Космогенные гипотезы образования солнечной системы и планеты Земля - Реферат

Согласно второй Солнце и его семейство имеют различное происхождение, так что Солнце образовалось из одного газово-пылевого облака (туманности, глобулы), а остальные небесные тела Солнечной системы - из другого облака, которое было захвачено каким-то, не совсем понятным, образом Солнцем на свою орбиту и разделилось каким-то, еще более непонятным образом на множество самых различных тел (планет, их спутников, астероидов, комет и метеорных тел) имеющих самые различные характеристики: массу, плотность, эксцентриситет, направление обращения по орбите и направление вращения вокруг своей оси, наклонение орбиты к плоскости экватора Солнца (или эклиптики) и наклон плоскости экватора к плоскости своей орбиты. Как утверждают небесные механики, небулярные гипотезы Канта, Лапласа и др. среди прочих имеют следующий существенный недостаток: они не объясняют, почему Солнце и планеты так неравномерно распределили между собой количество движения (момент количества движения): на долю Солнца приходится около 2% момента количества движения, а на долю планет - около 98%, хотя совокупная масса всех планет в 750 раз меньше массы Солнца. Но если быть последовательным до конца, то следовало бы предположить, что раздельно возникло не только Солнце от планет, но имеют раздельное происхождение и все планеты, поскольку они также имеют различный удельный момент количества движения, т.е. количество движения на единицу массы. Те части протопланетного газово-пылевого облака, которое когда-то якобы встретилось с Солнцем, было им захвачено на свою орбиту, эти части облака, если только последнее не вращалось (если облако вращалось, оно, по-видимому, должно было еще до встречи с Солнцем рассеяться под влиянием центробежной силы в межзвездном пространстве). Согласно гипотезе Шмидта, все небесные тела Солнечной системы, кроме Солнца, образовались из одного облака, которое после захвата его Солнцем, в полном соответствии с законом сохранения количества движения, обращалось вокруг него в одном направлении (прямом).Космогония - наука, изучающая происхождение и развитие небесных тел, например планет и их спутников, Солнца, звезд, галактик. Астрономы наблюдают космические тела на различной стадии развития, образовавшиеся недавно и в далеком прошлом, быстро "стареющие" или почти "застывшие" в своем развитии. Сопоставляя многочисленные данные наблюдений с физическими процессами, которые могут происходить при различных условиях в космическом пространстве, ученые пытаются объяснить, как возникают небесные тела. Решение вопроса о происхождении Земли и Солнечной системы в целом значительно затрудняется тем, что других подобных систем мы пока не наблюдаем.

"Космогонические гипотезы происхождения солнечной системы" - одна из актуальных тем на сегодняшний день. Тема контрольной работы актуальна потому, что мы знаем строение Вселенной в огромном объеме пространства, для пересечения которого свету требуются миллиарды лет. Но пытливая мысль человека стремится проникнуть дальше. Что лежит за границами наблюдаемой области мира? Бесконечна ли Вселенная по объему? И ее расширение - почему оно началось и будет ли оно всегда продолжаться в будущем? А каково происхождение "скрытой" массы?

И, наконец, как зародилась разумная жизнь во Вселенной? Есть ли она еще где-нибудь кроме нашей планеты? Окончательные и полные ответы на эти вопросы пока отсутствуют. Вселенная неисчерпаема. Неутомима и жажда знания, заставляющая людей задавать все новые и новые вопросы о мире и настойчиво искать ответы на них. Актуальность темы определила цели и задачи работы.

Цель исследования - изучение космогонических гипотез происхождения Солнечной системы.

1. Небулярные гипотезы

Все космогонические гипотезы можно разделить на несколько групп: небулярные (Канта, Лапласа и др., к ним же относится и гипотеза О.Ю. Шмидта), гипотезы захвата, выброса и др. Небулярные гипотезы, а их больше всего, можно, в свою очередь разделить на две подгруппы. Согласно первой из них Солнце и все тела Солнечной системы: планеты, спутники, астероиды, кометы и метеорные тела - образовались из единого газово-пылевого, или пылевого облака.

Согласно второй Солнце и его семейство имеют различное происхождение, так что Солнце образовалось из одного газово-пылевого облака (туманности, глобулы), а остальные небесные тела Солнечной системы - из другого облака, которое было захвачено каким-то, не совсем понятным, образом Солнцем на свою орбиту и разделилось каким-то, еще более непонятным образом на множество самых различных тел (планет, их спутников, астероидов, комет и метеорных тел) имеющих самые различные характеристики: массу, плотность, эксцентриситет, направление обращения по орбите и направление вращения вокруг своей оси, наклонение орбиты к плоскости экватора Солнца (или эклиптики) и наклон плоскости экватора к плоскости своей орбиты.

Как утверждают небесные механики, небулярные гипотезы Канта, Лапласа и др. среди прочих имеют следующий существенный недостаток: они не объясняют, почему Солнце и планеты так неравномерно распределили между собой количество движения (момент количества движения): на долю Солнца приходится около 2% момента количества движения, а на долю планет - около 98%, хотя совокупная масса всех планет в 750 раз меньше массы Солнца.

По-видимому, желая избежать этого противоречия, Шмидт исходит в своей гипотезе из различного происхождения Солнца и планет. Но если быть последовательным до конца, то следовало бы предположить, что раздельно возникло не только Солнце от планет, но имеют раздельное происхождение и все планеты, поскольку они также имеют различный удельный момент количества движения, т.е. количество движения на единицу массы.

Те части протопланетного газово-пылевого облака, которое когда-то якобы встретилось с Солнцем, было им захвачено на свою орбиту, эти части облака, если только последнее не вращалось (если облако вращалось, оно, по-видимому, должно было еще до встречи с Солнцем рассеяться под влиянием центробежной силы в межзвездном пространстве). Должны были иметь абсолютно одинаковый удельный момент количества движения, поскольку они до захвата двигались в одном направлении и имели одинаковую скорость. И планеты тоже должны были бы иметь одинаковый удельный момент количества движения, если бы они произошли согласно гипотезе Шмидта. А они имеют его весьма и весьма различным.

Почему? Каким образом Меркурий передал свой избыток количества движения Плутону, а Венера, Земля и Марс - Нептуну или Урану и т.д.? Гипотеза Шмидта на этот вопрос ответа не дает.

Неубедительно объясняется в гипотезе Шмидта и вопрос о закономерности в межпланетных расстояниях. По Шмидту, эти расстояния растут в арифметической прогрессии (почему?), но почему-то планеты земной группы имеют одну разность - 0,20, а дальние планеты - другую - 1,00. Гипотеза не объясняет, почему между Марсом и Юпитером образовалась брешь, в которой вместо пресловутой планеты Фаэтон обращается вокруг Солнца большое количество астероидов. Гипотеза не объясняет, почему Плутон так "близко" находится около Нептуна, что время от времени пересекает его орбиту.

Шмидт пытается объяснить межпланетные расстояния с помощью удельного момента количества движения планет, но ведь последний сам требует своего объяснения.

Слабым местом гипотезы Шмидта является объяснение распределения массы вещества протопланетного облака между планетами. В самом деле, наибольшая масса облака, обращающегося вокруг Солнца в форме диска (баранки), должна находиться в центре его сечения. Казалось бы, и наиболее массивная планета должна была образоваться именно в середине ряда планет, по обе стороны от нее должны образоваться менее массивные планеты.

Если поперек сечения газово-пылевого диска Шмидта провести линию, которая бы симметрично рассекала его на две равные по длине, то половина планет с половинной суммарной массой вещества должна бы находиться по одну сторону от симметричной линии, а другая половина - по другую сторону. Но на мы видим совсем другую картину. А именно так и распределена масса вещества между планетами и их орбитами.

Шмидт объясняет это тем, что дальние планеты, очевидно, пользуясь своей отдаленностью от Солнца, разбросали вещество протопленного диска в межпланетное пространство, преимущественно на периферию Солнечной системы. Если не считать Урана, который возник как раз в центре сечения диска, то по одну сторону центра (или симметричной линии) диска образовалось шесть планет с совокупной массой в 415 масс Земли, а по другую сторону - всего лишь две планеты с массой в 17 масс Земли. Трудно согласиться с тем, что Нептун расшвырял такое огромное количество вещества - около 400 масс Земли. К тому же гипотезе Шмидта противоречит тот факт, что Нептун имеет большую массу, чем Уран, а Марс имеет меньшую массу, чем Земля и Венера. По Шмидту, должно быть все наоборот.

Ни в какие рамки гипотезы Шмидта не укладывается тот факт, что третья часть спутников планет Солнечной системы имеет обратное по отношению к Солнечной системе направление обращения. Это один из крупнейших в Солнечной системе спутник Нептуна Тритон, затем спутник Сатурна Феба, четыре внешних небольших спутника Юпитера и пять спутников Урана (последние по отношению к Урану обращаются в прямом направлении).

Согласно гипотезе Шмидта, все небесные тела Солнечной системы, кроме Солнца, образовались из одного облака, которое после захвата его Солнцем, в полном соответствии с законом сохранения количества движения, обращалось вокруг него в одном направлении (прямом). Но тогда и все тела Солнечной системы, происшедшие из этого газово-пылевого облака, также должны обращаться вокруг Солнца в этом же направлении.

Представьте себе, что Вы плывете по реке вниз по течению. Подплывая к дельте реки, где русло разделяется на десяток рукавов, Вы проплываете по одному из них в море и не замечаете в этом ничего необычного. Но что бы Вы сказали, если бы кто-то взялся утверждать, что в одном (или в нескольких) из рукавов реки, в ее дельте вода течет вспять, и что по этому рукаву в море проплыть нельзя?

Именно в таком положении находится гипотеза Шмидта, как и все небулярные гипотезы, утверждающая, что все небесные тела Солнечной системы, как те, которые обращаются вокруг центрального тела. Солнца или планеты) в прямом направлении, так и те, которые обращаются против "течения", т.е. в обратном направлении, произошли из одного протопланетного облака, которое и до захвата его Солнцем, и после захвата двигалось в одном (прямом) направлении. Это самым вопиющим образом противоречит закону сохранения количества движение, который в данном контексте можно назвать законом сохранения количества и направления движения.

С точки зрения закона сохранения количества движения гипотезе Шмидта, как и всем небулярным гипотезам, противоречит и тот факт, что половина планет Солнечной системы имеют большие наклоны плоскости экватора к плоскости своей орбиты, которые превышают 23° у Земли, Марса, Сатурна и Нептуна, а у Урана наклон равен 98°.

Если бы планеты образовались из одного облака, они бы имели одинаковое наклонение своих орбит к плоскости экватора Солнца и не имели бы наклона плоскостей своих экваторов к общей плоскости своих орбит. Если же предположить, что эти характеристики со временем изменились, то эти изменения были бы более или менее одинаковыми, равнозначными.

2. Гипотезы захвата

Очевидно, что небулярная гипотеза Шмидта, а равным образом и все небулярные гипотезы, имеют целый ряд неразрешимых противоречий. Желая избежать их, многие исследователи выдвигают идею индивидуального происхождения, как Солнца, так и всех тел Солнечной системы. Это так называемые гипотезы захвата.

Согласно этим гипотезам, время от времени в пределы Солнечной системы входят небесные тела извне, т.е. из других частей Галактики, из других галактик и из межгалактического пространства. Под влиянием различных факторов: притяжения Солнцем и планетами, столкновения с другими блуждающими небесными телами или астероидами и кометами Солнечной системы. Либо при прохождении через газово-пылевое облако, в котором как раз находится Солнечная система при своем обращении вокруг центра Галактики - под влиянием этих факторов инородные тела тормозятся и, погасив скорость своего движения, становятся пленниками Солнца или одной из планет Солнечной системы, перейдя с гиперболической орбиты на эллиптическую.

Однако, избежав целого ряда противоречий, свойственных небулярным гипотезам, гипотезы захвата имеют другие, специфические противоречия, не свойственные небулярным гипотезам. Прежде всего, возникает серьезное сомнение, может ли крупное небесное тело, такое, как планета, особенно планета-гигант, так сильно затормозиться, чтобы перейти с гиперболической орбиты на эллиптическую. Очевидно, ни пылевая туманность, ни притяжение Солнца или планеты не могут создать такой силы тормозящий эффект.

Остается столкновение. Но не разлетятся ли вдребезги на мелкие куски две планетозимали при своем столкновении, так сказать, лоб в лоб, центрально?

Ведь под влиянием притяжения Солнца, вблизи которого должно произойти столкновение, они разовьют большие скорости, в десятки км в секунду. Можно предположить, что обе планетозимали рассыплются на осколки и частично упадут на поверхность Солнца, а частично умчатся в космическое пространство в виде большого роя метеоритов. И только, быть может, несколько осколков будут захвачены Солнцем или одной из его планет и превратятся в их спутники - астероиды.

Второе возражение, которое выдвигают оппоненты авторам гипотез захвата, относится к вероятности такого столкновения. По расчетам, выполненным многими небесными механиками, вероятность столкновения двух крупных небесных тел вблизи третьего, еще более крупного небесного тела, ничтожна мала, так что одно столкновение может произойти за сотни миллионов лет. А ведь это столкновение должно произойти очень "удачно", т.е. столкнувшиеся небесные тела должны иметь определенные массы, направления и скорости движения и столкнуться они должны в определенном месте Солнечной системы.

И при этом они должны не только перейти на почти круговую орбиту, но и остаться целыми и невредимыми. А это, согласитесь сами, нелегкая задача для природы.

Кроме того, можно поставить и такой вопрос авторам гипотез захвата: а имеются ли в космическом пространстве блуждающие, "бездомные" небесные тела, да еще такие крупные, как планеты-гиганты? Если имеются, то почему они до сих нор не столкнулись с одной из многочисленных в Галактике звезд, мимо которых они двигались в течение миллиардов лет? И как возникли блуждающие планеты-гиганты в космическом пространстве? Можно предположить, что, скорее всего все небесные тела мирового пространства движутся по эллиптическим орбитам вокруг того иди иного центрального тела: планеты, звезды, центра галактики и т.д.

А это в огромной степени уменьшает вероятность столкновения двух крупных небесных тел вблизи третьего, еще более крупного тела.

Но допустим все же, что захват произошел. Тогда возникает ряд вопросов. Почему все захваченные планеты и большинство других небесных тел Солнечной системы обращаются вокруг Солнца в одном направлении и почти в одной плоскости? Почему они имеют почти круговые орбиты? Почему вблизи Солнца располагаются небольшие планеты земной группы, а вдали - планеты-гиганты? Почему в межпланетных расстояниях имеется определенная закономерность? Почему одни планеты вращаются вокруг своей оси в прямом направлении, а другие (Венера, Уран) - в обратном? Гипотезы захвата не дают ответа на эти вопросы, по крайней мере на все.

Что же касается захвата блуждающих планетозималей без столкновения, за счет одной лишь силы гравитационного притяжения (при помощи третьего тела), то такой захват либо невозможен, либо его вероятность ничтожна мала, настолько мала, что такой захват можно считать не закономерностью, а редчайшей случайностью. А между тем в Солнечной системе имеется большое количество крупных тел: планет, их спутников, астероидов и больших комет, что опровергает гипотезы захвата.

3. Другие гипотезы

Помимо гипотез захвата и небулярных гипотез существуют гипотезы, согласно которым планеты и другие небесные тела Солнечной системы образовались в результате выбросов или отрыва от Солнца части его вещества, то ли при вспышке (новой, сверхновой), то ли в результате быстрого вращения в прошлом Солнца вокруг своей оси.

Но небесные механики доказали, что если в каком-то месте с поверхности Солнца произойдет выброс, то выброшенное вещество либо уйдет от Солнца в межзвездное пространство по гиперболической орбите и рассеется, либо, если оно будет двигаться по эллипсу, облетит вокруг Солнца и упадет на него в том же самом месте. Образоваться же из этого сгустка газа планеты не могут.

А если бы планета, хотя бы одна, вопреки расчетам небесных механиков, все же образовалась, то она, надо полагать, состояла бы из газов (водорода и гелия) которые образуют внешнюю оболочку Солнца и других звезд. А откуда же в планетах силикатная компонента - горные породы и металлы?

Кроме того, гипотезы образования планет из солнечного вещества не в состоянии объяснить, почему третья часть спутников планет Солнечной системы обращается по своим орбитам в обратном, по отношению к Солнечной системе, направлении; почему половина планет Солнечной системы имеет большие наклонения плоскостей экваторов к плоскостям своих орбит; почему орбиты планет являются почти круговыми; почему одни планеты вращаются вокруг своей оси в прямом направлении, а другие в обратном.

межпланетный небулярный солнечный

Подводя итоги, можно сделать следующие выводы.

Космогония - наука, изучающая происхождение и развитие небесных тел, например планет и их спутников, Солнца, звезд, галактик. Астрономы наблюдают космические тела на различной стадии развития, образовавшиеся недавно и в далеком прошлом, быстро "стареющие" или почти "застывшие" в своем развитии. Сопоставляя многочисленные данные наблюдений с физическими процессами, которые могут происходить при различных условиях в космическом пространстве, ученые пытаются объяснить, как возникают небесные тела. Единой, завершенной теории образования звезд, планет или галактик пока не существует.

Проблемы, с которыми столкнулись ученые, подчас трудно разрешимы. Решение вопроса о происхождении Земли и Солнечной системы в целом значительно затрудняется тем, что других подобных систем мы пока не наблюдаем. Нашу солнечную систему не с чем пока еще сравнивать, хотя системы, подобные ей, должны быть достаточно распространены и их возникновение должно быть не случайным, а закономерным явлением

В настоящее время при проверке той или иной гипотезы о происхождении Солнечной системы в значительной мере основывается на данных о химическом составе и возрасте пород Земли и других тел Солнечной системы. Наиболее точный метод определения возраста пород состоит в подсчете отношения количества радиоактивного урана к количеству свинца, находящегося в данной породе. Скорость этого процесса известна точно, и ее нельзя изменить никакими способами. Самые древние горные породы имеют возраст несколько миллиардов лет. Земля в целом, очевидно, возникла несколько раньше, чем земная кора.

В середине XVIII века немецкий философ И. Кант предложил свою теорию образования Солнечной системы, основанную на законе всемирного тяготения. Она предполагала возникновение Солнечной системы из облака холодных пылинок, находящихся в беспорядочном хаотическом движении. В 1796 году французский ученый П. Лаплас подробно описал гипотезу образования Солнца и планет из уже вращающейся газовой туманности. Лаплас учел основные характерные черты Солнечной системы, которые должна была объяснить любая гипотеза о ее происхождении.

В данный период наиболее разработанной является гипотеза О.Ю. Шмидта, разработанная в середине века.

1. Астрономия, методология, мировоззрение, М.: Наука, 2003. - 450с.

2. Левин Б.С. Происхождение Земли и планет. М. 2004. - 301с.

3. Машкин Н.Ф. Квантовая физика М., 2003. - 450с.

4. Паршаков Е.А. Происхождение и развитие Солнечной системы. М. 2005. - 420с.

5. Потеев М.И. Концепции современного естествознания, Санкт-Петербург, Питер, 2005. - 610с.

6. Проблема поиска внеземных цивилизаций. М.: Наука, 2005. - 540с.

7. Трицкий В.С. Земля и Вселенная, М. 2003. - 390с.

8. Шкловский И.С. Вселенная, жизнь, разум. М.: Наука, 2004. - 480с.

Размещено на .ru