Какие закономерности в солнечной системе должна объяснить космогоническая гипотеза кратко

Обновлено: 05.07.2024

Космогонические гипотезы имеют целью объяснить однообразие движения и состава небесных тел. Они исходят из понятия о первоначальном состоянии материи, заполняющей всё пространство, которой присущи известные свойства, вызывающие все дальнейшие эволюции.

Содержание

История появления и развития гипотез

Гипотеза Канта

Первичная туманность состоит из отдельных частиц. Более тяжелые начинают притягивать сравнительно легкие, образуются местами центры притяжения, вся туманность разбивается на участки, на шаровидные, более плотные скопления материи — будущие звезды. В каждой звездной туманности появляется центральное сгущение; частицы, стремясь к центру, сталкиваются; одни из них при этом падают к центру, другие получают боковое движение. Случайно накапливается перевес движения в одну сторону, и все частицы, как падающие к центру, так и остающиеся в туманности во взвешенном состоянии, получают вращательное движение, общее для всей массы. Вследствие вращения туманность сплющивается, частицы, не упавшие на солнце, начинают группироваться около местных, случайных центров притяжения — зарождаются планеты. В зависимости от положения зародыша планеты над экватором туманности орбиты планет будут более или менее наклонены к нему. Увлеченные общим вращением массы, все планеты движутся в одну сторону. Вопрос о вращательном движении планет вокруг их осей изложен у Канта весьма темно, и во всяком случае вращение должно бы происходить в обратную сторону существующему. Небольшие комки первичной туманности, далекие от экватора ее, образовали кометы. У Канта нет ни постепенного сокращения объема всей туманности, ни выделения колец — этих характерных особенностей гипотезы Лапласа. Кольца же Сатурна Кант объясняет, как продукт рассеивания атмосферы планеты.

Гипотеза Лапласа-Роша

Эта гипотеза не касается звездных миров, а только солнечной системы. Первичная туманность есть газообразная раскаленная атмосфера Солнца, которая простиралась далеко за пределы нынешней планетной системы. Солнце уже вырисовывалось как довольно плотное сгущение в центре. Вся планетарная система подобна туманным звездам или планетарным туманностям с центральным сгущением. Солнцу и его атмосфере от вечности присуще равномерное вращение. Атмосфера ограничена поверхностью, где центробежная сила уравновешена притяжением центрального ядра и всей атмосферы. Под влиянием притяжения, частью же вследствие внешнего охлаждения атмосфера сжимается. Тогда вращение ускоряется; увеличивается центробежная сила; поверхность равновесия обеих сил отступает внутрь всей массы, и слой туманной материи должен отделиться под экватором в виде туманного вращающегося кольца. При этом частицы, которые были расположены вне экватора, стекают к нему; но, обладая недостаточными скоростями, чтобы оторваться от общей массы, впитываются обратно в туманность и образуют эллиптические потоки около солнца внутри самой атмосферы, образуют внутренние туманные кольца. Часть их падает на солнце и увеличивает его массу. Попеременное увеличение центрального сгущения, сменяясь внешним сокращением объема вследствие охлаждения и сжатия, вызывает то, что поверхность равновесия отступает скачками, а отделение туманных колец происходит ритмично — материя не выделяется безостановочно на экваторе. Каждое кольцо склубилось в один ком — будущую планету, образование одной планеты из кольца составляет самый слабый пункт гипотезы; кольцо должно бы распасться на множество мелких телец (как астероиды). Вращение планет вокруг осей было первоначально обратно движению планет вокруг солнца, но тут выступил новый фактор — приливы, вызванные солнцем в планетной массе. Трение их постепенно замедляет это обратное вращение, наступает момент, когда вращение исчезает, затем, в благоприятных случаях, может получиться прямое вращение. Приливы на Уране и Нептуне слишком малы, чтобы уничтожить их первоначальное обратное вращение. Период обращения планеты около солнца равен времени вращения атмосферы солнца в момент выделения кольца. Внутренние же кольца объясняют быстрое обращение спутников Марса и колец Сатурна. Образование спутников идет в каждой планетной массе совершенно аналогично образованию самих планет. Приливы препятствуют образованию спутников второго порядка. Наклонности и эксцентриситеты орбит планет вызваны последующими взаимными возмущениями планет. — Гельмгольц ввел в гипотезу Лапласа-Роша закон сохранения энергии, и указал на сжатие как на единственно достаточный источник лучистой энергии солнца.

