Эффект Допплера

Эффект Допплера доказывает явление «разбегания» галактик. При удалении от наблюдателя спектральные линии смещаются в сторону красного цвета. Все галактики удаляются от нас, а самые далекие с большей скоростью. Причем все галактики разбегаются от всех, и наша Галактика Млечного Пути – это самая рядовая галактика среди многих других.

22. Строение Солнечной системы, гипотезы её образования.

В центре СС находится звезда – Солнце, в ней 99,866% всей массы системы. Оставшиеся 0,134% приходятся на 9 планет и десятки их спутников. Однако 98% момента количества движения (масса х скорость х радиус вращения) сосредоточено в планетах. В настоящее время известно более 60 спутников планет, около 100 тыс. астероидов или малых планет, и около10¹¹ комет, а также огромное количество метеоритов.

Солнце – звезда спектрального класса G2V. Диаметром ~ 1,4 млн км, массу 1,98*10³³ км, плотность 1,4 г/см³ (в центре до 160 г/см³)

Вокруг солнца вращается 9 планет. Меркурий, Венера, Земля и Марс – внутренние планеты или планеты земной группы. Затем идет пояс астероидов. Далее планеты внешней группы – гиганты Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и маленький Плутон. Расстояние от Солнца до Плутона 40 АЕ (1 АЕ = 150 млн км расстояние от Солнца до Земли). За Плутоном находится «щель» – кольцо радиусом 2*10³ АЕ, где практически нет вещества. Далее, в интервале 2*10³ – 2*10⁴ АЕ, располагается кольцо с огромным количеством материи в виде ядер комет с массой равной 10⁴ масс Солнца и угловым моментом, в 100 раз превышающим современный угловой момент всей Солнечной системы. Это так называемое внутреннее облако Орта. Еще дальше в интервале 2*10⁴ –

5*10⁴ АЕ располагается само облако Орта, состоящее также из ядер комет с общей массой ~ 100 масс Солнца и угловым моментом в 10 раз выше чем у планетной системы. Современная граница СС определяется 5*10⁴ АЕ.

Происхождение Солнечной системы

В ХVIII веке благодаря И. Канту и П. Лапласу сформировалась наука о происхождении всех небесных тел - космогония. Они показали, что т.к. движение всех планет подчинено одному закону, то и образование их должно также происходить по единому закону. Именно они высказали идею о газопылевой туманности, первоначально вращавшейся вокруг Солнца, из которой впоследствии и сформировались планеты. современные представления о формировании Солнечной системы выглядят следующим образом:

Формирование Солнечной системы:

1 –взрыв сверхновой звезды порождает ударные волны, воздействующие на газопылевое облако (ГПО);

2 –ГПО начинает фрагментироваться и сплющиваться, закручиваясь при этом;

3 – первичная Солнечная небула;

4 – образование Солнца и гигантских, богатых газом планет – Юпитера и Сатурна;

5 – ионизированный газ – Солнечный ветер сдувает газ из внутренней зоны системы и с мелких планетезималей;

6 – образование внутренних планет из планетезималей в течение 100 млн лет и формирование «облаков» Оорта, состоящих из комет.

Звезды типа Солнца - желтые карлики, формируются при сжатии газопылевых облаков, масса которых должна быть не меньше 105 массы Солнца. Радиус газопылевого облака должен был быть больше радиуса орбиты Плутона, равного 40 А.Е. Состав облака характеризовался 99% газа и 1% пылевых частиц размером в микроны. Время, необходимое для образования диска из облака оценивается всего лишь в 1000 лет, газ при этом охлаждается и образуются более крупные пылевые частицы. В центральной части диска, благодаря быстрому коллапсу, зажглось Солнце, а при удалении от него температура уменьшалась до десятков градусов на краю диска. Частицы пыли перемещались к центральной плоскости диска и чем крупнее была пылинка, тем быстрее она “падала”. Внешние слои диска теряли газ за счет его нагревания излучением молодого Солнца и мощного потока ионизованной плазмы - солнечного ветра. Когда плотность пылевых частиц в субдиске достигал некоторого критического значения, диск стал гравитационно-неустойчивым и начал распадаться на отдельные сгущения пыли, причем, чем выше была плотность в сгущении, тем оно быстрее увеличивалось в размерах. Плотные сгустки сталкиваясь, объединялись и увеличиваясь в размерах, превращались в рой планетезималей, размером до 1 км. Образование планетезималей заняло не более 1 млн. лет, Важнейшим этапом была аккреции планет из роя планетезималей, занявшая около 1000 млн.лет. Одно из основных условий роста тел - это низкие скорости их столкновения, не превышающие 1 м/сек. Спутники планет образуются по той же принципиальной схеме, что и сами планеты. Во время аккреции планеты часть планетезималей захватывается силой ее гравитации на околопланетную орбиту. Так у планеты формируется доспутниковый диск, из которого путем аккреции образуются спутники.

