Солнечная система. Происхождение и эволюция

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И  НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 

ФГБОУ ВПО  «Уральский государственный экономический  университет»

 

 

Кафедра Торговое дела

 

 

 

 

 

 

 

 

Контрольная работа

по дисциплине: «КСЭ»

по теме: «Солнечная система. Происхождение и Эволюция»

 

 

 

 

 

 

Исполнитель: студент I курса

заочного  факультета

специальности «Коммерция»

Носиров М.Д.

Екатеринбург 2011

 

Содержание:

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………..1

СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ

1.     Небулярные  гипотезы…………………………………………………...3  

2.      Гипотезы  захвата………………………………………………………..7    

3.     Другие гипотезы…………………………………………………………9        

ПРОИСХОЖДЕНИЕ СОЛНЕЧНОЙ  СИСТЕМЫ

1.     Происхождение  колец планет-гигантов……………………………….11 

2.     Происхождение  планет-гигантов………………………………………15  

3.     Происхождение  Плутона и других ледяных планет………………….17 

4.     Происхождение  астероидов…………………………………………….19 

5.     Происхождение  спутников……………………………………………..22  

6.     Происхождение  планет земной группы……………………………….27 

7.     Происхождение  комет………………….................................................30   

8.     Происхождение  Солнца………………………………………………..32   

9.     Современные представления о строении Солнечной системы……...34 

10.   ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………......36

11.   ЛИТЕРАТУРА……………………………………………………............37

 

 

ПРОИСХОЖДЕНИЯ

 СОЛНЕЧНОЙ  СИСТЕМЫ

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

 Проблемы, с которыми  столкнулись учёные, 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 ещё  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 подсчёте отношения  количества  радиоактивного  урана  к количеству свинца, находящегося в данной породе. Скорость этого процесса известна точно, и её нельзя изменить никакими способами. Самые древние горные породы имеют возраст несколько миллиардов лет. Земля в целом, очевидно, возникла несколько раньше, чем земная кора. 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.

    

 

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.

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 учёный П. Лаплас подробно описал гипотезу  образования  Солнца  и планет из уже вращающейся  газовой туманности. Лаплас  учёл характерные основные черты Солнечной системы, которые должна была  объяснить любая  гипотеза о её происхождении.

 Точки зрения Канта  и Лапласа в ряде важных  вопросов резко отличались. Кант  исходил из эволюционного развития  холодной пылевой туманности, в  ходе которого сперва возникло центральное массивное тело - будущее Солнце, а потом планеты, в то время как Лаплас считал первоначальную туманность газовой и очень горячей с высокой скоростью вращения. Сжимаясь под действием силы всемирного тяготения, туманность, вследствие закона сохранения момента количества движения, вращалась все быстрее и быстрее. Из-за больших центробежных сил от него последовательно отделялись кольца. Потом они конденсировались, образуя планеты. Однако, несмотря на различия, общей важной особенностью является представление, что Солнечная система возникла в результате закономерного развития туманности. Поэтому и принято называть эту концепцию “гипотезой Канта-Лапласа”

Существует гипотезе Джинса, полностью противоположная гипотезе Канта-Лапласа. Если последняя рисует образование планетарных систем как единственный закономерный процесс эволюции от простого к сложному, то в гипотезе Джинса образование таких систем есть дело случая.

Исходная материя, из которой  потом образовались планеты, была выброшена  из Солнца (которое к тому времени  было уже достаточно “старым” и  похожим на нынешнее) при случайном  прохождении вблизи него некоторой  звезды. Это прохождение был настолько  близким, что его можно рассматривать  практически как столкновение. Благодаря  приливным силам со стороны налетевшей на Солнце звезды, из поверхностных слоев Солнца выброшена струя газа. Эта струя останется в сфере притяжения Солнца и после того, как звезда уйдет от Солнца. Потом струя сконденсируется и даст начало планетам.

Если бы гипотеза Джинса была правильной, число планетарных  систем, образовавшихся за десять миллиардов лет ее эволюции, можно было пересчитать  по пальцам. Но планетарных систем фактически много, следовательно, эта гипотеза несостоятельна. И ниоткуда не следует, что выброшенная из Солнца струя  горячего газа может сконденсироваться  в планеты. Таким образом, космологическая  гипотеза Джинса оказалась несостоятельной. Тем более удивительным представляется возрождение идеи Джинса на новой  основе, которое произошло в последние  годы. Если в первоначальном варианте гипотезы Джинса планеты образовались из газового сгустка, выброшенного из Солнца приливными силами при близком  прохождении мимо него звезды, то новейший вариант, развиваемый Вулфсоном, предполагает, что газовая струя, из которой образовались планеты, была выброшена из проходившего мимо Солнца космического объекта. В качестве последнего принимается уже не звезда, а протозвезда - "рыхлый" объект огромных размеров (в 10 раз превышающий радиус нынешней земной орбиты) и сравнительно небольшой массы ~ 0,25 mq. Гипотеза Джинса в модификации Вулфсона, по существу, связывает образование планет с образованием звезд. Последние образуются из межзвездной газово-пылевой среды группами в так называемых "звездных ассоциациях". В таких группах, как показывают наблюдения, сперва образуются сравнительно массивные звезды, а потом всякая "звездная мелочь", которая эволюционирует в карлики. Это хорошо согласуется с гипотезой Джинса -Вулфсона. Расчеты показывают, однако, что если, этот механизм был бы единственной причиной образования планетных систем, то их количество в Галактике было бы весьма мало (одна планетная система, примерно, на 100 000 звезд), хотя и не так катастрофически мало, как в первоначальной гипотезе Джинса. По существу, это является единственным уязвимым пунктом современной модификации гипотезы Джинса. Если с достоверностью будет доказано, что около хотя бы некоторых ближайших к нам звезд имеются планетные системы, эта гипотеза будет окончательно похоронена.

 Остановимая более подробно на гипотезе Шмидта. 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..

 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. Если удельный момент  количества движения Земли принять  за 1, то планеты Солнечной системы  будут иметь следующие удельные моменты количества движении.

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.

. По Шмидту, межпланетные  расстояния растут в арифметической  прогрессии, 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 части (рис.1а), то половина планет с половинной суммарной массой вещества должна бы находиться по одну сторону от симметричной линии, а другая половина - по другую сторону, как показано на рис.1б. Но на рис.1в 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.

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. 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.

 

С точки зрения закона сохранения количества движения гипотезе Шмидта, как и всем небулярным гипотезам, противоречит 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.