Недостатки теории Лапласа-Роша:

Плотность первичной туманности должна быть так мала, что она не могла бы вращаться как твердое тело (равномерно);
Отрыв вещества не может происходить скачками и только в экваториальной плоскости, а должен происходить либо квазинепрерывно, либо центрально симметрично, как сброс оболочки при образовании планетарной туманности;
Кольца с массой, равной массе планет не могли бы сгуститься, а рассеялись бы в пространстве;
Источником энергии Солнца является не сжатие, а термоядерный синтез в солнечных недрах.

Гипотеза Фая

Гипотеза Джинса

В 1919 году английский астрофизик Дж. Джинс выдвинул гипотезу, согласно которой все объекты солнечной системы образовались из вещества Солнца, которое было вырвано из него в результате близкого прохождения рядом ним какой-то звезды. Вырванное вещество изначально двигалось по очень вытянутой траектории, но, со временем, в результате сопротивления среды, состоявшей из мелких капелек того-же солнечного вещества, орбиты крупных сгустков стали почти круговыми. Исходя из этой гипотезы следовало, что образование планетных систем вокруг звезд является чрезвычайно редким событием, поскольку большинство звезд в галактике не испытывают таких сближений ни разу за всё время своего существования.

С физической точки зрения гипотеза Джинса оказалась несостоятельной. Экспериментальные данные показывают, что удельный момент количества движения, заключенный в Солнце на порядок меньше, чем таковой для планет. Расчеты Н.Н. Парийского подтвердили, что вещество, вырванное из Солнца должно было либо упасть обратно на него, либо увлечься вырвавшей его звездой.

Гипотезы Фесенкова

Академик В. Г. Фесенков, являясь противником космогонической теории О. Ю. Шмидта, сам создал несколько гипотез образования Солнечной системы, ни одна из которых не, однако, не была детально проработана.

Так в одной из ранних гипотез В. Г. Фесенков предполагал, что планеты образовались из газовых масс, отделившихся от Солнца при его вращении. Сделать такое предположение позволяло то, что в то время предполагалось, что все звезды рождаются горячими, но, со временем, сбрасывают часть своего вещества, уменьшают температуру, перемещаясь по главной последовательности диаграммы Герцшпрунга-Рассела.

К середине 50-х годов положение теории Шмидта о том, что планеты сформировались из холодной газо-пылевой среды, стало общепризнанным. На основе этого В. Г. Фесенков предположил, что планеты образовались из холодного газо-пылевого облака, окружавшего то облако, из которого образовалось Солнце, уже обладающего избыточным запасом вращения. Истечении вещества в экваториальной плоскости образующегося Солнца увеличило плотность газо-пылевой среды в этой плоскости, что позволило образоваться зародышам планет, плотностью около 10 -5 г/см 3 . Образование планет должно было начаться с периферии солнечной системы.

Гипотезы форм планет

Космологическая гипотеза образования Солнечной системы должна объяснить закономерности, наблюдаемые в ней. Вот некоторые из них:

· 1. Орбиты всех планет лежат практически в одной плоскости, которая называется плоскостью Лапласа.

· 2. Эксцентриситеты орбит планет очень малы.

· 3. Среднее расстояние планет от Солнца подчиняется определенной закономерности, которая называется правилом Тициуса-Боде.

· 4. Планеты движутся вокруг Солнца в направлении его вращения, как и большинство их спутников.

· 5. Астероиды (Главный пояс) расположены на таком расстоянии от Солнца, где, согласно правилу Тициуса-Боде, должна быть планета.

· 6. Все планеты Солнечной системы, кроме планет ближайших к Солнцу, Меркурия и Венеры, имеют естественные спутники.

· 7. Наблюдается положительная корреляция угловой скорости вращения планет с их массой: чем больше масса, тем больше и скорость вращения. Исключения - снова Меркурий и Венера.

· 8. В параметрах движений планет и их спутников выдерживаются соизмеримости, указывающие на явления резонанса.

