Проект "Общие сведения о Солнечной системе"

Муниципальное автономное общеобразовательное

Учреждение «Школа № 10 города Белогорска»

ПРОЕКТ

по направлению: физика

Тип проекта: исследовательский

ОГЛАВЛЕНИЕ:

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………..3

1РАЗДЕЛ I(ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ)…………………………………………4

1.Как зародилась Солнечная система…………………………………….

2. Общие сведения о планетах Солнечной системы……………………..

3. Другие тела Солнечной системы……………………………..

2 РАЗДЕЛ II (ПРАКТИЧЕСКИЙ)

1.     Возможна ли жизнь на планетах Солнечной системы……………

ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………………..12

ЛИТЕРАТУРА………………………………………………………………13

ПРИЛОЖЕНИЕ……………………………………………………..14-16

ВВЕДЕНИЕ

Солнечная система – это звездная система, в которой мы живем. Как она появилась, каков ее возраст? И если звезды рождаются и умирают, то сколько лет сможет прожить Солнце. Эти вопросы издавна интересовали многих людей, а главное почему жизнь возможна только на одной из планет этой системы.

Актуальность работы заключается в том, что в этом году в курс физики 9 класса мы начнем изучать астрономию и у меня появился интерес узнать больше об этой науке и о планетах нашей Солнечной системы.

Гипотеза: Знания о планетах Солнечной системы необходимо для дальнейшего изучения астрономии, космоса.Объект исследования: Солнечная система и все небесные тела, входящие в её состав.

Предмет исследования: информационные материалы из научных и

других источников.

Цель работы: изучение строения Солнечной системы и оценка физических условий на их для существования жизни

Задачи:

узнать как образовалась Солнечная система;

изучить состав Солнечной системы;

оценить физические условия планет для существования на них жизни.

Методы исследования: 

Поисковый метод- поиск нужной информации с использованием различных источников (научная литература и статьи, Интернет-источники).

РАЗДЕЛ I (ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ).

1.     Происхождение Солнечной системы.

Основная теория предполагает, что на месте нынешней Солнечной системы 5 млрд. лет тому назад существовало гигантское облако из газов и пыли. Оно имело огромные размеры, и было растянуто в пространстве на 6 млрд. км.

В какой-то момент пылевое облако получило внешний мощный импульс, представляющий собой огромный выброс энергии. Это могла быть ударная волна, сгенерированная взрывом сверхновой звезды. А возможно, что внешнего воздействия и не было. Просто за счёт закона притяжения облако стало уменьшаться в объёме и уплотняться.

Данный процесс дал толчок гравитационному коллапсу. То есть произошло быстрое сжатие космической массы. В результате этого в центре возникло раскалённое ядро с очень высокой плотностью. Вся остальная масса рассосредоточилась по краям ядра. А так как в космосе всё вращается вокруг своей оси, то эта масса приобрела форму диска.

Ядро уменьшалось в размере, увеличивая свою температуру и плотность. В результате оно трансформировалось в протозвезду. А газовое облако вокруг ядра всё больше уплотнялось, пока в ядре температура и давление достигли критической величины. Это спровоцировало начало термоядерной реакции, и водород начал превращаться в гелий. С момента формирования туманности до запуска в протозвезде термоядерных реакций проходит в среднем 100000 лет. Протозвезда перестала существовать, а вместо неё возникла звезда под названием Солнце. После того, как значительная часть массы протозвездной туманности сформировало звезду, вокруг нее образуется протопланетный диск.

Постепенно молодая звезда и окружающее ее пространство остывает, что приводит к конденсации летучих веществ. Формируются пылевые частички, начинающие слипаться между собой.  Так постепенно образуются планетазимали – «кирпичики» диаметром не более 1 км, из которых строятся планеты.

Планетазимали вначале быстро приращивают массу, достигая диаметра более километра. Далее крупные фрагменты притягивают к себе более мелкие, пока запас планетазималей в диске не окажется полностью исчерпан. Наступает стадия окончательного формирования Солнечной системы и приобретения ее телами определенной орбиты.

Весь процесс возникновения планеты внутренней группы занял от 10 до 100 миллионов лет.

Выражаясь совсем просто, можно сказать, что с ближайших ядер звезда «сдула» газовые оболочки. Так образовались маленькие планеты, вращающиеся рядом с Солнцем. Это Меркурий, Венера, Земля и Марс.

Формирование газовых гигантов, к которым относятся Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун, более сложный процесс.

Процесс сбора газа занимает несколько миллионов лет до истощения газовых запасов диска.

В дальнейшем произошло возникновение спутников вокруг планет.

Естественные спутники образовались у большинства планет Солнечной системы, а также у многих других тел.  Так возле Земли появилась Луна.

И, в конце концов, образовалось единое космическое сообщество, которое существует по сей день.

Вот таким образом наука объясняет происхождение Солнечной системы. Кстати, данная теория присуща и другим звёздным образованиям, которых в космосе бесконечное множество.

Общие сведения о планетах Солнечной системы

Солнечная система это система которая находится в галактике Млечный путь, а если точно то  в районе , известном как рукав Ориона .

Солнечная система это планетарная система включает в себя Центральную звезду Солнце , 8 планет (Меркурий, Венера, Марс, Земля, Юпитер, Сатурн , Уран) и 5 карликовых планет (Эрида, Плутон, Хаумеа, Макемаке, Церера).

Если положить на весы все перечисленные объекты, но солнце положим на  отдельную чашу весов, а все остальное т.е. планеты и их спутники положим на другую часть весов. Мы увидим, что солнце весит больше чем все объекты солнечной системы.  (Приложение 1)

Планеты земной группы относительно небольшие и плотные, состоят из металлов и минералов. К ним относятся: Меркурий, Венера, Земля, Марс.

Планеты-гиганты во много раз больше других планет, они состоят из газов и льда. Это: Юпитер, Сатурн, Уран ,Нептун.

Орбита Земли делит солнечную систему на две условные области. Во внутренней находятся ближайшие к Солнцу планеты — Меркурий и Венера. Во внешней области — более удалённые от Солнца, чем Земля: Марс, Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Пространство между орбитами Марса и Юпитера, а также за Нептуном (пояс Койпера) занимают малые небесные тела: малые планеты и астероиды. Также по пространству Солнечной системы курсируют кометы и потоки метеороидов.

Сонце - звезда класса «жёлтый карлик». 98% массы Солнца приходится на водород и гелий, но в нём также содержатся все известные химические элементы. Солнце ярче, чем 85% звёзд в галактике, а температура его поверхности превышает 5 700°C.

Солнце почти в 110 раз больше Земли, а его масса в тысячу раз превосходит массу всех планет, вместе взятых. Именно благодаря солнечному свету и теплу на Земле существует жизнь.

Меркурий – самая близкая к Солнцу и самая маленькая планета солнечной системы, он лишь немного больше Луны. Меркурий получает в семь раз больше тепла и света, чем Земля, поэтому температура его поверхности колеблется от +430°C днём до −190°C ночью. Это самый большой температурный перепад в солнечной системе.

Венера - вторая планета от Солнца и ближайшая к Земле. Венеру иногда называют «близнецом» нашей планеты: её размеры и масса очень близки к земным. Однако на этом сходство заканчивается. Венера окутана очень плотным слоем облаков, за которыми невозможно разглядеть поверхность. Из-за парникового эффекта она нагревается до 480°C — абсолютный рекорд для солнечной системы. Облака проливаются кислотными дождями и пропускают только 40% солнечного света, поэтому на планете царит вечный сумрак. Из-за сильнейшего атмосферного давления (как на глубине 900 метров в земных океанах) ни один исследовательский аппарат, отправленный на Венеру, не просуществовал дольше двух часов. Тем не менее учёным удалось узнать, что атмосфера планеты на 94% состоит из углекислого газа, а состав грунта не отличается от других планет земной группы. На Венере много вулканов, но почти нет кратеров — все метеориты сгорают в плотной атмосфере. День на Венере длится дольше, чем на любой другой планете — около 243 земных суток. Продолжительность года чуть уступает дню — 225 земных суток. Как и на Меркурии, сезонов на Венере нет.

Земля — третья планета от Солнца и крупнейшая в земной группе. Уникальные условия Земли позволили развиться на планете жизни.

Атмосфера Земли состоит из азота (78%), кислорода (21%), углекислого и других газов (1%). Кислород и азот — необходимые вещества для строительства ДНК. Озоновый слой атмосферы поглощает солнечную радиацию. Кислород на Земле синтезируют растения из углекислого газа. Не будь их, наша планета напоминала бы Венеру. С другой стороны, некоторое количество CO₂ в атмосфере обеспечивает на Земле комфортную для жизни температуру. 70% поверхности Земли покрыты водой. В отличие от Луны и Меркурия, на Земле очень мало кратеров. Учёные считают, что они исчезли под воздействием ветра и эрозии почвы. Из-за наклона Земной оси (23,45°) на Земле хорошо различимы сезоны года. Для оборота вокруг своей оси Земле требуется чуть менее 24 часов — это самый короткий день среди планет земной группы.Земля имеет спутник — Луну. Её размер составляет ¼ земного диаметра, что довольно много для спутника. Притяжение Луны влияет на земную воду, вызывая приливы и отливы. Вращение Луны вокруг своей оси и вокруг Земли синхронно, поэтому Луна всегда обращена к Земле только одной стороной. Земля — единственная планета, название которой не связано с мифологией. И русское «земля», и английское «earth», и латинское «terra» обозначают почву или сушу.

Марс — четвертая планета от Солнца — меньше Земли почти в два раза. Долгое время считалось, что на красной планете существует жизнь. Многочисленные исследовательские миссии пока тоже не подтвердили наличие какой-либо жизни на поверхности планеты. Атмосфера Марса по составу напоминает венерианскую — 95% углекислого газа. Но поскольку она очень тонкая и разреженная, парникового эффекта не возникает, поэтому максимальная температура поверхности планеты — около 0°C, а атмосферное давление в 160 раз меньше, чем на Земле. В составе марсианской атмосферы есть водяной пар, а на полюсах лежат шапки ледников, но жидкой воды на поверхности нет.

Из-за удалённости от Солнца год на Марсе почти в два раза длинней земного. Скорость вращения вокруг своей оси почти такая же, как на Земле, так что сутки длятся 24 часа 40 минут. Наклон оси Марса составляет 25,2°, а значит, на нём, как и на Земле, существуют сезоны. Марс имеет два спутника — Фобос и Деймос, представляющие собой бесформенные каменные глыбы сравнительно небольших размеров. Из-за красного цвета древние римляне назвали планету именем бога войны.

Юпитер, самая большая из планет-гигантов, отделена от Марса поясом астероидов. Масса Юпитера в два раза больше, чем масса всех остальных планет, лун, комет и астероидов системы вместе взятых. По яркости на земном небе он уступает только Венере. Люди наблюдали его с древнейших времён и связывали с сильнейшими богами своих пантеонов. Юпитер — имя римского царя богов. Юпитер является газовым гигантом. Коричневые и белые полосы — это облака соединений серы, которые движутся в атмосфере планеты с чудовищной скоростью. О структуре планеты учёные пока только догадываются. Предположительно она состоит из газов, плавно переходящих в металлическое состояние по мере приближения к ядру. Считается, что ядро Юпитера каменное. Сильнейшее в системе магнитное поле Юпитера воздействует на частицы в миллионах километрах вокруг и даже достигает орбиты Сатурна. Это одна из причин огромного числа спутников у планеты.Крупнейшие спутники Юпитера- Ио, Европа, Ганимед, Калисто.

