Солнечная система

Солнечная система : особенности и состав. В настоящее время основной считается гипотеза Хайла. Он утвержд ает, что первоначально было ионизированное газовое облако, из которого, под действием электромагнитных сил образовалось Солнце и на определен ных расстояниях от него остались остатки этого газа. Гравитационные сил ы Солнца притягивали эти остатки, а магнитное поле останавливало притяж ение, этим определилось местоположение планет. После возникновения планет аналогичным способом у планет образовались спутники. Само Солнце представляет собой раскаленный шар диаметром 1400000 км. Оно вклю чает в себя 99.87% всей солнечной системы. Температура наружных слоев достиг ает 6000 градусов, внутренних слоев 15 млн. градусов. Давление внутри Солнца 15- 200 млн. атмосфер. Каждую минуту на излучени е Солнце в своей массе 240 млн. тонн, выделяя огромное количество энергии (на Землю падает 180 биллионов кВт энергии). Кроме этого Солнце посылает со ско ростью 3000 км/сек потоки заряженных атомов водорода, попадая в атмосферу З емли, вызывают полярное сияние и магнитные бури. Расстояния от планет до Солнца образуют закономерную последовательность - промежутки между со седними орбитами возрастают с удалением от Солнца. Эти закономерности д вижения планет в сочетании с делением их на две группы по физическим сво йствам указывают на то, что Солнечная система не является случайным собр анием космических тел, а возникла в едином процессе. Благодаря почти кру говой форме планетных орбит и большим промежуткам между ними исключена возможность тесных сближений между планетами, при которых они могли бы с ущественно изменять своё движение в результате взаимных притяжений. Планеты вращаются так же вокруг своей оси, причём почти у всех планет, кро ме Венеры и Урана, вращение происходит в том же направлении, что и их обращ ение вокруг Солнца. Чрезвычайно медленное вращение Венеры происходит в обратном направлении, а Уран вращается как бы лежа на боку. Большинство с путников обращаются вокруг своих планет в том же направлении, в котором происходит осевое вращение планеты. Орбиты таких спутников обычно круг овые и лежат вблизи плоскости экватора планеты, образуя уменьшенное под обие планетной системы. Солнце со всей солнечной системой движется в пространстве относительн о других звезд в направлении созвездия Геркулеса со скоростью 20 км/сек. Солнечная система состоит из Солнца и 9 планет- спутников : Меркурий, Венер а , Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и Плутон. Кроме этого солнечная система имеет более 1600 малых планет (астероидов), около 100 известных коротк опериодических планет, более 50 метеорных роев. Основные характеристики планет приведены в таблице 1 Таблица 1 Название планеты Диаметр км (прибл.) Масса в ед. Земли ( 6*10 ^24 кг) Расстоя-ние от Солнц (прибл.) Период вращения П ериод обраще-ния вокруг Солнца Меркурий Венера Земля Марс Юпитер Сатурн Уран Нептун Плутон 4900 12200 12800 6800 142000 120000 52000 50000 3000 0,55 0,82 1,0 0,1 317,7 95 14,6 17 1,7 0,4 0,7 1,0 1,5 5 10 20 30 40 59 суток 243 дня 24 часа 23,5 часа 10часов 10,7 часа 10,8 часа 16 часов 6,4 суток 88 суток 225 дня 1 год 1,9 года 11,9 года 29 84 года 164,8 лет 217 лет Четыре планеты, ближайш ие к Солнцу, планеты Земной группы, невелики, состоят из плотного каменис того вещества и металлов. Планеты-гиганты - Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун - г ораздо массивнее, состоят в основном из лёгких веществ и поэтому, несмот ря на огромное давление в их недрах, имеют малую плотность. Девятую плане ту - Плутон, по- видимому, нельзя отнести ни к одной из двух групп. По химичес кому составу он близок к группе планет-гигантов, а по размерам к земной гр уппе. Меркурий - самая близкая к Солнцу планета Солнечной системы. Из-за близос ти к Солнцу и малых видимых размеров Меркурий долго оставался малоизуче нной планетой. Только в 1965г. благодаря применению радиолокации был измере н период вращения Меркурия вокруг своей оси. Ось вращения Меркурия почти перпендикулярна плоскости его орбиты. Как подсказали радионаблюдения , температура на поверхности Меркурия в пункте, где