Химический состав небесных тел реферат

Обновлено: 04.07.2024

Нам известны сейчас не только законы движения небесных светил и точное положение этих светил в пространстве.

Мы можем определять даже их химический состав. Это делается с помощью спектрального анализа. Подробно объяснять сущность этого способа было бы слишком длинно. Скажем только, что обоснован на изучении света, испускаемого раскаленными парами того тела, химический состав которого нас интересует.

Газы, или пары, различных химических веществ излучают свет определенных цветов и оттенков. Например, пары металла натрия излучают желтый свет, в свете водорода мы находим определенные оттенки красного, синего и фиолетового цветов и так далее. С помощью особого прибора — спектроскопа — можно определить состав света, излучаемого данным веществам, находящимся в газообразном или парообразном состоянии, и установить, из каких элементов, то есть простейших веществ, оно состоит. Спектральным анализом пользуются и химики и геологи, чтобы определить, находится ли в составе данной горной породы вещество, которое они ищут. Для определения химического состава небесных тел такой способ особенно ценен, как единственно возможный.

Изобретение спектрального анализа блестяще подтвердило материалистическое учение, развитое Марксом, Энгельсом, Лениным и Сталиным, о неограниченной способности человеческого разума познавать природу. Один философ пытался когда-то доказать, что мир непознаваем, что есть вещи, которые человек в силу ограниченности своих физических возможностей будто бы не в состоянии постигнуть. В качестве примера он утверждал, что наука никогда не сможет узнать, из чего состоят небесные тела. Едва он успел это заявить, как наука — создание человеческого разума — отлично справилась с такой, казалось бы, неразрешимой задачей и посрамила философа, противника материализма. Мы можем определить химический состав небесных тел с такой же уверенностью, как если бы они находились не на гигантских расстояниях от нас, а в лаборатории, в руках химиков.

С помощью спектрального анализа, то есть исследования состава излучения, твердо установлено, что на Солнце нет таких веществ, какие не были бы известны на Земле. И там и тут есть газы — водород, кислород, азот; металлы — железо, магний, никель и многие другие.

Из мирового пространства на поверхность Земли часто падают небесные камни, так называемые метеориты. Эти камни прилетают к нам из отдаленных уголков вселенной, и, однако, в их состав входят те же вещества, какие имеются у нас, на Земле. Звезды — эти самосветящиеся раскаленные газовые шары, подобные Солнцу, — тоже состоят из тех же самых веществ. Все это убеждает нас в единстве химического состава вселенной.

Можно перечислить множество различных физических законов, известных современной науке, которые с одинаковой точностью и неизбежностью повторяются как на нашей Земле, так и во всей вселенной. Это позволяет нам с полной уверенностью переносить на вселенную законы природы, установленные на Земле, утверждать, что ничего необычного в развитии мировой материи, ничего такого, что противоречило бы нашему опыту, быть не может.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

  • Для учеников 1-11 классов и дошкольников
  • Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Государственное бюджетное образовательное учреждение

средняя общеобразовательная школа №225 Адмиралтейского района

Старощук Дарья Игоревна

Глава 1. Химические элементы в космосе 5

Глава 2. Химия межзвездной среды 7

Глава 3. Молекулы в космосе 9

Глава 4. Космохимия в наши дни 11

Список использованной литературы: 14

Введение

Космохимия или Химическая космология — область химии, наука о химическом составе космических тел, законах распространённости и распределения химических элементов во Вселенной, процессах сочетания и миграции атомов при образовании космического вещества. Космохимия исследует преимущественно холодные процессы на уровне атомно-молекулярных взаимодействий веществ .

Главная задача космохимии – стремление объяснить на химической основе происхождение и историю космических тел, изучение их эволюции на основе состава и распространенности химических элементов.

Основоположниками этой науки являются норвежский минералог, кристаллограф, геохимик Гольдшмидт Виктор Мориц, американский физикохимик Гарольд Клейтон Юри и советский геохимик Виноградов Александр Павлович. Все они изучали лунный грунт и сделали важные для космохимии открытия. В.М. Гольдшмидт изучал метеориты и впервые сформулировал закономерности распределения элементов в метеоритном веществе, нашел основные принципы распределения элементов в фазах метеоритов. Г. Юри написал 47 работ о химии Луны и показал возможность интерпретации данных по химическому составу планет на основе представлений об их "холодном" происхождении из пылевой компоненты протопластного облака. А. П. Виноградов, обосновал концепцию выплавления и дегазации вещества планет земной группы как основу механизма дифференциации вещества планет и формирования их наружных оболочек - коры, атмосферы и гидросферы.

