Теория образования планет кратко
Обновлено: 05.07.2024
Один из центральных вопросов, связанных с изучением нашей планетной системы, - проблема ее происхождения. Как возникла семья небесных тел, обращающихся вокруг Солнца? Ответ на этот вопрос имеет не только важное естественнонаучное, но и мировоззренческое, философское значение. На протяжении веков ученые пытались выяснить прошлое, настоящее, будущее Вселенной. Нередко их представления были в той или иной степени связаны с господствовавшими религиозными воззрениями. Но уже в глубокой древности зародилась мысль, что Вселенная не была создана никем из богов. Она всегда существовала и будет существовать. Одни миры возникают, развиваются, другие - разрушаются и умирают, 3емля, как и другие миры, сформировалась в результате естественных причин.
Однако такие гениальные догадки настолько опережали эпоху, что не могли быть восприняты современниками. В споре о путях происхождения и развития Земли и планет столкнулись два прямо противоположных и непримиримых суждения о том, что лежит в основе мироздания - дух или вечно существующая материя? Создан ли мир богом или он существует вечно?
В отличие от идеалистов, утверждающих первичность духа и считающих мир продуктом творения высшего разума (бога), материалисты признают первичность материи. Подтверждая свои выводы практикой исследований и наблюдений, основываясь на повседневном опыте, материалисты доказывают, что планеты, в том числе и Земля, могли возникнуть лишь из других форм материи, т.е. сформировались естественным путем. В наше время все значительные космогонические гипотезы являются последовательно материалистическими.
Согласно современным представлениям, планеты Солнечной системы образовались из холодного газопылевого облака, окружавшего Солнце миллиарды лет назад. Наиболее последовательно такая точка зрения проведена в работах советского ученого академика О.Ю. Шмидта. До сих пор планетная космогония рассматривалась как чисто астрономическая проблема, а Шмидт показал, что проблемы космогонии можно решить лишь согласованными усилиями астрономии и наук о Земле, прежде всего геофизики, геологии, геохимии. Такой подход значительно укрепил наблюдательную базу космогонии, предоставив в ее распоряжение обширные фактические данные наук о Земле.
В основе теории О.Ю. Шмидта лежит мысль об образовании планет путем объединения твердых тел и пылевых частиц. Возникшее около Солнца газопылевое облако вначале состояло на 98% из водорода и гелия. Остальные элементы конденсировались в пылевые частицы. Однако беспорядочное движение газа в облаке быстро прекратилось: оно сменилось спокойным обращением облака вокруг Солнца.
Таким образом, почти круговые орбиты планет явились результатом осреднения орбит тел, объединившихся в планеты. Деление планет на две группы связано с тем, что в далеких от Солнца частях облака температура была низкой, и все вещества, кроме водорода и гелия, образовали твердые частицы. Среди них преобладали метан, аммиак и вода, определившие состав Урана и Нептуна. В составе самых массивных планет - Юпитера и Сатурна, кроме того, оказалось значительное количество газов (рис.3.2).
 |
Рис.3.2. Внутреннее строение и предполагаемый вещественный состав некоторых планет-гигантов: 1- молекулярный водород; 2 - металлический водород; 3 - водяной лед; 4 - ядро, сложенное из каменных или железокаменных материалов
В области планет земной группы температура была значительно выше, и все летучие вещества (в том числе метан и аммиак) остались в газообразном состоянии и, следовательно, в состав планет не вошли. Планеты этой группы сформировались в основном из силикатов и металлов (рис.3.3).
Научная теория происхождения Солнечной системы подтверждается многочисленными наблюдениями. Однако сейчас мы еще не можем сказать, что процесс образования планет досконально изучен. Например, рассматриваемая теория не учитывает влияния электромагнитных явлений, которые, оказалось, играют определенную роль в формировании космических тел. Выяснение этого и некоторых других вопросов - дело будущего.
Таким образом, в настоящее время считается, что планеты возникли в результате объединения твёрдых тел и частиц, образовавшихся во вращающемся вокруг Солнца гигантском протопланетном облаке, состоящем из газа и пыли. Температура в облаке составляла около 1000 К.
|
Рис.3.3. Строение и предполагаемый вещественный состав планет земной группы: 1 - силикатное вещество; 2- металлическое; 3 - сульфид-металлическое вещество.
Протопланетное облако образовалось в каком-то совместном процессе, механизм которого до сих пор является предметом дискуссии. Но данные геофизики, исследования метеоритов, лунного грунта содержат некоторые доказательства этой гипотезы.
Массы зародышей резко отличались от масс других тел, находившихся вблизи них и образовавших для зародышей своеобразную зону питания. Сначала было очень много таких зародышей и окружавших их зон питания. Но постепенно среди этих зародышей стали выделяться те, которые впоследствии стали настоящими планетами. Такие массивные и двигавшиеся почти по круговым орбитам сверхзародыши получались путём объединения ранее возникших зародышей и обобществления их зон питания.