Солнце находится в зен ите достигает 620 К. Температура ночного полушария около 110 К. С помощью ради онаблюдений удалось определить тепловые свойства наружного покроя пла неты, которые оказались близкими к свойствам тонко раздробленных пород лунного реголита. Причиной такого состояния пород, по всей видимости, яв ляются непрерывные удары метеоритов, почти не ослабляемые разряжённой атмосферой Меркурия. Высказывается гипотеза о том, что Меркурий имеет мо щную силикатную оболочку (500 - 600 км.), а оставшиеся 50% объема занимает железист ое ядро. Жизнь на Меркурии из-за очень высокой дневной температуры и отсу тствия жидкой воды не может существовать. Спутников Меркурий не имеет. Венера - вторая по расстоянию от Солнца и ближайшая к Земле планета Солне чной системы. Венера - самое яркое светило на небе после Солнца и Луны изве стна людям с глубокой древности. Период вращения Венеры долго не удавало сь установить из-за плотной атмосферы и облачного слоя, окутывающих эту планету. Существование атмосферы Венеры было обнаружено в 1761 г. М. В. Ломоно совым при наблюдениях прохождения её по диску Солнца. В атмосфере Венер ы содержится около 0,1% водяного пара и 97% углекислого газа. Они создают в атм осфере Венеры парниковый эффект, приводящий к сильному разогреванию пл анеты. Причина этого состоит в том, что оба газа интенсивно поглощают инф ракрасные (тепловые) лучи, испускаемые нагретой поверхностью Венеры. Тем пература её достигает около 500 0 С. Земля - одна из планет Солн ечной системы. Подобно другим планетам она движется вокруг Солнца по элл иптической орбите. Расстояние от Земли до Солнца в разных точках орбиты неодинаковое. Большую часть поверхности Земли (до 71%) занимает Мировой оке ан. Одна из особенностей Земли - её магнитное поле, благодаря которому мы м ожем пользоваться компасом. Магнитный полюс Земли, к которому притягива ется северный конец стрелки компаса, не совпадает с Северным географиче ским полюсом. Под действием солнечного ветра магнитное поле Земли искаж ается и приобретает «шлейф» в направлении от Солнца, который простирает ся на сотни тысяч километров. Масса Земли найдена из экспериментальных и змерений физической постоянной тяготения и ускорения силы тяжести. Для массы Земли получено значение 5,976*10 24 кг. Земля имеет естественный единстве нный спутник - Луну. Марс - четвёртая по расст оянию от Солнца планета Солнечной системы. На звёздном небе она выглядит как немигающая точа красного цвета, которая время от времени значительн о превосходит по блеску звезды первой величины. По основным физическим х арактеристикам Марс относится к планетам земной группы. По химическому составу марсианская атмосфера отличается от земной и содержит 95,3% углеки слого газа с примесью 2,7% азота, 1,6% аргона, 00,7% окиси углерода, 0,13% кислорода и при близительно 0,03% водяного пара, содержание которого изменяется, а также пр имеси неона, криптона, ксенона. Оба спутника Марса движутся почти точно в плоскости его экватора. Размер ы Фобоса составляют около 27 км, а Демоса - около 15 км. Поверхность спутников Марса состоит из очень тёмных минералов и покрыта многочисленными крат ерами. Юпитер - пятая по расстоянию от Солнца и самая большая планета Солнечной системы. . Юпитер, подобно солнцу, вращается не как твёрдое тело - скорость вращения неодинакова в разных широтах. Из-за быстрого вращения эта план ета имеет сильное сжатие у полюсов. Ось вращения Юпитера почти перпендик улярна к плоскости его орбиты.Даже в небольшой телескоп видно полярное с жатие Юпитера и полосы на его поверхности, параллельные экватору планет ы. Спектральные исследования Юпитера показали, что атмосфера его состои т из молекулярного водорода и его соединений: метана и аммиака. В небольш их количествах присутствуют также этан, ацетилен, фосген и водяной пар. О блака Юпитера состоят из кристалликов и капелек аммиака. Можно считать, что атмосфера Юпитера на 74% состоит из водорода и на 26% из гелия. На долю мета на приходится не более 0,1% состава атмосферы планеты (по массе). Магнитное п оле планеты оказалось сложным и состоит как бы из двух полей: дипольного ( как поле Земли), которое простирается до 1,5 млн. км от Юпитера, и не дипольно го, занимающего остальную часть магнитосферы. Напряженность магнитног о поля у поверхности в 20 раз больше, чем на Земле. Юпитер имеет 13 спутников. Первые 4 спутника открыты ещё Галилеем (Ио, Европ а, Ганимед, Каллисто). Они, а также внутренний, самый близкий спутник Амаль тея движутся почти в плоскости экватора планеты.. Самые внешние 4 спутник а Юпитера обращаются вокруг планеты в обратном направлении. По данным, п олученным с американских космических аппаратов «Вояжер», Юпитер окруж ен в экваториальной области системой колец. Кольцо расположено на расст оянии 50 000 км от поверхности планеты, его ширина около 1 000 км. Сатурн - вторая по величине среди планет Солнечной системы. Его экватори альный диаметр лишь немного меньше, чем у Юпитера, но по массе Сатурн усту пает Юпитеру более чем втрое и имеет очень низкую среднюю плотность - око ло 0,7 г/см3. Низкая плотность объясняется тем, что планеты-гиганты состоят г лавным образом из водорода и гелия. В телескоп видны вытянутые вдоль экв атора тёмные полосы, называемые также поясами, и светлые зоны, но эти дета ли менее контрастны, чем на Юпитере, и отдельные пятна в них наблюдаются г ораздо реже. Сатурн окружен кольцами, которые хорошо видны в телескоп в в иде «ушек» по обе стороны диска планеты. Кольца Сатурна - одно из самых уди вительных и интересных образований в Солнечной системе. Плоская систем а колец опоясывает планету вокруг экватора и нигде не соприкасается с по верхностью. У Сатурна известно 10 спутников. Это Мимас, Энцелад, Тефия, Диона, Рея, Титан, Гиперион, Япет, Феба, Янус. Последний - самый близкий к Сатурну, движется на столько близко к поверхности планеты, что обнаружить его удалось только при затмений колец Сатурна, создающих вместе с планетой яркий ореол в по ле зрения телескопа. Самый большой спутник Сатурна - Титан - один из велича йших спутников в Солнечной системе по размеру и массе. Уран - седьмая по порядку от Солнца планета Солнечной системы. Очень далё к от Солнца и освещён сравнительно слабо. В тех участках, где Солнце распо ложено в зените, температура на Уране (точнее на видимой поверхности обл аков) составляет около -215оС. В таких условиях некоторые газы замерзают. В с оставе атмосферы Урана по спектроскопическим наблюдениям найдены водо род и небольшая примесь метана. В относительно большом количестве есть, по косвенным признакам, гелий. Одной необычной особенностью Урана является система опоясывающих коле ц. Они состоят из множества отдельных непрозрачных и, по-видимому, очень т ёмных частиц. В отличие от колец Сатурна кольца Урана - узкие, как бы «нито чные» образования. Они не видны в отраженном свете и обнаруживаются толь ко по сильному ослаблению блеска звёзд, оказавшихся для земного наблюда теля позади колец при орбитальном движении планеты. Удалённость колец о т центра Урана составляет от 1,6 до 1,85 радиуса планеты. Спутники Урана - Миранда, Ариэль, Умбриэль, Титания и Оберлон вращаются по орбитам, плоскости которых практически совпадают между собой. Вся систе ма в целом отличается необычайным наклоном - её плоскость почти перпенди кулярна к средней плоскости всех планетных орбит. Нептун - восьмая по счёту планета Солнечной системы. Нептун был открыт не обычным образом. Было замечено, что Уран движется не совсем так, как ему по лагается двигаться под действием притяжения Солнца и известных в то вре мя планет. Тогда заподозрили существование ещё одной массивной планеты и попытались предвычислить её положение на небе. Эту чрезвычайно сложну ю задачу независимо друг от друга успешно решили английский астроном Дж . Адамс и француз У. Леверье. Открытие Нептуна имело величайшее значение, п режде всего потому, что оно послужило блестящим подтверждение закона вс емирного тяготения, положенного в основу расчётов. Детали на поверхност и Нептуна различить очень трудно. У Нептуна всего два спутника. Первый Тритон, открытый в 1846 г., через две неде ли после открытия самого Нептуна. По размерам и массе он больше Луны. Имее т обратное направление орбитального движения. Второй спутник - Нереида - очень небольшой, обладает сильно вытянутой орбитой. Расстояние от спутн ика до планеты меняется в пределах от 1,5 до 9,6 млн. км. Направление орбитальн ого движения - прямое. Плутон был открыт Клайдосом Томбо (США) в 1930 г. Из 9 известных больших планет Солнечной системы Плутон наиболее удалён от Солнца. Из-за огромной удалё нности от Солнца и слабой освещённости изучать Плутон очень сложно. Пове рхность Плутона, нагреваемая Солнцем до минус 220оС, даже в наименее холодн ых полуденных участках, покрыта, по-видимому, снегом из замёрзшего метан а. Атмосфера планеты разряженная и состоит из газообразного метана с воз можной примесью инертных газов. У планеты Плутон также удалось обнаружить в 1978 г. спутник. Это открытие име ет очень большое значение, во-первых, потому что даёт возможность более т очно вычислить массу планеты по данным о периоде обращения спутника и, в о-вторых, в связи с дискуссией о том, не является ли сам Плутон «потерявшим ся» спутником Нептуна. Спутник Плутона относительно яркий, но расположен настолько близко к пл анете, что его изображение на фотоснимках сливается с изображением Плут она, лишь слегка выступая то с одной, то с другой стороны. Плутон состоит п реимущественно из летучих химических элементов и соединений, т.е. пример но такой же состав, как планеты-гиганты и их спутники. Происхождение человека Первые приматы появились около 70 млн. лет назад, первые человекоо бразные появились обезьяны - 34 млн. лет назад.Собственная родословная вс егда интересовала людей больше, чем происхождение растений и животных. П опытки понять и объяснить, как возник человек , отражены в верованиях, лег ендах, сказаниях самых разных племен и народов. Долгое время научные зна ния были слишком отрывистыми и неполными, чтобы решить проблему происхо ждения человека. Лишь в 1857 году Ч.Дарвин высказал гипотезу, а в 1871 году в свое м труде «Происхождение человека и половой отбор» убедительно доказал, ч то люди произошли от обезьяны, а не созданы актом божественного творения , как учит церковь. «Если мы не станем нарочито закрывать глаза, то при сов ременном уровне знаний сможем приблизительно узнать наших прародителе й, и нам незачем стыдиться их», - писал Ч.Дарвин. К 80-м годам нашего столетия многочисленные ископаемые находки и использ ование самых разнообразных методов исследования позволили значительн о прояснить вопросы эволюции человекообразных, хотя и сейчас невозможн о с полной уверенностью сказать, от каких именно обезьяноподобных предк ов произошел человек. Общность человека и позвоночных животных подтверждается общностью пла на их строения: скелет, нервная система, системы кровообращения, дыхания, пищеварения. Особенно убедительно родство человека и животных обнаруж ивается при сравнении их эмбрионального развития. На его ранних этапах з ародыш человека трудно отличить от зародышей других позвоночных живот ных. В возрасте 1,5 – 3 месяцев у него имеются жаберные щели, а позвоночник о канчивается хвостом. Очень долго сохраняется сходство зародышей челов ека и обезьяны. Специфические (видовые) человеческие особенности возник ают лишь на самых поздних стадиях развития. Рудименты и атавизмы служат важным свидетельством родства человека с ж ивотными. Рудиментов в теле человека около 90: копчиковая кость (остаток ре дуцированного хвоста); складка в уголке глаза (остаток мигательной переп онки); тонкие волосы на теле (остаток шерсти); отросток слепой кишки – апп ендикс и др. Все эти рудименты бесполезны для человека и являются наслед ием животных предков. К атавизмам (необычайно сильно развитым рудимента м) относятся наружный хвост, с которым очень редко, но рождаются люди; оби льный волосяной покров на лице и теле; многососковость, сильно развитые клыки и др. Общность плана строения, сходство зародышевого развития, рудименты, ата визмы – бесспорные доказательства животного происхождения человека и свидетельство того, что человек, как и животные, - результат длительного и сторического развития органического мира. По строению и физиологическим особенностям наиболее близкие родственн ики человека – человекообразные обезьяны, или антропоиды (от греч. антр опос – человек). К ним относятся шимпанзе, горилла, орангутанг. О близком родстве между человеком и антропоидами свидетельствуют сходные детали строения: общий характер телосложения, редукция хвоста, хватательная ки сть с плоскими ногтями и противопоставленным большим пальцем, форма гла з и ушей, одинаковое число резцов, клыков и коренных зубов; полная смена мо лочных зубов и многое другое. Очень важны черты физиологического сходст ва: общие группы крови, болезни (туберкулез, грипп, оспа, холера, СПИД, воспа ление легких) и паразиты (например, головная вошь). Обнаружена поразитель ная близость хромосомного аппарата. Тщательное изучение высшей нервно й деятельности человекообразных обезьян выявило близость этих животны х к человеку и по ряду их поведенческих реакций. В этом отношении особенн о показательна их способность использовать различные предметы в качес тве простейших орудий.. Изучение всех особенностей строения и развития п оказывает, что человек принадлежит к семейству Гоминиды отряда Приматы класса Млекопитающие. Однако между человеком и человекообразными обез ьянами есть и коренные отличия. Только человеку присуще истинное прямо х ождение и связанные с этим особенности строения S-образного позвоночник а с отчетливыми шейными и поясничными изгибами, низким расширенным тазо м, уплощенной в переднезаднем направлении грудной клеткой, пропорциями конечностей (удлинение ног сравнительно с руками ), сводчатой стопой с ма ссивным и приведенным большим пальцем, а также особенности мускулатуры и расположения внутренних органов. Кисть человека способна выполнять с амые разнообразные и высокоточные движения. Череп человека более высок ий и округленный, не имеет сплошных надбровных дуг; мозговая часть череп а в большей степени преобладает над лицевой, лоб высокий, челюсти слабые, с маленькими клыками, подбородочный выступ отчетливо выражен. Мозг чело века примерно в 2,5 раза больше мозга человекообразных обезьян. У человека сильно развита кора больших полушарий мозга, в которых расположены важн ейшие центры психики и речи. Только человек обладает членораздельной ре чью, в связи с этим для него характерно развитие лобной , теменной и височн ой долей мозга, наличие особого головного мускула в гортани и других ана томических особенностей. В последнее время учёные предложили совершенно новый способ определен ия степени родства любых живых организмов. Они сравнивают, насколько сов падает строение ДНК двух живых существ. Чем меньше совпадений — тем дал ьше родство. Этот метод применили и к человекообразным обезьянам. После сравнения выяснилось, что человек отличается от шимпанзе всего на 2,5%, нем ногим больше — от гориллы, а от низших обезьян — более чем на 10%. Число хромосом у всех человекообразных обезьян – 48, у челов ека – 46. Различие в хромосомных числах обусловлено тем, что хромосома чел овека образована слиянием двух хромосом. Сравнение белков человека и ши мпанзе показало, что в 44 белках последовательности аминокислот отличаю тся у них лишь на 1%. Многие белки человека и шимпанзе, например гормон рост а, взаимозаменимы. Наиболее близок человек к африканским человекообразным обезьянам - к го рилле и особенно к шимпанзе. В ДНК человека и шимпанзе не менее 90% сходных генов. Квантово – механическая картина строения атом а Величайшая революция в физике совпала с началом XX века. Попытки объя снить наблюдаемые на опытах закономерности распределения энергии в сп ектрах теплового излучения (электромагнитного излучения нагретого тел а) оказались несостоятельными После откры тия Планка начала развиваться новая, самая современная и глубокая физич еская теория - квантовая теория. Развитие ее не завершено и по сей день. Первая модель атома была предложена английским физико м Дж. Дж. Томсоном, открывшим электрон. По мысли Томсона, положительный зар яд атома занимает весь объем атома и распределен в этом объеме с постоян ной плотностью. Простейший атом — атом водорода — представляет собой п оложительно заряженный шар, внутри которого находится электрон. У более сложных атомов в положительно заряженном шаре находится несколько эле ктронов, так что атом подобен кексу, в котором роль изюминок играют элект роны. Однако модель атома Томсона оказалась в полном противоречии с опытами п о исследованию распределения положительного заряда в атоме. Эти опыты, п роизведенные впервые Э. Резерфордом, сыграли решающую роль в понимании с троения атома. Резерфорд создал планетарную модель атома: электроны обращаются вокру г ядра, подобно тому, как планеты обращаются вокруг Солнца. Эта модель про ста, обоснована экспериментально, но не позволяет объяснить устойчивос ть атомов. Выход из крайне затруднительного положения в теории атома был найден в 1913 г. датским физиком Нильсом Бором на пути дальнейшего развития квантов ых представлений о процессах в природе. Последовательной теории атома Б ор, однако, не дал. Он в виде постулатов сформулировал основные положения новой теории. Причем и законы классической физики не отвергались им безо говорочно. Новые постулаты скорее налагали лишь некоторые ограничения на допускаемые классической физикой движения. Первый постулат Бора гласит: атомная система может находиться только в о собых стационарных, или квантовых, состояниях, каждому из которых соотве тствует определенная энергия ; в стационарном состоянии атом не излучае т. Согласно второму постулату Бора излу чение света происходит при переходе атома из стационарного состояния с большей энергией в стационарное состояние с меньшей энергией Энергия и злученного фотона равна разности энергий стационарных состояний: При поглощении света атом переходит из стационарного состояния с меньш ей энергией в стационарное состояние с большей энергией. Успех теории Бора был тем не менее поразительным, и всем ученым стало ясн о, что Бор нашел правильный путь развития теории. Этот путь привел впосле дствии к созданию стройной теории движения микрочастиц— квантовой мех аники. Введение в физику квантовых представлений требовало радикально й перестройки, как механики, так и электродинамики. Эта перестройка была осуществлена в начале второй четверти нашего века, когда были созданы но вые физические теории: квантовая механика и квантовая электродинамика В 1911г. английский физик Эрнест Резерфорд провел ряд опытов, которы е показали, что каждый атом содержит, кроме одного или нескольких электр онов, другую частицу, называемую ядром атома. Каждое ядро несет положите льный заряд. Оно очень мало – диаметр ядра составляет лишь около 10 -14 м, но оно очень тяжелое – самое легкое ядро в 1836 ра з тяжелее электрона. Существует много разных видов ядер, причем ядра атомов одного элемента о тличаются от ядер атомов другого элемента. Ядро атома водорода (протон) и меет точно такой же электрический заряд, как и электрон, но противополож ного знака (положительный заряд вместо отрицательного). Ядра других атом ов имеют положительные заряды, в целое число раз превышающие величину эт ого основного заряда – заряда протона Хотя детальное строение ядер и не установлено, физики единодушно приним ают, что ядра можно считать состоящими из протонов и нейтронов. Вначале в качестве пример а рассмотрим дейтрон. Это ядро атома тяжелого водорода , или атома дейтерия . Дейтрон име ет такой же электрический заряд, как и протон, но его масса приблизительн о вдвое превышает массу протона. Полагают, что дейтрон состоит из одного протона и одного нейтрона. Ядро атома гелия, которое также называют альфа – частицей или гелионом , имеет электрический заряд, в два раза превышающий зар яд протона, и массу приблизительно в четыре раза больше массы протона. Открытие сложного строе ния атома – важнейший этап становления современной физики. В процессе с оздания теории строения атома , позволившей объяснить атомные спектры, б ыли открыты новые законы движения микрочастиц – законы квантовой меха ники. Список литературы 1 М., Педагогика, 1980 Астрономия, 2 Учеб. для 11 кл. сред. шк., М., Просвещение, 1990 3 Биология: Пособие для подготовительных отделений и поступающих в вузы / Н.П. Соколова, И.И. Андреева, Л.Н. Катонова, Л.С. Родман; Под редакцией Н.П. Соко ловой. – 2-е изд., испр. и доп. – М.,Высш.шк.,1994.- 399 с. 4 Машкин Н. Ф. Квантовая физика М., 1986 г. 5 Потеев М.И. Концепции современного естествознания, Санкт-Петербург, Пи тер, 1999 г.