До второй половины XX века исследования состава космических тел и химических процессов в космическом пространстве осуществлялись несколькими способами. Первый - изучение химического и фазового состава метеоритов. Второй способ - спектральный анализ вещества звезд и внешних слоев атмосферы планет. Свет от объекта пропускают через призму и разлагают на спектры. После делают выводы о характеристиках испустившего свет объекта. Спектральный анализ позволил открыть некоторые ранее неизвестные элементы, например, рубидий и цезий. Только спектральный анализ помог определить химический состав нашего светила и других звёзд. Благодаря ему обнаружился и гелий, причём, на Солнце его открыли на 27 лет раньше, чем на Земле. Приняв на вооружение эффект Доплера, стало возможным измерение лучевых скоростей тысяч звёзд, газовых туманностей и других внегалактических объектов.

Благодаря развитию астрофизики и космонавтики расширились возможности получения информации, относящейся к космохимии. Стали возможными непосредственное исследование пород Луны при участии космонавтов или путём забора образцов грунта автоматическими аппаратами и поиски молекул в межзвездной среде посредством методов радиоастрономии(путём исследования электромагнитного излучения космических объектов в диапазоне радиоволн). Это привело к фундаментальным открытиям: установлению широкого распространения пород базальтового состава на поверхности Луны, Венеры, Марса; определению состава атмосфер ближайших планет; выяснению определяющей роли ударных процессов в формировании структурных и химических особенностей поверхности планет и образовании реголита и других веществ. Как оказалось, и на нашей планете, и на далёких звёздах присутствуют одинаковые химические элементы.

Глава 1. Химические элементы в космосе

Самый распространенный элемент Вселенной – водород. Он составляет основную массу Солнца, звезд и других космических тел. В недрах звезд на определенной стадии их эволюции протекают разнообразные термоядерные реакции с участием водорода. Они и являются источником неисчислимого количества энергии, излучаемого звездами в космическое пространство. Распространенность водорода на Земле существенно иная, ведь в свободном состоянии он встречается крайне редко.

На агрегатное и фазовое состояние вещества в космосе на разных стадиях его превращений оказывают разностороннее влияние огромный диапазон температур и давлений; глубоко проникающие галактическое и солнечное излучения различного состава и интенсивности; излучения, сопровождающие превращения нестабильных атомов в стабильные. При этом процессы фракционирования вещества в космосе касаются не только атомного, но и изотопного состава. Определение изотопных равновесий, возникших под влиянием излучений, позволяет глубоко проникать в историю процессов образования вещества планет, астероидов, метеоритов и устанавливать возраст этих процессов. Благодаря экстремальным условиям в космическом пространстве протекают процессы и встречаются состояния вещества, не свойственные Земле: плазменное состояние вещества звёзд; конденсация Не, CH4, NH3 и других легколетучих газов в атмосфере больших планет при очень низких температурах; образование нержавеющего железа в космическом вакууме при взрывах на Луне; хондритовая структура вещества каменных метеоритов; образование сложных органических веществ в метеоритах.

Объекты космохимии представлены звездами (95 % массы вещества Вселенной), газовыми и пылевидными туманностями, межзвездным газом, рассеянной космической пылью, планетами, кометами, метеоритами, нейтронами, протонами, электронами, кварками. Они сгруппированы в галактики, которых насчитывается около 1500. По форме преобладают спиральные галактики (61 %), реже встречаются линзовидные (22 %), эллиптические (13 %), неправильные (4 %). В нашей галактике насчитывается около 10 11 звезд. Планета Земля находится в одном из рукавов спирали.