Если вам нужна помощь в написании работы, то рекомендуем обратиться к профессионалам. Более 70 000 авторов готовы помочь вам прямо сейчас. Бесплатные корректировки и доработки. Узнайте стоимость своей работы.
При рассмотрении роста сверхзародышей планет-гигантов надо учитывать процесс захвата ими газа, образующего вторую составляющую допланетного облака, собравшегося за пределами орбит планет земной группы. Газ в зонах питания Юпитера и Сатурна вначале тормозил движение тел, уменьшая их относительные скорости, и тем самым задерживал скорость роста зародышей. Но когда зародыши выросли настолько, что могли увеличивать свою массу за счёт захвата (аккреции) газа, преимущественно водорода, их рост ускорился. Некоторая часть газа покинула пределы Солнечной системы.
Направление движения планет вокруг Солнца и различные наклоны осей планет к плоскости эклиптики объясняются следствием роста протопланетных тел. Тела и частицы, падая на формирующуюся планету, передавали ей момент количества движения. Следовательно, направление движения планеты вокруг Солнца есть результирующий момент количества движения множества падений. Преобладающее в Солнечной системе прямое движение планет отражает характер общего вращения тел и частиц вокруг Солнца ещё до возникновения планет. В статистическом процессе усреднения моментов количества движения отдельных тел и частиц могли появиться и аномалии, результатом которых стало обратное движение Венеры. Различные наклоны осей планет в настоящее время объясняют падением крупных тел на зародыши. По наблюдаемым наклонам осей планет удалось оценить массы тел, падавших на зародыши. Так, например, массы тел, участвовавших в формировании Земли, примерно в тысячу раз меньше нынешней массы нашей планеты. Массы тел, падавших на Уран и определивших положение в пространстве оси этой планеты, были сравнимы с массой Земли.
Конечно, не только механические процессы сопровождали стадии образования планет. Сложные переплетения различных физических процессов (тепловые, магнитогидродинамические и др.) участвовали в образовании и эволюции планетной системы. Так, например, крупные массы тел, падая на относительно холодную Землю и глубоко врезаясь в неё, разогревали нашу планету до температуры 1 500 К в области верхней мантии. Такой разогрев оказался сильнее, чем это могло произойти за счёт энергии других механических (гравитационное сжатие, приливные воздействия Луны) и немеханических (распад радиоактивных элементов) процессов. Наша Земля росла не просто тихо и холодно, сталкиваясь с небольшими метеоритами, а испытывала мощные удары, разогревалась, частично плавилась, изменяла свою структуру, с юности формировала ядро и оболочки. В настоящее время Земля имеет расплавленное железно-никелевое ядро. Вещества, содержащие более лёгкие элементы (кремний, магний, кальций и др.), постепенно поднимались вверх, образуя мантию и кору Земли. Самые лёгкие элементы вошли в состав океана и первичной атмосферы Земли. Состав атмосферы постепенно изменялся: улетучились самые лёгкие водород и гелий, в результате фотосинтеза появился кислород.
Эволюция атмосферы Земли имеет прямое отношение к тем условиям (температура, наличие воды), которые существуют на Земле сейчас и необходимы для развития жизни на нашей планете. На ближайших планетах Солнечной системы ситуация совершенно другая. На Земле есть вода, в атмосфере много кислорода, средняя температура +15о С. На Венере и Марсе сейчас свободной воды нет (на Марсе вода, возможно, есть в подповерхностном слое вечной мерзлоты), состав воздуха не пригоден для дыхания земных обитателей. Средняя температура на Марсе -60о С, на Венере +460° С.
Планета, на которой мы живем - Земля, из космоса видна как небольшой голубой шар. Это уникальная планета, хотя бы потому, что именно на ней возникла, развилась до современных форм жизнь. Поэтому рассмотрим подробнее некоторые характеристики Земли.
Земля – это планета, являющаяся частью астрономического объекта, называемого Солнечной системой. В представленной статье говорится кратко о гипотезе происхождения Солнечной системы.
Гипотеза О. Ю. Шмидта
Со времен античности считалось, что Земля, Солнце и планеты сотворены Богом в том виде, в котором они и существуют. А. Птолемей создал геоцентрическую систему мира, она была канонизирована церковью, и без изменений просуществовала до эпохи Возрождения.
Рис. 1. Геоцентрическая система Птолемея.
Первую научную гипотезу о происхождении Солнечной системы из пылевого диска выдвинул в середине XVII в Р. Декарт. Данная гипотеза впоследствии дорабатывалась и уточнялась многими авторами, по мере накопления научных знаний о Вселенной.
В настоящее время общепринятой считается гипотеза, разработанная в 1944 г академиком О. Ю. Шмидтом.
Образование протопланетного облака
Со временем, в результате действия гравитации протопланетном облаке начали образовываться сгущения, причем, устойчивыми они были только лишь на определенных расстояниях друг от друга, там, где их взаимная гравитация бы не оказывала разрушающего действия.
Рис. 2. Образование Солнечной системы из протопланетного облака.
Образование планет
Более плотная пыль сформировалась в планеты раньше, она образовала внутренние планеты Солнечной системы на расстояниях 0.3 – 1.5 а.е. от Солнца (а.е. – астрономическая единица, средний радиус земной орбиты, равный 150 млн км). У всех этих планет средняя плотность оказалась значительно выше плотности воды.
Почти вся оставшаяся часть, преимущественно газовая, конденсировалась позже, в виде планет – газовых гигантов на расстоянии 5 – 30 а.е. Средняя плотность этих планет близка к плотности воды (для Сатурна даже меньше), но масса этих планет значительно превышает массу внутренних планет Солнечной системы. Поэтому и расстояния между этими планетами больше. Между орбитами Марса и Юпитера (2 – 4 а.е) существует пояс астероидов – зона, где обращается множество мелких астероидов, которые так и не объединились в планету из-за постоянных гравитационных возмущений со стороны Юпитера.
Удаленные части Солнечной Системы
Остатки вещества, находящиеся еще дальше от Солнца, образовали внешние области Солнечной системы – пояс Койпера и гипотетическое Облако Оорта, простирающееся на расстояние до 100тыс а.е. от Солнца (около 1 светового года).
В формировании этих частей большую роль сыграла гравитация планет-гигантов, выбрасывавшая мелкие протопланетные сгустки на периферию Солнечной системы. Сейчас здесь существует множество мелких астероидов и нескольких планет-карликов (Плутон, Макемаке, Хаумеа, Эрида и Седна).
Облако Оорта считается источником большинства комет, появляющихся только один раз. Скорее всего, это долгопериодические кометы, периоды обращения вокруг Солнца которых измеряется тысячелетиями.
Рис. 3. Солнечная система и облако Оорта.
Что мы узнали?
Согласно гипотезе О. Ю. Шмидта, Солнечная система образовалась из протопланетного облака. Cперва сформировались внутренние, более плотные планеты земного типа, потом – менее плотные, но более массивные планеты-газовые гиганты.
Наш соотечественник, известный учёный Отто Юльевич Шмидт в \(1944\) г. предложил свою гипотезу образования планет. Он полагал, что миллиарды лет назад Солнце было окружено гигантским облаком, которое состояло из частичек холодной пыли и замёрзшего газа. Все они обращались вокруг Солнца. Находясь в постоянном движении, сталкиваясь, взаимно притягивая друг друга, они как бы слипались, образуя сгустки. Постепенно газово - пылевое облако сплющивалось , а сгустки стали двигаться по круговым орбитам . Со временем из этих сгустков и образовались планеты нашей Солнечной системы.
Гипотезы Канта, Лапласа, Шмидта во многом близки. Мысли этих учёных легли в основу современного представления о происхождении Земли и всей Солнечной системы.
Сегодня учёные предполагают, что Солнце и планеты возникли одновременно из межзвёздного вещества — частиц пыли и газа . Это холодное вещество постепенно уплотнялось, сжималось, а затем распалось на несколько неравных сгустков. Один из них, самый большой, дал начало Солнцу. Его вещество, продолжая сжиматься, разогревалось. Вокруг него образовалось вращающееся газово - пылевое облако , которое имело форму диска. Из плотных сгустков этого облака возникли планеты, в том числе и наша Земля.
Как видите, представления учёных о возникновении Земли, других планет и всей Солнечной системы менялись, развивались. Да и сейчас остаётся много неясного, спорного. Учёным предстоит разрешить немало вопросов, прежде чем мы достоверно узнаем, как возникла Земля.
Баринова И.И. и др. География. Начальный курс. 5 кл. : учеб. для общеобразоват. учреждений/Баринова И.И., Плешаков А. А., Сонин Н. И. — М. : Дрофа, 2012. —140 с.
Отто Юльевич Шмидт ( 1891 – 1956 ) — советский математик, географ, геофизик, астроном, организатор книгоиздания и реформы системы образования. Его именем названы остров в Северном Ледовитом океане, равнина в Антарктиде, мыс на Чукотке.
Отто Юльевич Шмидт в \(1944\) г. выдвинул свою теорию образования планет в результате конденсации газово-пылевого облака, которое миллиарды лет назад окружало Солнце. Это облако состояло из пыли и газа. В хаотичном движении частички облака слипались и образовывали сгустки. П ланеты Солнечной системы образовались из этих сгустков.
Теории Канта, Лапласа, Шмидта заложили основы современных представлений о возникновении Солнечной системы и всех её объектов.
Современное представление о возникновении Солнца и планет заключается в одновременном формировании их из межзвёздного вещества , которое включало в себя частицы пыли и газа . Из крупного сгустка этих частиц образовалось Солнце, вокруг него вращалось газово - пылевое облако в форме диска. Плотные сгустки этого облака стали планетами.
Гипотезы о развитии Солнечной системы и возникновении планет выдвигались самые разнообразные, учёные их дополняли, развивали. В современной теории так же много загадок, неясностей которые в будущем придётся решить, объяснить или выдвинуть совершенно новую гипотезу.
Читайте также: