Солнеч­ной системы. Полный оборот вокруг Солнца он делает за 88 земных суток, а вокруг своей оси Меркурий вращается очень медленно - один полный оборот за 58,65 суток. Температура на поверхности дневной стороны планеты под­нимается до +437°С, на теневой она падает до -173°С. Среднее расстояние от Солнца - 53 млн. км. Живые организмы земного типа не могут существовать и развиваться в условиях таких температур. Нет здесь и воды. Это мертвая безжизненная планета, поверхность которой напоминает луноподобный пей­заж, плотно усеянный кратерами размерами от 50 до 200 км и более.

Венера по своим размерам и массе очень близка Земле. Масса Венеры 4,87-10" г, средний радиус - 6050 км, средняя плотность - 5,245 г/см. Период обращения вокруг Солнца = 225 суткам. Венера очень медленно вращается вокруг своей оси - один оборот за 243,16 суток, причем имеет обратное вра­щение (навстречу Земле). Это значит, что Солнце восходит на западе, а захо­дит на востоке. Продолжительность суток на Венере равна 117 земным сут­кам.

Венера имеет очень мощную атмосферу гигантской плотности. На по­верхности планеты давление атмосферы составляет 100 атм, что соответству­ет давлению на глубине моря 1000 м.

Находясь ближе к Солнцу, Венера получает в 2 раза больше тепла, чем Земля - 3,6 кал/см"-мин. Температура на поверхности планеты +480°С, боль­ше, чем на Меркурии. Такая высокая температура объясняется парниковым эффектом, создаваемым венерианской атмосферой. В свою очередь атмосфе­ра, поглощая и задерживая солнечный свет, также нагревается. Часть тепла, проходя толщу атмосферы, нагревает поверхность планеты. Атмосфера Ве­неры на 97% представлена углекислым газом, на долю кислорода приходится 0,01%, азота - 2%, водяных паров - 0,05%.

Парниковый эффект, создаваемый углекислотой, препятствует переизлу­чению тепла и охлаждению поверхности даже во время длинной венериан­ской ночи. Отсутствие значительных перепадов приземной температуры объ­ясняет необычайно низкие скорости ветра (1-3 м/сек) у поверхности планеты.

Облачный слой Венеры начинается с высоты 35 км и тянется до высоты 70 км. Нижний ярус облаков состоит из 80%-ной серной кислоты. На этих высотах дует постоянный ветер с востока на запад со скоростью 100-140 м/сек.

На планете нет магнитного поля, что свидетельствует о том, что ядро Ве­неры отличается от земного ядра. Примерно 15% поверхности Венеры зани­мают относительно древние породы. На них накладываются более молодые базальтовые равнины и еще более молодые, чем равнины, громадные дейст­вующие базальтовые вулканы.

Марс - четвертая по счету от Солнца красная планета, которая намного меньше Земли. Орбита Марса проходит значительно выше земной - почти на 60 млн. км. Масса Марса 0,64-10²⁷ г, радиус 3394 км, средняя плотность 3,94 г/см. Продолжительность марсианского года - 687 земных суток, период вращения вокруг оси такой же как у Земли, - 24 часа 34 минуты 22,6 секунды. Наклон оси к плоскости орбиты также близок к земному - 24°. Это обеспечи­вает смену сезонов года и существование «климатических» поясов - жаркого экваториального, двух умеренных и двух полярных тепловых поясов. Однако ввиду значительной удаленности от Солнца (Марс получает в 2,3 раза мень­ше солнечного тепла, чем Земля) контрасты тепловых поясов и сезонов года здесь иные. Полуденная температура на марсианском экваторе достигает +10°, а на полярных шапках падает до -120°С.

На Марсе очень разреженная атмосфера, давление которой на поверхно­сти составляет всего 0,01 атм. Она состоит на 95% из углекислого газа, азота - 2,5%, аргона - 2%, кислорода - 0,3% и водяных паров - 0,1 %.

Поверхность Марса представлена базальтовыми равнинами в северном полушарии и возвышенностями - в южном. На Марсе существуют очень крупные вулканы, например вулкан Олимп имеет высоту 21 км и диаметр 600 км. Это самый крупный вулкан на всех планетах Солнечной системы.

В южном полушарии Марса располагается грандиозный каньон Домены Маринер, представляющий собой глубокий до 10 км рифт (линейно-вытянутая щелевидная или ровообразная структура глубинного происхожде­ния - с англ. rift - расселина, ущелье), протянувшийся на 4000 км в широт­ном направлении. Таких структур на Земле нет.

Внешние планеты-гиганты

Юпитер - самая большая планета в Солнечной системе. По своему объе­му Юпитер превосходит Землю почти в 1300 раз, а по массе - в 318 раз. Вви­ду этого Юпитер обладает мощной силой притяжения и может удерживать вокруг себя легкие газы. Атмосфера Юпитера состоит из атомарного водоро­да и его соединений (метана, аммиака, гелия), присутствует также углекис­лый газ и водяной пар. На долю водорода приходится 74%, гелия - 26%. Юпитер обладает мощной атмосферой и сильным магнитным полем, во мно­го раз превышающим магнитное поле Земли. Юпитер имеет малую среднюю плотность - 1,33 г/см.

Его среднее расстояние от Солнца более 5 астрономических единиц (1 а.ед. = 150 млн. км, т.е. расстоянию от Земли до Солнца). Юпитер вместе со своими 16 спутниками обращается вокруг Солнца со средней скоростью око­ло 13 км/сек. И делает один оборот примерно за 12 земных лет. Период вра­щения Юпитера самый короткий из всех планет - 9 час 50 мин на экваторе.

Внешний вид планеты определяется полосчатой системой разновысотных и различно окрашенных облаков. На Юпитере существуют устойчивые вет­ры, дующие в одном направлении и достигающие скорости 150 м/сек.

Сатурн занимает второе место по размерам среди планет-гигантов, но его плотность очень небольшая - 0,69 г/см. Облачный покров Сатурна очень похож на покров Юпитера не только но составу, но и по своей структуре, об­разуя разновозрастные пояса. Атмосфера Сатурна состоит в основном из во­дорода и гелия и обладает мощностью в несколько тысяч километров.

Для Сатурна характерно наличие знаменитых колец, образующих целую систему, находящуюся в плоскости экватора планеты. Диаметр колец состав­ляет 270 тыс. км, а мощность всего 100 м. Множество колец представляют собой тончайшие образования, состоящие из кусочков льда воды, размером от нескольких сантиметров до нескольких метров. Каждое из колец имеет сложную структуру чередования темных и светлых полос, вложенных друг в друга. На основании изучения космических снимков была выдвинута гипоте­за, предполагающая, что в каждой светлой линии кольца находится один из мелких спутников Сатурна, с поверхности которого непрерывно испаряются частицы наподобие «дыма». Этот шлейф составляет темную часть колец. Та­ких мелких тел может быть более 1000. Кольца хорошо отражают радиосиг­налы, что позволяет предполагать наличие ферромагнитных частиц в «дыму» колец.

Уран превосходит Землю по своим размерам в 4 раза и по массе в 14,5 раз. Вращается Уран в сторону, противоположную той, в которую вращается большинство остальных планет. Ось вращения Урана расположена почти в плоскости орбиты - отклонена от вертикали на 98°. Планета как бы лежит на своей орбите. Уран обладает магнитным полем, напряженность которого не­много меньше поля Земли. Уран меньше Юпитера, но его плотность близка к плотности Юпитера. В атмосфере Урана преобладают водород и гелий, а также присутствуют частицы льда метана. Уран окружен системой тонких колец, между которыми расстояние гораздо больше, чем у Сатурна.

Нептун - самая маленькая из планет-гигантов, но обладает самой боль­шой среди них плотностью, что обусловлено существованием силикатного ядра, окруженного оболочками из жидкого водорода, льда воды и мощной водородно-гелиевой атмосферой с облачным покровом, состоящим также из льда воды, метана и гидросульфида аммония. У Нептуна существует система колец, имеющих в разных участках различную толщину.

Плутон характеризуется очень вытянутой эллипсовидной орбитой, кото­рая пересекает орбиту Нептуна при вращении Плутона вокруг Солнца. Раз­реженная атмосфера Плутона окружает ледяную поверхность планеты, со­стоящей из льда, азота, метана и монооксида углерода, из-за наличия отрица­тельных температур - 240°С, господствующих на этой самой дальней плане­те.

Некоторые планеты имеют спутники: Земля - Луну, Марс - два спутника (Фобос и Деймос), у Урана известны 7 спутников, у Сатурна- 16, у Юпитера-17. Всего у планет Солнечной системы известно 46 спутников.

Кроме девяти больших планет в Солнечной системе имеются тысячи ма­лых. Они вращаются вокруг Солнца между орбитами Марса и Юпитера. Раз­меры этих планет (их называют астероидами) от сотен километров до сотен метров и меньше.

К Солнечной системе относится множество комет, движущихся по очень вытянутым орбитам. Главная их особенность - наличие хвоста, состоящего из сильно разреженных газов и пыли, который тянется нередко на миллионы километров и появляющегося под действием солнечных лучей. Центральной частью кометы является ядро, состоящее из твердых частиц и льда.

В состав Солнечной системы входят также бесчисленное множество ме­теоритов - каменных и металлических глыб и более мелких тел (до размера песчинок и пылинок). Метеориты часто проникают в атмосферу Земли со скоростью от 10 до 200 км/сек. Яркий след раскаленного метеорита в атмо­сфере называют метеором (падающей «звездой»).

Метеориты делятся на три основных класса:

1) железные - сидериты, состоящие главным образом из никелистого же­
леза;

2) железо-каменные - сидеролиты, содержащие примерно в одинаковых
количествах железо и силикатные минералы;

3) каменные - аэролиты, представленные силикатными минералами с включением никелистого железа.

Среди известных метеоритов преобладают каменные - их около 80%.

В состав метеоритов входит более 60 химических элементов, слагающих различные минералы: оливин, пироксены, никелистое железо, графит, алма­зы, углеродистые соединения железа и др. Изучение метеоритов помогает в познании строения и происхождения Вселенной.