Сатурн - шестая планета от Солнца. Как и спутники Юпитера, Сатурн был обнаружен Галилеем в начале XVII века. На сегодняшний день эта планета остаётся одной из наименее изученных. Атмосфера Сатурна состоит из водорода (96%) и гелия (4%) с незначительными вкраплениями других газов. Скорость ветра на Сатурне достигает 1 800 км/ч — это самые сильные ветра в системе.

О происходящем за атмосферным слоем планеты известно мало. Предположительно, в центре находится металлосиликатное ядро, окружённое спрессованными до состояния металла газами, плотность которых уменьшается по мере удаления от ядра.

Планета находится в 9,5 раз дальше от Солнца, чем Земля, и делает оборот вокруг звезды за 29,5 земных лет. Плотность Сатурна так мала, что он мог бы плавать на поверхности воды. Главная особенность Сатурна — впечатляющая система из семи колец. Они состоят из миллиардов ледяных осколков, которые отлично отражают свет, а потому хорошо заметны. Радиус колец огромен — 73 000 километров, а толщина — всего 1 километр. Считается, что эти кольца — осколки спутника, разрушенного гравитацией планеты.

Недавние исследования показали, что вокруг Сатурна вращаются 82 спутника — на данный момент это рекорд солнечной системы (до 2016 года лидером считался Юпитер). Все спутники покрыты льдом. Крупнейший, Титан, имеет плотную азотистую атмосферу и озёра жидкого метана на поверхности. На другом спутнике, Энцеладе, обнаружена жидкая вода, выталкиваемая на поверхность гейзерами. Это делает его крайне интересным объектом для изучения.

Седьмая планета от Солнца. Уран был открыт сравнительно недавно — в 1781 году. В 1986 году его достиг единственный космический аппарат — «Вояджер-2».  Атмосфера планеты окрашена в однородный сине-зелёный цвет. Учёные предполагают, что такой её делает метан. Ядра Урана и Нептуна предположительно состоят изо льдов, поэтому их называют «ледяными гигантами». Уран — самая холодная планета в системе: средняя температура его поверхности составляет −224°C. Скорость ветра на Уране достигает 900 км/ч. Солнечный свет летит до Урана чуть менее трёх часов, а год на планете равен 84 земным.

Половину уранианского года на южном полушарии длится день, а на южном — ночь. А следующие полгода — наоборот. Уран назван именем древнегреческого бога неба, отца Сатурна.

Нептун находится так далеко, что его нельзя увидеть с Земли невооружённым глазом. Он был открыт в 1846 году, когда астрономы искали планету, вызывающую орбитальные отклонения Урана. Достоверные данные о Нептуне получены «Вояджером-2» в 1989 году. Верхние слои его атмосферы состоят из водорода (80%), гелия (19%) и метана (1%). Именно обилием метана объясняется сине-голубое свечение планеты. Раз в несколько лет в атмосфере планеты появляются и исчезают тёмные пятна штормов. Предположительно в центре Нептуна — ледяное ядро, а мантия состоит из жидкой смеси воды и аммиака. Средняя температура поверхности — −214°С.

Солнечный свет достигает Нептуна почти за 5 часов, а нептунианский год равен 165 земным. Полный оборот вокруг своей оси планета делает довольно быстро — сутки длятся всего 17 часов.

На настоящий момент учёные знают о 14 спутниках Нептуна, лишь один из которых (Тритон) обладает сферической формой. За глубокий синий цвет планета была названа именем древнеримского бога морей

 Другие объекты Солнечной системы

Помимо планет и их спутников, в солнечную систему входит множество малых небесных тел — карликовых планет, астероидов, комет и метеороидов. Большинство астероидов сосредоточено в поясе между орбитами Марса и Юпитера. Это объекты неправильной формы, состоящие из металлов и силикатов. Хотя некоторые астероиды даже имеют собственные спутники, их масса слишком мала, чтобы удерживать атмосферу. Крупнейшие — карликовая планета Церера, астероиды Паллада, Веста и Гигея.

За орбитой Нептуна расположен пояс Койпера — средоточие ещё почти неизученных объектов. Самым крупным из них являются карликовая планета Плутон со спутником Хароном. Под действием гравитации планет орбиты астероидов могут меняться и пересекаться. Иногда это приводит к столкновению. Планеты притягивают метеорные тела — обломки небесных тел. Если атмосфера планеты плотная — они сгорают при падении, но самые крупные всё же достигают поверхности, образуя кратеры. Последний известный случай падения метеорита на Землю произошёл в Челябинской области в 2013 году.

Кометы — малые небесные тела, движущиеся по вытянутым орбитам. Они состоят из замёрзших газов и космической пыли. По мере приближения к Солнцу частицы вещества нагреваются, образуя горящую голову и хвост кометы. Самая известная комета — Галлея — обращается вокруг Солнца за 76 лет. Постепенно кометы разрушаются, превращаясь в поток более мелких частиц — метеороидов. Из-за небольших размеров они легко притягиваются планетами, но сгорают в плотной атмосфере. Горящие метеоры выглядят с Земли как падающие звёзды. Поэтому метеорный поток в просторечии называют звездопадом.

РАЗДЕЛ II (ПРАКТИЧЕСКИЙ)

1.      Возможна ли жизнь на планетах Солнечной системы.

Вопрос о том, есть ли жизнь на других планетах и телах в Солнечной системе, волновал человечество еще на заре цивилизации. Эта тема дала развитие целому жанра литературы и искусства – научной фантастики.  Желание обнаружить живые организмы на других планетах способствовало гигантскому прогрессу в сфере космических технологий и помогло изучить множество объектов в Солнечной системе и за ее пределами. Но вопрос о существовании жизни на других планетах до сих пор остается открытым. Еще пару веков назад существование различных форм жизни на других планетах и спутниках Солнечной системы считалось вполне правдоподобным. До изобретения в 20 веке мощных телескопов и космических аппаратов считалось, что на Марсе есть разумные организмы, а под плотными облаками Венеры прячется тропический лес. Естественно, эти предположения были ошибочны, что неоднократно подтвердилось путем исследования космического пространства с помощью зондов и орбитальных обсерваторий. Возможно ли, что в Солнечной системе есть еще кто-то, кроме землян?

Но все-таки предпосылки к возникновению жизни возможны на некоторых объектах нашей звездной системы. Потенциально пригодными для существования жизни планетами и малыми телами считаются те, что обладают некоторыми свойствами: наличие воды в жидком состоянии; близкая к земной масса; близость к центральной звезде или горячему газовому гиганту; наличие в составе металлов, углерода, кислорода, солей кремния, азота, серы и водорода; малый эксцентриситет орбиты; угол наклона оси вращения к плоскости орбиты схожий с земных (мягкая смена пор года); быстрая смена дня и ночи.

Рассмотрим, какие же небесные тела входят в гипотетический пояс жизни в Солнечной системе.

Марс по своим физическим параметрам подобен Земле. Он также относится к твердотельным планетам, его масса меньше земной в 10 раз, а диаметр всего в 2 раза. Сутки на Марсе длятся на 39 минут больше, чем на нашей планете.

Поверхность четвертой планеты Солнечной системы испещрена множеством образований, напоминающих русла засохших рек и озер. Исследование марсианского грунта планетоходами подтвердило наличие льда в подповерхностном слое, а также минералов, для образования которых необходима вода.  Значительно снижает шансы на существования жизни на Марсе его атмосфера. Она является крайне разряженной и состоит из двуокиси углерода с примесями азота и инертных газов. Такая атмосфера не может противостоять быстрому охлаждению поверхности планеты, поэтому температура на Марсе в области средних широт колеблется от – 50° С до 0°С. В таких условиях способны выжить только одна форма жизни —  анаэробные микроорганизмы-экстремофилы. Но в образцах грунта четвертой планеты  Солнечной системы таковых обнаружено не было.

