Исследовательская работа на тему "Концепции современного естествознания: Современные представления о происхождении планет"

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Исследовательская работа

Концепции современного естествознания:

современные представления о происхождении планет

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                          Выполнила:

                                                          Бабаева Эльмира Икрамовна

 

 

 

 

 

 

 

 

Тюмень 2021

Содержание:

 

1)Вступление

2)Происхождение Солнечной системы;

3) Классификация планет;

4)Современные представления о происхождении планет

а) Креационизм

б) Космогоническая теория О. Ю.Шмидта

5)Заключение

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вступление

      Проблема происхождения жизни на Земле и возможности ее существования в других областях Вселенной издавна привлекала внимание как ученых и философов, так и простых людей. Один из центральных вопросов, связанных с изучением нашей планетной системы, – проблема ее происхождения. Как возникла семья небесных тел, обращающихся вокруг Солнца? Ответ на этот вопрос имеет не только важное естественно- научное, но и мировоззренческое, философское значение. На протяжении веков ученые пытались выяснить прошлое, настоящее, будущее Вселенной. Нередко их представления были в той или иной степени связаны с господствовавшими религиозными воззрениями. Но уже в глубокой древности зародилась мысль, что Вселенная не была создана никем из богов. Она всегда существовала и будет существовать. Одни миры возникают, развиваются, другие – разрушаются и умирают, 3емля, как и другие миры, сформировалась в результате естественных причин.

     Однако такие гениальные догадки настолько опережали эпоху, что не могли быть восприняты современниками. В споре о путях происхождения и развития Земли и планет столкнулись два прямо противоположных и непримиримых суждения о том, что лежит в основе мироздания – дух или вечно существующая материя? Создан ли мир богом или он существует вечно?

       В отличие от идеалистов, утверждающих первичность духа и считающих мир продуктом творения высшего разума (бога), материалисты признают первичность материи. Подтверждая свои выводы практикой исследований и наблюдений, основываясь на повседневном опыте, материалисты доказывают, что планеты, в том числе и Земля, могли возникнуть лишь из других форм материи, т.е. сформировались естественным путем. В наше время все значительные космогонические гипотезы являются последовательно материалистическими.

     Проблема происхождения планет – очень сложная и далеко еще не решенная проблема, во многом зависящая от развития не только астрономии, но и других естественных наук (прежде всего наук о Земле).И именно поэтому она остается актуальной по сей день. Дело в том, что пока можно исследовать только единственную планетарную систему, окружающую наше Солнце. Как выглядят более молодые и более старые системы, вероятно существующие вокруг других звезд, неизвестно. Чтобы правильно объяснить происхождение планет, необходимо также знать, как образовалось Солнце и другие звезды, потому что планетарные системы возникают вокруг звезд в результате закономерных процессов развития материи.

Цель нашей работы - рассмотреть все современные представления о происхождении планет.

Поставленная цель определяет следующие задачи исследования:

-изучить происхождение Солнечной системы

-дать определение планеты;

-изучить классификацию планет;

-рассмотреть представления о происхождении планет;

-вывести наиболее распространенное представление о происхождении планет;

В качестве объекта исследования будут выступать планеты.

 

Происхождение солнечной системы

 

     Солнечная система — планетарная система, куда входит Земля. В центре ее находится звезда средних размеров и яркости, Солнце, вокруг которой по орбитам двигаются 9 больших планет (Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и Плутон). Кроме этих планет, есть десятки спутников больших планет и другие, второстепенные, в частности астероиды и кометы. Завершая обзор компонентов Солнечной системы, упомянем межпланетную пыль.

   Первые научные гипотезы о происхождении нашей Солнечной системы восходят к середине XVIII века. В 1755 году немецкий философ Иммануил Кант (1724—1804) подчеркивал, что планеты, видимо, образовались в результате сжатия диска материи, вращавшегося вокруг Солнца.

     Позднее, в 1796 году, французский астроном Пьер-Симон де Лаплас (1749—1827) выдвинул гипотезу, похожую на кантианскую, с той только разницей, что, по его мнению, Солнце выбросило серию газовых колец, из которых образовались отдельные планеты.

      Современные астрономы считают, что на первой фазе образовалась солнечная туманность в виде газопылевого облака; впоследствии из-за внешнего события, возможно взрыва находящейся недалеко сверхновой, оно начало коллапсировать из-за гравитационных сил . В центре облака образовалось Солнце, его температуры оказалось достаточно для начала цепной реакции, продолжающейся и поныне. Вокруг Солнца образовались каменистые тела различных размеров: от совсем небольших до имеющих сотни километров в диаметре, неправильных форм, так называемые планетезимы. Затем через относительно короткий промежуток времени, какие-то десятки тысяч лет, планетезимы превратились в протопланеты диаметром 100—500 км. Считается, что планетам земного типа, то есть Меркурию, Венере, Земле и Марсу, потребовалось затем 100 млн. лет, для того чтобы вырасти от протопланет до современных размеров путем аккумулирования масс более маленьких тел. Этот процесс охватывал большую область космоса вокруг каждой протопланеты и привел к зримому отдалению современных планет.

     Итак, согласно современным представлениям, планеты Солнечной системы образовались из холодного газопылевого облака, окружавшего Солнце миллиарды лет назад. Наиболее последовательно такая точка зрения проведена в работах советского ученого академика О.Ю. Шмидта. До сих пор планетная космогония рассматривалась как чисто астрономическая проблема, а Шмидт показал, что проблемы космогонии можно решить лишь согласованными усилиями астрономии и наук о Земле, прежде всего геофизики, геологии, геохимии. Такой подход значительно укрепил наблюдательную базу космогонии, предоставив в ее распоряжение обширные фактические данные наук о Земле.

      Наиболее подробно рассмотрим теорию О.Ю.Шмидта ниже.

      По произведенным расчетам, 98% своей массы Земля приобрела за 100 миллионов лет.

 

Классификация планет

 

    Планеты Солнечной системы можно разделить на два вида: планеты земной группы (Меркурий, Венера, Земля и Марс) и газообразные планеты (Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун). Из этой классификации часто выпадает Плутон, характеристики которого аномальны из-за своего гипотетического происхождения из полосы Эдгеворта - Купера.

     Планеты земной группы названы так из-за своих характеристик, в той или иной степени близких к характеристикам нашей планеты. Видимо, они сформировались в области туманности, где высокие температуры, обусловленные близостью Солнца, не позволили сохраниться в твердом виде таким легким летучим элементам, как водород, гелий и вода. У этих планет твердая поверхность, а плотность снижается по мере удаления от Солнца с 5,46 г/см3 (Меркурий) до 3,92 г/см3 (Марс). А вот у гигантских планет (называемых также «молодыми», например, Юпитер) плотность составляет, как правило, 1 г/см3, а у Сатурна — даже меньше единицы, что означает, что эта планета «легче воды». Эти планеты формировались на довольно большом расстоянии от Солнца, чтобы у них держалась достаточно внушительная газовая оболочка, которая окружает плотное ядро (впрочем, существующее) относительно скромных размеров. И действительно, главными химическими элементами, их составляющими, являются водород и гелий.

   В Солнечной системе также имеются две области, заполненные малыми телами. Главный пояс астероидов, находящийся между Марсом и Юпитером, сходен по составу планетам земной группы, поскольку так же состоит главным образом из силикатов и металлов. За орбитой Нептуна располагаются транснептуновые объекты, состоящие главным образом изо льдов воды, аммиака и метана. В этих областях, пять индивидуальных объектов — Церера, Плутон, Хаумеа, Макемаке и Эрида, как признано, являются достаточно большими, чтобы под действием сил собственной гравитации поддерживать близкую к округлой форму; и они названы карликовыми планетами. В дополнении к тысячам малых тел в этих двух областях, другие разнообразные популяции малых тел, таких как кометы, метеороиды и космическая пыль, свободно путешествуют в Солнечной системе.

    Шесть планет и три карликовые планеты окружены естественными спутниками. Каждая из внешних планет окружена кольцами пыли и других частиц.

Креационизм

 

Первой из теорий о происхождении всего живого и неживого мира был креационизм.

Креационизм (от лат. creaсio — создание) — философско-методологическая концепция, в рамках которой всё многообразие органического мира, человечества, планеты Земля, а также мир в целом, рассматриваются как намеренно созданные неким сверхсуществом (Творцом) или божеством. Никаких научных подтверждений этой точки зрения нет: в религии истина постигается через божественное откровение и веру. Процесс сотворения мира мыслится как имевший место лишь единожды и поэтому недоступный для наблюдения.

   Теории креационизма придерживаются последователи почти всех наиболее распространенных религиозных учений (особенно христиане, мусульмане, иудеи).

   Креационизм мыслится как Божье Творение. Однако в настоящее время некоторые рассматривают его и как результат деятельности высокоразвитой цивилизации, создающей различные формы жизни и наблюдающей за их развитием.

 

 

 

 

 

Современные представления о происхождении планет

 

1)Космогоническая тория О.Ю.Шмидта. Происхождение планет и спутников.

     Более полувека назад академик О.Ю. Шмидт назвал центральной задачей планетной космогонии исследование происхождения планет и спутников. С тех пор изучение Солнечной системы неизмеримо расширилось и обогатилось фактическими данными. Были открыты газово-пылевые диски у многих молодых звезд солнечной массы, а у некоторых звезд и планетоподобные спутники. И все же основные положения теории Шмидта, развитые его учениками и последователями, сохраняют силу как динамически обоснованный сценарий образования Земли и планет, а также спутников и других малых тел Солнечной системы.

Происхождение планет:

   Согласно современным представлениям, планеты и другие тела образовались в газово-пылевом протопланетном облаке, вращавшемся вокруг Солнца. Это облако должно было иметь форму диска. В последнее десятилетие газово-пылевые диски открыты у многих молодых звезд типа Т Тельца и у некоторых звезд главной последовательности (Земля и Вселенная, 1995, № 6). Массы дисков варьируют от одной тысячной до одной-двух десятых массы звезды, а размеры - от нескольких десятков до сотен астрономических единиц. Ранее, 50 лет назад, образ допланетного диска мог быть воссоздан лишь на основе данных о нашей собственной планетной системе, большие планеты которой принято делить на две группы: земного типа, состоящие из твердых каменистых пород, и газо-жидкие планеты-гиганты. Уже тогда было ясно, что диск не мог быть только пылевым и в его составе должны были преобладать водород и гелий, поскольку именно они доминируют на Юпитере и Сатурне. Все остальные элементы и соединения могли находиться в конденсированной (твердой) фазе и входить в состав твердых частиц и тел, в зависимости от температуры, которая, главным образом, определялась расстоянием от Солнца.

   Исследования эволюции допланетного диска, организованные О.Ю. Шмидтом в Объединенном институте физики Земли, носящем сегодня его имя, на 10 - 15 лет опередили подобные исследования на Западе и в Японии. Шаг за шагом прослежены основные этапы превращения диска в систему планет. Было показано, что в диске не могли долго поддерживаться крупномасштабные турбулентные движения, в нем вследствие оседания пыли к центральной плоскости должен был образоваться пылевой субдиск. Найден критерий гравитационной неустойчивости для дисков конечной толщины с кеплеровским вращением, позволивший оценить первичные сгущения, на которые субдиск мог распасться. Затем исследовано взаимодействие этих сгущений, их уплотнение и превращение в рой твердых тел, который, согласно первоначальному замыслу О.Ю. Шмидта, и стал исходным материалом для планет. Время образования роя - относительно короткое, порядка 10 тыс. лет.

Весьма важно было определить хаотические скорости твердых тел (планетезималей), накладывавшиеся на их упорядоченное кеплеровское движение вокруг Солнца, т.е. дисперсию скоростей. Выяснилось, что скорости определялись гравитационными возмущениями от крупнейших планетезималей, которые играли важнейшую роль в построении планет. Закономерности распределения масс (либо размеров) планетезималей выведены из известных уравнений коагуляции Смолуховского с учетом гравитации тел и их дроблений при столкновениях. Оказалось, что с увеличением размеров количество тел убывает по степенному закону (например, десятикилометровых тел в 1000 раз больше, чем стокилометровых, а число километровых тел - в 1000 раз больше чем десятикилометровых), и при этом основная масса вещества сосредоточивается в нескольких наиболее крупных телах. Подобные закономерности прослеживаются для кратеров на поверхности Луны и других тел, а также у астероидов главного пояса. Крупнейшие тела - потенциальные зародыши планет. Они постепенно вычерпывали остальные планетезимали, а самые крупные могли захватывать также газ, если он еще присутствовал в диске. Как считал О.Ю. Шмидт, происходило осреднение наклонов и эксцентриситетов орбит отдельных тел и вырабатывались почти круговые орбиты планет, лежащие в одной плоскости. Процесс роста планет - длительный, для планет земной группы - порядка 108 лет, а для наиболее удаленных планет - Урана и Нептуна - 109 лет. Время роста пропорционально периоду обращения планеты вокруг Солнца и обратно пропорционально поверхностной плотности питающих тел и гравитационному сечению растущей планеты. Поверхностная плотность в диске равна массе вещества вертикального столба над единицей поверхности диска. Гравитационное сечение означает способность планеты фокусировать орбиты сближающихся с нею тел. При большой массе планеты и небольших скоростях тел гравитационное сечение может многократно превышать геометрическое сечение.

     Схематическое изображение образования планет из газопылевого диска было дано Б. Ю. Левиным еще в 1964 г. (на основании работ О. Ю. Шмидта, Л.Э. Гуревича и А.И. Лебединского, Б.Ю. Левина, В.С. Сафронова, Е.Л. Рускол) и стало как бы визитной карточкой группы О.Ю. Шмидта. Естественно, что за истекшие годы многие этапы эволюции, которые представлялись вначале лишь в качественном виде, изучены количественно благодаря разработке компьютерных моделей (с 70-х гг. на Западе, а позднее - и в нашей стране). В целом сценарий подтвердился.

    Интересной особенностью сценария оказалась возможность обгоняющего роста основного зародыша планеты, на которую еще в 1969г. указывал В.С. Сафронов. Этот тип аккумуляции, "runaway growth" (слово введено Дж. Везериллом по аналогии с "runaway inflation", т.е. галопирующая инфляция) способен сократить время роста планеты. Некоторые ученые пытались с его помощью получить меньшее значение для времени роста Земли, оцененное В.С. Сафроновым в 108 лет по уточненной им формуле О.Ю. Шмидта еще в 1954 г. Однако анализ сценария обгоняющего роста ("runaway"), сделанный Дж. Везериллом и В.С. Сафроновым, выяснил границы его применимости: только начальный этап, пока масса зародыша меньше общей массы остальных питающих тел. В целом же время роста определяется заключительной стадией упорядоченного роста, когда все тела увеличиваются сообразно своим гравитационным сечениям. Оценка длительности роста (98% массы Земли за 108 лет) сохранилась, она подтверждается и динамическими расчетами, и данными изотопной геохимии. Рост Земли и других планет земной группы происходил в основном уже при отсутствии газовой части допланетного облака, на что указывает состав этих планет. Атмосферы и гидросферы должны были выделиться на них при дегазации и дефлюидизации первоначально твердых планетезималей, в том числе и ледяных, забрасываемых с периферии Солнечной системы возмущениями планет-гигантов.

