Происхождение Земли как планеты Солнечной системы

АННОТАЦИЯ

          УДК 550.4:551.4 (476)

 

Креч Д.В. Происхождение Земли как планеты Солнечной системы. – Мн., БГУ 2009. – 27 с.

В данной курсовой работе затронута  проблема теории происхождения Солнечной системы и Земли,  представлены основные гипотезы различных ученых.

Библиогр.14 назв., рис. 3.

 

АНАТАЦЫЯ

 

Крэч Д.В. Паходжанне Зямлі як планеты Сонечнай сістэмы. – Мн., БДУ 2009. – 27 с.

У дадзенай  курсавой працы закранута  праблема тэорыі паходжання Зямлі і Сонечнай сістэмы, прадстаўлены асноўныя гіпотэзы шматлікіх вучоных.

 Бiблiягр. 14 назв., мал. 3.

 

SUMMARY

 

Krech D.  Theory of the origin of  the Land and our Solar System . – Minsk, BSU 2009. –    27 p.

In my term paper is touched problem to theories of the origin of the Land and our Solar System, are presented main hypothesises different scientist.

The bibliography 14 references, figures 3.    

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Вот уже два века проблема происхождения Солнечной системы волнует выдающихся мыслителей нашей планеты. Этой проблемой занимались, начиная от философа Канта и математика Лапласа, плеяда астрономов и физиков 19 и 20 столетий. Ей отдал дань наш соотечественник Отто Юльевич Шмидт.

И все же мы до сих пор  довольно далеки от решения этой проблемы. Но за последние три десятилетия  прояснился вопрос о путях эволюции звезд. И хотя детали рождения звезды из газово-пылевой туманности еще  далеко не ясны, мы теперь четко представляем, что с ней происходит на протяжении миллиардов лет дальнейшей эволюции.

Возраст солнечной системы, зафиксированный по древнейшим метеоритам, составляет около 5 млрд. лет. На протяжении человеческой истории существовало множество самых различных теорий происхождения Солнца и планет – от мифологической и божественной до космологических.

Принятие модели Большого Взрыва и расширяющейся Вселенной  существенным образом повлияло и  на модели образования небесных тел  и привело к гипотезе о возникновении  галактик, звезд и планетных систем из сверхплотного (состоящего из самых тяжёлых элементарных частиц – гиперонов) дозвездного вещества, находящегося в ядрах галактик, путем его фрагментации.

Во все времена  люди хотели знать, откуда и каким  образом произошел мир, в котором  мы живем. Существует множество легенд и мифов, пришедших из древних времен. Победа христианства утвердила религиозные представления о сотворении Богом мира из ничего.

С появлением науки в ее современном понимании на смену  мифологическим и религиозным приходят научные представления о происхождении мира. Наука – это, в определенной степени, синтез философии и религии, представляющее собой теоретическое освоение действительности.

В задачи моей работы входит определить и рассмотреть основные современные гипотезы происхождения Земли и Солнечной системы.

При написании курсовой работы на заданную тему я преследовал  идеи:

- формирование теорий и гипотез о происхождении Земли и Солнечной системы;

- объективная оценка  каждой гипотезы и показ ее  сильных и слабых сторон;

- причины процессов во Вселенной;

- данные о составе Солнечной системы.

Работа включает в себя 2 главы с иллюстрациями, список литературы. В первой главе затронут вопрос о гипотезах образования Солнечной системы, во второй главе – гипотезы происхождения Земли.

При написании работы я руководствовался научными и учебными пособиями по Общей геологии, а также книгами, посвященными истории развития Вселенной. Особую помощь в написание работы внесли учебные пособия В.Е. Хаина, Короновского Н.В.,      Г.Д. Ажгирея, Дж. Малоун и др.  

 

 

 

 

 

 

 

1.ТЕОРИИ ВОЗНИКНОВЕНИЯ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ

1.1.Взгляды на мир до 19 столетия

 

Первая теория образования Солнечной  системы, предложенная в 1644 г. Декартом, имеет заметное сходство с теорией, признанной в настоящее время. По представлениям Декарта, Солнечная система образовалась из первичной туманности, имевшей форму диска и состоявшей из газа и пыли (монистическая теория). В 1745 году Бюффон предложил дуалистическую теорию: вещество, из которого образованы планеты, было отторгнуто от Солнца близко проходившей большой кометой или другой звездой. Если бы Бюффон оказался прав, то появление такой планеты, как наша, было бы событием очень редким, связанным с другим столь же редким событием, как сближение двух звезд.

Вот уже два века проблема происхождения Солнечной системы волнует выдающихся мыслителей нашей планеты. Этой проблемой занимались, начиная от философа Канта и математика Лапласа, плеяда астрономов и физиков 19 и 20 столетий.