· 9. Большинство планет (исключая Венеру и Уран) вращаются в направлении обращения вокруг Солнца.

· 10. На долю планет приходится 98% количества движения в Солнечной системе при общей массе всего 0,1 массы Солнца.

· 11. По своим физическим характеристикам планеты резко делятся на земную группу и гиганты.

· 12. Равенство угловых размеров Солнца и Луны при наблюдениях с Земли, привычное с детства и обеспечивающее нам возможность наблюдать полные (не кольцеобразные) солнечные затмения.

4. Общепризнанная, нынешняя теория образования Солнечной системы - теория Шмидта.

Закономерность в распределении расстояний планет от Солнца

Она выражается эмпирической зависимостью а. е., которую называют правилом Тициуса-Боде. Ее не объясняет ни одна из существующих космогонических гипотез, но интересно, что в таблице, ее иллюстрирующую, явно не вписывается Плутон. Возможно это тоже одна из причин решения МАС (какие положены в определение планеты?) об исключении Плутона из числа больших планет?

1. Каков возраст планет Солнечной системы?

2. Какие процессы происходили в ходе формирования планет?

· 1. Орбиты всех планет лежат практически в одной плоскости, которая называется плоскостью Лапласа.

· 2. Эксцентриситеты орбит планет очень малы.

· 4. Планеты движутся вокруг Солнца в направлении его вращения, как и большинство их спутников.

· 9. Большинство планет (исключая Венеру и Уран) вращаются в направлении обращения вокруг Солнца.

· 11. По своим физическим характеристикам планеты резко делятся на земную группу и гиганты.

4. Общепризнанная, нынешняя теория образования Солнечной системы - теория Шмидта.

Закономерность в распределении расстояний планет от Солнца

Нет вещества – есть круговерти силы;
Нет твердости – есть напряжение струй;
Нет атома – есть поле напряжения;
Вихрь малых “нет” вокруг большого “да”.
Нет плотности, нет веса, нет размера.
Есть функции различных скоростей.
Всё существует разницей давлений,
Температур, потенциалов, масс;
Струи времен текут неравномерно:
Пространство лишь многообразье форм.
М Волошин

Урок 5/32

Тема: Происхождение Солнечной системы

Цель: Возраст Земли и других тел Солнечной системы. Радиоизотопный метод определения. Основные закономерности в Солнечной системе. Теории образования Солнечной системы (Канта, Лапласа, Шмидта и другие).

Задачи:
1. Обучающая: ввести понятия: радиоизотопного метода, возраста объектов Солнечной системы. Рассмотреть закономерности, существующие в Солнечной системе и различные пути их объяснения - гипотезы (теории) образования Солнечной системы.
2. Воспитывающая: распространить идею развития (эволюции) от конкретные небесные тела (планеты) к Солнечной системе и всей Вселенной. Акцентировать внимание учащихся на том, что в мире развивающихся тел и их систем в пространстве между телами тоже есть материя (разреженное вещество, излучение, поля). Важно отметить, что дальнейший прогресс в познании Солнечной Системы (ее прошлого, настоящего и будущего) неотделим от прогресса в области современной науки и космонавтики.
3. Развивающая: главное, что должно быть усвоено на уроке, – это то, что сила человеческого разума и мощь научных методов позволяют познавать окружающий мир. Формирование умений анализировать информацию, объяснять свойства систем и отдельных тел на основе важнейших физических теорий, использовать обобщенный план для изучения последовательности эволюции и делать выводы.
Знать:
1-й уровень (стандарт) – радиоизотопный метод определения возраста, возраст Солнечной системы (Солнца, Земли и Луны), некоторые закономерности в Солнечной системе, современную теорию образования Солнечной системы.
2-й уровень - радиоизотопный метод определения возраста, возраст Солнечной системы (Солнца, Земли и Луны), некоторые закономерности в Солнечной системе, гипотезы Канта, Лапласа и ряд современных теорий образования Солнечной системы.
Уметь:

1-й уровень (стандарт) – вычислять возраст используя радиоизотопный метод.
2-й уровень - вычислять возраст используя радиоизотопный метод, анализировать и систематизировать учебный материал, использовать обобщенный план для изучения хода эволюции Солнечной системы, делать выводы.

