Солнечная система

26 Янв 2014 | Автор: | Комментариев нет »

План:

 Введение 3

1. Масштабы солнечной системы 4

2. Взаимные превращения поля и вещества. Дефект массы 6

3. Происхождение земли и планет 10

Заключение 13

Список литературы 14

Введение

 Первые попытки объяснения ориентировались на волю сверхъестественных существ - богов, управляющих движением небесных тел. Впоследствии сопоставление геометрических и временных координат небесных тел с судьбами людей привело к возникновению астрологии. Ни то, ни другое не является предметом естественнонаучного познания, в первом случае по определению, во втором - поскольку не отвечает на вопросы, выделенные курсивом. К концу ХХ века сложились концепции, на основе которых мы не только сумели задать множество новых более конкретных вопросов и ответить на них, но и связать свои представления о мире небесных тел с природой явлений, наблюдаемых в лабораториях.

Наше уникальное дневное светило - Солнце - стало одной из звезд небосклона, его тепло и свет оказались той же природы, что и едва заметный свет звезд, а их источник - ядерные реакции - воспроизведен в земных условиях. Планеты, проявляя в своем движении законы механики, стали двигаться по орбитам вокруг центрального тела - Солнца - в соответствии с законом всемирного тяготения.

1. Масштабы солнечной системы

 Солнечная система - планетная система, включающая в себя центральную звезду - Солнце - и все естественные космические объекты, обращающиеся вокруг неё: планеты и их спутники, карликовые планеты и их спутники, а также малые тела - астероиды, кометы, метеороиды, космическую пыль. Солнечная система входит в состав галактики Млечный Путь [1, c. 78].

Солнечная система является частью Млечного Пути - спиральной галактики, имеющей диаметр около 30 тысяч парсек (или 100 тысяч световых лет) и состоящей из приблизительно 200 миллиардов звёзд. Мы живём вблизи плоскости симметрии галактического диска (на 20-25 парсек выше, то есть севернее него), на расстоянии около 8 тысяч парсек (27 тысяч световых лет) от галактического центра (то есть практически на полпути от центра Галактики к её краю), на окраине рукава Ориона - одного из спиральных рукавов Млечного Пути.

Солнце вращается вокруг галактического центра по почти круговой орбите со скоростью около 220 км/c и совершает полный оборот за 226 миллионов лет. Этот промежуток времени называется галактическим годом.

Помимо кругового движения по орбите, Солнечная система совершает вертикальные колебания относительно галактической плоскости, пересекая её каждые 30-35 миллионов лет и оказываясь то в северном, то в южном галактическом полушарии [1, c. 79].

Солнце - жёлтая звезда главной последовательности спектрального класса G2V - представляет собой центральное тело Солнечной системы, в котором сосредоточена подавляющая часть всей её массы (около 99,866 %), и которое удерживает своим тяготением планеты и прочие принадлежащие Солнечной системе тела.

Все планеты обращаются вокруг Солнца в одном направлении, по эллиптическим орбитам с небольшим эксцентриситетом и малым наклонением к плоскости эклиптики, т. е. плоскости орбиты Земли. Самой большой угловой скоростью обладает Меркурий - он успевает совершить полный оборот вокруг Солнца всего за 88 земных суток. А для самой удалённой планеты - Нептуна - период обращения составляет 165 лет.

Большая часть планет вращается вокруг своей оси в ту же сторону, что и обращается вокруг Солнца. Исключения составляют Венера и Уран, причём Уран вращается практически «лёжа на боку» (наклон оси около 90°).

Межзвёздная среда в окрестностях Солнечной системы неоднородна. Наблюдения показывают, что Солнце движется со скоростью около 25 км/с сквозь Местное межзвёздное облако и может покинуть его в течение следующих 10 тысяч лет. Большую роль во взаимодействии Солнечной системы с межзвёздным веществом играет солнечный ветер [1, c. 80].

Наша планетная система существует в крайне разреженной «атмосфере» солнечного ветра - потока заряженных частиц (в основном водородной и гелиевой плазмы), с огромной скоростью истекающих из солнечной короны. Средняя скорость солнечного ветра, наблюдаемая на Земле, составляет 450 км/с. Эта скорость превышает скорость распространения магнитогидродинамических волн, поэтому при взаимодействии с препятствиями плазма солнечного ветра ведёт себя аналогично сверхзвуковому потоку газа. По мере удаления от Солнца, плотность солнечного ветра ослабевает, и наступает момент, когда он оказывается более не в состоянии сдерживать давление межзвёздного вещества. В процессе столкновения образуется несколько переходных областей.

Вопрос о том, где именно заканчивается Солнечная система и начинается межзвёздное пространство, неоднозначен, поскольку связан с областями влияния двух различных явлений - солнечного ветра и солнечного тяготения. Даже далеко за пределами гелиопаузы Солнце оказывается в состоянии удерживать своим тяготением другие объекты - вплоть до облака Оорта - гипотетического большого скопления комет, окружающего Солнечную систему и простирающегося на расстояния от 50 000 до 100 000 а. е. - на величину порядка светового года.

2. Взаимные превращения поля и вещества. Дефект массы

 Одним из главных свойств частиц является их способность превращаться друг в друга, рождаться и уничтожаться в результате взаимодействия.

Открытие позитрона, частицы по своим характеристикам похожей на электрон, но имеющей в отличие от электрона положительный единичный заряд, было исключительно важным событием в физике. Еще в 1928 году П. Дирак предложил уравнение для описания релятивистской квантовой механики электрона. Оказалось, что уравнение Дирака имеет два решения, как с положительной, так и с отрицательной энергией. Состояние с отрицательной энергией описывает частицу аналогичную электрону, но имеющую положительный электрический заряд. Позитрон был первой открытой частицей из целого класса частиц, которые получили название античастиц. До открытия позитрона казалась необъяснимой неодинаковая роль положительных и отрицательных зарядов в природе. Почему существует тяжелый положительно заряженный протон, и нет тяжелой частицы с массой протона и отрицательным зарядом? Зато существовал легкий отрицательно заряженный электрон. Открытие в 1932 г. позитрона по существу восстановило зарядовую симметрию для легких частиц и поставило перед физиками проблему поиска античастицы для протона. Другая неожиданность - позитрон является стабильной частицей и может в пустом пространстве существовать бесконечно долго. Однако при столкновении электрона и позитрона происходит их аннигиляция. Электрон и позитрон исчезают, и вместо них рождаются два -кванта [5, c. 221].

Происходит превращение частиц с массой покоя отличной от нуля в частицы с нулевой массой покоя (фотоны), т.е. масса покоя не сохраняется, а превращается в кинетическую энергию.

Наряду с процессом аннигиляции был обнаружен и процесс рождения пары электрон-позитрон. Электрон-позитронные пары легко рождались -квантами с энергией в несколько МэВ в кулоновском поле атомного ядра. В классической физике понятия частицы и волны резко разграничены - одни физические объекты являются частицами, а другие - волнами. Превращение пары электрон-позитрон в фотоны стало дополнительным подтверждением представления о том, что между излучением и веществом много общего. Процессы аннигиляции и рождения пар заставили по-новому осмыслить, что же такое частицы, которые ранее называли элементарными. Частица перестала быть неизменным "кирпичиком" в строении материи. Возникла новая чрезвычайно глубокая концепция взаимного превращения частиц. Оказалось, что частицы могут рождаться и исчезать, превращаясь в другие частицы.

В созданной Э. Ферми теории -распада было показано, что испускаемые в процессе -распада электроны не существуют в ядре, а рождаются в результате распада нейтрона. В результате этого распада исчезает нейтрон n и рождается протон p, электрон e- и электронное антинейтрино e.