И все же человечество до сих пор  довольно далеко от решения этой проблемы. Но за последние три десятилетия прояснился вопрос о путях эволюции звезд. И хотя детали рождения звезды из газово-пылевой туманности еще далеко не ясны, мы теперь четко представляем, что с ней происходит на протяжении миллиардов лет дальнейшей эволюции.

Переходя к изложению различных  космогонических гипотез, сменявших  одна другую на протяжении двух последних  столетий, начнем с гипотезы великого немецкого философа Канта и теории, которую спустя несколько десятилетий независимо предложил французский математик Лаплас. Предпосылки к созданию этих теорий выдержали испытание временем.

На протяжении многих веков вопрос о происхождении Солнечной системы и Земли оставался монополией философов, так как фактический материал в этой области почти полностью отсутствовал. Первые научные гипотезы относительно происхождения Земли и Cолнечной системы, основанные на астрономических наблюдениях, были выдвинуты только лишь в 18 веке. С тех пор не переставали появляться все новые и новые теории, соответственно росту наших космогонических представлений. Первой в этом ряду была знаменитая теория, сформулированная в 1755 году немецким философом Иммануилом Кантом. Ученый считал, что солнечная система возникла из некой первичной материи, до того свободно рассеянной в космосе. Частицы этой материи перемещались в различных направлениях и, сталкиваясь друг с другом, теряли скорость. Наиболее тяжелые и плотные из них под действием силы притяжения соединялись друг с другом, образуя центральный сгусток – Солнце, которое притягивало более удаленные, мелкие и легкие частицы. Таким образом, возникло некоторое количество вращающихся тел, траектории которых взаимно пересекались. Часть этих тел, первоначально двигавшихся в противоположных направлениях, в итоге были втянуты в единый поток и образовали кольца газообразной материи, расположенные приблизительно в одной плоскости и вращающиеся вокруг Солнца в одном направлении. В отдельных кольцах образовывались более плотные ядра, к которым постепенно притягивались более легкие частицы, формируя шаровидные скопления материи. Так складывались планеты, которые продолжали кружить вокруг Солнца в той же плоскости, что и первоначальные кольца газообразного вещества.

В 1796 году французский  математик и астроном Пьер Симон Лаплас выдвинул теорию, несколько отличающуюся от точки зрения Канта. Лаплас полагал, что Солнце существовало первоначально в виде огромной раскаленной газообразной туманности с незначительной плотностью, но зато колоссальных размеров. Эта туманность, согласно Лапласу, первоначально медленно вращалась в пространстве. Под влиянием сил гравитации туманность постепенно сжималась и скорость ее вращения увеличивалась. Возрастающая в результате центробежная сила придавала туманности уплощенную, а затем и линзовидную форму. В экваториальной плоскости туманности соотношение между притяжением и центробежной силой изменялось в пользу центробежной силы, так что в конечном счете масса вещества, скопившегося в экваториальной зоне туманности, отделилась от остального тела и образовала кольцо. От продолжавшей вращаться туманности последовательно отделялись все новые кольца, которые, конденсируясь в определенных точках, постепенно превращались в планеты и другие тела Солнечной системы. В общей сложности от первоначальной туманности отделилось десять колец, распавшихся на девять планет и пояс астероидов - мелких небесных тел. Спутники отдельных планет сложились из вещества вторичных колец, оторвавшихся от раскаленной газообразной массы планет. 
Вследствие продолжавшегося уплотнения материи температура новообразованных тел была исключительно высокой.

 

                    

Рис. 1. Столкновение двух галактик.

 

Точки зрения Канта и Лапласа  в ряде важных вопросов резко отличались. Кант исходил из эволюционного развития холодной пылевой туманности, в ходе которого первоначально возникло центральное массивное тело – будущее Солнце, а потом планеты. В то время как Лаплас считал первоначальную туманность газовой и очень горячей с высокой скоростью вращения. Сжимаясь под действием силы всемирного тяготения, туманность, вследствие закона сохранения момента количества движения, вращалась все быстрее и быстрее. Из-за больших центробежных сил от нее последовательно отделялись кольца. Потом они конденсировались, образуя планеты.

Таким образом, согласно гипотезе Лапласа, планеты образовались раньше Солнца. Однако, несмотря на различия, общей важной особенностью является представление, что Солнечная система возникла в результате закономерного развития туманности. Эти две теории взаимно дополняли друг друга, поэтому и принято называть эту концепцию «гипотезой Канта-Лапласа».

Однако эта теория сталкивается с трудностью. Наша Солнечная система, состоящая из девяти планет разных размеров и масс, обладает особенностью: необычное распределение момента количества движения между центральным телом – Солнцем и планетами.

Момент количества движения есть одна из важнейших характеристик всякой изолированной от внешнего мира механической системы. Именно как такую систему можно рассмотреть Солнце и окружающие его планеты. Момент количества движения можно определить как запас вращения системы. Это вращение складывается из орбитального движения планет и вращения вокруг осей Солнца и планет.

Значительная доля момента количества движения Солнечной системы сосредоточена в орбитальном движении планет-гигантов Юпитера и Сатурна. С точки зрения гипотезы Лапласа, это совершенно непонятно. В эпоху, когда от первоначальной, быстро вращающейся туманности отделилось кольцо, слои туманности, из которых потом сконденсировалось Солнце, имели примерно такой же момент, как вещество отделившегося кольца. Так как масса последнего была значительно меньше основной туманности, то полный момент количества движения кольца должен быть намного меньше, чем у протосолнца. В гипотезе Лапласа отсутствует какой-либо механизм передачи момента от протосолнца к кольцу. Поэтому в течение всей дальнейшей эволюции момент количества движения Солнца должен быть намного больше, чем у колец и образовавшихся из них планет. Но этот вывод противоречит с фактическим распределением количества движения между Солнцем и планетами. Для гипотезы Лапласа эта трудность оказалась непреодолимой.

1.2.Гипотезы 20 столетия

 

Предложенная в 1916 году Джеймсом Джинсом новая теория, согласно которой вблизи Солнца прошла звезда и ее притяжение вызвало выброс солнечного вещества, из которого в последующем образовались планеты, должна была объяснить парадокс распределения момента импульса. Однако в настоящее время специалисты не поддерживают эту теорию. В 1935 году Рассел предположил, что Солнце было двойной звездой. Вторая звезда была разорвана силами гравитации при тесном сближении с другой, третьей звездой. Девятью годами позже Хойл высказал теорию, что Солнце было двойной звездой, причем вторая звезда прошла весь путь эволюции и взорвалась как сверхновая, сбросив всю оболочку. Из остатков этой оболочки и образовалась планетная система. В сороковых годах 20 века советский астроном Отто Шмидт предположил, что Солнце захватило при обращении вокруг Галактики облако пыли. Из вещества этого огромного холодного пылевого облака сформировались холодные плотные допланетные тела – планетозимали. Элементы многих из перечисленных выше теорий использует современная космогония.

Остановимся на гипотезе Джинса. Она полностью противоположна гипотезе Канта-Лапласа. Если последняя рисует образование планетарных систем как единственный закономерный процесс эволюции от простого к сложному, то в гипотезе Джинса образование таких систем есть дело случая.

Исходная материя, из которой потом  образовались планеты, была выброшена из Солнца (которое к тому времени было уже достаточно старым и похожим на нынешнее) при случайном прохождении вблизи него некоторой звезды. Это прохождение был настолько близким, что его можно рассматривать практически как столкновение. Благодаря приливным силам со стороны налетевшей на Солнце звезды, из поверхностных слоев Солнца выброшена струя газа. Эта струя останется в сфере притяжения Солнца и после того, как звезда уйдет от Солнца. Потом струя сконденсируется и даст начало планетам.

Если бы гипотеза Джинса была правильной, число планетарных систем, образовавшихся за десять миллиардов лет ее эволюции, можно было пересчитать по пальцам. Но планетарных систем фактически много, следовательно, эта гипотеза несостоятельна. И ниоткуда не следует, что выброшенная из Солнца струя горячего газа может сконденсироваться в планеты. Таким образом, космологическая гипотеза Джинса оказалась несостоятельной.

В 1944 году советский ученый О. Ю. Шмидт предложил свою теорию происхождения Солнечной системы. Согласно О. Ю. Шмидту наша планетная система образовалась из вещества, захваченного из газово-пылевой туманности, через которую некогда проходило Солнце, уже тогда имевшее почти современный вид. При этом никаких трудностей с вращательным моментом планет не возникает, так как первоначальный момент вещества облака может быть сколь угодно большим. Начиная с 1961 года эту гипотезу развивал английский космогонист Литтлтон, который внес в нее существенные улучшения. Следует, заметить, что для того, чтобы Солнце захватило достаточно много вещества, его скорость по отношению к туманности должна быть очень маленькой, порядка ста метров в секунду. Если учесть, что скорость внутренних движений элементов облака должна быть не меньше, то, по существу, речь идет о застрявшем в облаке Солнце, которое, скорее всего, должно иметь общее с облаком происхождение. Тем самым образование планет связывается с процессом звездообразования.