23.Гипотизы формирования Земли.

Земля дифференцирована по свойствам и составу вещества. Существуют две, наиболее распространенные точки зрения когда и как произошла эта дифференциация(расслоение).

Ранняя из них полагала, что первоначальная Земля, была однородна и только потом подверглась дифференциации на железоникелевое ядро и силикатную мантию. Эта гипотеза получила название гомогенной аккреции.

Более поздняя гипотеза гетерогенной аккреции заключается в том, что сначала аккумулировались наиболее тугоплавкие планетезимали, состоящие из железа и никеля и только потом в аккрецию вступило силикатное вещество. Эта точка зрения сейчас наиболее популярна.

Столкновение планетезималей размером до 1000 км, сопровождалось большим выделением энергии, с сильным прогревом формирующейся планеты, выделением летучих компонентов, содержащихся в падавших планетезималях. Большая часть летучих компонентов при этом безвозвратно терялась в межпланетном пространстве. Процесс становления нашей планеты по современным данным длился около 500 млн. лет и проходил в 3 фазы аккреции. В течение первой и главной фазы Земля сформировалась по радиусу на 93-95% и эта фаза длилась около 100 млн. лет. Вторая фаза, ознаменовавшаяся завершением роста, длилась около 200 млн. лет. Третья фаза, продолжительностью до 400 млн. сопровождалась мощнейшей метеоритной бомбардировкой, такой же как и на Луне.

Была только что родившаяся Земля горячей или холодной, для геологов имеет принципиальное значение. В начале ХХ века ученые говорили о первичной “огненно-жидкой” Земле. Однако, если бы Земля изначально была расплавленной, она давно бы превратилась в мертвую планету.

Следовательно, ранняя Земля скорее всего была не очень холодной, но и не

расплавленной. Факторов нагрева планеты было много. Это и гравитационная энергия; и соударение планетезималей; и падение очень крупных метеоритов. Если же, температура превышала точку плавления вещества, то наступала дифференциация – более тяжелые элементы, опускались, а легкие – всплывали. Главный вклад в увеличение тепла должен был играть распад радиоактивных элементов - плутония, тория, калия, алюминия, йода. Еще один источник тепла – это твердые приливы, связанные с близким расположением спутника Земли - Луны. Все эти факторы, действуя вместе, могли повысить температуру до точки плавления пород. Но давление на больших глубинах препятствовало плавлению, особенно во внутреннем ядре. Процесс внутренней дифференциации нашей планеты происходил всю ее геологическую историю, продолжается он и сейчас.
Атмосфера и гидросфера земли возникли в результате конденсации газов, выделявшихся на ранней стадии развития планеты.

Сравнительная характеристика внутренних и внешних планет

Внутренние планеты.

Меркурий - одна из самых маленьких безатмосферных планет с D ~ 0,38 Земли; плотностью 5,42 г/см ³, с Т от -170 ^О С до + 450^О. Поверхность Меркурия покрыта многочисленными ударными кратерами, диаметром до 1300 км.

Венера по своим размерам и массе очень близка к Земле, но вращается она вдругую сторону, по сравнению с остальными планетами. Венера окутана очень плотнойатмосферой, состоящей из углекислого газа, а в верхних слоях из серной кислоты. Давление в атмосфере на поверхности очень велико и Т +500^О С. На Венере нет магнитного поля, значит ядро Венеры отличается от земного ядра.

Марс. Это четвертая от Солнца планета ее радиус составляет 0,53 земных. Сутки длятся на Марсе 24 часа 37 мин., а плоскость его экватора наклонена по отношению к орбите также как на Земле, что обеспечивает смену климатических сезонов.
На Марсе существует весьма разреженная углекислая атмосфера. Низкое давление не позволяет существовать воде, которая должна испариться, либо замерзнуть. Температура на Марсе на полюсах может достигает -140^ОС, а днем на экваторе до +25^О С. Атмосфера Марса содержит белые облака из СО₂ и Н₂О. Несколько миллиардов лет назад на Марсе шли дожди и снег, существовали реки и озера. На Марсе могла существовать жизнь в виде прокариотов, цианобактерий. Вода Марса сосредоточена в виде льда но под верхним слоем пород.

У Марса есть 2 маленьких спутника.

Земля́ — третья от Солнца планета Солнечной системы, крупнейшая по диаметру, массе и плотности среди внутренних планет. Научные данные указывают на то, что Земля образовалась около 4,54 млрд лет назад, и вскоре приобрела свой спутник — Луну. Она является причиной приливов, стабилизирует осевой наклон и немного замедляет вращение планеты. Считается, что жизнь на Земле появилась 3,5 миллиарда лет назад. Приблизительно 71% поверхности планеты покрыто водой, остальную часть поверхности занимают континенты и острова. Земля делает вокруг Солнца полный оборот ~ за 365,26 дней. Ось вращения Земли наклонена на 23.4 ° относительно её орбитальной плоскости, это вызывает сезонные изменения на поверхности планеты.

Внешние планеты

располагающиеся за поясом астероидов планеты внешней группы сильноотличаются от планет внутренней группы. Они имеют огромные размеры, малую плотность, большие массы, быстрее вращаются, имеют мощную атмосферу, газово-жидкие оболочки и небольшое силикатное ядро. Внутренние планеты так же отличаются малым числом спутников или отсутствием их.

Поскольку планеты-гиганты находятся далеко от Солнца, их температура
очень низка: на Юпитере –145 С, на Сатурне –180 С, на Уране и Нептуне ещё ниже. А температура у планет земной группы значительно выше(на Венере до 500⁰С).

Масса Юпитера в 314 раз больше массы Земли. Атмосфера Юпитера достигает 1000 км. В центре планеты небольшое силикатное ядро. Магнитное поле Юпитера в 10 раз превышает по напряженности магнитное поле Земли, кроме того Юпитер окружен мощными радиационными поясоми. Магнитное поле может быть обусловлено Быстрым вращением(~10 часов). У юпитера 4 кольца и 16 спутников

Сатурн – вторая по размерам планета, но имеет очень малую плотность. Сатурн в большей степени газовая планета. Атмосфера состоит, в основном, из Н и Не и обладает мощностью в несколько тысяч км. Силикатное (каменное) ядро Сатурна, радиусом в 10 тыс. км, окружено слоем льда до 5 тыс. км. Сатурн известен своими кольцами диаметром до 400 тыс. км, а мощность всего 100 м! у Сатурна 17 спутников, малые неправильной формы.

Уран превосходит по размерам Землю в 4 раза и в 14,5 раз по массе. Это

третья планета - гигант, вращается в сторону противоположной вращению большинству планет. Ось вращения Урана расположена почти в плоскости орбиты. В атмосфере Урана. как и на других планетах - гигантах, преобладают Н и Не, но присутствуют частицы льда метана. Уран окружен системой тонких колец. У Урана 26 спутников.

Нептун - самая маленькая из планет - гигантов, обладает самой большой среди них плотностью. В атмосфере Нептуна, как и на Юпитере, просматриваются крупные вихревые структуры, изменчивые во времени. У Нептуна существует система колец и 8 спутников на поверхности которых имеются следы водно-ледяного вулканизма.

Плутон – девятая планета от Солнца, сильно отличается от

планет-гигантов. У Плутона очень вытянутая эллипсовидная орбита, пересекающая орбиту Нептуна при вращении Плутона вокруг Солнца. Он имеет разреженную атмосферу, окружающую ледяную поверхность планеты. Крупный спутник Харон (диаметр 1172 км), состоит из смеси льда и силикатов и в своем вращении вокруг Плутона на всегда обращен к планете одной и той же стороной. В настоящее время считается, что Плутон с Хароном могут принадлежать поясу Койпера расположенному за орбитой Нептуна.