По современным данным наше Солнце стало протозвездой около 5 млрд. лет назад. Центробежные силы, действовавшие при вращении протозвезды, оторвали от нее часть экваториальной области вещества. При отделении этой области образовался газо-пылевой диск, лежащий в экваториальной плоскости. Этот диск рос, в нем выделялись сжимающиеся фрагменты, ставшие планетами. В недрах сжимающейся протозвезды увеличивалась температура, и при достижении температурой значения 10 млн. К начались термоядерные реакции, наше Солнце «загорелось». «Топливом» Солнца является водород, из которого в центральной части Солнца синтезируются ядра гелия с выделением огромной энергии, соответствующей дефекту масс. Современную модель строения Солнца построил Эддингтон. При построении этой модели Эддин- гтон предполагал уравнивание гравитационных сил сдавливания силой, возникающей из-за стремления газа к расширению при высокой температуре. С учетом массы Солнца (1,99 ■ 1027т) и его размеров (диаметр 1393000 км) Эддингтон получил значение температуры в центре Солнца 15 млн. град. Схема распределения температуры внутри Солнца показана на рис. 3.15. Центральную область, в которой происходят ядерные превращения, называют активной областью. Ее диаметр равен около 450 тыс. км. Активная зона окружена зоной лучистого переноса, имеющей протяженность 280 тыс. км. В этой зоне происходит переизлучение энергии из ■у-области в более длинноволновую часть спектра. В зоне конвекции осуществляется перенос энергии путем движения солнечной плазмы со скоростями порядка 100 — 500 м/с. Эта энергия обеспечивает нагревание внешних слоев Солнца. Внешнюю оболочку, которую мы только и видим на Солнце, называют фотосферой. Иногда считают (без учета линий Фраунгофера), что Солнце излучает как черное тело с температурой фотосферы, равной 6000 К. Фотосфера окружена тонким слоем красного цвета, так называемой хромосферой. Между фотосферой и хромосферой расположен очень тонкий обращающий слой, в котором, как полагают, и возникают линии Фраунгофера. Обращающий слой и хромосфера наблюдаются во время полных солнечных затмений, когда фотосфера закрыта тенью Луны. Над поверхностью хромосферы вздымаются пламеобразные языки, напоминающие фонтаны. Эти светящиеся выступы называют протуберанцами. Во время солнечных затмений невооруженным 316 3. Мегамир vVUL// Рис. 3.15. Схема распределения температуры внутри Солнца глазом можно наблюдать поразительное явление — солнечную корону, простирающуюся на миллионы километров от края Солнца. Газ, образующий корону, непрерывно истекает в межпланетное пространство — дует солнечный ветер. Скорость солнечного ветра на расстоянии земной орбиты составляет 400 км/с. При излучении Солнца теряет 1% своей массы за 5 млрд. лет. Наполовину Солнце может «похудеть» за 6000 млрд. лет. На орбите Земли солнечное излучение оказывает давление, равное около 0,0009 г на квадратный метр идеально отражающей поверхности. Как знать, возможно, фантастические сегодня проекты создания космических кораблей с солнечным парусом будут в будущем реализованы. Такие проекты уже обсуждаются. Солнце вращается вокруг оси с периодом обращения 25 суток. Однако для земного наблюдателя вращение Солнца кажется происходящим с периодом 27 суток, поскольку Земля вращается в том же направлении. Планеты Солнечной системы, по существующей гипотезе, образовались из протопланетного облака, представлявшего собой отделившееся от диска про- тозвезды кольцо. Планеты земной группы (Меркурий, Венера, Земля, Марс) образовались из этого кольца примерно за 100 млн. лет. Планеты-гиганты образовывались дольше. Однако о механизме образования планет сегодня нет общепринятых заключений. В частности, существует мнение об образовании Солнца и планет Солнечной системы не из единого массива вещества. Сегодня приходится признать, что мы больше знаем о происхождении и эволюции звезд, чем о происхождении собственной планетной системы. Планеты Солнечной системы расположены от Солнца в следующем порядке: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон. Самая близкая к Солнцу планета Меркурий расположена почти в три раза ближе к Солнцу, чем Земля. Самая далекая — Плутон в сорок раз дальше, чем Земля. Схема расположения орбит планет Солнечной системы показана на рис. 3.16. Самой большой из планет является Юпитер, наименьшей — Плутон. Между орбитами Марса и Юпитера располагаются орбиты так называемых малых планет. Их зарегистрировано более 5500. Основные сведения о планетах Солнечной системы приведены в табл. 3.2. Расстояния до планет от Солнца выражены в астрономических единицах, а.е. Астрономической единицей называют расстояние, равное радиусу орбиты Земли. Напомним соотношения между единицами измерения расстояний в астрономии: 1 парсек (пс) = 206265а.е. = 3,263 световых года = 3,086 ■ 1016м. По современным оценкам масса Земли составляет 5,98 • 1024 кг., расстояние от Земли до Солнца равно 149 700000км, средний радиус Земли равен 6371км. 317 Раздел III. Современные проблемы и концепции естествознания Рис 3.16. Схема расположения орбит планет Солнечной системы вертикальный столб в Александрии Рис. 3.17 Измерение радиуса Земли по Эра- тосфену Рис. 3.18. Строение Земли Интересно отметить, что радиус Земли достаточно точно бьы измерен древнегреческим математиком Эратосфеном Киренским (ок. 276 — 194 до н.э.) Эратосфен учел, что в полдень 22 июня в день солнцестояния лучи Солнца освещают дно самых глубоких колодцев в г. Сиене (древнее название 318 3. Мегамир Таблица 3.2. Сведения о планетах Солнечной системы Планета Меркурий Венера Земля Марс Юпитер Сатурн Уран Нептун Плутон Большая полуось орбиты, а.е. 0.387 0.723 1.000 1.524 5.203 9.539 19.182 30.058 39.439 Период обращения. сидерический год 0.241 0.615 1.000 1.880 11.862 29.458 84.015 164.788 247.697 Экваториальный радиус 2 439.0 6 051.6 6 378.1 3 393.4 71492 60 268 25 560 24 760 1 142 Масса, г 3.30-1026 4.87- 1027 5.98-1027 6.45- 1026 1.90- 10м 5.69-1029 8.69- 102* 1.02 •10 м 1.3-1025
