История происхождения планет солнечной системы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат по теме

“История происхождения планет солнечной системы”

Я решил написать реферат, по данной теме, потому что она меня очень заинтересовала. Действительно, думаю, каждому человеку в глубине души очень хочется узнать откуда взялась планета, на которой мы живем, как возник окружающий нас мир. Но если задуматься, то окружающий мир не ограничивается лишь местом нашего обитания. В солнечной системе на данный момент известно восемь планет, а некоторые ученые уже делают предположения и о девятой, которая хоть еще и не открыта, но вероятность ее существования очень велика. Поэтому я считаю, что стоит максимально подробно, настолько насколько это возможно, рассказать о истории зарождения каждой планеты, входящей в состав солнечной системы.

Но для начала поговорим о таком понятии как Вселенная. Вселенная - это весь окружающий нас материальный мир. Вселенная является бесконечной во времени и пространстве. Распределение материи во вселенной неравномерно и представлено метеоритами, звездами, кометами, планетами, пылью, газами.

Рис.1. Простейшая модель Вселенной

Известный философ Эммануил Кант в 1755 г. Выдвинул гипотезу, которая гласила, что Вселенная состоит из первичной материи, которая в свою очередь состояла из очень маленьких частиц. Самой передовой теорией образования Вселенной является Теория Большого Взрыва. Она состоит в том, что изначально Вселенная занимала очень маленькое пространство- в миллиарды раз меньше чем булавочная головка. Ее диаметр стремился к нулю, а плотность была почти равна бесконечности. Вселенная таким образом находилась в состоянии сингулярности- бесконечная плотность была сосредоточен в точном пространстве. В таком состоянии материя была очень нестабильна и произошел взрыв, который стал причиной скачкообразного перехода к Вселенной. Самая начальная стадия ее развития называется инфляционной - его продолжительность составила около ?10?^(-33) секунды. На этом этапе сформировались пространство и время, при этом вещество в ней отсутствовало. Следующая стадия - горячая.

Излучение нагрело Вселенную до температуры в 1027 Кельвинов. После этого Вселенная начала остывать. В результате этого явления она стала однородной. Структурной Вселенная стала за последующие 1-3 миллиарда лет. Та часть Вселенной, которую может изучать человек называется Метагалактикой и включает в себя свыше миллиарда скоплений более мелких галактик (греч. галактика - молочный, млечный). Галактика, в которой находится Солнечная система называется Млечный- галактика спирального типа, которая включает в себя свыше 150 миллиардов звезд, собранных в широкую белую полосу. Млечный путь существует уже около 12 миллиардов лет. Солнечная система также входит в состав Млечного пути. Солнце - единственная звезда Солнечной системы.

Его масса составляет 99,87% от массы Солнечной системы, поэтому оно является центром притяжения всех остальных ее тел. Экваториальная плоскость солнца совпадает с орбитами всех планет и направлением вращения вокруг Солнца, за исключением Венеры и Урана, у которых оно такое же, как и направление вращения Солнца по своей оси. Существует несколько теорий образования Солнечной системы. Самая ранняя из них была создана Рене Декартом, который утверждал, что все небесные тела образовались из начальной однородной мировой материи, которую он назвал эфиром. Затем эфир подвергся воздействию вихревых движений, в результате чего и сформировались тела. Декарт утверждал, что Солнечная система является одним из таких вихрей, причем Солнце содержит в себе более легкую мировую материю, а планеты - более тяжелую, которая была отброшена из центра в результате вращения. При этом он проводил аналогию между движением тел в Солнечной системе и водоворотом воды, в котором все планеты вращаются вокруг Солнца, ведомые единым потоком, а каждая планета вдобавок вращается в отдельном вихре.

Следующей теорией развития Солнечной системы стала небулярная гипотеза. Данное учение было создано Эммануилом Сведенборгом в 1734 году. Сначала гипотезу применяли только к Солнечной системе, но позже стали связывать ее и с Вселенной. Данная теория утверждает, что звезды образуются в огромных молекулярных облаках, содержащих в себе молекулярный водород. Под воздействием сил гравитации, из частиц облаков образуются комки вещества, из которых по достижении определенной плотности формируются звезды. В результате этого процесса вокруг звезды образуется плотный газовый диск, еще называемый протопланетным диском. В нем при наличии определенных пока еще не совсем известных условий могут образоваться планеты. Иначе говоря формирование планет является прямым следствием образования звезд.

Рис. 2.Протопланетный диск

Следующим этапом считается охлаждение протопланетного диска, во время образования звезд типа Т Тельца. Этот процесс дает возможность для образования из вещества диска мелких пылинок, которые впоследствии, из-за действия гравитации собираются в сгустки с высокой плотностью. Такие сгустки могут позже стать зародышами планет с размером Луны или Марса. В непосредственной близости к земле, зародыши сливаются, образуя планеты земной группы. Прямым развитием небулярной гипотезы является теория немецкого философа Иммануила Канта, которую он создал в 1755 году. Из данной теории следует, что образование Солнца и других космических тел произошло в результате действия сил отталкивания и притяжения в условиях беспорядочного перемещения частиц.

Кант считал, что под действием вышеуказанных сил газовые облака постепенно сплющиваются, что в конечном итоге приводит к образованию звезд и планет. Известный математик Лаплас связывал образование Солнечной системы с движением вокруг своей оси разреженного и раскаленного газообразного облака, отделившегося от солнца в результате неустойчивости солнечного вещества, из которого позже возникли сгустки энергии, послужившие зародышами для планет. Объединение этих теорий содержит в себе и объяснение рельефа некоторых планет. Оно гласит о том, что Земля, например, после образования была раскалена до огромных температур, а затем начинала остывать. Перепад температур и явился причиной деформации ее поверхности. Однако в дальнейшем было показано, что учение Лапласа-Канта не совсем верно.

Это подтверждает учение советского ученого Отто Шмидта, сформулировавшего в 1940 году основные положения космогонической картины. Его Гипотеза развивала теорию Канта-Лапласа. Шмидт выдвинул тезис о том, что материалом для планет послужили не раскаленные сгустки газа, а соединившиеся холодные твердые частицы и комки пыли и газа, отделившиеся от расположенной вокруг Солнца туманности. Из закона сохранения момента количества движения и энергии, следует, что туманность неизбежно разделялась на кольцеобразные “зоны питания”, в которых и формировались планеты. Такой подход неизбежно приводит к тому, что Земля никогда не была раскалена до высоких температур, а была относительно холодной. Затем она разогрелось изнутри в результате распада радиоактивных элементов, а снаружи из-за падения на ее поверхность крупных метеоритов.

В 1970-е гг. формирование планет считалось упорядоченным процессом -- конвейером, на котором газово-пылевые диски превращаются в копии Солнечной системы. Но теперь стало известно, что это хаотичный процесс, предполагающий различный результат для каждой системы. Родившиеся планеты выжили в хаосе конкурирующих механизмов формирования и разрушения. Многие объекты погибли, сгорев в огне своей звезды, или были выброшены в межзвездное пространство. У нашей Земли могли быть давно потерянные близнецы, странствующие ныне в темном и холодном космосе. В настоящее время планетологи стали рассматривать два основных направления зарождения планет. Одна из них называется теорией последовательной аккреции (аккреционная теория) и заключается в том, что в газопылевом околосолнечном диске происходит слипание крошечных частиц пыли, а в процессе данного явления образуются крупные пылевые сгустки( планетезимали).

Далее будет происходить следующее: если такой сгусток притянет к себе большое количество газа, то произойдет образование газового гиганта, такого, как Юпитер, а если нет, то образуется скалистая планета подобная Земле. В недостатки данной теории приводится тот факт, что такой процесс будет очень медленным и газ может рассеяться еще до образования планеты, вдобавок к этому, процесс образования планетезималией не обосновывается никакими физическими теориями и на данный момент объясняется лишь субъективными рассуждениями. Другая гипотеза носит название теории гравитационной неустойчивости. По сути своей она изображает процесс образования звезд, но только в меньшем масштабе.

В ней говорится, что газовые гиганты формируются в результате внезапного коллапса, который приводит к распаду начального газово-пылевого облака. Серьезным недостатком данной теории является зависимость подобного явления от совершенно случайных факторов. Другими словами, вероятность возникновения сильной неустойчивости в необходимой точке пространства маловероятна и может просто не наступить. К тому же между самыми крупными газовыми гигантами и наименее массивными звездами находится “пустота”(тел средней массы просто нет). Это свидетельствует о том, что планеты не являются звездами, а представляют из себя объекты совершенно иного происхождения. Все ведущие теории формирования планет утверждают приблизительно одинаковые тезисы: мелкие пылинки слипаются и захватывают газ. Но эти процессы сложны и запутанны. Борьба конкурирующих механизмов может привести к совершенно различным результатам. Однако нельзя сказать, что развитие всех планет происходит по одинаковому сценарию. Для всех планет можно выделить свои особенности развития. Начнем с Меркурия.

Основной гипотезой появления Меркурия и других планет является гипотеза. С XIX века существует гипотеза, что Меркурий в прошлом был спутником планеты Венеры, а впоследствии был ею «потерян». В 1976 году Том ван Фландерн и К. Р. Харрингтон на основании математических расчётов показали, что эта гипотеза хорошо объясняет большую вытянутость (эксцентриситет) орбиты Меркурия, его резонансный характер обращения вокруг Солнца и потерю вращательного момента как у Меркурия, так и у Венеры (у последней также -- приобретение вращения, обратного обычному в Солнечной системе).

Согласно другой модели на заре формирования Солнечной системы прото-Меркурий почти по касательной столкнулся с прото-Венерой, в результате чего значительные части мантии и коры раннего Меркурия были рассеяны в окружающее пространство и потом собраны Венерой. Сейчас есть несколько версий происхождения относительно большого внутреннего ядра Меркурия. Самая распространённая из них говорит, что первоначально отношение массы металлов к массе силикатных пород у этой планеты было близким к обычному для твёрдых тел Солнечной системы (внутренних планет и самых распространённых метеоритов -- хондритов). При этом масса Меркурия превышала нынешнюю приблизительно в 2,25 раз.

Затем, согласно этой версии, он столкнулся с планетезималью массой около 1/6 его собственной массы на скорости ~20 км/с. Большую часть коры и верхнего слоя мантии унесло в космическое пространство, где они и рассеялись. А ядро планеты, состоящее из более тяжёлых элементов, сохранилось. По другой гипотезе, Меркурий сформировался в уже крайне обеднённой лёгкими элементами внутренней части протопланетного диска, откуда они были выметены давлением солнечного излучения и солнечным ветром во внешние области Солнечной системы. Второе по расстоянию до Солнца планета - Венера. Венера - едва ли не самая загадочная планета Солнечной системы.

Внешнее сходство с Землей при полной противоположности природных условий сделали ее уникальным аналогом нашей планеты и заставили ученых искать причины удивительной эволюции Венеры, начало которой, вероятно, имело немало общего с самым ранним периодом истории нашей планеты. Долгое время Венера, столь похожая на Землю по своим основным параметрам, воспринималась многими учеными как своеобразная лаборатория, способная помочь землянам разобраться в перипетиях своего отдаленного прошлого и приподнять завесу над тайной будущего. Конечно нельзя не сказать о нашей родной планете под названием Земля. Выше уже было сказано несколько слов о формировании Земли, которое объясняется с точки зрения небулярной и аккреционной теорий.

Однако в ее развитии также присутствуют события, которые теории никак не могли предусмотреть. Так в определенной момент времени, Земля по касательной столкнулась с телом, по размеру сопоставимым с Марсом. Это событие сыграло важную роль в дальнейшем ее развитии. В итоге часть вещества Земли и данного тела были отнесены на орбиту Земли. Затем эти обломки спрессовалась, в результате чего образовалась Луна. Скорость вращения Земли значительно увеличилась, наклонилась ее ось вращения.

В результате явлений дегазации и усиления вулканической активность сформировалась атмосфера на Земле. В результате роста конденсации водяного пара и столкновений комет с Землей, которые заносили на ее поверхность лед, происходит образование океанов. Постоянное изменение поверхности Земли, миграция суперконтинентов по ней, их распад на более мелкие континенты в итоге сформировали Землю в таком виде, в котором мы ее знаем сейчас, со всеми ее континентами. Далее следует сказать несколько слов о Марсе. К сожалению, данная планета еще малоизучена и поэтому о ее формировании можно судить лишь из результатов сделанных исследований и выводов, сделанных на их основе, а также рельефа данной планеты.

Недавно на поверхности марса были обнаружены рвы, долины и гладкие, отшлифованные осадочными породами каналы, найдены большие запасы льда на полюсах. Это является доказательством того, что на Марсе была вода. Это может означать, что в скважинах и трещинах все еще может находиться вода. Существование воды может быть свидетельством того, что раньше марсианский климат был довольно теплым, раз на нем существовала вода. Интересным является тот факт, что некоторые ученые утверждают о существовании жизни на Марсе в далеком прошлом. Доказательством этого являются, найденные в упавшем на Землю метеорите, материалы. Но эту гипотезу поддерживают не все ученые.

Исследователи делают следующие предположения по поводу внутреннего строения данной планеты: кора состоит в основном из вулканических пород, мантия по составу близка к Земной и основным источником тепла Марса является радиоактивный распад; ядро же содержит в себе: железо, никель и сера. С ядром Марса связано некоторое противоречие: с одной стороны оно должно быть твердым, потому что планета не имеет сильного магнитного поля. Однако, исследовательские данные показывают, что часть старейших марсианских пород сформировалась под воздействием сильного магнитного поля, а это дает основание полагать, что ядро Марса когда-то было расплавленным.

В процессе развития Марс потерял свою вулканическую активность, но о том, что она имела место быть свидетельствуют следы вулканического пепла на поверхности планеты. У Марса есть два спутника под названиями Фобос и Деймос (названия взяты из греческой мифологии), которые были открыты в 1877 году. Существует две гипотезы образования спутников: одни ученые считают, что они образовались во время формирования Марса. По другой версии раньше спутники были астероидами, пролетающими рядом с Марсом, которые затем были притянуты гравитационной силой на его орбиту. Об этом свидетельствует их цвет, схожий с цветом нескольких классов астероидов. Планета, следующая за Марсом, носит название Юпитер.

Зарождение Юпитера объясняет представленная выше аккреционная теория и теория контракции, о которой будет сказано немного позже.

Но интерес из себя представляет также теория, что Юпитер является “неудавшейся” звездой. Она гласит, что если бы масса Юпитера была бы больше в четыре раза, то его плотность выросла бы настолько, что из-за гравитационных сил его размеры сильно уменьшились. Скорей всего Юпитер имеет наибольший диаметр, который может иметь планета с похожим строением. По мере увеличения массы сжатие происходило бы до того момента, когда Юпитер не превратился бы в коричневый карлик с массой, в 50 раз большей, чем его нынешняя масса. Но чтобы стать звездой Юпитер должен был стать в 75 раз массивнее, потому что наименьший известный красный карлик лишь на 30% больше его в диаметре.

Далее поговорим о Сатурне - шестой планете по удалению от Солнца и второй по размеру после Юпитера. Происхождение Сатурна, подобно Юпитеру объясняют теории аккреции и контракции. Остановимся подробней на второй теории. Она рассматривает похожесть состава Сатурна и Солнца. Так, в обоих телах присутствует большая доля водорода, следовательно, их малую плотность можно объяснить тем, что во время образования планет на раннем этапе формирования Солнечной системы в диске газа и пыли образовались массивные “сгустки”, которые положили начало планетам, отсюда следует, что Солнце и планеты сформировались похожим образом. Однако данная теория не объясняет различие состава между Сатурном и Солнцем.

Для формирования ледяных гигантов -- Нептуна и Урана -- оказалось трудно создать точную модель. Современные модели полагают, что плотность материи во внешних регионах Солнечной системы была слишком низкой для формирования таких крупных тел традиционно принятым методом аккреции материи на ядро. Чтобы объяснить эволюцию Урана и Нептуна, было выдвинуто множество гипотез.

Одна из них считает, что оба ледяных гиганта не сформировались методом аккреции, а появились из-за нестабильностей внутри изначального протопланетного диска, и позднее их атмосферы были «сдуты» излучением массивной звезды класса O или B.

Другая концепция заключается в том, что Уран и Нептун сформировались ближе к Солнцу, где плотность материи была выше, и впоследствии переместились на нынешние орбиты. Гипотеза перемещения Нептуна пользуется популярностью, потому что позволяет объяснить текущие резонансы в поясе Койпера, в особенности, резонанс 2:5. Когда Нептун двигался наружу, он сталкивался с объектами прото-пояса Койпера, создавая новые резонансы и хаотично меняя существующие орбиты. Считается, что объекты рассеянного диска оказались в своём нынешнем положении из-за взаимодействия с резонансами, созданными миграцией Нептуна.

Предложенная в 2004 году компьютерная модель Алессандро Морбиделли из обсерватории Лазурного берега в Ницце предположила, что перемещение Нептуна к поясу Койпера могло быть вызвано возникновением резонанса 1:2 орбит Юпитера и Сатурна, который послужил своего рода гравитационным рычагом, заставившим Уран и Нептун изменить своё местоположение и вытолкнувшим их на более высокие орбиты. Выталкивание объектов из пояса Койпера в результате этой миграции может также объяснить «Позднюю тяжёлую бомбардировку», произошедшую через 600 миллионов лет после формирования Солнечной системы, и появление у Юпитера троянских астероидов.

Описание процессов представленных выше не показывает полной картины зарождения планет, хотя я и попытался рассказать о них настолько возможно насколько это подробно. Перед тем как сделать заключение стоит подвести небольшой итог. Ученые всего мира до сих пор не смогли прийти к выводу, какая же теория наиболее корректно объясняет процесс образования планет. Но все-таки большая часть исследователей приходит к выводу о том, что наиболее вероятна с точки зрения науки аккреционная теория, даже несмотря на то, что на данный момент она не может быть подтверждена с высокой точностью, хотя и может быть воссоздана с помощью компьютерного моделирования.

Многие известные ученые считают возможными гипотетические условия, при которых возможно явление аккреции. Вот одна из цитат: ”Несомненно, существуют определенные астрономические, а также земные ситуации, где создаются эти особые условия, при которых крупные массы могут расти непосредственно в процессе конденсации из пара. Тем не менее, сложно представить, что эти вещества могли широко распространиться по всей Солнечной системе”.

Авторы Донн и Сирз выдвинули ряд предположений, благодаря которым теория аккреции кажется возможной, например, предположение о гипотетическом росте кристаллов в предполагаемых «винтовых дислокациях» в результате предполагаемого радиационного повреждения в режимах пониженного перенасыщения. Однако даже предполагаемое перенасыщение в доисторической небуле было ситуативным, поскольку, согласно теории, это требовало бы изначально высокой концентрации материала. Ученые Керидж и Веддер провели эксперимент (1972), при котором частицы силиката сталкивались, друг с другом на скорости от 1.5 до 9.5 км/сек (обычная скорость, при которой на сегодняшний день частицы сталкиваются в поясе астероида), чтобы проверить, будет ли происходить их слипание или спаивание. Они не обнаружили ни одного такого случая; частицы разрушались».

Чтобы избежать разрушения во время столкновений, исследователи Керридж и Веддер предложили гипотетический подход с более низкими скоростями. Скорость стала изменяемым параметром, который, предположительно, должен был обеспечить условия, необходимые для аккреции. Гринберг и его коллеги провели компьютерное моделирование при более низких скоростях и пришли к выводу о том, что при таких гипотетических условиях явление аккреции возможно. И напоследок хотелось бы отметить одно из возможных перспективных направлений в исследовании процесса планетообразования - исследование метеоритов.

По мнению планетологов, метеориты - это единственные осязаемые свидетели рождения Солнечной системы. Считается, что это куски астероидов, которые являются фрагментами планетезималей, никогда неучаствовавших в формировании планет и навсегда оставшихся в замороженном состоянии. Состав метеоритов отражает все, что случилось с их родительскими телами. Возможно, именно это направление поможет в дальнейшем окончательно подтвердить явления аккреционной теории. Будем надеяться, что это действительно так.

вселенная планета аккреция

Заключение

Все вышеперечисленные учения сыграли огромную роль в становлении картины мира и Вселенной. Нельзя сказать о том, что те теории, которые были неверными не принесли никакой пользы. Напротив, их существование дало следующему поколению ученых и философов поводы для размышления и помогло развитию последующих теорий о строении нашего мира. Какие то положения принимались как должные, какие то опровергались, а затем постепенно дорабатывались. То, что в данном реферате я смог немного рассказать о происхождении каждой из планет является прямым следствием многовековой работы ученых, создающих и развивающих свои научные гипотезы. Постепенно накладываясь друг на друга, эти гипотезы в конечном итоге сформировали картину мира в том виде, в котором мы можем видеть ее сейчас.

Размещено на Allbest.ru