Оборудование: Таблицы: Солнечная система, Д/ф “Происхождение и развитие небесных тел”. CD- "Red Shift 5.1", коллекция ЦОР.

Межпредметные связи: математика (эксцентриситет, степень числа), физика (кинетическая энергия, радиоактивность, количество движения, угловая скорость, резонанс, период), обществоведение (материальность мира и его познаваемость, движение материи), биология (познание сущности жизни на клеточном и молекулярном уровнях).

Раздел астрономии, занимающийся изучением происхождения и эволюции небесных тел, - звезд (в том числе Солнца), планет (в том числе Земли) и других тел планетной системы, называется космогонией.
1. Возраст тел Солнечной системы
Определение возраста основано на использовании радиоизотопного метода - исследования содержания радиоактивных элементов (изотопов химических элементов) в породах. Метод предложен в 1902г Пьером Кюри и разработан совместно с Эрнестом Резерфорд (1871-1937).
Радиоактивный распад не зависит от внешних факторов (Т, р, химических взаимодействий) и количество распавшихся атомов определяется формулой N=N_o . 2 -t/T , где Т - период полураспада. Так например U 235 имеет период полураспада 710 млн.лет, а U 238 - 4,5 млрд.лет. Возраст оценивают по соотношению Pb 206 /U 238 , так как свинец конечный не радиоактивный продукт распада.
Метод абсолютного геохронологию для последних 60тыс лет - радиоуглеродный метод, основанный на излучении радиоактивного 14 С, открытого при исследовании процесса фотосинтеза в 1941г в Беркли М.Камен и С.Рубен с периодом полураспада 5568 лет разработан Уилард Фрэнк Либби (1946г, США). На Земле для 94 химических элементов имеется 350 изотопов.
Возраст Солнца 4,9 млрд. лет, то есть оно относится к звездам второго поколения, возникшие из газо-пылевых комплексов.
Солнечная система считается имеет возраст порядка более 4,6 млрд. лет.
Последние исследования в конце 2005 года показали что возраст Луны составляет 4 млрд 527 млн лет. По оценкам ученых, ошибка измерения может составить максимум 20-30 млн лет.
Возраст самых древних пород на Земле (коры) составляет 3960 млн. лет.
Вулканические и осадочные породы комплекса Пилбара, что к западу от Большой песчаной пустыни в Австралии - одни из самых старых пород на 3емле, показывающая что жизнь на планете Земля появилась 3,416 миллиардов лет назад.

2. Закономерности в Солнечной системе
Космологическая гипотеза образования Солнечной системы должна объяснить закономерности, наблюдаемые в ней. Вот некоторые из них:
1. Орбиты всех планет лежат практически в одной плоскости, которая называется плоскостью Лапласа.
2. Эксцентриситеты орбит планет очень малы.
3. Среднее расстояние планет от Солнца подчиняется определенной закономерности, которая называется правилом Тициуса-Боде.
4. Планеты движутся вокруг Солнца в направлении его вращения, как и большинство их спутников.
5. Астероиды (Главный пояс) расположены на таком расстоянии от Солнца, где, согласно правилу Тициуса-Боде, должна быть планета.
6. Все планеты Солнечной системы, кроме планет ближайших к Солнцу, Меркурия и Венеры, имеют естественные спутники.
7. Наблюдается положительная корреляция угловой скорости вращения планет с их массой: чем больше масса, тем больше и скорость вращения. Исключения - снова Меркурий и Венера.
8. В параметрах движений планет и их спутников выдерживаются соизмеримости, указывающие на явления резонанса.
9. Большинство планет (исключая Венеру и Уран) вращаются в направлении обращения вокруг Солнца.
10. На долю планет приходится 98% количества движения в Солнечной системе. Солнце обладает лишь 2% момента количества движения; почти 99,9% массы вещества Солнечной системы приходится на долю Солнца.
11. По своим физическим характеристикам планеты резко делятся на земную группу и гиганты.
12. Равенство угловых размеров Солнца и Луны при наблюдениях с Земли, привычное с детства и обеспечивающее нам возможность наблюдать полные (не кольцеобразные) солнечные затмения.
13. Равенство отношений диаметра Солнца к диаметру Земли и расстояния от Солнца до Земли к диаметру Солнца с точностью до 1%: 1390000 : 12751 = 109 и 149600000 : 1390000 = 108
14. Равенство периода обращения Луны вокруг Земли периоду ее вращения вокруг оси (сидерический лунный месяц, 27.32 сут.) и кэррингтоновскому периоду вращения Солнца (27.28 сут.). Шугрин и Обут указывают, что 600-650 млн. лет назад синодический лунный месяц был равен 27 современным суткам, т.е. был точный резонанс с Солнцем.
15. "Солнечный квадрат". Интересное свойство периодичности солнечной активности И.Н.Язева, датированная 1943 годом. Приводится среднее значение продолжительности цикла солнечной активности за 17 циклов (128 лет), среднее значение для послемаксов (период максимум-минимум солнечного цикла) Р=6.52 лет, а также среднее значение для передмаксов (период минимум-максимум солнечного цикла) N=4.61 года. При этом наблюдается следующая закономерность: (6.52) 2 /(4.61) 2 =42.51/21.25=2 или P/N=√2.
И другие закономерности. Создавая гипотезу образования Солнечной системы, необходимо все закономерности учесть и объяснить.
3. Гипотезы образования Солнечной системы

2. Закрепление и повторение материала:
1. Тест №5
2. Закономерность в распределении расстояний планет от Солнца выражается эмпирической зависимостью а.е., которое называют правилом Тициуса-Боде. Ее не объясняет ни одна из существующих космогонических гипотез, но интересно, что в таблице ее иллюстрирующую явно не вписывается Плутон. Возможно это тоже одна из причин решения МАС (какие положены в определение планеты?) об исключении Плутона из числа больших планет? [В определение планеты включены три положения: 1) обращается вокруг Солнца, 2) достаточна велика (больше 800 км) и массивна (выше 5x10 20 кг), чтобы принять шарообразную форму, 3) рядом с ее орбитой нет тел сравнимых размеров. Эта причина также подходит, так как в поясе Койпера есть тела по своим размерам превосходящие Плутон.]

Планета	n	наблюдаемая полуось (a.e.)	вычисленная полуось (a.e.)
Меркурий	- ∞	0,387	0.4
Венера	0	0.723	0,7
Земля	1	1,000	1,0
Марс	2	1,524	1,6
астероиды	3	2,17-3,64	2,8
Юпитер	4	5,203	5,2
Сатурн	5	9,539	10,0
Уран	6	19,183	19,2
Нептун	7	30,058	38,0
Плутон	8	39,439	75,6

Дома: §32, вопросы стр. 186.

Для проверки уровня знаний по разделам 4. "Солнце и звезды" и разделу 5. "Строение и эволюция Вселенной" используйте данную работу.

Несмотря на нынешнее положение современной инженерии и науки в целом, ее технических возможностей недостаточно для определения действительных причин происхождения и развития различных небесных тел и систем, в том числе и Солнечной системы. Поэтому в космогонии имеют место так называемые гипотезы — научные предположения.

В отличие от космогонии, цель космологии — объяснить наблюдаемые процессы и структуру Вселенной, а также изучить ее эволюцию в целом.

Результаты наблюдений

Телескопы — главные инструменты наблюдения за космическими объектами. На фото — телескоп на острове Ла-Пальма, Канарские острова.

Основная задача космогонических гипотез – объяснение однообразного движения и состава небесных тел. В силу наших ограниченных возможностей наблюдения космических объектов, ученые применяют свои гипотезы, прежде всего, к Солнечной системе. За относительно короткое время наблюдения за Солнечной системой был собран внушительный объем данных, которого достаточно, чтобы проследить в нашей системе ряд закономерностей. Последние говорят о том, что космические объекты, принадлежащие нашей планетарной системе, действительно образуют некую систему, а не являются лишь набором ничем не связанных тел.

В первую очередь, Солнечная система связана гравитационной силой, о чем говорит вращение всех планет системы вокруг Солнца.
Орбиты большинства планет нашей планетарной системы лежат почти в одной плоскости, которая к тому же проходит практически через экватор Солнца.
Все объекты данной планетарной системы перемещаются вокруг ее сердцевины в одном направлении (против часовой стрелки, с точки зрения северного полюса), в т.ч. и карликовые. Из этого следует физическое предположение о том, что все объекты нашей планетарной системы были некогда приведены в движение единым механизмом.

Материалы по теме

Все вышеперечисленные закономерности указывают на то, что Солнечная система – это определенная космическая единица, которая возникла как следствие некоего единого процесса, вопросом которого и занимается космогония.

Основные космогонические гипотезы

Следующим мыслителем, который намеревался описать процесс зарождения Солнечной системы стал Пьер-Симон Лаплас в начале XIX века. В то время до французского физика и астронома труды Канта не дошли, и его гипотеза была результатом собственного анализа и математических расчетов. Спустя столетие его гипотеза была дополнена Отто Юльевичем Шмидтом.

Образование Солнечной системы по Лапласу

Гипотеза Лапласа-Шмидта имеет несколько важных недостатков:

Туманное облако, формирующее нашу планетную систему, имело недостаточную плотность для осуществления равномерного вращения.
Материя не обязана отрываться от Солнца скачками и в области экватора.
Согласно физическим законам вращающиеся туманные кольца вероятнее всего рассеются, при этом возможно сформируют ряд малых тел, вроде астероидов, но не планеты.

Особенность работы Шмидта заключается в том, что он намеревался определить первичный состав туманности и последующие его распределения. Так, туманность, по его предположению, являлось не газовым или пылевым, а газопылевым облаком, в основном, состоящем из водорода и гелия, а также сотой доли примесей иных химических элементов. Далее близлежащие к Солнцу пылинки нагревались и выделяли газ, который под действием давления света и потоков солнечного ветра удалялся от центра планетарной системы и накапливался на дальних пылинках. Вблизи же Солнца остались наиболее тяжелые пылинки. Таким образом, вещество распределилось в диске Солнечной системе и образовало две планетарные группы: земную и газовых гигантов.

Солнечная система во время планетообразования в представлении художника

Дальнейшие исследования

Помимо трех вышеперечисленных космогонических гипотез рядом ученых было выдвинуто несколько иных, которые оказались менее состоятельными, и, в лучшем случае несколько дополняли упомянутые модели. Так теория пылевых колец считается применимой лишь к поясу астероидов, а планеты и их спутники вероятнее всего являются продуктом отделения некоего клуба материи от общей массы. Если масса клуба была относительно невелика, то он разрывался близлежащим массивным телом, как случилось и с кольцом Сатурна.

При помощи современных технологий ученым удалось добыть значительно больше информации о Солнечной системе, чем имелось два века назад. В 50-х годах прошлого столетия научным сообществом было признано, что планеты сформировались из холодной газо-пылевой среды, как и утверждал в своих работах Отто Шмидт. Также, опираясь на проведенные наблюдения, было выявлено, что около половины туманностей, схожих с той, из которой сформировалась Солнечная система, состоят не из отдельных атомов водорода, а из целых молекул.

Сверхновая, вспыхнувшая в 1604 году.

Позже, в результате анализа метеоритного вещества, стало известно, что в возникновении и развитии молекулярно-пылевых облаков значительную роль играют взрывы сверхновых. Благодаря ударной волне такого взрыва и выбросу некоторой массы вещества звезды облако стремительно сжимается в туманность. Последующие измерения метеоритного состава дали ученым основания полагать о существования трех взрывов сверхновых около нашей туманности, которые произошли примерно два, пять и более пяти миллиардов лет до начала момента образования нашей планетарной системы.

2 Смотреть ответы Добавь ответ +10 баллов

Ответы 2

1. Орбиты всех планет лежат практически в одной плоскости, которая называется плоскостью Лапласа.

· 2. Эксцентриситеты орбит планет очень малы.

· 4. Планеты движутся вокруг Солнца в направлении его вращения, как и большинство их спутников.

· 9. Большинство планет (исключая Венеру и Уран) вращаются в направлении обращения вокруг Солнца.

· 11. По своим физическим характеристикам планеты резко делятся на земную группу и гиганты.

Читайте также: