Концепции происхождения Солнечной системы

Размещено на http://www.allbest.ru

Содержание

Введение

Структура и основные объекты Вселенной

Историческое развитие концепций происхождения Солнечной системы

Современные взгляды на образование Солнца и планет

Заключение

Список литературы

Введение

В последние годы постепенно получают распространение взгляды, которые обращают внимание скорее на системный и эволюционный характер

взаимодействий между элементами систем, чем на анализ свойств тех элементов, из которых они состоят. Благодаря широкому распространению системных идей, а в последние годы и представлений нелинейной термодинамики и самоорганизации открытых систем сейчас все настойчивее выдвигаются различные гипотезы и модели возникновения и эволюции Вселенной. Они усиленно обсуждаются в рамках современной космологии как науки о Вселенной.

На протяжении веков и даже тысячелетий ученые пытались выяснить прошлое, настоящее и будущее Вселенной, в том числе и Солнечной системы. Однако возможности планетной космологии и по сей день остаются весьма ограниченными -- для эксперимента в лабораторных условиях доступны пока лишь метеориты и образцы лунных пород.

Целью данной работы является анализ научных представлений о происхождении Вселенной.

Задачи. Подробно рассмотреть:

Гелиоцентрическую концепцию Н. Коперника;

Концепцию И. Кеплера;

Концепцию Р. Декарта;

Концепцию Ж. Бюффона;

Концепцию Канта-Лапласа;

Концепции Э. Фая, Т. Чемберлина, Ф. Мультона, Х. Джеффриса, Д. Джинса;

Гипотезу О. Шмидта;

Гипотезу Х. Альвена;

Гипотезу Ф. Хойла.

Структура и основные объекты Вселенной

Под Вселенной обычно понимают весь безграничный во времени и пространстве материальный мир. Охваченную астрономическими наблюдениями часть Вселенной называют обычно Метагалактикой или нашей Вселенной, чтобы отличить ее от всей Вселенной («большой Вселенной»).

Метагалактика включает миллиарды галактик, которые отличаются большим разнообразием по своему строению и структуре. Одни галактики отделяются от других пространством, заполненным межгалактическим газом. Возраст Метагалактики составляет примерно 15 млрд лет. Ее структура не остается неизменной, а изменяется с течением времени. Как свидетельствуют данные внегалактической астрономии, расстояние между нашей и другими галактиками постоянно увеличивается, что дает основание говорить о расширении Метагалактики.

Галактики, как и образующие их звезды, составляют важнейший объект исследования астрономии. В галактике насчитывается порядка триллиона звезд, которые расположены на огромных расстояниях друг от друга. Некоторые из них образуют двойные и кратные звезды, а также звездные ассоциации, связанные между собой силами тяготения и движущиеся как единое целое.

Кроме звезд в состав галактик входят также туманности, состоящие из газа и космической пыли. Они имеют различную форму и вместе со звездами участвуют в общем движении галактик. Это движение имеет сложный характер, так как звезды и туманности вращаются вместе с галактикой, различные части которой имеют разные периоды вращения.

В последние десятилетия прошлого века астрофизики начали изучать такие новые объекты, как квазары и пульсары. Квазары, или квазизвездные источники радиоизлучения, представляют собой активные ядра далеких галактик, являющиеся мощным источником электромагнитного излучения. Они отличаются от обычных звезд как своими массами и размерами, так и мощностью видимости и радиоизлучения. Квазары являются мощным источником радиоизлучения, а некоторые излучают также и гамма-кванты.

Пульсары -- переменные источники космического электромагнитного излучения. Как источники импульсного радиоизлучения, они отличаются исключительной регулярностью повторения. По современным представлениям, появление пульсаров связано с начальным этапом функционирования нейтронных звезд. Они обладают мощным переменным магнитным полем, которое ускоряет электроны и вызывает пульсацию радио- и рентгеновского излучения, а также блеска видимого света.

Галактики, звезды и туманности в Метагалактике расположены в пространстве, строго говоря, неравномерно: существуют области пространства, где наблюдаются скопления звезд и галактик, в других они распределяются более равномерно, в третьих галактик совсем не обнаружено.