Плотность, г/см5 5.44 5.24 5.52 3.95 1.33 0.69 1.28 1.64 2.1 Число спутников нет нет 1 2 16 18 15 8 1 Наличие колец нет нет нет нет кольца кольца кольца кольца ? Асуана), то есть эти лучи падают вертикально на поверхность Земли (рис. 3.17.). В Александрии, расстояние до которой от Сиены составляет 5000 греческих стадий (800км), угол между вертикальным столбом и лучами в то же время составляет 7°,2. Угол был измерен Эратосфеном достаточно точно с помощью скафиса — прибора, придуманного самим Эратосфеном. Этих измерений оказалось достаточно для вычисления радиуса Земли. Действительно, центральный угол, опирающийся на дугу между Александрией и Сиеной, также будет 7°,2. Дуга АС, примерно равная расстоянию от Александрии до Сиены, составляет (7°,2'/360°) часть окружности, тогда длина всей окружности (длина экватора) L = и АС • 360о/7\2 = 40000км. Можно рассчитать и радиус Земли R = 40000/2л = 6369,4 км. Это значение лишь незначительно отличается от современной оценки радиуса Земли. Картина, отражающая внутреннее строение нашей планеты, далеко не завершена. По последним данным основные ее черты сводятся к следующему (рис. 3.18). Твердая внешняя оболочка Земли, называемая земной корой, имеет толщину до 70 км в горных районах, около 30 км под равнинами, 5—10 км под океанами. Земная кора входит по современным представлениям в литосферу, включающую верхние твердые слои мантии Земли. Мантией, в свою очередь, называют оболочку Земли, расположенную между земной корой и яд- 319 Раздел III. Современные проблемы и концепции естествознания ром Земли. Мантия занимает 83% Земли (без атмосферы) по объему и 67% по массе. Наиболее плотная часть Земли, расположенная в ее центре, называется ядром. Ядро делится на внешнее и внутреннее. Факты, полученные геологией и геофизикой в последние годы, указывают, что литосфера состоит из небольшого числа отдельных плит. Эти плиты, подобно гигантским плотам, скользят по вязкому слою полурасплавленных горных пород, составляющему так называемую астеносферу. За миллионы лет своего «движения» тектонические плиты проделали огромный путь, хотя их скорость составляет всего несколько см в год. Измерить перемещения тектонических плит довольно сложно, но все же возможно современными астрономическими методами, основанными на наблюдениях за звездами с различных точек Земли. Границы плит являются зонами наиболее высокой тектонической, сейсмической и вулканической активности. Тектонические плиты, составляющие земную кору, перемещаются за счет циркулирующих внутри мантии конвекционных потоков. Нагреваясь у ядра, потоки идут вверх, а остывая — вниз. Мантия доходит до глубины 2900 — 3000 км и состоит из прочной каменной породы. Температура мантии достигает 4000 К, но, несмотря на это, она не расплавлена из-за огромного давления, достигающего 150 гигапаскалей (150- 109Па), которое препятствует плавлению. Предполагается, что мантия находится в вязком состоянии, наподобие пластилина. Мантия и ядро различаются по состоянию так резко, как твердое состояние отличается от газообразного. Внешнее ядро более динамично, чем внутреннее и состоит из жидкого металла. Температура на границе раздела сред мантии и ядра увеличивается при переходе к ядру скачком на тысячи градусов. Циркулирующее во внешнем ядре жидкое железо рождает магнитное поле Земли, то самое, что на поверхности воздействует на магнитную стрелку. Магнитное поле выходит за пределы земного шара и даже способно отклонять в космическом пространстве заряженные частицы солнечного ветра. Внутреннее ядро представляет собой твердый железный шар. По последним данным это единый гигантский кристалл железа. При температуре свыше 4000 К и чрезвычайно высоком давлении кристалл существует как единое тело по форме, близкое к шару с диаметром 2500 км. Как и всякий кристалл, внутреннее ядро обладает анизотропией. На границе жидкого ядра на глубине 2900 километров сейсмологи открыли слой толщиной от 200 до 400 км, который назвали «Д-слоем». Этот слой не является непрерывным. В некоторых областях он полностью отсутствует. Предполагается, что материал Д-слоя захватывается конвекционными потоками при их движении вверх. Приближаясь к литосфере при своем движении вверх, материал Д-слоя как бы прожигает ее, всплывает на поверхность планеты, образуя острова с действующими вулканами. Таковы, например, Гавайские острова. По новейшей гипотезе Д-слой образуется обломками земной коры, опустившимися с конвенционными потоками до границ внешнего ядра с мантией. Непосредственное проникновение в недра Земли возможно сегодня только бурением, глубина которого не превышает 10-12 км. Бурение дает сведения лишь о самых верхних слоях земной коры. Что касается анатомии Земли в целом, то ее очертания пока весьма расплывчаты.
Ви переглядаєте статтю (реферат): «Солнечная система и Земля» з дисципліни «Історія науки»
