Серед усіх планет Сонячної системи Земля відіграє в житті люд ства найважливішу роль - вона є колискою нашої цивілізації. Тому зрозумілий інтерес учених всіх часів щодо вивчення походження, будови і розвитку Землі. Земля - третя планета Сонячної системи. Обертається навколо Сонця з періодом 365,2564 зіркових діб по орбіті з ексцентрисите том 0,0167 на середній відстані 149,6-106км від світила. Швидкість руху Землі по орбіті - 29,78 км/с, власне обертання - пряме, з періо дом 23 год 56 хв 4,0905 с. Вісь обертання складає з площиною ек
У подальшому в просторі утворилися численні величезні гарячі кулі. Одна із таких куль, увібравши всю речовину в зоні свого тяжіння, утворила Сонце. Інші такі ж кулі, продовжуючи притягувати до ссбе дрібні частинки первинної туманності та збільшуючись при цьому в розмірах, утворили у подальшому планети. Первинний стан планет і Сонця Кант вважав гарячим. Із часом планети остудились, стали холодними. Те саме, на думку автора гіпотези, має статися в далекому майбутньому і з Сонцем. Виник нення обертального руху планет навколо своїх осей Кант поясню вав наступним чином. Ті частини згустків майбутньої планети, які перебували далеко від Сонця, рухалися навколо нього швидше, ніж ті, що знаходилися близько, а тому, ніби забігаючи наперед, захоп лювали за собою частини утвореного згустку. В результаті посту пово створювався обертальний рух зародків майбутніх планет у тому ж напрямку, в якому планета обертається навколо Сонця. Незважаючи на те, що в гіпотезі Канта вперше висвітлена ідея розвитку Сонячної системи і кожної планети зокрема, вона не спро можна пояснити цілий ряд відомих закономірностей. Головний і принциповий недолік гіпотези полягає у відриві вихідної матерії від руху, а також у тому, що із початкового стану спокою частинок чи навіть їх прямолінійного переміщення не може виникнути обер тальний рух: для цього необхідний вплив зовнішніх сил. Майже через півстоліття, у 1796 р. була опублікована книга ви датного французького вченого П. Лапласа “Виклад системи світу”, в якій була опублікована його гіпотеза про походження Сонячної системи. Лаплас не знав гіпотези Канта і на відміну від нього не намагався обґрунтувати походження Всесвіту в цілому і окремих його частин. Він обмежився розглядом Сонячної системи, так як у часи Лапласа про зірковий Всесвіт поза межами Сонячної системи майже нічого не було відомо. Гіпотеза Лапласа ґрунтується на відкриттях англійського аст ронома Уільяма Гершеля (1738-1882) про існування у Всесвіті ве личезної кількості різноманітних газових туманностей, що відрізня ються від метеоритної туманності Канта. Одна із таких туманнос тей, на думку Лапласа, була сильно нагріта, маючи у своєму центрі велике згущення - молоде Сонце, обертаючись при цьому. Ця ту манність поширювалась далеко за орбіту найвіддаленішої, як тоді вважалось, планети Уран, відкритої Гершелем у 1781 р. Розігріта газова туманність поступово охолоджувалась, стискувалась, збільшувались її густина і швидкість осьового обертання, що су проводжувалося зростанням відцентрових сил, які з часом стали
дорівнювати силі тяжіння до центру (до Сонця). З цього моменту частинки екваторіальної частини туманності почали втрачати зв’я зок з її основною масою та відділитись від неї у вигляді газових кілець, продовжуючи самостійний обертальний рух на певній віддалі від Сонця. Речовина в них під впливом охолодження посту пово згущувалася. Кількість газових кілець, що відділилися від цен трального згустку матерії, відповідала числу планет Сонячної сис теми. Подібним же чином Лаплас пояснює й утворення супутників. Гіпотези Канта і Лапласа стали свого роду революційним пере воротом в уявленнях людей про походження оточуючого їх світу. Ці гіпотези вперше дали наукове пояснення утворення Сонячної системи з газово-пилуватої матерії і докорінним чином змінили існу ючий тоді метафізичний погляд на вічність і незмінність Всесвіту. Парадоксально, що Кант і Лаплас, які жили в різні