      По величине углов наклонов осей вращения планет к оси эклиптики оценены размеры крупнейших тел, падавших на планеты в процессе роста. Для Земли достаточно падения тел в одну тысячную долю ее массы, для Урана - тела с массой равной массе Земли. Позднее сотрудниками ОИФЗ А.В. Витязевым и Г.В. Печерниковой предел массы для крупнейших тел, падавших на Землю, был увеличен до одной сотой массы Земли, т.е. примерно до массы Луны.

      Важнейшей задачей планетной космогонии О.Ю. Шмидт считал изучение начального состояния Земли и планет на основе данных о способе их образования. Известно, что не только О.Ю. Шмидт, но и В.И. Вернадский, Г.К. Юри, И.С. Шкловский, В.В. Белоусов, А.С. Монин и другие выдающиеся ученые полностью отвергали представление об образовании Земли из раскаленного газового сгустка. Земля не могла быть также расплавленной жидкой "каплей". По идее О. Ю. Шмидта, Земля формировалась из твердых холодных тел и вначале была холодной. Сейчас, после проделанных расчетов начальной температуры Земли, можно сказать, что наша планета никогда не была полностью расплавленной, а ее недра стали горячими уже в процессе роста. Наибольший вклад в первоначальный нагрев Земли давали удары крупнейших допланетных тел, энергия которых не полностью излучалась поверхностью, а частично накапливалась на глубине гигантских ударных кратеров в сотни и даже тысячи километров. Эти удары, кроме того, создавали первичные неоднородности в строении верхней мантии Земли. Дополнительными источниками разогрева Земли служили тепло радиоактивных источников и сжатие недр под давлением вышележащих слоев. К концу аккумуляции в верхней мантии Земли уже должны были находиться разогретые очаги с температурой порядка 1500 К, в которых происходило плавление силикатных пород и шел процесс сегрегации железа в земное ядро. При этом поверхность Земли никогда не разогревалась выше 350 К.

     Решающим тестом для теории образования планет служит объяснение происхождения планет-гигантов Юпитера и Сатурна, заключающих в себе 92 % массы всей планетной системы и состоящих в основном из водорода и гелия. Планеты должны были поглотить газы из допланетного диска до того, как ультрафиолетовое и корпускулярное излучение Солнца рассеяло их в пространстве, т.е. за время порядка 107 лет. Наиболее скорый способ - это распад газового диска на сгустки вследствие гравитационной неустойчивости и последующее сжатие этих сгустков в планеты. Но тогда масса диска должна была бы достигать по крайней мере 30% массы Солнца и одновременно должны были бы появиться десятки "юпитеров", имеющих первичный космический состав, идентичный с составом Солнца. Не исключено, что в системах других звезд с более массивными дисками планеты-гиганты могли возникнуть в один этап, путем гравитационной неустойчивости в газовой среде со своими сценариями дальнейшего развития. Так, несколько условных "юпитеров" должны оказывать взаимные гравитационные возмущения, приводящие к образованию планет с большими эксцентриситетами орбит. Орбиты могут пересекаться и способствовать слиянию "юпитеров" в еще более крупные тела. Возможно, что у некоторых звезд наблюдаются именно такие планеты-гиганты на довольно близких к звездам и вытянутых орбитах. Будущие исследования покажут, какова природа этих тел, получивших название "экзопланеты".

Между тем в Солнечной системе существует лишь один Юпитер, в составе которого доля тяжелых элементов в несколько раз превышает их долю в Солнце, и один Сатурн, у которого примесь тяжелых элементов еще в несколько раз выше. У наиболее удаленных планет, Урана и Нептуна, совсем мало газов (лишь оболочки, содержащие около 10 % массы планет). Орбиты всех четырех планет-гигантов весьма близки к круговым, с закономерно увеличивающимися расстояниями. Такое строение и расположение планет-гигантов совместимо лишь с их образованием в два этапа: сначала аккумуляция ядер планет из конденсируемых элементов, по типу аккумуляции планет земной группы, а затем присоединение (аккреция) газа в той пропорции, в которой это было возможно в постепенно диссипирующем газовом диске.

     Образование Юпитера на орбите, удаленной от Солнца на 5.2 а.е., обусловлено физико-химическими условиями в допланетном диске. Приблизительно на этом расстоянии находился фронт конденсации водяного льда. Известно, что все тела, обращающиеся внутри орбиты Юпитера, либо безводны, либо содержат мало воды, но крупнейшие спутники Юпитера Ганимед и Каллисто наполовину состоят из воды, и по мере удаления от Солнца вода становится главной составной частью тел. Она преобладает на спутниках Сатурна, на Уране и Нептуне и их спутниках, а также в ядрах комет. Именно за счет конденсации льдов воды и других летучих веществ рост планетезималей в районе Юпитера мог опередить рост таковых в более близкой к Солнцу зоне астероидов. Возмущения со стороны Юпитера и крупных тел из его зоны питания могли воспрепятствовать аккумуляции "нормальной" планеты в зоне астероидов, так что ускоренный рост Юпитера (107 лет) подкрепляется еще одним аргументом. Из двух основных этапов роста планет-гигантов более длительный - аккумуляция ядер из конденсируемых элементов. Ядра должны достичь массы по крайней мере в 10 МЕ (10 масс Земли), чтобы началась эффективная аккреция газов. Процесс аккреции идет на порядки быстрее, пока поступает газ. Численное моделирование начальных стадий формирования Юпитера и Сатурна с учетом этапа обгоняющего роста их ядер, выполненное шестью американскими исследователями в 1996 г. (Дж. Поллак, О.Хубицкий, П.Боденхеймер, Дж. Лиссауэр, М.Подолак, Ю,Гринцвайг), укладывается в требуемый интервал времени. В этой работе предполагалось, что зона роста Юпитера замкнута и в ней обращается один зародыш с массой примерно 0.1 МЕ и множество одинаковых планетезималей радиусами 100 км, которые питают зародыш, а сами не растут; их хаотические скорости остаются малыми. При этом эффективное гравитационное сечение зародыша оказывается в тысячи раз больше его геометрического сечения, что и обеспечивает ускоренный рост. Принимая, что поверхностная плотность конденсируемых веществ (Z) в области Юпитера была равна 10 г/ см2, а в области Сатурна - 3 г/cм2, и что плотность газов водорода и гелия (XY) была в 70 раз выше в обеих зонах, Поллак и соавторы нашли, что зародыш Юпитера вырастает до 10 МЕ за 6 ґ 105 лет, затем следует стадия медленной аккреции газа, и ядро вместе с оболочкой достигают 20 МЕ за 8 ґ 106 лет, когда аккреция становится быстрой. То же у Сатурна достигается за 107 лет. После этого удельное содержание водорода и гелия начинает резко возрастать, и на этом работа американских ученых завершается, потому что расчеты газовой аккреции на этом этапе требуют иной численной модели. Итальянские планетологи А. Корадини и Дж. Маньи проделали многие варианты таких расчетов и показали, что Юпитер и Сатурн по достижении их ядрами критической массы аккрецируют весь доступный газ за 104 - 106 лет. Схемы численного моделирования неизбежно упрощены, поэтому В.С. Сафроновым и автором настоящей статьи была проанализирована применимость сценария обгоняющего роста ("runaway") и сделаны аналитические оценки для роста ядер планет путем аккреции.

     Оказалось, что темп "runaway" замедляется примерно в два раза уже на первом этапе роста ядра Юпитера до массы 10 МЕ, который занимает немногим более 106 лет. Это связано в основном с ростом дисперсии скоростей планетезималей вследствие гравитационных возмущений, вызванных растущим зародышем. Гравитационное сечение Юпитера уменьшается, но все еще остается много большим, чем его геометрическое сечение. Рост ядра до критической массы (условно 20 МЕ) укладывается в срок 107 лет. За это время хаотические скорости планетезималей достигают 2 - 3 км/c, так что планетезимали в перигелиях залетают в зону астероидов. Будучи крупнее тел астероидного пояса, залетевшие тела либо "выметают" последние, либо возмущают их движения, увеличивая дисперсию скоростей и тем самым замедляя или прекращая рост астероидов. Именно таким представляется сейчас влияние Юпитера, не позволившее образоваться единой планете вместо многих тысяч малых планет. О том, что пояс астероидов - несформировавшаяся планета, еще в 1954 г. писал О.Ю. Шмидт, но конкретный механизм, с помощью которого Юпитер помешал ее росту, тогда еще не был раскрыт.

     Аккреция газов водорода и гелия на ядро обеспечила быстрый дальнейший рост Юпитера до его современной массы 318 МЕ. Численные расчеты подтверждаются приближенным аналитическим выражением, в котором учитывается убыль газа как за счет его диссипации под воздействием солнечного ультрафиолетового и корпускулярного излучений, так и за счет вычерпывания зародышем планеты. Ближайшая к орбите часть зоны вычерпывается быстро, за 103 - 104 лет, более отдаленные порции газа поступают медленнее. В зависимости от степени турбулизации газа твердыми планетезималями он перетекает к растущей планете и поглощается ею за 104 - 106 лет.

     Разумеется, при дальнейшем росте Юпитера пространственный разброс планетезималей его зоны увеличивается. Многие из них покидают Солнечную систему, часть попадает в облако комет Оорта, простирающееся до 200 тыс. а.е. Поэтому зону Юпитера нельзя считать замкнутой, как в численной модели в работе Поллака с соавторами. Принятые этими авторами значения поверхностной плотности соответствуют полной массе допланетного диска около 0.03 М¤. С учетом потери части твердых тел из зоны планет-гигантов (включая Уран и Нептун), начальная масса диска могла составлять 0.05 - 0.1 М¤. Даже в этом случае Уран и в особенности Нептун росли медленнее других планет, за время порядка 109 лет. За орбитой Нептуна могли также вырасти Плутон и тела пояса Койпера, с радиусами до 1000 км, обращающиеся по почти круговым орбитам на расстоянии около 45 а.е. от Солнца. Под действием возмущений всех планет-гигантов многие ледяные планетезимали выбрасывались на очень большие расстояния, образуя резервуары будущих комет. Оценки показали, что самым активным "выбрасывателем" тел в облако Оорта был Нептун, тогда как возмущения Юпитера наиболее эффективны в выбрасывании тел за пределы Солнечной системы.

Происхождение естественных спутников планет:

       В настоящее время открыто более 90 спутников планет. В эпоху О.Ю. Шмидта их было известно в три раза меньше. В 3-м издании его "Четырех лекций о теории происхождения Земли" (1957 г.) высказана общая идея о происхождении спутников:

     "При образовании планет, в процессе сближения частиц с крупными зародышами планет, некоторые из частиц, сталкиваясь, настолько теряли скорость, что выпадали из общего роя и начинали обращаться вокруг планеты. Таким образом, около планетного зародыша образуется сгущение - рой частиц, обращающихся около него по эллиптическим орбитам. Эти частицы также сталкиваются, изменяют свои орбиты. В уменьшенном масштабе в этих роях будут происходить те же процессы, что и при образовании планет. Большинство частиц упадет на планету (присоединится к ней), часть же их будет образовывать околопланетный рой и объединяться в самостоятельные зародыши - будущие спутники планет… При осреднении орбит частиц, образующих спутник, последний приобретает симметричную, т.е. близкую к круговой, орбиту, лежащую в плоскости экватора планеты".

    Модель образования Луны, разработанную на основании этой идеи, стали позднее называть моделью коаккреции (на Западе "accretion" обозначает и "аккумуляция" и "аккреция", тогда как в русскоязычных работах "аккреция" обычно обозначает присоединение газовой среды, а "аккумуляция" - объединение твердых тел). Эта модель может быть применима к планетам земного типа, но она не исчерпывает всех разновидностей образования спутников. Так, у планет-гигантов на стадии аккреции газа должны образовываться не околопланетные рои, а аккреционные газопылевые диски. В поясе астероидов, где процессы аккумуляции давно сменились разрушительными столкновениями, образование спутников возможно лишь путем фрагментации более крупных родительских тел. Наконец, для системы Земля - Луна в последние два десятилетия рассматривается катастрофическое происхождение как альтернатива коаккреции.

    Итак, в основе теории О.Ю. Шмидта лежит мысль об образовании планет путем объединения твердых тел и пылевых частиц. Возникшее около Солнца газопылевое облако вначале состояло на 98% из водорода и гелия. Остальные элементы конденсировались в пылевые частицы. Однако беспорядочное движение газа в облаке быстро прекратилось: оно сменилось спокойным обращением облака вокруг Солнца. Пылевые частицы сконцентрировались в центральной плоскости, образовав слой повышенной плотности. Когда плотность слоя достигла некоторого «критического» значения, его собственное тяготение стало «соперничать» с тяготением Солнца. Слой пыли оказался неустойчивым и распался на отдельные пылевые сгустки. Сталкиваясь друг с другом, они образовали множество сплошных плотных тел. Наиболее крупные из них приобрели почти круговые орбиты и в своем росте начали обгонять другие тела, став потенциальными зародышами будущих планет. Как более массивные тела, новообразования присоединили к себе оставшееся вещество газопылевого облака. В конце концов сформировалось девять больших планет, движение которых по орбитам остается устойчивым на протяжении миллиардов лет. Для образования планет потребовалось 6-7 млрд. лет.

 2)Советский ученый В. И. Попов в 1964 году выступил с гипотезой происхождения Земли за счет ядерных реакций в космосе. Попов говорит, что происхождение Земли из случайных твердых метеоритов просто невозможно. В общих чертах теория В. П. Попова сводится к следующему. Под влиянием электромагнитных полей Галактики возникло дискообразное скопление рассеянной межзвездной материи. В центре этой туманности образовалось сгущение, породившее в дальнейшем Солнце.  Внутри Солнца температура и давление увеличились до пределов, при которых начались термоядерные реакции. На поверхности Солнца образовались турбулентные пятка, которые явились полюсами магнитного поля.

Внутри пятен происходили возмущения, возникали термоядерные реакции, в результате чего могли возникать новые химические элементы. Эти процессы сопровождались выбросами вещества пятен солнечной атмосферы в виде протуберанцев. Из выброса и отрыва от Солнца крупнейших протуберанцев около 5-6 миллиардов лет назад образовались планеты, в том числе и Земля. Шарообразной Земля стала под влиянием электромагнитного поля, а также пятен на ее поверхности, подобных солнечным. В этих пятнах протекали термоядерные реакции, которые вызвали возникновение и концентрацию радиоактивных элементов. Окончательное расслоение железо-никелевого ядра и пе-ридотитовой мантии произошло около 3-4 миллиардов лет назад.

     3)Модель образования планет В.С. Сафронова (1969): согласно этой модели молодая Земля была однородной по составу, сравнительно холодной и, поэтому, тектонически пассивной планетой. Основополагающая модель планетообразования В.С. Сафронова (1969) полностью удовлетворяет современным геологическим данным о развитии Земли. Во-первых, из нее следует, что молодая Земля была относительно холодной планетой и температура в ее недрах нигде не поднималась выше температуры плавления земного вещества. Во-вторых, благодаря гомогенной аккреции планет состав вещества первичной Земли был практически однородным во всем ее объеме.

Из этих простых выводов теории вытекают очень важные для геологии следствия, которые, в принципе, могут быть проверены по геологической летописи Земли. Первое, молодая Земля была тектонически-пассивной планетой и характеризовалась полным отсутствием магматической деятельности. Второе, у молодой Земли не было плотного ядра.

Первый вывод теории легко проверяется по возрастам наидревнейших магматических пород Земли. Коровые породы, в конце концов, являются продуктами химико-плотностной дифференциации земного вещества и, поэтому они всегда оказываются более легкими, чем исходное вещество мантии. По этой причине такие породы раз выделившись на поверхность Земли уже не могут быть полностью уничтожены последующими тектоническими процессами. Отсюда видно, что достаточно длительный промежуток времени после формирования Земли, т.е. в течение всего катархея, как это и следует из теории планетообразования В.С. Сафронова (1969), в земных недрах действительно ни каких магматических процессов не происходило. Распределение температуры в Земле оставалось в это время еще приблизительно подобным ее первоначальному распределению, приведенному в работе В.С. Сафронова (1969), то можно определить теплосодержание Земли в самом начале архея. Геологические данные, о которых упоминалось выше, практически однозначно свидетельствуют о том, что молодая Земля, как это и следует из основополагающей теории планетообразования В.С. Сафронова (1969), первоначально была относительно холодной и однородной планетой без плотного ядра и земной коры. Земля никогда полностью не плавилась, а ее ядро выделялось постепенно, начиная приблизительно с 4 - 3,8 млрд. лет назад и в течение всей дальнейшей истории ее геологического развития. Продолжается процесс роста земного ядра и сейчас, являясь при этом главным энергетическим процессом, питающим, тектоническую активность Земли.

     4)Согласно гипотезе английского астрофизика Хойле звезды и планетные системы образуются в едином процессе, в результате сжатия облака межзвездной газово-пылевой материи, как и предполагалось в гипотезах Канта и Лапласа. Согласно этой теории Когда плотность протозвезды достигает некоторой достаточно большой величины, обмен прекращается и момент количества движения в дальнейшем изменяется мало. Дальнейшее сжатие протозвезды вызывает увеличение угловой скорости, а это приводит к наступлению ротационной неустойчивости.. В случае «Протосолнца» ротационная неустойчивость возникла, когда его радиус был приблизительно равен радиусу орбиты Меркурия. В этот момент по экватору «Протосолнца» началось истечение вещества, которое образовало протопланетное облако, имеющее форму диска. Вещество протопланетного облака частично ионизовано, и поэтому оно не может свободно двигаться, пересекая силовые линии, оно увлекает их за собой. В результате при образовании протопланетного облака дипольное поле деформируется. Так как угловая скорость диска меньше угловой скорости протозвезды, силовые линии начнут закручиваться по спирали. При этом они тормозят вращение протозвезды и ускоряют вращение диска. Когда протозвезда сильно затормозится, ротационная неустойчивость исчезает, истечение вещества прекращается и протопланетный диск отделяется от протозвезды. холодные звезды имеют подфотосферную конвективную зону, а горячие — нет. Если атмосфера протозвезды охвачена конвективными движениями, магнитные силовые линии могут проникать в нее на большую глубину и спиральные витки магнитного поля в основном располагаются внутри протозвезды. Если конвекции нет, витки располагаются снаружи, в диске. При этом диск раскручивается слишком быстро и разрушается, еще не получив от протозвезды сколько-нибудь заметной массы. Протопланетный диск не успевает сформироваться и не может принять на себя существенной доли момента количества движения. В результате планетная система не образуется, и звезда остается быстро вращающейся.

   5)Долгое время считали само собой разумеющимся, что планеты образовались из горячего газа, который постепенно остывал, затем вещество перешло в жидкую фазу, а потом образовалась твердая оболочка. Первоначально протопланеты (сгустки газа, из которых сконденсировались планеты) содержали значительное количество водорода и гелия.

Планеты земной группы не смогли сохранить легких газов из-за их диссипации.

Однако подробный анализ показывает, что гипотеза образования планет из горячего газа встречает ряд трудностей. Эта гипотеза предполагает, что протопланетное облако должно по каким-то причинам распасться на отдельные протопланеты. При этом мыслится, что протопланетное облако, вообще говоря, не является однородным, в местах наибольшей плотности начинается гравитационная конденсация, и она приводит к образованию протопланет. Оказывается, однако, что предполагаемая масса протопланетного облака (примерно 0,1 массы Солнца) слишком мала для возникновения гравитационной неустойчивости. Кроме того, исследование диссипации атмосфер протопланет показало, что она происходит слишком медленно: «Протоземля» не успела бы превратиться в Землю.

6) В 50х годах 20 века Мещенков добавил, что солнце образовалось в центральной части Вселенной.Около 15 млрд вся нкаша Вселенная была сжата в млрд раз меньше булавочной головки. Плотность была близка к бесконечности. Неустойчивое состояние привело к Взрыву. Самый ранний период развития Вселенной называют инфляционным и он продолжался секунд. Именно в этот момент возникло время и пространство. Во время Взрыва высвободилось большое количество энергии. это привело к нагреву Вселенной. Охлаждение Вселенной продолжалось около 500 тыс. лет. После охлаждения шло образование современной Вселенной, и оно продолжалось от 1 млрд. лет до 3 млрд. лет.

Заключение

    Итак, планеты(от греч. planetes — блуждающий) - наиболее массивные тела Солнечной системы, движущиеся по эллиптическим орбитам вокруг Солнца (см. Кеплера законы) и светящиеся отраженным солнечным светом.

   Кеплера законы - три закона движения планет относительно Солнца, установлены как обобщение наблюдательных данных И. Кеплером в начале 17 в. 1-й Кеплера закон: каждая планета движется по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Солнце. 2-й Кеплера закон: каждая планета движется в плоскости, проходящей через центр Солнца, причем площадь сектора орбиты, описанная радиусом-вектором планеты, изменяется пропорционально времени. 3-й Кеплера закон: квадраты времен обращения планеты вокруг Солнца относятся как кубы их средних расстояний от Солнца. Кеплера законы были объяснены и уточнены на основе закона тяготения Ньютона.

       Основная идея современной планетной космогонии – это то, что планеты и их спутники образовались из холодных твердых тел и частиц.

     Наиболее важные выводы планетной космогонии сводятся к следующему:

а) планеты сформировались в результате объединения твердых (холодных) тел и частиц, входивших в состав туманности, которая когда –то окружала Солнце. Эту туманность часто называют «допланетным» или «протопланетным» облаком. Считается, что солнце и протопланетное облако сформировались одновременно в едином процессе, хотя пока неизвестно, как произошло отделение части туманности, из которой возникли планеты, от «протосолнца».

б) формирование планет происходило под воздействием различных физических и химических процессов. Следствием механических процессов стало сжатие (уплощение) вращающейся туманности, ее удаление от «протосолнца», столкновение частиц, их укрупнение и т.д. Изменялась температура вещества, туманности и состояние, в котором находилось вещество. Замедление вращения будущего Солнца могло быть обусловлено магнитным полем, связывающим туманность с «протосолнцем». Взаимодействие солнечного излучения с веществом протопланетного облака привело к тому, что наиболее легкие и многочисленные частицы оказались вдали от Солнца (там, где сейчас планеты-гиганты).

в) спутники планет (а значит, и наша Луна) возникли, по-видимому, из роя частиц, окружающих планеты, то есть тоже из вещества протопланетной туманности. Пояс астероидов возник там, где притяжение Юпитера препятствовало формированию крупной планеты.

      Что касается креационизма, то он вызывал и продолжает вызывать споры. Однако существующие противоречия не опровергают концепцию творения. Гипотеза творения не может быть ни доказана, ни опровергнута и будет существовать всегда вместе с научными гипотезами происхождения жизни.

    В заключение хотелось бы отметить, что совершенствуя теорию планетообразования обязательно необходимо учитывать современные геологические, геохимические и космохимические данные. Поэтому, создание совершенной теории образования Земли, Луны и других планет Солнечной системы возможно только в полном единении теоретических построений с фактическими геологическими, геохимическими и космогеологическими данными.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список использованной литературы

1.   Садохин, А.П. Концепции современного естествознания: Учебник для студентов вузов, обучающихся по гуманитарным специальностям и специальностям экономики и управления. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2006. - 447 с.

2.   Лихин, А. Ф. Концепции современного естествознания : учеб. — М.: Проспект, 2006. - 264 с.

3.   Рубин, С. Мир, возникший из ничего // Вокруг света. – 2004. - №2 Февраль. (статья из журнала)

4.   Происхождение Вселенной [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://evolution.powernet.ru/history/Earth_01/, свободный.

Википедия – свободная энциклопедия [Электронный ресурс]. – Большой взрыв. - Режим доступа: http://ru.wikipedia.org/wiki/, свободный.

 

Скачано с www.znanio.ru