Европа

Европа является спутником Юпитера – самой большой планеты в Солнечной системе. По своим размерам она немногим меньше Луны. Ее атмосфера богата молекулярным кислородом, а поверхность – огромная ледяная оболочка, под которой скрыт океан жидкой воды.  Именно благодаря этому мы рассматриваем Европу, как объект Солнечной системы потенциально пригодный для жизни. Кислород в газовой оболочке юпитерианского спутника появился благодаря расщеплению ледяной коры солнечным излучением. Большая его часть испаряется с поверхности планеты, но небольшой процент все-таки остается на спутнике. Чтобы на Европе могла зародиться жизнь, молекулярному кислороду необходимо проникнуть в океан под ледяной оболочкой. Сделать это непросто, т.к. ее толщина составляет более 30 км. По подсчетам ученых, должно пройти несколько миллионов лет, чтобы концентрация кислорода в океане Европы стала оптимальной для возникновения жизни.

Энцелад – спутник Сатурна. Это одно из самых холодных мест Солнечной системы – температура его поверхности составляет -200°С. Как же в таких условиях возможно формирование жизни? Под ледяной коркой Энцелада прячется океан воды, в котором постоянно происходят активные гидротермальные процессы. Такой постоянный источник тепла нагревает глубины океана Энцелада до температуры +1°С. Кроме того, в воде растворено много солей, а также некоторые органические соединения. Такой «бульон» может стать источник возникновения жизни на сатурнианском спутнике, как когда-то было на Земле.

Титан

Самый большой спутник Сатурна также является претендентом на возникновение жизни в Солнечной системе. Титан по диаметру чуть больше Меркурия, а по массе вдвое тяжелее Луны. В его атмосфере наблюдается высокая концентрация азота, а  поверхность изрыта этановыми и метановыми реками, озерами и даже океанами. Такое обилие органики, расположенной под плотной азотной атмосферой, может стать толчком для пребиотической революции – возникновения азотистых оснований, являющихся строительным материалом для РНК и ДНК. Эти кислоты являются предшественницами жизни на Земле.

Условия для жизни на спутнике станут более благоприятными через 6 миллиардов лет, когда Солнце трансформируется в красный гигант. Поверхностная температура поднимется с -180° С до -70°С, что достаточно, чтобы в подповерхностном слое зародился океан из воды и аммиака и возникла жизнь.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе работы над проектом я узнал, как устроена Солнечная система. Узнал, что планеты делятся на планеты земной группы и газовые гиганты. В Солнечной системе, кроме 8 планет и их спутников, есть еще много интересных объектов, которые еще предстоит изучать и изучать.

Полученные знания пригодятся не только для того, чтобы удовлетворить наш интерес к Космосу, они позволят более детально изучить предмет астрономию, который начнется у нас в 10 классе.

А что касается возможности существования внеземной жизни в Солнечной системе, то предпосылки к ее появлению есть на рассмотренных мною в практической части объектах. Но пока что она не была обнаружена.

И главное, что наша Земля, такая маленькая в безграничном Космосе, и нам всем вместе надо ее беречь для себя и для будущих ее обитателей!

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1.А.В. Перышкин, Е.М. Гутник Физика 9.

2.Б.А. Воронцов-Вельяминов, Б.К. Страут. Астрономия

3. https://sunplanets.info/solnechnaya-sistema/chto-takoe-solnechnaya-sistema-stroenie-planety-vozniknovenie-razvitie-otkrytie-i-izuchenie#:~:text=Располагается%20Солнечная%20система%20в%20галактике,районе%2C%20известном%20как%20Рукав%20Ориона

4.https://ru.wikipedia.org/wiki/Список_объектов_Солнечной_системы_по_размеру

5.Жизнь на Марсе – существовала ли она когда-либо или возможна в будущем? (oplanetah.ru)

Приложение 1

Скачано с www.znanio.ru