Историческое развитие концепций происхождения солнечной системы

История науки знает множество гипотез о происхождении Солнечной системы. Причем эти гипотезы появились значительно раньше, чем стали известны многие важные закономерности Солнечной системы. Значение первых космогонических гипотез состояло прежде всего в том, что они пытались объяснить происхождение небесных тел как результат естественного процесса, а не одновременного акта божественного творения. Кроме этого, некоторые ранние гипотезы содержали правильные идеи о происхождении небесных тел.

Первым достаточно адекватное описание Солнечной системы, как известно, дал Н. Коперник в XVI в. По мере развития астрономии это описание существенно дополнялось и не может считаться завершенным даже в наши дни. С учетом известных нам на настоящее время астрономических фактов оно может быть изложено следующим образом. В центре Солнечной системы находится рядовая желтая звезда Солнце. Вокруг нее обращаются восемь больших планет вместе со своими спутниками, множество малых планет -- астероидов. В Солнечную систему входят, кроме того, многочисленные кометы и межпланетная среда. Большие планеты располагаются в порядке удаления от Солнца следующим образом: Меркурий, Венера, Земля, Марс (планеты земного типа), Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун (планеты-гиганты).

Две последние планеты можно наблюдать с Земли только в телескопы. Остальные видны как яркие светящиеся диски небольших диаметров и известны людям с древних времен.

В XVII в. И. Кеплер установил законы движения всех известных ему тел Солнечной системы и отметил при этом ряд закономерностей:

движение всех планет в одном направлении по слабо вытянутым эллиптическим орбитам, лежащим почти в одной плоскости;

собственное вращение Солнца в том же направлении вокруг оси, почти перпендикулярной к усредненной плоскости движения планет;

собственное вращение в том же направлении почти всех планет;

обращение по замкнутым орбитам в том же направлении большинства спутников планет;

закономерное возрастание расстояния планет от Солнца;

деление планет на родственные группы, отличающиеся по плотности вещества, химическому составу и количеству спутников.

В 1609 г. Г. Галилей, построив свой второй телескоп с увеличением в 32 раза, посмотрел в него на Солнце, где на ярком фоне увидел темные пятна. Их приняли за следы охлаждения светила, хотя на самом деле это были протуберанцы, свидетельствующие об его активности. На основании этого представления французский ученый Р. Декарт (1596 - 1650) предположил, что ранее и Земля была маленьким солнцем и из-за своей небольшой массы с поверхности остыла. Внутри ее сохранилось расплавленное ядро из материала Солнца, окруженного оболочкой из вещества солнечных пятен.

Идеи Н. Коперника, И. Кеплера, Г. Галилея о происхождении Солнечной системы носят божественный характер.

Ж. Бюффон (1707 - 1788), развивая идею Декарта, создал теорию образования планет Солнечной системы. В изданной в 1749 г. книге «Теория Земли» он высказал мнение, что планеты возникли вследствие столкновения некой кометы с Солнцем. Этот взрыв выбил из светила гигантские капли, завращавшиеся на разных расстояниях вокруг него и вокруг своих осей. Остынув, капли стали планетами.

Гипотезы о происхождении Солнечной системы из некой туманности были предложены немецким философом И. Кантом (1724 - 1804) и П. Лапласом. Точка зрения Канта, изложенная в 1755 г. в книге «Всеобщая естественная история и теория неба», заключается в эволюционном развитии холодной пылевой туманности, в ходе которого сначала возникло центральное массивное тело -- Солнце, а потом родились и планеты. Лаплас в книге «Изложение системы мира», изданной в 1796 г., предложил считать первоначальную туманность газовой и очень горячей, находящейся в состоянии быстрого вращения. Сжимаясь под действием силы всемирного тяготения, туманность вследствие закона сохранения момента импульса вращалась все быстрее и быстрее. Под действием больших центробежных сил, возникающих при быстром вращении в экваториальном поясе, от него последовательно отделялись кольца, превращаясь в результате охлаждения и конденсации в планеты, которые образовались раньше Солнца. Когда Лаплас на заседании Французской академии наук докладывал свою гипотезу, присутствовавший там Наполеон Бонапарт задал ему вопрос: «Где у вас Бог?», на что получил ответ: «Бог мне не нужен». Однако, несмотря на различие между двумя рассматриваемыми гипотезами, обе они исходят от одной идеи: Солнечная система возникла в результате превращения туманности. И поэтому такую идею иногда называют гипотезой Канта -- Лапласа. вселенная солнце кант

Несмотря на выяснившуюся позже несостоятельность обеих концепций в существенных деталях, каждая содержала отдельные идеи, которые не раз использовались в дальнейшем. О первой вспомнили, когда столкнулись в конце XIX в. с неустранимым на основе механики пороком гипотез Канта и Лапласа: распределение в Солнечной системе момента количества движения, обратное распределению в ней масс, необъяснимо в этих механических гипотезах, что делало идею о единой родительской туманности Солнца и планет противоречащей одному из основных принципов механики.

Противоречие снималось идеей взаимодействия Солнца с внешним телом. Эта идея получила воплощение в ряде вариантов предполагавшегося приливного воздействия на Солнце (теперь уже считавшегося раскаленным газовым шаром) прошедшей вблизи него звезды. Она развивалась в гипотезах Э. Фая (1884), Т. Чемберлина (1900) и Ф. Мультона (1916), X. Джеффриса (1916) и Д. Джинса (1917). Согласно первой, вырванное из Солнца вещество закручивается спиралью около него и разбивается на большие фрагменты, сгущающиеся в планеты. Вторая допускала, что вырванное вещество быстро остывает, собирается в мелкие «хлопья» -- планетезимали, которые холодным образом слипаются при неупругих ударах в крупные тела -- планеты и спутники.

Последние два автора, под давлением тогдашних геологических данных о прохождении планет через жидкую, расплавленную стадию, вновь допускали, что раскаленное вырванное вещество Солнца дает начало планетам, не успев остыть. Таким образом, в некоторых приливных гипотезах на новой, гравитационной основе возрождалась идея вихревого движения. Наиболее оригинальную мысль в связи с этим высказывал Джинс, допускавший одно время, что в центрах космических вихрей -- спиралей происходит «втекание» в нашу Вселенную из неведомых нам пространств потока материи, которая и рождает видимый вихрь (спираль). Так уже в первые десятилетия XX в. в астрономическую картину мира вновь вошло представление о существовании в космосе «сингулярностей» -- областей, не подчиняющихся известным законам физики.

Идея вихрей используется некоторыми крупными астрономами и в наши дни для описания процессов в центрах активных галактик и квазаров и даже при описании возникновения крупномасштабной ячеистой структуры Вселенной. Приливные гипотезы были полностью оставлены в 30-е гг. XX в. -- и как провозглашавшие уникальность, чрезвычайную редкость образования планетных систем, и, главное, как не сумевшие преодолеть пресловутый парадокс, связанный с моментом количества движения. Это показали относительно гипотезы Джинса -- Джеффриса, Г. Рессел в 1938 г. и, окончательно, Н. Парийский в 1913 г. Наиболее ценным результатом развития этих гипотез было возрождение и значительно более четкая, чем у Канта, формулировка идеи «промежуточных» тел -- планетезималей в гипотезе Чемберлина -- Мультона и идея холодного крайне медленного слипания планетезималей. Первая объясняла недостаток на Земле легких летучих элементов, а вторая -- большой возраст Земли (приближавшийся уже по тогдашним оценкам геологов к миллиарду лет). Надо сказать, что у Канта эта идея холодного образования планет оказывалась само собой разумеющейся: формирующееся одновременно с планетами Солнце разогревалось, по его концепции, лишь после завершения своего формирования.

Современные взгляды на образование солнца и планет

Отечественные ученые О. Шмидт (1891 - 1956) и его последователь В.Г Фесенков (1889 - 1972) осуществили синтез различных направлений в космологии. По их представлениям, звезды солнечного типа образуются в газопылевых облаках с массой, превышающей в 105 раз массу Солнца. По-видимому, Солнце образовалось вместе с группой звезд в ходе чередующихся процессов сжатия и фрагментации такого облака.

В 1944 г. Шмидт выдвинул свою «метеоритную гипотезу» образования планетной системы при взаимодействии двух независимых (т.е. каждый со своим моментом количества движения) объектов: Солнца и «роя тел», захваченного им при прохождении через экваториальную зону Галактики, где подобной мелкодисперсной (метеорной) материи весьма много.

Важной позитивной особенностью теории Шмидта считается рассмотрение протопланетного облака как генетически связанного со звездой (Солнцем).

