Природа тел Солнечной системы.

Солнечная система – все космическое пространство и вся материя, находящаяся в сфере притяжения Солнца.
Солнечная система включает в себя:
звезду Солнце
планеты со спутниками
малые тела (астероиды, кометы, метеорные тела)
межпланетную пыль, плазму и физические поля

Юпитер

Сатурн

Уран Нептун

5 р >

Значительные различия двух групп связаны с особенностями формирования Солнечной системы

Согласно наиболее разработанной гипотезе, Солнечная система сформировалась в результате длительной эволюции огромного холодного газопылевого облака. Подобные идеи высказывались учеными еще XVII в. В 40-х гг. ХХ в. эти идеи легли в основу идеи об образовании Земли и других планет из холодных твердых допланетных тел – планетезималей, выдвинутой академиком Отто Юльевичем Шмидтом.

Отто Юльевич Шмидт (18.09.1891-7.09.1956) - советский ученый-математик, геофизик, географ, астроном, академик. Родился в Могилеве, окончил Киевский университет. Долгое время был профессором математики в Московском университете и одновременно вел руководящую научную работу в различных областях.
Для комплексного изучения Земли как планеты Шмидт основал Институт теоретической геофизики Академии наук СССР. Возглавлял Главное управление Северного морского пути. Участвовал в организации дрейфующей научной станции «Северный полюс-1», за что ему было присвоено звание Героя Советского Союза.

Около 5 млрд лет назад произошёл взрыв сверхновой звезды вблизи места рождения Солнечной системы. Он не только наполнил газопылевое облако, состоящее в основном из водорода и гелия, железом и ураном, но и определил его будущее, поскольку фронт ударной волны сжал облако газа до критической массы. Эта масса под действием гравитационных сил начала сжиматься. В быстро сжимающемся облаке газ и пыль уплотнились во множество комков.
Вначале сжатие облака гравитационными силами привело к образованию центрального горячего ядра – будущего Солнца. Оно захватило примерно 90% массы облака. Тяготение образовавшегося Солнца воздействовало на форму оставшейся части облака: оно становилось все более и более плоским диском. В диске возникают сгущения, из которых вырастают планетезимали - скрепляемые гравитационными силами плотные объекты примерно километрового размера. Они укрупняются в столкновениях, формируя зародыши планет диаметром тысячи километров, которые своим притяжением собирают остатки газа, пыли и более мелких планетезималей, а затем, сливаясь друг с другом, превращаются в планеты.
До начала образования планетезималей под влиянием сильного нагрева из окрестностей Солнца улетучивались газы и оставались лишь твердые тугоплавкие частицы. Из этого вещества впоследствии сформировались Земля, ее спутник – Луна, а также другие планеты земной группы.
Вдали от Солнца летучие вещества намерзали на твердые частицы, относительное содержание водорода и гелия оказалось повышенным. Объем перефирийных частей облака больше, а стало быть больше и масса вещества, из которого образовались далекие от Солнца планеты.
Не все вещество протопланетного облака вошло в состав планет и их спутников. Многие его сгустки остались как внутри планетной системы в виде астероидов и еще более мелких тел, так и за ее пределами в виде ярких комет.

Радиоактивный распад зависит от внешних факторов (Т, р, химических взаимодействий). Количество распавшихся атомов определяется формулой  N=No.2-t/T, Т - период полураспада.
Так U235 имеет период полураспада 710 млн.лет, а 238U - 4,5 млрд.лет.
Возраст оценивают по соотношению 206Pb/238U, так как свинец конечный продукт распада.

Определение возраста основано на использовании радиоизотопного метода - исследования содержания радиоактивных элементов (изотопов) в породах. Метод предложен в 1902г. Пьером Кюри и разработан совместно с Эрнестом Резерфордом.

Возраст Солнца  4,9 млрд. лет - относится к звездам второго поколения. 
Солнечная система имеет возраст более 4,6 млрд. лет.
Возраст Луны составляет 4 млрд 527 млн лет (±20-30 млн лет).Возраст Земли (коры) составляет 3 млрд 960 млн. лет.
Жизнь на планете Земля появилась 3 млрд 416 млн лет назад.

Землю с её спутником часто называют двойной планетой. Этим подчёркивается как общность их происхождения, так и редкостное для планет соотношение масс центрального тела и спутника. В нашей Солнечной системе практически все спутники имеют массу, составляющую не более 1/4000 массы самой планеты. В системе Земля-Луна масса спутника примерно в 81 раз меньше массы центрального тела.

Углы наклона Земли и Луны к плоскости эклиптики различны, и равны соответственно 23,5° для Земли и 5° для Луны.

Земля и Луна обращаются вокруг общего центра масс. Следствие: Луна повернута к Земле всегда одной стороной; океанические приливы-отливы на поверхности Земли (сыграли ключевую роль в процессе зарождения жизни на Земле); Луна постепенно удаляется от нашей планеты с очень малой скоростью ( 4 см за год); длительность земных суток увеличивается на 1 час за 100 млн лет (определено по структуре кораллов); солнечные затмения (изучение солнечной короны).

Наша планета состоит из нескольких оболочек - сфер: атмосферы, гидросферы и литосферы

Атмосфера присутствует на всех больших планетах Солнечной системы. Твёрдая же оболочка присуща только планетам земной группы и большинству спутников планет, а также астероидам. А вот гидросфера Земли — это пока уникальное явление в нашем космосе. Несмотря на то, что вода является одним из самых распространённых соединений в Солнечной системе, в жидком виде она может присутствовать лишь при определённых значениях температуры и давления.

В центральной части нашей планеты находится ядро, которое принято разделять на твёрдое внутреннее и жидкое внешнее. Ядро — это наиболее плотная часть планетных недр (17 г/см3). Его радиус составляет около 55 % радиуса Земли, а масса — около 30 % массы планеты. Ядро окружено мантией, в которой находится большая часть вещества Земли.
Процессы, происходящие в мантии, оказывают самое непосредственное влияние на верхнюю, твёрдую оболочку Земли — земную кору, средняя плотность которой составляет около 2,7 г/см3. Земная кора и верхняя часть мантии составляют оболочку, которая называется литосферой.

Состав Земли по химическим элементам

Газовая оболочка Земли - атмосфера - простирается в космическое пространство примерно на 2000 километров. Она рассеивает и поглощает солнечное излучение, вследствие чего во многом определяет тепловой баланс планеты и сглаживает суточные колебания температур.

В составе атмосферы выделяют несколько слоёв.

У самой Земли простирается тропосфера, в которой происходят процессы, определяющую погоду. В тропосфере сосредоточено более 90 % всей массы атмосферы и практически все водяные пары.
Чуть выше (до высоты 50—55 километров) располагается стратосфера, в которой находится озоновый слой. Он поглощает вредные ультрафиолетовые лучи Солнца, и из-за этого начиная примерно с высоты в 25 километров температура атмосферы начинает расти от –56,5 оС до 0,8 оС.
Ещё выше расположена мезосфера. В ней температура вновь начинает уменьшаться и на высоте в 90 километров достигает своего абсолютного минимума — –90 оС.
Далее, до высоты порядка 800 километров, простирается термосфера. Названа она так из-за того, что в ней, за счёт поглощения ультрафиолетового излучения Солнца, температура поднимается до 1500 оС.
Далее следует экзосфера, плавно переходящая в космическое пространство.

Химический состав атмосферы

На высотах более 1000 километров существует область, которую называют магнитосферой. Она имеет сложную форму.
Силовые линии магнитного поля Земли образуют своеобразные ловушки для движущихся к ней потоков частиц солнечного ветра. Задержанные магнитным полем частицы образуют радиационные пояса.

Чем плотнее атмосфера планеты и чем больше в ней содержится углекислого газа и водяных паров, тем сильнее проявляется парниковый эффект и меньше амплитуда изменения температуры от дня к ночи..

Луна – крупнейший спутник Солнечной системы, единственный спутник Земли и единственный внеземной мир, который посетили люди. 
Поверхность Луны по площади не уступает суммарной поверхности всех континентов Земли.
Луна – главный стимулятор астрономов и физиков. И.Ньютон открыл закон всемирного тяготения, сравнивая падение Луны и падения яблока на землю.
Луна – ближайшее к Земле космическое тело и главное украшение нашего неба

1. Нет атмосферы, так как мала масса = 1/81,3 Мз.
2. Небо черное, видны хорошо звезды, планеты. Нет магнитного поля - ориентация по звездам.
3. Продолжительность суток около месяца (29,5 дня) – две недели день, две недели ночь.
4. Резкий перепад температур от 400К (+130oС днем) до 100К (-170oС ночью) из за отсутствия атмосферы.
5. На глубине десятков см Т = const., грунт (реголит, достигающий в некоторых местах толщины 10-12м) имеет плохую теплопроводность.
6. Диаметр Земли с Луны в 3,5 раза больше солнечного.

Луна – самый яркий объект на небе после Солнца. Максимальная звездная величина равна –12,7m.
Луна – единственная планета, география которой видна невооруженным взглядом.

Более темные (Моря) без воды на видимой стороне 30% поверхности (на обратной стороне меньше). Это сравнительно ровная поверхность - впадины до 3 км, покрыты лавой (когда-то извержения вулканов). Моря: Дождей, Кризиса, Холода, Влажности, океан Бурь и т.д. Возраст морей более 3 млрд. лет.
Более светлые (материки) – яркие приподнятые области, заполненные множеством больших и маленьких круглых кратеров. Поверхность «материков», являющаяся более старой, гориста, ее уровень выше, чем у «морей», и разность средних высот достигает 2,3 км. Трещины и крутые каньоны шириной 1–2 км часто тянутся на сотни километров почти по прямой. Их глубина составляет от одной до нескольких сотен метров; более тысячи из них внесены в каталоги. Эти разрывные трещины в лавовой коре часто параллельны краям морей. Некоторые из них напоминают русла земных рек и занимают на видимой стороне Луны порядка 70% поверхности.

Горы - горные хребты, возраст порядка 4млрд. лет (светлые участки, видны в телескоп). Максимальная высота 9км. Альпы, Карпаты, Кордильеры, Алтай, Кавказ и т.д. Первые название в 1647г ввел Ян Гавелий

Характерная особенность лунного рельефа – кольцевые структуры (кратеры). На видимой стороне более 1700 кратеров размером более 3,5км (более 1км можно насчитать более 300000).
У большинства крупных кратеров в центре горка и они окружены возвышенностью в 2-3км с пологими склонами.
Название кратеров - это в большинстве фамилии ученых: Аристарх, Тихо, Коперник, Кеплер и т.д.

Кратер Ван де Грааф шириной 243 км на обратной стороне Луны

Кратер Эратосфен диаметром 61 км

7 октября 1959 года впервые сфотографирована обратная сторона Луны. Было заснято 2/3 полушария. Открытые "Лунником-З" (СССР) кратеры получили названия: Циолковский, Курчатов, Джордано Бруно, Жюль Верн и др.

Впервые в мире 3 февраля 1966 года Луна – 9 (масса 100 кг) выполнила мягкую посадку на Луну. Станция установила, что лунная поверхность твердая, на ней нет многометрового слоя пыли. Переданы телевизионные панорамы лунного ландшафта, показывающие детали поверхности (размер до 1 мм). Район посадки станции в Океане Бурь получил название Равнина Прилунения.

Первая экспедиция людей на Луну. Астронавты Н. Армстронг и Э. Олдрин в лунном модуле «Еаglе» 20 июля 1969 года совершили посадку на Луну, а 21 июля впервые вышли на лунную поверхность. Они провели на Луне 21,5 часа, из них 2,5 часа - вне лунной кабины во время однократного выхода. Собрано 22 кг образцов камней и грунта.

Первый автоматический самоходный аппарат «Луноход-1» (масса 756 кг) доставлен на Луну 17 ноября 1970 года. За 10 месяцев (11 лунных дней) проехал по ней 10,54 км, проводя изучение равнинной местности южнее Залива Радуги в Море Дождей.

 В ходе пяти экспедиций 1969-1972гг доставлено на Землю и изучены 400кг лунного грунта. Образцы похожи на земные изверженные базальты и содержат те же химические элементы (кремний, алюминий, железо и т.д.), но в породах больше тугоплавких: Ti, Zr, Cr, т.д. и меньше легкоплавких: Pb, K, Na, и т. д. Есть немного пыли темно-серого цвета, напоминает цемент. Реголит содержит осколки магматических пород. В разных местах на поверхности Луны химический состав не одинаков.

Слева – 1,5кг базальт одного из морей

Справа – горные породы со дна кратера, образованного в результате падения метеорита.

В центре анартозит – по составу похожий на лунную кору возвышенных районов

Обратная сторона Луны является идеальным местом для астрономических наблюдений: она защищает приборы от излучения с Земли, а ночь на Луне длится 14 земных суток. Отсутствие атмосферы делает возможным наблюдения в любом диапазоне. Когда-нибудь на Луне будут построены космические станции и астрономические обсерватории. Богатые запасы железа, алюминия и кремния явились бы неплохим источником строительных материалов, а содержащиеся в горных породах водород и кислород – сырьем для получения воздуха и воды.


Домашнее задание: Л-1, §15-17, с. 79-94; СР № 6

Л1: Воронцов-Вельяминов Б.А., Страут Е.К. Астрономия. 11 класс. Учебник / Б.А. Воронцов-Вельяминов, Е.К. Страут. –М. : Дрофа, 2018. – 155 с.

Самостоятельная работа № 6
Определение затмений и условий их видимости в текущем учебном году.