В 1932 г. два английских физика, Д. Кокрофт и Э. Уолтон, в который раз обстреливали пучком ускоренных протонов мишень из изотопа лития-7, надеясь обнаружить после этого что-либо новое и интересное. Это новое не заставило себя долго ждать. Снимки, сделанные в камере Вильсона, показали, что некоторые ядра лития-7, поглотив попавший в них протон, исчезали, выбрасывая две альфа-частицы, т. е. целиком превращались в два ядра атома гелия-4 [7, c. 189].

Результат, безусловно, поразительный! Но по-настоящему потрясло ученых совсем другое. Когда попробовали с карандашом в руках подсчитать баланс масс и энергий всех частиц, участвовавших в этой, на первый взгляд, очень простой ядерной реакции, то обнаружили непонятные «прибыли» и «убытки». Масса всех участвовавших в этой реакции частиц равнялась 7,0182 (ядро лития-7) + 1,0081 (протон) = 8,0263 а.е.м., а масса получившихся двух отдельных альфа-частиц в сумме давала всего лишь 4,004x2 = 8,008 а.е.м. Неизвестно, куда исчезала масса вещества, равная 8,0263 - 8,008 = = 0,0183 а.е.м. Одновременно, и тоже неизвестно откуда, появлялась весьма значительная прибавка энергии движения у двух разлетающихся альфа-частиц по сравнению с энергией протона, первоначально разбившего надвое ядро лития-7 [7, c. 190].

Любое вещество обладает определенным запасом энергии, строго пропорциональным его массе и, наоборот, каждому материальному телу, обладающему энергией, соответствует строго определенная масса. Чем больше масса тела, тем больше скрыто в нем энергии. Увеличивая энергию какого-либо тела, например нагревая его или разгоняя до близких к световой скоростей, мы тем самым увеличиваем и его массу. Если возбужденный атом вещества излучает квант света (фотон), то вместе с энергией он теряет и определенную массу.

При всем изобилии энергии атом отдает ее крайне скупо. Чтобы преодолеть силы, связывающие частицы в ядре и препятствующие его перестройке, нужно сначала затратить какое-то количество энергии. Только тогда распадающееся или перестраивающееся ядро атома выделит связанную с уменьшением его массы энергию. Однако не во всех случаях энергия, выделяющаяся при распаде или перестройке ядра, превышает энергию, затрачиваемую на разрушение или перестройку. Следовательно, для получения энергии выгодно разрушать или перестраивать ядра атомов только тех элементов, у которых «затраты» меньше «прибыли». Обычно это ядра атомов или самых легких, или самых тяжелых элементов.

Как известно, ядро атома гелия (альфа-частица) сложено из двух протонов и двух нейтронов. Чтобы разделить такое ядро на составляющие его элементарные частицы, надо преодолеть огромные силы притяжения, удерживающие их все вместе, которые, как выяснилось позже, действуют только на расстоянии, равном примерно двум диаметрам ядра. Сделать это можно, попав в ядро атома гелия какой-либо тяжелой частицей, разогнанной до большой скорости. В опыте английских ученых с литием-7 это был протон. Следовательно, на данной фазе происходит поглощение энергии. Но как только частицы разбиваемого ядра разойдутся на расстояние больше двух диаметров ядра, действие внутриядерных сил прекращается и вступают в действие исключительно огромные силы отталкивания одинаково заряженных протонов [7, c. 191].

Разлетающиеся в стороны с колоссальной скоростью частицы обладают энергией, значительно больше той, которая была затрачена на разрушение этого атома.

Ну а что произойдет при попытке соединить вместе четыре отдельных ядра атомов водорода (протона), чтобы получить ядро атома гелия? Логично предположить, что сначала нужно затратить значительную энергию, чтобы преодолеть непрерывно нарастающее отталкивающее действие четырех положительных зарядов протонов. Но еще большее, поистине чудовищное количество энергии выделится после того, как, сблизившись и войдя в сферу действия ядерных сил притяжения, протоны затем как бы сольются в новое ядро («защелкнутся»). При этом два протона превратятся в нейтроны, выбросив два позитрона и два нейтрино. И в качестве конечного результата появится избыточное количество энергии, сопровождающееся уменьшением некоторого количества массы. Разность между массой частиц до реакции слияния их в ядро атома более тяжелого элемента и массой образовавшегося в результате этой реакции ядра называют дефектом массы.

Дефект массы наблюдается не только при соединении протонов и нейтронов в ядре атома, но и в тех случаях, когда ядро атома тяжелого элемента делится на два более легких ядра.Но не у всех элементов при сложении или делении ядер атомов «выделяющаяся» энергия превосходит затрачиваемую. Это относится к очень ограниченному числу атомов: к самым легким - водороду, дейтерию, тритию, гелию, литию, и самым тяжелым - урану, плутонию. Все элементы середины таблицы Д. И. Менделеева никаких выгод в этой части не представляют. По этой причине булыжник при дороге, кусок железа, серебро, золото, ртуть и другие вещества до скончания веков останутся тем, чем они есть сейчас. Вот почему взрыв атомной или водородной бомбы не вызывает детонации и взрыва всех окружающих нас веществ: воды, воздуха, почвы, всей планеты [5, c. 108].

Избыточная энергия при слиянии легких элементов будет выделяться только в том случае, если в соответствующую ядерную реакцию удастся вовлечь все наличные атомы или их значительную часть. А даже при самой мощной бомбардировке, пользуясь имеющимися в распоряжении ученых источниками тяжелых снарядов: ускоренных альфа-частиц, дейтронов и протонов - в цель попадает едва одна десятимиллионная их часть. Все же остальные пролетают мимо. Вот почему тысячи ученых во всех странах мира изыскивают способы и средства вмешиваться в происходящие в недрах атомов физические процессы, с тем чтобы, управляя некоторыми из них, высвобождать скрытую в них энергию.

3. Происхождение земли и планет

 Предполагается, что планеты возникли одновременно (или почти одновременно) 4,6 млрд. лет назад из газово-пылевой туманности, имевшей форму диска, в центре которого располагалось молодое Солнце. Образование звезд и планетных систем - это, по-видимому, все-таки единый процесс, происходящий в результате конденсации облака межзвездного газа в силу его гравитационной неустойчивости.

Таким образом, протопланетная туманность образовалась вместе с Солнцем из межзвездного вещества, плотность которого превысила критические пределы. По некоторым данным (присутствие специфических изотопов в метеоритах), такое уплотнение произошло в результате относительно близкого взрыва сверхновой звезды. Взрыв сверхновой мог ускорить и стимулировать процесс конденсации, а также обеспечить содержание в составе газовой туманности тяжелых элементов. Допланетное облако было мало массивным. Если бы его масса превышала 0,15 массы Солнца, оно аккумулировалось бы не в систему планет, а в звездообразный спутник Солнца [1, c. 177].

Протопланетное облако было неустойчивым, оно становилось все более плоским, конденсировалось в уплотненный диск, в нем возникали неустойчивости, которые приводили к образованию ряда колец, а газовые кольца превращались в газовые сгустки - протопланеты. Протопланеты сжимались, твердые пылинки сближались, сталкивались, образовывали тела все больших размеров. В относительно короткий срок (10n лет, где, по разным оценкам, n = 5 - 8) сформировались девять больших планет.

В настоящее время господствует идея холодного, а не горячего, начального состояния Земли и других планет Солнечной системы, которые возникли в результате аккреции частиц и твердых тел газово-пылевого протопланетного облака, окружавшего Солнце. Однако пока не решен вопрос, была ли Земля гомогенна или гетерогенна к концу своего формирования, образовались ли ядро, мантия и кора в результате гетерогенной аккреции или же наша планета создавалась из гомогенного материала, который затем подвергался дифференциации в процессе последующей геологической истории. Большинство исследователей придерживаются модели гетерогенной аккреции. (Хотя вопрос о разделе вещества допланетного облака на железные и силикатные частицы пока окончательно не решен.)

Астероиды, кометы, метеориты являются, вероятно, остатками материала, из которого сформировались планеты. Астероиды сохранились до нашего времени благодаря тому, что подавляющее большинство их движется в широком промежутке между орбитами Марса и Юпитера. Аналогичные каменистые тела, некогда существовавшие во всей зоне планет земной группы, давно либо присоединились к этим планетам, либо разрушились при взаимных столкновениях, либо были выброшены на пределы этой зоны вследствие гравитационного воздействия планет [1, c. 178].

Происхождение систем регулярных спутников (т.е. движущихся в направлении вращения планеты по почти круговым орбитам, лежащим в плоскости ее экватора) авторы космогонических гипотез обычно объясняют повторением в малом масштабе того же процесса, который они предлагают для объяснения образования планет Солнечной системы. Такие спутники есть у Юпитера, Сатурна, Урана. Происхождение иррегулярных спутников (т.е. таких, которые обладают обратным движением) эти теории объясняют захватом.

Что касается Луны, то наиболее вероятным является ее образование на околоземной орбите (возможно, из нескольких крупных спутников, которые в конечном счете объединились в одно тело - Луну, что обеспечило ее быстрое нагревание), хотя продолжают обсуждаться и маловероятные гипотезы захвата Землей готовой Луны и отделения Луны от Земли.

Заключение

 Вопрос о том, где именно заканчивается Солнечная система и начинается межзвёздное пространство, неоднозначен, поскольку связан с областями влияния двух различных явлений - солнечного ветра и солнечного тяготения. Даже далеко за пределами гелиопаузы Солнце оказывается в состоянии удерживать своим тяготением другие объекты - вплоть до облака Оорта - гипотетического большого скопления комет, окружающего Солнечную систему и простирающегося на расстояния от 50 000 до 100 000 а. е. - на величину порядка светового года.

Одним из главных свойств частиц является их способность превращаться друг в друга, рождаться и уничтожаться в результате взаимодействия.

Открытие позитрона, частицы по своим характеристикам похожей на электрон, но имеющей в отличие от электрона положительный единичный заряд, было исключительно важным событием в физике.

Предполагается, что планеты возникли одновременно (или почти одновременно) 4,6 млрд. лет назад из газово-пылевой туманности, имевшей форму диска, в центре которого располагалось молодое Солнце. Образование звезд и планетных систем - это, по-видимому, все-таки единый процесс, происходящий в результате конденсации облака межзвездного газа в силу его гравитационной неустойчивости.

Список литературы

1. Горбатова Р.К. Концепции современного естествознания. – М.: Норма, 2008.

2. Горелов А.А. Концепции современного естествознания. – М.: Центр, 2007.

3. Дубнищева Т.Я. Концепции современного естествознания. – Новосибирск: ЮКЗА, 2007.

4. Концепции современного естествознания для студентов вузов. – Ростов-на-Дону: Феникс, 2007.

5. Кунафин М.С. Концепции современного естествознания. – М.: НормаЮ 2003.

6. Найдыш В.М. Концепции современного естествознания. Учебник. - Изд. 2-е, перераб. и доп. - М.: ИНФРА-М, 2004. - 622 с.

7. Шкловский И.С. Вселенная, жизнь, разум. – М.: Наука, 1999.

© Размещение материала на других электронных ресурсах только в сопровождении активной ссылки

Контрольная работа по КСЕ (Естествознание)

Вы можете заказать оригинальную авторскую работу на эту и любую другую тему.

(15.7 KiB, 34 downloads)

Здесь вы можете написать комментарий

* Обязательные для заполнения поля
Все отзывы проходят модерацию.
Навигация
Связаться с нами
Наши контакты

vadimmax1976@mail.ru

8-908-07-32-118

8-902-89-18-220

О сайте

Magref.ru - один из немногих образовательных сайтов рунета, поставивший перед собой цель не только продавать, но делиться информацией. Мы готовы к активному сотрудничеству!