Развитая Шмидтом теория холодного формирования планет из газово-пылевого облака составляет основное ядро его космологической концепции и содержит наиболее ценные результаты. Она оказала чрезвычайно большое влияние на все дальнейшее развитие планетной космологии и легла в основу современных, практически ставших общепризнанными, представлений.

Наконец, важная группа вопросов, рассмотренных в космологии О. Шмидта, относится к проблеме термической истории и, более широко, эволюции Земли как планеты после завершения в основном процесса ее формирования из газово-пылевой материи. Разогревание Земли и частичное расплавление ее центральных областей происходило уже потом, постепенно, в результате накопления внутри нее тепла не только в результате сжатия протопланеты, но главным образом за счет распада радиоактивных элементов (урана, тория и др.).

Шведский астрофизик X. Альвен (1908-1995) создал концепцию «вмороженных» в плазму магнитных полей и показал, что момент количества движения Солнца мог быть значительно уменьшен в результате передачи части его через магнитное поле Солнца окружающей протопланетной туманности. Электромагнитная гипотеза Альвена исходит из предположения, что некогда Солнце обладало очень сильным электромагнитным полем. Туманность, окружавшая светило, состояла из нейтральных атомов. Под действием излучений и столкновений атомы ионизировались. Ионы попадали в ловушки из магнитных силовых линий и увлекались вслед за вращающимся светилом. Постепенно Солнце теряло свой вращательный момент, передавая его газовому облаку.

Слабость предложенной гипотезы заключалась в том, что атомы наиболее легких элементов должны были ионизироваться ближе к Солнцу, атомы тяжелых элементов -- дальше. Значит, ближайшие к Солнцу планеты должны были бы состоять из наилегчайших элементов -- водорода и гелия, а более отдаленные -- из железа и никеля. Сегодня наблюдения говорят об обратном.

Чтобы преодолеть эту трудность, английский астроном Ф. Хойл предложил новый вариант гипотезы. Солнце зародилось в недрах туманности. Оно быстро вращалось, и туманность становилась все более плоской, превращаясь в диск. Постепенно диск начинал тоже разгоняться, а Солнце тормозилось. Момент количества движения переходил к диску. Затем в нем образовались планеты. Если предположить, что первоначальная туманность уже обладала магнитным полем, то вполне могло произойти перераспределение углового момента.

Таким образом, образование Солнечной системы происходило около сжимающейся и медленно вращающейся протозвезды. Указанные условия способствовали образованию сплющенного газопылевого диска, причем большая часть газа, входящего во вращающуюся оболочку, под воздействием тяготения должна была падать на протозвезду. В конечном итоге в экваториальной области сжимающейся протозвезды возникла область с интенсивным перераспределением момента вращения системы. За счет турбулентности и других эффектов все новые порции вещества с избыточным моментом вращения выносились наружу, образуя вращающийся газопылевой диск.

Заключение

Процесс образования Солнечной системы нельзя считать досконально изученным, а предложенные гипотезы -- совершенными. На протяжении многих тысячелетий люди полагались на различные теории и взгляды, но наука не стоит на месте и процесс изучения все новых теорий двигает нас к познанию солнечной системы, звезд, планет и космоса в целом.

Наиболее соответствующей современным представлениям, по моему мнению, является концепция Бюффона, который утверждал, что планеты возникли вследствие столкновения некой кометы с Солнцем. Этот взрыв выбил из светила гигантские капли, завращавшиеся на разных расстояниях вокруг него и вокруг своих осей. Остынув, капли стали планетами. Эта концепция ближе всех к моим представлениям о происхождении Солнечной системы.

Список литературы

Ващекин Н.П., Ващекин А.Н.; Концепции современного естествознания: Учебное пособие - М.: ИЦ РИОР и др. , 2010.

Найдыш В.М. Концепции современного естествознания. -- М.: Гардарика, 2004.

Рузавин Г.И. Концепции современного естествознания: Учебник / - 3-e изд., стер. - М.: НИЦ Инфра-М, 2013.

Гусейханов М.К. Концепции современного естествознания : Учебник / М. К. Гусейханов, О. Р. Раджабов. - 7-е изд., перераб. и доп. - М. : Издательско-торговая корпорация «Дашков и К°», 2012.

Размещено на Allbest.ru