Химический состав космических тел отражает сложные пути их эволюции и определяется рядом физических и химических факторов: образованием и преобразованием атомов во времени; распределением атомов под влиянием космических причин (тяготение, световое давление, электромагнитные поля и др.); физико-химическим перераспределением групп атомов, электронов, молекул. Н Кларки солнечной атмосферы принято относить к кларкам космоса, которые рассчитывают на 10 6 атомов Si или Н. В спектре солнечной атмосферы открыто более 70 элементов с преобладанием Н(70 % по массе), Не (28), на долю остальных приходится 2 %. Очень мало тяжелых элементов после железа. Согласно Л. Аллерому и Дж. Россу (1976), для 13 элементов получены следующие данные: H – 10 6 % , He– 6,3 ·10 4 , O – 6,9 ·10 2 , C – 4,2 ·10 2 , N – 87, Si – 45, Mg – 40, Ne – 37, Fe – 32, S– 16, Ca – 2,2, Ni – 1,9, Ar – 1,0 %.

При давлении в центре звезды 10 16 Па и температуре 10 7 К вещество состоит из свободных ядер и электронов (ионизированная водородно-гелиевая плазма). Возможно нейтронное сосуществование, напрмер, пульсары – источники мощного пульсирующего радиоизлучения. Ядерные реакции зависят от температуры звезд. Энергетически более выгодно образование устойчивых ядер с небольшим числом четного количества протонов и нейтронов, поэтому в космосе и не Земле преобладают элементы с небольшими атомными массами.

Солнце представляет собой водородно-гелиевый раскаленный шар с плотностью 1,41 г/см 3 , который каждую минуту теряет 240 млн т массы путем излучения. Каждый квадратный сантиметр его поверхности излучает 375 859,48 Дж/мин. Отличие по химическому составу поверхности и глубинных частей незначительное. Состав Солнца по углероду и инертным газам близок к составу Земли, что указывает на генетическое единство всех тел солнечной системы. Космохимия звезд однообразнее и проще геохимии Земли.

В настоящее время Солнце движется между рукавами созвездия Стрельца и пройдет это расстояние через 4,6 млрд лет. При вхождении в спиральный рукав условия для живых организмов ухудшаются, так как в них образуются новые звезды. Здесь вспышки Сверхновых звезд выбрасывают высокоэнергетические лучи, что губительно для всего живого.

Газовые туманности состоят из сильно разреженных газов, представляющих собой извержения из звездной материи. Соотношение Н : Н : О в газовых туманностях 1000 : 10 : 0,01.

Космические лучи – это поток частиц и атомных ядер очень высокой энергии, состоящих в основном из протонов p (90 %). Многие космические частицы обладают электрическим зарядом, поэтому отклоняются магнитном полем планеты. С ростом магнитной жесткости частицы будут глубже проникать в магнитное поле. В земной атмосфере они образуют вторичное излучение, в котором встречаются все элементарные частицы с высокой проникающей способностью. Поток космических лучей за пределами Земли составляет 10 частиц/см 2 /мин. Космические нейтроны (n) образуют вторичные радиоактивные изотопы в верхней части атмосферы, преобразуют атомные ядра азота:

14 N + n→ 14 C + p; 14 N + n → 12 C + 3 H.

Образуются таким путем и радиоактивные изотопы: 10 Be, 22 Na, 26 Al, 32 Si, 36 Cl, 39 Ar.

Космические частицы – по сравнению с Солнечной системой беднее Н, Не, Li, Be, B, но богаче тяжелыми металлами. За сутки на поверхность Земли поступает до 100 т космической пыли, метеоритов.

Метеориты – обломки космической материи. Изотопный состав по C, O, Si, Cl, Fe, Ni, Co, K, Cu, Ga, U такой же, как изотопный состав этих элементов земного происхождения. Различие в изотопах по некоторым редким элементам и инертным газам (He, Ne, Kr, Xe) образуется из-за облучения метеоритов космическими лучами.

Средний состав хондритов следующий: O (33,24 %), Fe (27,24), Si (17,19), Mg (14,29), S (1,93), Ni (1,64), Ca (1,27), Al (1,22), Na (0,64), Cr (0,29), Mn (0,25), P (0,11), K (0,08 %) (Б. Мейсон, 1971).

