МЕТОДИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ НА ТЕМУ: «ГИПОТЕЗЫ ПРОИСХОЖДЕНИЯ ПЛАНЕТ»

МЕТОДИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ НА ТЕМУ: «ГИПОТЕЗЫ ПРОИСХОЖДЕНИЯ ПЛАНЕТ» Для   более   глубокого   понимания   свойств   планет   Солнечной   системы,   и особенно нашей планеты – Земли, ученые издавна и с к а л и ответ на вопрос: каково происхождение и развитие Солнечной системы и ее планет? Небо с его светилами привлекало внимание человека с древних времен. Накопленные   за   многие   века   наблюдения,   описания,   расчеты,   их   анализ   и обобщения привели к тому, что были выявлены закономерности, которые не могли быть случайными. Наиболее очевидные из них: все планеты вращаются вокруг Солнца в одном направлении и почти в одной плоскости, и Солнце, находящееся   в   центре   системы,  вращается   вокруг   оси   примерно   в   той   же плоскости, что и планеты. Был сделан вывод: процесс образования планет неразрывно   связан   с   Солнцем.   Появилось   много   гипотез   происхождения планет   как   части   Солнечной   системы.   Одна   из   первых   гипотез   названа гипотезой   Канта–Лапласа.   Немецкий   философ   И. Кант   (1755   г.)   и независимо   от   него   французский   математик   П. Лаплас   (1795   г.)   пытались объяснить   образование   планет   как   длительный   процесс   изменения космической разреженной туманности. Такая гипотеза названа небулярной (в переводе с латинского nebula – облако, туманность). В описании процесса они несколько   расходились.   Кант   считал,   что   туманность   была   пылевой, холодной, под действием силы тяжести она сжималась, частицы слипались в более крупные тела, которые разогревались, начинали вращаться; в центре образовалось огромное раскаленное Солнце, а вокруг – холодные небольшие планеты.   Лаплас   предполагал,   что   туманность   была   газовой,   сильно раскаленной.   Она   быстро   вращалась,   и   в   центре   образовался   сгусток,   от которого под действием центробежной силы отрывались кольца – будущие планеты, а из сгустка сформировалось Солнце. По   мере   накопления   новых,   более   точных   научных   данных   и   расчетов возникли обоснованные возражения против гипотезы Канта–Лапласа. Вместе с тем она была значительным шагом в развитии науки о Вселенной, так как в ней   объяснение   процессов   связано   с   действием   гравитационных   сил.   Она объяснила   дисковидную   форму   Солнечной   системы   и   одинаковую направленность   движения   планет,   а   также   вращение   их   вокруг   основной центральной массы. Были   гипотезы,   названные   катастрофическими,   согласно   которым Солнечная система образовалась в результате столкновения с кометой. Привлекла к себе внимание  гипотеза, высказанная в 1916 г. английским физиком и астрономом  Д. Джинсом. Он считал, что планеты Солнечной системы образовались не из туманности, а из Солнца. Вблизи Солнца могла проходить   звезда   большего   размера,   чем   оно.   При   сближении   их   под действием притяжения на поверхности Солнца образовались горбы, огромные “приливные волны”, которые увеличивались. При дальнейшем сближении они взорвались, оторвались в виде газовой струи в окружающее пространство, но под   действием   сил   притяжения   продолжали   вращаться   вокруг   Солнца.   Из отдельных сгустков этого вещества образовались планеты (см. рис. 3). Таким же путем под действием притяжения Солнца произошло отделение спутников   от   планет.   При   охлаждении   их  вещество переходило   в   жидкое,   расплавленное   состояние,   и затем они покрывались твердой застывшей корой. Гипотезы   Канта–Лапласа,   Джинса   и   им   подобные вызывали   возражения   с   позиций   механики,   физики, превращения одного вещества в другие. Н а п р и м е р, горячее   звездное   вещество   не   могло   превратиться   в сгустки,   а   должно   было   рассеяться   в   пространстве. Вместе   с   тем   следует   отметить,   что   каждая   из серьезных   последующих   гипотез   не   отрицала предыдущие   и   вносила   в   них   уточнения,   все   больше приближаясь к истине. В   современной   гипотезе   происхождения   планет Солнечной   системы,   опубликованной   нашим отечественным ученым О. Ю. Шмидтом в 1944 г., Рис. 3. Схема образования планет по Д. Джинсу предполагается, что планеты образовались из холодных твердых частиц. В астрономии   доказано,   что   звезды   Млечного   Пути   (Галактики)   вращаются вокруг центра Галактики. Кроме звезд в ней имеются скопления “темных” облачных   масс,   которые   состоят   из   пыли   и  частиц,  по   составу   сходные   с составом  метеоритов,   падающих   и   в   настоящее   время   на   поверхность Земли. Солнце при своем галактическом движении захватило часть материала этого   облака.   В   нем   с   огромной   скоростью   перемещались   молекулы   газа, сгущения водорода и пылинки. Первоначально   облако   имело   размеры,   близкие   современной   планетной системе (см. рис. 4 (а)). При движении вместе с Солнцем и вращении вокруг него газовое облако постепенно сжималось, пылинки слипались, сгущались, превращались в более крупные тела, метеориты сталкивались, образуя малые планеты – астероиды (см. рис. 4 (б)). Газовое облако принимало форму диска (см. рис. 4 (в)).  Постепенно в результате выпадения космического вещества, притяжения мелких тел более крупными планеты увеличивались в размерах. При этом происходило гравитационное перераспределение вещества планет, они   приобретали   сферическую   форму  (см. рис.   4   (г)).  В   процессе формирования   планет   под   световым   давлением   Солнца   более   легкие молекулы   газа   переместились   дальше   от   Солнца.   А   вблизи   его   могли существовать только частицы из нелетучих тугоплавких соединений. Здесь образовались планеты типа Земли, состоящие из более тяжелых частиц, тогда как отдаленные планеты образовывались в основном из газов (см. рис. 4 (д)). Сформировавшиеся   планеты   стали   постепенно   разогреваться   благодаря радиоактивному   распаду   элементов,   трению,   вызванному   гравитационной дифференциацией вещества. Гипотезы Лапласа и Джинса о первоначальном огненно­жидком состоянии Земли и постепенном ее остывании имели много сторонников, понимающих их на уровне науки того времени. Казалось логичным их объяснение образования складчатых   гор   тем,   что   при   охлаждении   ядра   происходило   сжатие, сморщивание  земной   коры,   из   которой   формировались   эти   горы.   Но обнаруженные ударные кратеры на Земле и Луне, на других планетах вызвали сомнение   в   том,   что   Земля   была   полностью   расплавленной,   и   этот   факт больше подтверждал правоту гипотезы О. Ю. Шмидта. Подтверждением ее являются и извержения вулканов, излияния расплавленной магмы из глубины недр. Гипотеза О. Ю. Шмидта развивается его последователями, современными учеными – геофизиками, геохимиками, геологами. Так, н а п р и м е р, одна из проблем о химическом составе звездного вещества во второй половине XX в. решилась методом спектрального анализа на основе знаний о том, что каждый химический   элемент,   превращенный   в   пар,   излучает   спектр   только   ему свойственного цвета. Установлено, что звездное вещество состоит из тех же элементов,   что   и   земное:   из   водорода,   гелия,   кислорода,   углерода,   азота, железа,   в   значительно   меньшей   степени   –   из   никеля   и   др.   Естественно предположение: первичная туманность, из которой образовалась Солнечная система,   также   содержала   эти   элементы,   но,   конечно,   в   разных количественных соотношениях. В   настоящее   время   развивается   комплекс   наук  планетологии, исследующих   планеты   Солнечной   системы   и   их   спутники.   Используются современные   дистанционные   методы   (аэрокосмические,   аэросъемки   – спектрометрической,   проводятся телескопические   наблюдения   с   Земли,   запускаются   автоматические межпланетные станции – пролетные и на околопланетные орбиты. Совершены радиолокационной),   тепловой, мягкие посадки на Венеру и Марс, где собраны документального значения материал,  фотоснимки  рельефа  и  многие  другие.  Существенную  помощь  в анализе   некоторых   материалов   оказывает   применение   геологических, геофизических, геохимических методов. Уточняются многие ранее полученные данные. Так, например, с помощью  компьютерной техники в 1996 г. получены интересные сведения о самой  большой планете Солнечной системы – Юпитере. Было известно, что в  телескоп на его диске видны темные полосы, параллельные экватору и  разделенные светлыми полосами. Они сами изменяют свое положение, цвет.  Оказалось, что это – атмосфера Юпитера; она вращается вместе с  планетой, причем с большей скоростью у экватора и с меньшей – у полюсов.  Вид полос изменяется под влиянием разрядов молний магнитного пояса,  солнечных ветров. Из­за большей удаленности от Солнца Юпитер получает в  27 раз меньше тепла, чем Земля, поэтому температура его поверхности  колеблется от  –100 до  –150 °С. Однако оказалось, что Юпитер излучает  энергии больше, чем получает от Солнца. (Как вы думаете, почему?)