часи, не співпра цювали, розробили дещо відмінні уявлення, але гіпотеза історично дістала назву космогонічної гіпотези Канта-Лапласа. Вона домі нувала в науці аж до середини XX ст., коли була витіснена сучас ними гіпотезами О. Ю. Шмідта, К. Ф. Вайцзекера, В. Г. Фесенкова та інших дослідників. З точки зору сучасної науки виявилося, що гіпотеза Канта-Лап ласа має серйозні недоліки. Сучасна фізика не вважає можливим тривале перебування в природі стійких газових кілець. Гази при виділенні, як показують практика і експериментальні дослідження, не збираються в згустки, а розсіюються. За допомогою названих гіпотез неможливо пояснити різнонаправленість обертання по ор бітах супутників планет та розподіл моменту кількості руху (добу ток маси тіла на його швидкість і відстань від центра обертання) великих тіл Сонячної системи. Зокрема Сонце, на яке припадає 99,9 % загальної маси Сонячної системи, має тільки 2 % моменту кількості руху, в той же час на всі планети з їх мізерною масою припадає 98 % моменту кількості руху. Виходячи із гіпотези Лап ласа, в даний час Сонце мало б обертатись навколо своєї осі знач но швидше, ніж це фактично спостерігається. Вже у 1917 р. на зміну гіпотези Лапласа з’явилась гіпотеза Дже ймса Хопвуда Джінса (1877-1946) - визначного англійського фізика-теоретика з ідеалістичними поглядами. В той час ця гіпотеза користувалась найбільшою популярністю серед цілого ряду т. зв. катастрофічних гіпотез (гіпотези Ж.-Л. Бюффона, X. Джеффріса, Мультона-Чемберліна та ін.), згідно із якими Сонце в свій час заз нало катастрофи від близького контакту з іншою зіркою. За
Джінсом виходило, що планети утворилися із гарячої речовини, вирваної із Сонця внаслідок сильного гравітаційного впливу з боку зірки, яка пронеслась поблизу нього. Всупереч всім тогочасним досягненням науки, Джінс поясню вав утворення планет не природним ходом розвитку небесних тіл, а збігом випадкових, малоймовірних явищ. Вже в 20-х роках гіпо теза Джінса стала піддаватися критиці. Згодом і сам автор її зму шений був відмовитись від ряду положень, зокрема від твердження про можливість утворення планет із гарячого струменя, вирваного із Сонця. Все це зробили цю гіпотезу науково неспроможною з усіх точок зору. Після краху гіпотези Джінса у планетарній космогонії настала пора депресії. Пропоновані чисельні “гіпотези” були або штучно надуманими, або ж представляли собою окремі нерозвинуті ідеї де яких відомих астрономів та астрофізиків (Б. Ліндблад, X. Альвен, Д. Евершед та ін.). З цього становища планетарна космогонія була виведена радянським математиком і геофізиком О. Ю. Шмідтом (1891-1956). Шмідт опублікував свою гіпотезу у 1943 р. Автор сформулював припущення, що Земля й інші великі планети утворилися з гігант ської хмари космічного пилу шляхом об’єднання величезної кількості холодних і твердих частинок. Допланетна газово-пилова хмара, що оточувала Сонце, під дією обертання та зіткнення час тинок між собою почала швидко сплющуватися, а згодом перетво рилася у плоский щільний диск з обертальним рухом. Під впливом сил взаємного притягання в цьому шарі утворились місцеві великі згустки, які, поступово збільшуючись, з часом об’єдналися в більш крупні згустки (планетезималі), що згодом виросли у сучасні ве ликі планети Сонячної системи та їх супутники. Речовина газово-пилової туманності, на думку Шмідта, під тис ком сонячного світла та сил притягання Сонця сортувалася ще в допланетну стадію: легкі елементи були відкинуті на край Соняч ної системи, а ближче до Сонця утримувалися порівняно важкі еле менти. В результаті на невеликій відстані від Сонця згодом утвори лись щільні планети земного типу, тоді як з легких частинок і газів (Гідроген і його сполуки та інші речовини) на великій відстані від Сонця утворились планети-гіганти. Таким чином, гіпотеза Шмідта вперше науково обґрунтувала відмінності планет за їх складом і розмірами. Вона пояснювала майже всі особливості будови Соняч ної системи і руху її планет.
Земля, на думку Шмідта, також утворилася із холодних твердих частинок. Поступове розігрівання надр Землі відбулося за рахунок енергії радіоактивного розпаду, що призвело до виділення води і газів, які входили в невеликих кількостях до складу твердих части нок. У результаті цього виникла атмосфера і океани, обумовивши появу життя на Землі. Вчення Шмідта сприяло розвитку нових наукових досліджень в астрономії, геофізиці, геології та інших науках. Однак і ця гіпотеза має певні недоліки. Так, непереконливим є твердження щодо за хоплення Сонцем газово-пилової хмари. Сучасні дослідження до вели неспроможність подібного механізму захоплення туманності, до того ж відсутність уявлень про утворення самого Сонця не мог ла задовольнити науку. Немає в гіпотезі пояснення аномально ве ликого ексцентриситету і нахилу орбіти планети Плутон, утворен ня планет відірвано від моменту утворення Сонця. “Ахіллесовою п’ятою” гіпотези Шмідта була розбіжність між моментами руху пла нет і Сонця (малого у Сонця) та співвідношення мас на користь останнього, через що не можна було пояснити, як саме відбулося перенесення моменту руху від Сонця до планет. Майже одночасно з Шмідтом Вайцзекер (1944) пояснив перене сення моменту руху через тертя між частинками космічної матерії, користуючись досить оригінальним припущенням. Воно полягає у тому, що при однаковому моменті руху швидкість обертання тіл навколо загального центра має бути тим повільнішою, чим більший в даного тіла радіус-вектор. Тобто кутові швидкості осьового обер тання небесних тіл, що мають різні радіуси-вектори, теж різні. Вод ночас система небесних тіл прагне обертатися навколо осі як єдине ціле, із однаковою кутовою швидкістю. За. умови різної віддале ності від центра кожне небесне тіло набуває різного моменту - тим більшого, чим більший радіус-вектор обертання (рис. 4.1). Рис. 4.1. Передача моменту руху в системі небесних тіл, що обертаються за орбітами з радіусами гІ та г2 навколо центрального тіла: а «
6 Надалі в гіпотезах такого типу вивчалися процеси акреції (від лат. ассгеио - зростаю, збільшуюсь) - зіткнення й злипання части нок під впливом гравітаційної сили, що сприяла акреції (заХ. Альве-
ном), та електромагнітної взаємодії, що диференціювала частинки (за Г. В. Войткевичем). Нині такі гіпотези вважаються чи не найімо вірнішими (Багров, 2000). В середині XX ст. радянський учений В. Г. Фесенков опрацював найбільш повний варіант небулярноїгіпотези (від лат. nebula - ту ман), що був опублікований у 1960 р. Автор розглядає виникнення Сонячної системи з точки зору зародження та еволюції зірок. На основі аналізу хімічного складу планет він прийшов до висновку, що чим більша маса планети, тим ближча вона за своїм хімічним складом до Сонця. Однотипність речовини дає йому підстави вва жати, що Сонце і планети утворились одночасно із однієї матерії газово-пилової туманності. У центрі туманності існував ущільне ний згусток - первинне Сонце, на краях газової туманності внаслі док низької температури відбувалося інтенсивне утворення пилу ватих часток. Ці пилуваті частки носились у вихровому русі, який вирівнював різницю їх обертання навколо центрального згустку. Планети утворилися з тієї газово-пилуватої первинної туманності, яка містилася в екваторіальній площині Сонця. Орбіти згустків-планет із самого початку мало відрізнялися від кола і перебували в одній площині. На думку Фесенкова, довільне зростання густини у найбільших за масою небесних тілах згодом супроводжувалось ви діленням теплової енергії від стискання речовини, що в решті-решт призвело до критичних температур та ядерних реакцій. Вченим ви явлено ряд ядерних реакцій в зорях (у тому числі на Сонці): І2С + протон = l3N + у-випромінення; l3N = ІЗС + позитрон + Р-випромінення (електрони); ІЗС + протон = 1N + у-випромінення; 4 l4N + протон = |50 + (3-потік елементарних частинок (електронів); |50 = I5N + позитрон + у-випромінення; l5N + позитрон = І2С + 4Н. Кінцевим результатом ряду зазначених реакцій є утворення Ге лію та вивільнення величезної кількості енергії у вигляді потоків Рчастинок - складових “сонячного вітру” та у-випромінення. На відміну від Шмідта, Фесенков пов’язував формування пла нет з утворенням Сонця. Виходячи зі схожості речовини планет і зірок, він розглядав виникнення Сонячної системи як окремий ви падок загального походження і розвитку зіркових систем. Сучасні уявлення про утворення Сонця і планет із газово-пилу ватої туманності є загальновизнаними. Вчені одержали нові вагомі докази еволюції Всесвіту. Великої популярності в світі набула тео рія про Великий вибух - так коротко називають сукупність про цесів, що відбувалися майже 10 млрд років тому, на початку фор мування Всесвіту. Вважають, що колись вся космічна матерія була
зосереджена у відносно невеликому за розмірами згустку, який яв ляв собою надто гарячу (мільярди градусів) надщільну речовину. Внаслідок надпотужного вибуху матерія розлетілася в різні сторо ни космічного простору, щільність її стала знижуватися, а темпе ратура спадати. “Розбігання” Галактик, яке є наслідком Великого вибуху, продовжується і донині: воно підтверджене спостережен нями американського астронома Едвіна Хаббла (1889-1953), який виявив зміщення ліній спектра галактик в бік довгохвильового чер воного кінця (це зміщення назвали червоним). В наш час значного поширення набула гіпотеза т. зв. акумуляції небесних тіл (Федорищак, 1995). Вчені вважають, що планети утво рилися внаслідок нагромадження багатьох тіл менших розмірів, які рухалися навколо Протосонця по орбітах, що лежали всередині плоского диска. Ця гіпотеза дозволяє пояснити напрям обертання планет по орбіті та навколо власної осі. В планетах, які утворилися з багатьох дрібних тіл, індивідуальні напрями обертань усередню валися, тому їхня вісь обертання виявилася паралельною осі обер тання Сонця. Виняток становлять Уран і Венера. Перша з них, ймо вірно, утворилася при зіткненні всього лише декількох, можливо навіть тільки двох, великих тіл. Зворотній рух Венери вказує на те, що в свій час відбулося сильне сповільнення обертання планети при пливними силами Сонця. Аналіз вищеназваних гіпотез показує, що всі вони мають як ар гументовані положення, так і певні слабкі сторони. Однак слід ви знати, що в цих та ряді інших гіпотез проблема походження Землі отримала в цілому своє розв’язання. Дослідження продовжуються в нових умовах з використанням новітніх досягнень науки і техні ки. У міру вдосконалення методів досліджень і нагромадження но вих наукових фактів вчені все глибше проникають в таємниці по ходження Космосу взагалі та планети Земля зокрема.
Ви переглядаєте статтю (реферат): «Загальні відомості про Землю» з дисципліни «Геофізична екологія»