Считается, что хондритовые метеориты возникли между Марсом и Юпитером при распаде астероидов с радиусами до 370 км. Относительная частота выпадения метеоритов разных классов по Дж. Вуду (1971) следующая: хондриты (85,7 %), ахондриты (7,1), же­лезные (5,7), железо-каменнные 1,5 %. Поверхности Земли ежегодно достигает 500 метеоритов размером меньше 10 см в диаметре. На Земле известно 150 кратеров от падения метеоритов: в Северной Америке 52, Европе 36, Азии 20, Австралии 18, Африке 16, Южной Америке 8. Известен кратер от астероида диаметром 1,2 км в штате Аризона (США), образовавшийся 50 тыс. лет назад. Кратеров диаметром более 10 км насчитывается 60, меньше 10 км – 90. Для глобальной катастрофы достаточно падения метеорита диаметром 1км с радиусом разрушения 200–300 км. При падении его в океан высокие волны затопят участки суши на низменностях. В марте 1989 г. астероид диаметром около 300 м пересек орбиту в точке, где всего лишь 6 часов назад находилась Земля. Наземные службы зарегис­трировали его лишь после удаления от планеты. Поэтому необходимо направлять усилия на усовершенствование сети наблюдений за небес­ными телами и разработку способов нейтрализации небесных тел, появляющихся в зоне притяжения Земли.

Метеориты позволяют получать данные по абсолютной распро­страненности нелетучих компонентов при наличии представительных аналитических данных.

Планеты солнечной системы

Геохимия планет изучена недостаточно. Лишь во второй половине XX в. наблюдения за планетами с Земли дополняются информацией со спутников и межпланетных станций. Рассмотрим особенности химического состава планет, за исключением Земли, о которой информация будет изложена в последующих главах.

Планеты отличаются по размеру, плотности, массе, расстоянию от Солнца и другим параметрам. Они делятся на две группы: внут­ренние (Меркурий, Венера, Земля, Марс) и внешние (Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун). Их разделяет кольцо астероидов между Марсом и Юпитером. По мере удаления от Солнца планеты, вплоть до Земли, увеличиваются и становятся более плотными (3,3–3,5 г/см 3 ), а внешние планеты уменьшаются, начиная с Юпитера, и менее плотные (0,71–2,00 г/см 3 ). Во внутренних планетах выделяются силикатная и металлическая фаза, последняя выражена у Меркурия (62 %). Чем ближе к Солнцу планета, тем больше она содержит металлического железа. Внешние планеты сложены газовыми компонентами (Н, Не, СН4, NH3 и др.). Планеты имеют по одному и более спутнику, за исключением Меркурия и Венеры. Химический состав планет приведен по Д. Ротери (2005).

Меркурий. Ось вращения перпендикулярна плоскости его орбиты, поэтому времена года отсутствуют. Период вращения вокруг оси совпадает с периодом вращения вокруг Солнца. Меркурий повернут одной стороной к нему.

Венера вращается в противоположную сторону, по сравнению с Землей. Сила тяжести почти такая же, как на Земле. Отсутствует смена времен года. По размерам, плотности, а также давлению и температуре на высоте 50 км она сходна с Землей, а солнечной энергии получает в два раза больше.

Поверхностный грунт состоит на 50 % из SiO2. В нем отождествлены элементы Al, Mg, Ca, Fe, K, Mn, Ti, S, Cl, U. Породы близкие к гранитоидам. Горы занимают 8 % всей поверхности, максимальная высота до 11 км (г. Максвелла). Преобладает низменная и волнистая равнина с множеством кратеров диаметром до 280 км, плоскогорья на высотах примерно 3500 м.

Марс обращается вокруг Солнца против хода часовой стрелки и каждые 780 дней находится на минимальном расстоянии (противостояние) с Землей – 55 млн км, на максимальном 102 млн км. Ось вращения наклонена к плоскости орбиты под углом 65 ° .

Юпитер – самая большая планета Солнечной системы и близкая по размерам (в 10 раз меньше диаметра Солнца) и массе к небольшой звезде, имеет низкую плотность. Совершает оборот вокруг своей оси за 10 часов. Имеет 16 спутников. В атмосфере образуются неподвижные вихревые образования и оглушительные раскаты грома и молнии.

Атмосфера на 90 % состоит из Н2и на 10 % из Не с незначительной примесью метана, аммиака, воды. Магнитное поле в 50 раз сильнее земного, поэтому вокруг планеты имеются мощные пояса заряженных частиц. Характерны полярные сияния и мощные радиоизлучения в виде шумов. Поверхность представлена металлическим водородом (80 %) в твердой фазе и гелием (20 %). На глубине 0,02 радиуса планеты находится жидкий слой молекулярного водорода. Ядро Юпитера железосиликатное. Внутреннее излучение планеты на 60 % больше, чем приток энергии от Солнца. При высокой температуре и давлении атом водорода разрушается и ведет себя как металл, создавая магнитное поле.

Сатурн уступает Юпитеру по массе и размерам с самой низкой плотностью (0,71 г/см 3 ) среди планет. Имеет 17 спутников. Толщина всех колец вокруг планеты 2 км. Это камни, покрытые льдом в поперечнике до 10 м, ширина всех колец 400 тыс. км. Атмосфера состоит из водорода (97 %) и гелия (3 %), аммиака, метана, этана и ацетилена. Скорость ветра достигает 1800 км/ч, что в 20 раз больше штормового ветра на Земле. Мощность газовой атмосферы 1000 км. Поверхность представлена океаном из Н2 и Не. Ядро расплавленное силикатно-металлическое.

Уран и Нептун по химическому составу сходны с Юпитером и Сатурном. Уран движется в Солнечной системе лежа на боку, и ось вращения лежит почти в плоскости его орбиты. Атмосферы планет состоят из водорода (80–83 %), гелия (15–18), метана (3), аммиака, этана, ацетилена, воды. Отмечены перистые облака из метана, которые придают голубой цвет планетам. Недра этих планет на 20 % состоят из Не и Н2, на 80 % из более тяжелого вещества железо-силикатного состава.

Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.


Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ - конструкции, предназначен­ные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой.

С помощью спектрального анализа ученые точно узнали химический состав звезд, комет и туманностей — все они состоят из известных на Земле химических элементов.

Это открытие ученых было торжеством мате­риалистической науки. Оно доказало ошибоч­ность утверждений некоторых философов прошлого века, что человеческое познание огра­ниченно и люди никогда не смогут узнать хими­ческий состав небесных светил.


Однако вернемся к спектру Солнца, пере­резанному темными линиями, и к похожим на него в этом Отношении спектрам звезд. Тайна этих темных линий выяснилась, когда между спектроскопом и пламенем свечи, дающей спектр в виде радужной полоски без линий, поместили газ, более холодный, чем пламя. В радужной полоске спектра появились темные линии, причем в тех самых частях спектра, где этот газ сам по себе давал бы в спектре цвет­ные линии. Оказалось, что газ поглощает из состава спектра более горячего источника све­та (в данном опыте — свечи) те самые лучи, которые он сам излучает в раскаленном состоя­нии. Отсюда ученые сделали вывод, что раска­ленные поверхности Солнца и звезд дают спектры в виде радужных полосок, но эти поверх­ности окружены разреженными и менее раска­ленными газами, которые и вызывают появле­ние в спектре темных линий. Эти газы образуют вокруг Солнца и звезд атмосферы, химический состав которых можно узнать по темным лини­ям спектра. Заметим, что поверхности Солнца и звезд хотя и дают такой же спектр, как жидкие и твердые раскаленные тела, но состоят из рас­каленных наэлектризованных газов, более плотных, чем окружающие их атмосферы.

Уже давно ученые высказали предположение, что, когда источник света движется относитель­но наблюдателя, линии в его спектре должны немного смещаться: при приближении источ­ника света в сторону фиолетового конца спект­ра, и тем больше, чем больше скорость дви­жения источника света, при удалении — к крас­ному концу спектра.


Русский ученый, акад. А. А. Белопольский при помощи сложных и точных опытов подтвердил, что линии спектра дей­ствительно смещаются именно таким образом.

После этого стало возможным уверенно опре­делять по спектру скорости и направления дви­жения небесных тел, а в связи с этим было сде­лано много и других интересных открытий. О них рассказывается во многих статьях этого тома.

Хотя на фотографиях спектры не получают­ся цветными, ученые теперь достаточно хорошо знают, какому именно цвету соответствует то или другое место на черно-белой фотографии спектра.

Прежде чем астроном из своих наблюдений сделает тот или иной вывод, ему обычно при­ходится производить много разных измерений и вычислений.

Читайте также: