Всеросійська державна податкова академія при Мінфіні РФ
Походження Всесвіту
Перевірив: викладач
________________________
Зміст:
Космологія - один з тих розділів природознавства, які завжди знаходяться на стику наук. Будова та еволюція Всесвіту вивчаються космологією. Космологія використовує досягнення та методи фізики, математики, філософії. Предмет космології - весь навколишній мегасвіт, вся «велика Всесвіт», і завдання полягає в описі найбільш загальних властивостей, будови і еволюції Всесвіту.
Сучасна астрономія не тільки відкрила грандіозний світ галактик, але і виявила унікальні явища: розширення Метагалактики, космічну поширеність хімічних елементів, реліктове випромінювання, що свідчать про те, що Всесвіт безперервно розвивається.
З еволюцією структури Всесвіту пов'язане виникнення скупчень галактик, відособлення і формування зірок і галактик, утворення планет і їх супутників. Сама Всесвіт виник приблизно 20 млрд. років тому з якогось щільного та гарячого проторечовини. Існує точка зору, що з самого початку протовещества з гігантською швидкістю початок розширяться. На початковій стадії це щільне речовина розліталося у всіх напрямках і являло собою однорідну вируючу суміш нестійких, постійно розпадаються при зіткненні частинок. Остигаючи і взаємодіючи протягом мільйонів років, вся ця маса розсіяного в просторі речовини концентрувалася у великі і малі газові освіти, які протягом сотень мільйонів років, зближуючись і зливаючись, перетворювалися на величезні комплекси. У цих комплексах, у свою чергу виникали більш щільні ділянки - там згодом і утворилися зірки і навіть цілі галактики.
У результаті гравітаційної нестабільності в різних зонах утворилися галактик можуть сформуватися щільні «протозвездние освіти» з масами, близькими до маси Сонця. Розпочатий процес стиснення буде прискорюватися під впливом власного поля тяжіння. Процес цей супроводжує вільне падіння частинок хмари до його центру - відбувається гравітаційне стиснення. У центрі хмари утворюється ущільнення, що складається з молекулярного водню і гелію. Зростання густини і температури в центрі призводить до розпаду молекул на атоми, іонізації атомів і утворення щільного ядра протозірки.
Існує гіпотеза про циклічність стану Всесвіту. Колись виникнувши з надщільного згустку матерії, Всесвіт, можливо, вже в першому циклі породила всередині себе мільярди зоряних систем і планет. Н потім Всесвіт починає прагнути до того стану, з якого починалася історія циклу. Зрештою речовина Всесвіту повертається в початкове надщільного стан, знищивши все життя, що попалася на шляху. І так повторюється кожного разу, в кожному циклі протягом вічності.
До початку 30-х років ХХ ст. склалася думка, що головні складові Всесвіту - галактики, кожна з яких в середньому складається з 100 млрд. зірок. Сонце разом з планетної системою входить в нашу Галактику, основну масу зірок якої ми спостерігаємо в формі Чумацького Шляху. Окрім зірок і планет, Галактика містить значну кількість розріджених газів і космічного пилу.
Освіта Всесвіту.
Конечна або нескінченна Всесвіт, яка в неї геометрія - ці та багато інших питань пов'язані з еволюцією Всесвіту, зокрема з піднаглядним розширенням. Якщо швидкість «розльоту» галактик збільшиться на 75 км / с на кожен мільйон парсеків, то екстраполяція до минулого призводить до дивного результату: приблизно 10-20 млрд. років тому весь Всесвіт була зосереджена в дуже маленькій області. Багато вчених вважають, що в той час щільність Всесвіту була така ж, як у атомного ядра: Всесвіт представляв собою одну гігантську «ядерну краплю». З якихось причин ця «крапля» прийшла в нестійкий стан і вибухнула. Наслідки цього вибуху ми спостерігаємо зараз як системи галактик.
При даній оцінці часу утворення Всесвіту передбачалося, що спостережувана нами зараз картина розльоту галактик відбувалася з однаковою швидкістю і в як завгодно далекому минулому. А саме на такому припущенні і заснована гіпотеза первинної Всесвіту - гігантської «ядерної краплі», що прийшла в стан нестійкості.
В даний час космологи припускають, що Всесвіт не розширювалася "від крапки до крапки", а як би пульсує між кінцевими межами щільності. Це означає, що в минулому швидкість розльоту галактик була меншою, ніж зараз, а ще раніше система галактик стискалася, тобто Галактики наближалися один до одного з тим більшою швидкістю, ніж більша відстань їх розділяло. Сучасна космологія має поруч аргументів на користь картини «пульсуючого Всесвіту». Такі аргументи носять чисто математичний характер; найголовніший з них - необхідність обліку реально існуючої неоднорідності Всесвіту. Вирішити питання, яка з двох гіпотез справедлива, ми зараз не можемо. Буде потрібно величезна робота, щоб вирішити цю одну з найважливіших проблем космології.
Сучасна космологія виникла на початку ХХ ст. після створення релятивістської теорії тяжіння. Перша релятивістська модель, заснована на новій теорії тяжіння і претендує на опис всього Всесвіту, була побудована А. Ейнштейном у 1917 р. Проте вона описувала статичний Всесвіт і, як показали астрофізичні спостереження, виявилося невірним.
У 1922-1924 рр.. радянським математиком А.А. Фрідманом були запропоновані загальні рівняння для опису всього Всесвіту, мінливої з плином часу. Зоряні системи не можуть перебувати в середньому на незмінних відстанях один від одного. Вони повинні або видалятися, або зближуватися. Такий результат - неминучий наслідок наявності сил тяжіння, які панують в космічних масштабах. Висновок Фрідмана означав, що Всесвіт має або розширяться, або стискатися. Звідси випливав перегляд загальних уявлень про Всесвіт. У 1929 р. американський астроном Е. Хаббл (1889-1953) за допомогою астрофізичних спостережень відкрив розширення Всесвіту, що підтверджує правильність висновків Фрідмана.
Моделі Фрідмана служать основою всього подальшого розвитку космології. Вони описують механічну картину руху величезних мас Всесвіту і її глобальну структуру. Якщо колишні космологічні побудови покликані описувати спостережувану тепер структуру Всесвіту з незмінним у середньому рухом світів у ній, то моделі Фрідмана за своєю суттю були еволюційними, пов'язували сьогоднішній стан Всесвіту з її попередньою історією. Із цієї теорії випливає, що в далекому минулому Всесвіт був зовсім не схожа на спостережувану нами сьогодні. Тоді не було ні окремих небесних тіл, ні їх систем, вся речовина була майже однорідним, дуже щільним, швидко розширювалося. Тільки значно пізніше з такої речовини виникли галактики і їх скупчення.
Починаючи з кінця 40-х років нашого століття, все більшу увагу в космології приваблює фізика процесів на різних етапах космологічного розширення. У висунутій в цей час Г.А. Гамовим теорії гарячого Всесвіту розглядалися ядерні реакції, що протікали на самому початку розширення Всесвіту в дуже щільному речовині. При цьому передбачалося, що температура речовини була велика і падала з розширенням Всесвіту. Теорія передбачала, що речовина, з якої формувалися перші зірки і галактики, має складатися в основному з водню (75%) і гелію (25%), домішки інших хімічних елементів незначна. Інший висновок теорії - у сьогоднішній Всесвіту має існувати слабке електромагнітне випромінювання, що залишилося від епохи великої щільності і температури речовини. Таке випромінювання в ході розширення Всесвіту було названо реліктовим випромінюванням.
Тоді ж з'явилися принципово нові наглядові можливості в космології: виникла радіоастрономія, розширилися можливості оптичної астрономії. Зараз Всесвіт аж до відстаней у кілька парсеків досліджується різними методами.
На сучасному етапі в розвитку космології інтенсивно досліджується проблема початку космологічного розширення, коли щільності матерії та енергії частинок були величезними. Керівними ідеями є нові відкриття у фізиці взаємодії елементарних частинок при дуже великих енергіях. При цьому розглядається глобальна еволюція Всесвіту. Сьогодні еволюція Всесвіту всебічно обгрунтовується численними астрофізичними спостереженнями, які спираються на теоретичний базис всієї фізики.
Будова Галактики. Види Галактик.
Навколишні Сонце зірки і саме Сонце становлять малу частину гігантського скупчення зірок і туманностей, яку називають Галактикою. Галактика має досить складну структуру. Істотна частина зірок у Галактиці перебуває в гігантському диску діаметром приблизно 100 тис. і товщиною близько 1500 світлових років. У цьому диску налічується більше сотні мільярдів зірок самих різних видів. Наше Сонце - одна з таких зірок, що знаходяться на периферії Галактики поблизу її екваторіальній площині.
Зірки і туманності в межах Галактики рухаються досить складним чином: вони беруть участь в обертанні Галактики навколо осі, перпендикулярної її екваторіальній площині. Різні ділянки Галактики мають різні періоди обертання.
Зірки віддалені один від одного на величезні відстані і практично ізольовані один від одного. Вони практично не стикаються, хоча рух кожної з них визначається полем сили тяжіння, створюваним усіма зірками Галактики.
Астрономи останні кілька десятиліть вивчають інші зоряні системи, схожі з нашою. Це дуже важливі дослідження в астрономії. За цей час позагалактична астрономія домоглася вражаючих успіхів.
Число зірок у Галактиці близько трильйона. Найчисленніші з них - карлики з масами, приблизно в 10 разів меншими маси Сонця. До складу Галактики входять подвійні і кратні зірки, а також групи зірок, пов'язаних силами тяжіння і рухаються в просторі як єдине ціле, - зоряні скупчення. Існують розсіяні зоряні скупчення, наприклад Плеяди в сузір'ї Тельця. Такі скупчення не мають правильної форми; в даний час їх відомо понад тисячу.
Спостерігаються кульові зоряні скупчення. Якщо у розсіяних скупченнях містяться сотні або тисячі зірок, то у кульових їх сотні тисяч. Сили тяжіння утримують зірки в таких скупченнях мільярди років.
У різних сузір'ях виявляються туманні плями, які складаються в основному з газу і пилу, - це туманності. Вони бувають неправильної, клочковатой форми - дифузні, і правильної форми, що нагадують по виду планети, - планетарні.
Існують ще світлі дифузні туманності, наприклад Крабоподібна туманність, названа за незвичну сітку з ажурних газових волокон. Це джерело не тільки оптичного випромінювання, але і радіовипромінювання, рентгенівських і гамма-квантів. У центрі Крабовидної туманності знаходиться джерело імпульсного електромагнітного випромінювання - пульсар, у якого вперше були виявлені поряд з пульсаціями радіовипромінювання оптичні пульсації блиску і пульсації рентгенівського випромінювання. Пульсар, що володіє потужним змінним магнітним полем, прискорює електрони і викликає світіння туманності в різних ділянках спектра електромагнітних хвиль.
Простір у Галактиці заповнено скрізь - розрідженим міжзоряним газом і міжзоряного пилом. У міжзоряному просторі існують і різні поля - гравітаційне і магнітне. Пронизують міжзоряний простір космічні промені, що представляють собою потоки електрично заряджених часток, які при русі в магнітних полях розігналися до швидкостей, близьких до швидкості світла, і придбали величезну енергію.
Галактику можна представити у вигляді диска з ядром у центрі і величезними спіральними гілками, що містять в основному найбільш гарячі і яскраві зірки і масивні газові хмари. Диск зі спіральними гілками утворює основу плоскої підсистеми Галактики. А об'єкти, що концентруються до ядра Галактики і лише частково проникають в диск, відносяться до сферичної підсистемі. Сама Галактика обертається навколо своєї центральної області. У центрі Галактики зосереджена лише невелика частина зірок. Сонце знаходиться на такій відстані від центру Галактики, де лінійна швидкість зірок максимальна. Сонце і найближчі до нього зірки рухаються навколо центру Галактики зі швидкістю 250 км / с, здійснюючи повний оборот приблизно за 290 млн. років.
За зовнішнім виглядом галактики умовно поділяються на три типи: еліптичні, спіральні й неправильні.
Неправильні галактики не мають центральних ядер, в їх будові поки не виявлені закономірності. Це Велике і Мале Магелланові хмари, які є супутниками нашої Галактики. Вони знаходяться від нас на відстані у півтора рази більшій діаметра Галактики. Магелланові хмари значно менше нашої Галактики за масою і розмірами.
Існують і взаємодіючі галактики. Вони зазвичай знаходяться на невеликих відстанях один від одного, пов'язані «мостами» із світної матерії, іноді як би пронизують одна одну.
Деякі галактики мають виключно потужним радіовипромінюванням, що перевершує видиме випромінювання. Це радіогалактики.
У 1963 р. почалися відкриття звездоподобних джерел радіовипромінювання - квазарів. Зараз їх відкрито більше тисячі.
Земля - планета Сонячної системи.
Сонячна система являє собою групу небесних тіл, дуже різних за розмірами і фізичною будовою. У цю групу входять: Сонце, дев'ять великих планет, десятки супутників планет, тисячі малих планет (астероїдів), сотні комети незліченна безліч метеоритних тіл, що рухаються як роями, так і у вигляді окремих частинок. Всі ці тіла об'єднані в одну систему завдяки силі тяжіння центрального тіла - Сонця.
Сонячна система - це дуже складне природне утворення, що поєднує різноманітність складових її елементів з високою стійкістю системи як цілого.
За образним висловом К. Е. Ціолковського, Земля - це колиска людства.
У певному сенсі Земля виділена самою природою: в Сонячній системі тільки на цій планеті існують розвинені форми життя, тільки на ній локальне впорядкування речовини досягло надзвичайно високого ступеня, продовжуючи загальну лінію розвитку матерії. Саме на Землі пройдено складний етап самоорганізації, що знаменує глибокий якісний стрибок до вищих форм впорядкованості.
Відмінність планет земної групи від планет-гігантів очевидні. Але і серед найближчих сусідів Землі немає двох однакових планет: всі вони різняться розмірами, фізико-хімічними параметрами, будовою надр і поверхонь, атмосферами та іншими характеристиками. Основними відмінності визначені початковими умовами формування планет - хімічним складом, щільністю речовини в тих частинах протопланетного хмари, де ці планети формувалися, відстанню від Сонця, резонансними взаємодіями з іншими планетними тілами і Сонцем.
РЕФЕРАТ
За Концепції сучасного природознавства
на тему:Походження Всесвіту
Виконав: студент гр. БЗ-101
Ларіна А. Б.Перевірив: викладач
________________________
Москва 2006
Зміст:
Введення | стор 3 |
| Освіта Всесвіту | стор 5 |
| Будова Галактики. Види Галактик | стор 7 |
| Земля - планета Сонячної системи | стор 9 |
| Будова Землі | стор 13 |
| Висновок. | стор 17 |
| Список використаної літератури | стор 18 |
Введення
Всесвіт - це весь існуючий матеріальний світ, безмежний у часі і просторі і нескінченно різноманітний за формами, які приймає матерія в процесі свого розвитку. Частина Всесвіту, охоплена астрономічними спостереженнями, називається Метагалактикою, або нашого Всесвіту. Розміри метагалактики дуже великі: радіус космологічного горизонту становить 15-20 млрд. світлових років.Космологія - один з тих розділів природознавства, які завжди знаходяться на стику наук. Будова та еволюція Всесвіту вивчаються космологією. Космологія використовує досягнення та методи фізики, математики, філософії. Предмет космології - весь навколишній мегасвіт, вся «велика Всесвіт», і завдання полягає в описі найбільш загальних властивостей, будови і еволюції Всесвіту.
Сучасна астрономія не тільки відкрила грандіозний світ галактик, але і виявила унікальні явища: розширення Метагалактики, космічну поширеність хімічних елементів, реліктове випромінювання, що свідчать про те, що Всесвіт безперервно розвивається.
З еволюцією структури Всесвіту пов'язане виникнення скупчень галактик, відособлення і формування зірок і галактик, утворення планет і їх супутників. Сама Всесвіт виник приблизно 20 млрд. років тому з якогось щільного та гарячого проторечовини. Існує точка зору, що з самого початку протовещества з гігантською швидкістю початок розширяться. На початковій стадії це щільне речовина розліталося у всіх напрямках і являло собою однорідну вируючу суміш нестійких, постійно розпадаються при зіткненні частинок. Остигаючи і взаємодіючи протягом мільйонів років, вся ця маса розсіяного в просторі речовини концентрувалася у великі і малі газові освіти, які протягом сотень мільйонів років, зближуючись і зливаючись, перетворювалися на величезні комплекси. У цих комплексах, у свою чергу виникали більш щільні ділянки - там згодом і утворилися зірки і навіть цілі галактики.
У результаті гравітаційної нестабільності в різних зонах утворилися галактик можуть сформуватися щільні «протозвездние освіти» з масами, близькими до маси Сонця. Розпочатий процес стиснення буде прискорюватися під впливом власного поля тяжіння. Процес цей супроводжує вільне падіння частинок хмари до його центру - відбувається гравітаційне стиснення. У центрі хмари утворюється ущільнення, що складається з молекулярного водню і гелію. Зростання густини і температури в центрі призводить до розпаду молекул на атоми, іонізації атомів і утворення щільного ядра протозірки.
Існує гіпотеза про циклічність стану Всесвіту. Колись виникнувши з надщільного згустку матерії, Всесвіт, можливо, вже в першому циклі породила всередині себе мільярди зоряних систем і планет. Н потім Всесвіт починає прагнути до того стану, з якого починалася історія циклу. Зрештою речовина Всесвіту повертається в початкове надщільного стан, знищивши все життя, що попалася на шляху. І так повторюється кожного разу, в кожному циклі протягом вічності.
До початку 30-х років ХХ ст. склалася думка, що головні складові Всесвіту - галактики, кожна з яких в середньому складається з 100 млрд. зірок. Сонце разом з планетної системою входить в нашу Галактику, основну масу зірок якої ми спостерігаємо в формі Чумацького Шляху. Окрім зірок і планет, Галактика містить значну кількість розріджених газів і космічного пилу.
Освіта Всесвіту.
Конечна або нескінченна Всесвіт, яка в неї геометрія - ці та багато інших питань пов'язані з еволюцією Всесвіту, зокрема з піднаглядним розширенням. Якщо швидкість «розльоту» галактик збільшиться на 75 км / с на кожен мільйон парсеків, то екстраполяція до минулого призводить до дивного результату: приблизно 10-20 млрд. років тому весь Всесвіт була зосереджена в дуже маленькій області. Багато вчених вважають, що в той час щільність Всесвіту була така ж, як у атомного ядра: Всесвіт представляв собою одну гігантську «ядерну краплю». З якихось причин ця «крапля» прийшла в нестійкий стан і вибухнула. Наслідки цього вибуху ми спостерігаємо зараз як системи галактик.
При даній оцінці часу утворення Всесвіту передбачалося, що спостережувана нами зараз картина розльоту галактик відбувалася з однаковою швидкістю і в як завгодно далекому минулому. А саме на такому припущенні і заснована гіпотеза первинної Всесвіту - гігантської «ядерної краплі», що прийшла в стан нестійкості.
В даний час космологи припускають, що Всесвіт не розширювалася "від крапки до крапки", а як би пульсує між кінцевими межами щільності. Це означає, що в минулому швидкість розльоту галактик була меншою, ніж зараз, а ще раніше система галактик стискалася, тобто Галактики наближалися один до одного з тим більшою швидкістю, ніж більша відстань їх розділяло. Сучасна космологія має поруч аргументів на користь картини «пульсуючого Всесвіту». Такі аргументи носять чисто математичний характер; найголовніший з них - необхідність обліку реально існуючої неоднорідності Всесвіту. Вирішити питання, яка з двох гіпотез справедлива, ми зараз не можемо. Буде потрібно величезна робота, щоб вирішити цю одну з найважливіших проблем космології.
Сучасна космологія виникла на початку ХХ ст. після створення релятивістської теорії тяжіння. Перша релятивістська модель, заснована на новій теорії тяжіння і претендує на опис всього Всесвіту, була побудована А. Ейнштейном у 1917 р. Проте вона описувала статичний Всесвіт і, як показали астрофізичні спостереження, виявилося невірним.
У 1922-1924 рр.. радянським математиком А.А. Фрідманом були запропоновані загальні рівняння для опису всього Всесвіту, мінливої з плином часу. Зоряні системи не можуть перебувати в середньому на незмінних відстанях один від одного. Вони повинні або видалятися, або зближуватися. Такий результат - неминучий наслідок наявності сил тяжіння, які панують в космічних масштабах. Висновок Фрідмана означав, що Всесвіт має або розширяться, або стискатися. Звідси випливав перегляд загальних уявлень про Всесвіт. У 1929 р. американський астроном Е. Хаббл (1889-1953) за допомогою астрофізичних спостережень відкрив розширення Всесвіту, що підтверджує правильність висновків Фрідмана.
Моделі Фрідмана служать основою всього подальшого розвитку космології. Вони описують механічну картину руху величезних мас Всесвіту і її глобальну структуру. Якщо колишні космологічні побудови покликані описувати спостережувану тепер структуру Всесвіту з незмінним у середньому рухом світів у ній, то моделі Фрідмана за своєю суттю були еволюційними, пов'язували сьогоднішній стан Всесвіту з її попередньою історією. Із цієї теорії випливає, що в далекому минулому Всесвіт був зовсім не схожа на спостережувану нами сьогодні. Тоді не було ні окремих небесних тіл, ні їх систем, вся речовина була майже однорідним, дуже щільним, швидко розширювалося. Тільки значно пізніше з такої речовини виникли галактики і їх скупчення.
Починаючи з кінця 40-х років нашого століття, все більшу увагу в космології приваблює фізика процесів на різних етапах космологічного розширення. У висунутій в цей час Г.А. Гамовим теорії гарячого Всесвіту розглядалися ядерні реакції, що протікали на самому початку розширення Всесвіту в дуже щільному речовині. При цьому передбачалося, що температура речовини була велика і падала з розширенням Всесвіту. Теорія передбачала, що речовина, з якої формувалися перші зірки і галактики, має складатися в основному з водню (75%) і гелію (25%), домішки інших хімічних елементів незначна. Інший висновок теорії - у сьогоднішній Всесвіту має існувати слабке електромагнітне випромінювання, що залишилося від епохи великої щільності і температури речовини. Таке випромінювання в ході розширення Всесвіту було названо реліктовим випромінюванням.
Тоді ж з'явилися принципово нові наглядові можливості в космології: виникла радіоастрономія, розширилися можливості оптичної астрономії. Зараз Всесвіт аж до відстаней у кілька парсеків досліджується різними методами.
На сучасному етапі в розвитку космології інтенсивно досліджується проблема початку космологічного розширення, коли щільності матерії та енергії частинок були величезними. Керівними ідеями є нові відкриття у фізиці взаємодії елементарних частинок при дуже великих енергіях. При цьому розглядається глобальна еволюція Всесвіту. Сьогодні еволюція Всесвіту всебічно обгрунтовується численними астрофізичними спостереженнями, які спираються на теоретичний базис всієї фізики.
Будова Галактики. Види Галактик.
Навколишні Сонце зірки і саме Сонце становлять малу частину гігантського скупчення зірок і туманностей, яку називають Галактикою. Галактика має досить складну структуру. Істотна частина зірок у Галактиці перебуває в гігантському диску діаметром приблизно 100 тис. і товщиною близько 1500 світлових років. У цьому диску налічується більше сотні мільярдів зірок самих різних видів. Наше Сонце - одна з таких зірок, що знаходяться на периферії Галактики поблизу її екваторіальній площині.
Зірки і туманності в межах Галактики рухаються досить складним чином: вони беруть участь в обертанні Галактики навколо осі, перпендикулярної її екваторіальній площині. Різні ділянки Галактики мають різні періоди обертання.
Зірки віддалені один від одного на величезні відстані і практично ізольовані один від одного. Вони практично не стикаються, хоча рух кожної з них визначається полем сили тяжіння, створюваним усіма зірками Галактики.
Астрономи останні кілька десятиліть вивчають інші зоряні системи, схожі з нашою. Це дуже важливі дослідження в астрономії. За цей час позагалактична астрономія домоглася вражаючих успіхів.
Число зірок у Галактиці близько трильйона. Найчисленніші з них - карлики з масами, приблизно в 10 разів меншими маси Сонця. До складу Галактики входять подвійні і кратні зірки, а також групи зірок, пов'язаних силами тяжіння і рухаються в просторі як єдине ціле, - зоряні скупчення. Існують розсіяні зоряні скупчення, наприклад Плеяди в сузір'ї Тельця. Такі скупчення не мають правильної форми; в даний час їх відомо понад тисячу.
Спостерігаються кульові зоряні скупчення. Якщо у розсіяних скупченнях містяться сотні або тисячі зірок, то у кульових їх сотні тисяч. Сили тяжіння утримують зірки в таких скупченнях мільярди років.
У різних сузір'ях виявляються туманні плями, які складаються в основному з газу і пилу, - це туманності. Вони бувають неправильної, клочковатой форми - дифузні, і правильної форми, що нагадують по виду планети, - планетарні.
Існують ще світлі дифузні туманності, наприклад Крабоподібна туманність, названа за незвичну сітку з ажурних газових волокон. Це джерело не тільки оптичного випромінювання, але і радіовипромінювання, рентгенівських і гамма-квантів. У центрі Крабовидної туманності знаходиться джерело імпульсного електромагнітного випромінювання - пульсар, у якого вперше були виявлені поряд з пульсаціями радіовипромінювання оптичні пульсації блиску і пульсації рентгенівського випромінювання. Пульсар, що володіє потужним змінним магнітним полем, прискорює електрони і викликає світіння туманності в різних ділянках спектра електромагнітних хвиль.
Простір у Галактиці заповнено скрізь - розрідженим міжзоряним газом і міжзоряного пилом. У міжзоряному просторі існують і різні поля - гравітаційне і магнітне. Пронизують міжзоряний простір космічні промені, що представляють собою потоки електрично заряджених часток, які при русі в магнітних полях розігналися до швидкостей, близьких до швидкості світла, і придбали величезну енергію.
Галактику можна представити у вигляді диска з ядром у центрі і величезними спіральними гілками, що містять в основному найбільш гарячі і яскраві зірки і масивні газові хмари. Диск зі спіральними гілками утворює основу плоскої підсистеми Галактики. А об'єкти, що концентруються до ядра Галактики і лише частково проникають в диск, відносяться до сферичної підсистемі. Сама Галактика обертається навколо своєї центральної області. У центрі Галактики зосереджена лише невелика частина зірок. Сонце знаходиться на такій відстані від центру Галактики, де лінійна швидкість зірок максимальна. Сонце і найближчі до нього зірки рухаються навколо центру Галактики зі швидкістю 250 км / с, здійснюючи повний оборот приблизно за 290 млн. років.
За зовнішнім виглядом галактики умовно поділяються на три типи: еліптичні, спіральні й неправильні.
Просторова форма еліптичних галактик - еліпсоїди з різним ступенем стиснення. Серед них зустрічаються гігантські і карликові. Майже чверть усіх вивчених галактик відноситься до еліптичних. Це найбільш прості за структурою галактики - розподіл зірок в них рівномірно убуває від центру, пилу і газу майже немає. У них найяскравіші зірки - червоні гіганти.
Спіральні галактики - найчисельніший вид. До нього відноситься наша Галактика і Туманність Андромеди, віддалена від нас приблизно на 2,5 млн. світлових років.Неправильні галактики не мають центральних ядер, в їх будові поки не виявлені закономірності. Це Велике і Мале Магелланові хмари, які є супутниками нашої Галактики. Вони знаходяться від нас на відстані у півтора рази більшій діаметра Галактики. Магелланові хмари значно менше нашої Галактики за масою і розмірами.
Існують і взаємодіючі галактики. Вони зазвичай знаходяться на невеликих відстанях один від одного, пов'язані «мостами» із світної матерії, іноді як би пронизують одна одну.
Деякі галактики мають виключно потужним радіовипромінюванням, що перевершує видиме випромінювання. Це радіогалактики.
У 1963 р. почалися відкриття звездоподобних джерел радіовипромінювання - квазарів. Зараз їх відкрито більше тисячі.
Земля - планета Сонячної системи.
Сонячна система являє собою групу небесних тіл, дуже різних за розмірами і фізичною будовою. У цю групу входять: Сонце, дев'ять великих планет, десятки супутників планет, тисячі малих планет (астероїдів), сотні комети незліченна безліч метеоритних тіл, що рухаються як роями, так і у вигляді окремих частинок. Всі ці тіла об'єднані в одну систему завдяки силі тяжіння центрального тіла - Сонця.
Сонячна система - це дуже складне природне утворення, що поєднує різноманітність складових її елементів з високою стійкістю системи як цілого.
За образним висловом К. Е. Ціолковського, Земля - це колиска людства.
У певному сенсі Земля виділена самою природою: в Сонячній системі тільки на цій планеті існують розвинені форми життя, тільки на ній локальне впорядкування речовини досягло надзвичайно високого ступеня, продовжуючи загальну лінію розвитку матерії. Саме на Землі пройдено складний етап самоорганізації, що знаменує глибокий якісний стрибок до вищих форм впорядкованості.
Відмінність планет земної групи від планет-гігантів очевидні. Але і серед найближчих сусідів Землі немає двох однакових планет: всі вони різняться розмірами, фізико-хімічними параметрами, будовою надр і поверхонь, атмосферами та іншими характеристиками. Основними відмінності визначені початковими умовами формування планет - хімічним складом, щільністю речовини в тих частинах протопланетного хмари, де ці планети формувалися, відстанню від Сонця, резонансними взаємодіями з іншими планетними тілами і Сонцем.
Прямі дослідження інших ближніх планет тільки розпочато. Тим не менше, наявні дані вже дозволяють проводити порівняльне вивчення зовнішніх оболонок Землі та інших планет Сонячної системи. На цій основі виникло нове наукове напрям, названий порівняльної планетологією.
Земля - найбільша планета в своїй групі. Але навіть такі розміри і маса виявляються мінімальними, при яких планета здатна утримувати свою газову атмосферу. Земля інтенсивно втрачає водень і деякі інші легкі гази, що підтверджують спостереження за так званим шлейфом Землі. Венера майже дорівнює за розмірами та масою Землі, але вона ближче до Сонця і отримує від нього більше тепла. Тому вона давно втратила весь вільний водень. У решти двох планет цієї групи атмосфера або відсутня (Меркурій), або збереглася в дуже розрядженому стані (Марс).
Найбільш близькі до Сонця планети - Меркурій і Венера - дуже повільно обертаються навколо осі, з періодом в десятки-сотні земних діб. Повільне обертання цих планет, пов'язане з їх резонансними взаємодіями з Сонцем і один з одним. Земля і Марс обертаються майже з однаковими періодами близько 24 год Земля і Венера також утворюють резонансну структуру. У цій групі планет тільки Венера має зворотне обертання (протилежне напрямку обертання Сонця навколо своєї осі), вона як би перекинута «догори ногами» на своїй орбіті. Нарешті, тільки Земля у своїй групі має сильне власне магнітне поле, більше ніж на два порядки величини перевершує значення магнітних полів в інших планет.
Ні одна з планет земної групи не має розвиненої системи супутників, що характерно для планет групи Юпітера. Планетоподобні супутник Землі - Місяць - близький за розмірами до планети Меркурій. Два супутника Марса - Фобос і Деймос - мають неправильну форму, нагадуючи невеликі астероїди. До цих пір, як про походження Місяця, так і про походження супутників Марса немає чіткого уявлення.
Три з чотирьох планет земної групи мають помітною атмосферою. Атмосфера кожної планети несе відбиток особливостей її розвитку. Атмосфера Землі кардинально відрізняється від атмосфер інших планет: у ній низький вміст вуглекислого газу, високий вміст молекулярного кисню і відносно великий вміст парів води. Дві причини створити виділений атмосфери Землі: вода океанів і морів добре поглинає вуглекислий газ, а біосфера насичує атмосферу молекулярним киснем, що утворюється в процесі рослинного фотосинтезу. Розрахунки показують, що якщо звільнити всю поглинену і пов'язану в океанах вуглекислоту, прибравши одночасно з атмосфери весь накопичений у результаті життєдіяльності рослин кисень, то склад земної атмосфери у своїх основних рисах став би подібний до складу атмосфер Венери і Марса.
Відносно малі розміри Марса не дозволили йому утримати щільну атмосферу. Можливо, що раніше, коли йшли процеси активного виділення газів з надр планети, атмосфера Марса була набагато щільніше, ніж тепер. Умови у його поверхні були більш м'які, без таких різких перепадів денних і нічних температур. У марсіанській атмосфері дуже мало парів води, відповідно відсутній хмарність. Але руху розрідженої атмосфери часом досягають такої сили, що в общепланетной масштабі виникають потужні пилові бурі, що піднімають маси піску на висоту багатьох кілометрів. Тоді поверхня планети надовго ховається за непроникною завісою.
В атмосфері Землі насичені водяні пари створюють хмарний шар, що охоплює значну частину планети. Хмари Землі входять найважливішим елементом в системі гідросфера-атмосфера-суша.
Полегшення поверхні Землі і двох найближчих до неї планет істотно різні, що пояснюється, перш за все, відмінностями вулканічних і геологічних процесів на кожній з них. Вважають, що тектонічна активність може служити мірилом рівня життєздатності планети в цілому. Скорочення, а тим більше припинення такої діяльності розглядається як ознака вмирання планети, завершення циклу її еволюційного розвитку. Адже суть такого розвитку - активний обмін речовиною та енергією між надрами і поверхнею планети, в ході якого формуються і підтримуються атмосфера, гідросфера і пануючі типи рельєфу поверхні. З припиненням тектонічної діяльності планета перетворюється на мертве небесне тіло, на якому переважають процеси деградації.
На Землі тектонічні процеси активно протікають і в наші дні, її геологічна історія далека від завершення. Палеонтологи стверджують, що в епоху ранньої молодості Землі її тектонічна активність була ще вищою. Сучасний рельєф планети склався і продовжує видозмінюватися під впливом сумісної дії на її поверхні тектонічних, гідросферних, атмосферних і біологічних процесів. На інших планетах таке поєднання факторів відсутній.
Рельєф земної поверхні в цілому характеризується глобальною асиметрією двох півкуль (північного і південного): одне з них являє собою гігантський простір, заповнене водою. Це океани, що займають більше 70% всієї поверхні. В іншій півкулі зосереджені підняття кори, утворюють континенти. Океанічна і континентальна різновиди кори розрізняються і за віком, і за хіміко-геологічному складу. Рельєф океанічного дна відмінний від континентального рельєфу.
Систематичні дослідження морського і океанічного дна стали можливі лише в самий останній час. Вони вже призвели до нового розуміння глобального характеру тектонічних процесів, що відбуваються на Землі. Середня глибина світового океану близька до 4 км, окремі западини досягають у три рази більшої глибини, а окремі конуси значно підносяться над поверхнею води. Головна визначна пам'ятка океанічного рельєфу - глобальна система серединних хребтів, що тягнеться на десятки тисяч кілометрів. Уздовж їх центральних частин простягнулися розломи, так звані рифтові зони, через які з мантії на поверхню виходять свіжі маси речовини. Вони розсовують океанічну кору, формуючи її в процесі безперервного оновлення. Вік океанічної кори не перевищує 150 млн. років. Інша характерна особливість процесу - існування зон субдукції, де океанічна кора занурюється під одну з острівних дуг (наприклад, під Курильську, Маріанську тощо) або під край континенту. Зони субдукції характеризуються підвищеною сейсмічною і вулканічною діяльністю.
Рельєф континентальної частини планети більш різноманітний: рівнини, височини, плато, гірські хребти і величезні гірські системи. Окремі ділянки суші знаходяться нижче рівня океану (наприклад, район Мертвого моря), окремі гірські вершини підняті над його рівнем на 8-9 км. Відповідно до сучасних поглядів, континентальна кора разом з підстилаючих шарами мантії утворює систему літосферних континентальних плит. На відміну від літосфери океанів континентальні плити мають дуже давнє походження, їх вік оцінюється в 2,5-3,8 млрд. років. Товщина центральній частині деяких континентальних плит сягає 250 км.
На кордонах літосферних плит, званих геосінкліналямі, відбувається або стиснення, або розтягнення кори, що залежить від напрямку місцевого горизонтального зміщення плит.
Попередні підсумки порівняльного зіставлення Землі, Венери і Марса можна сформулювати так:
· Ні на Венері, ні на Марсі немає навіть простих форм життя. Залишається відкритим питання про можливе існування якихось форм життя на Марсі у віддаленому минулому.
· Тільки на Землі існує потужна гідросфера, що сформувалася одночасно з планетою. На Марсі в минулому ймовірно існувала різновид гідросфери, на Венері її швидше за все ніколи не було.
· В сучасну епоху тільки Земля залишається «живий» планетою, геологічне розвиток якої продовжується і виявляє себе, зокрема, в активній тектонічної діяльності. Марс і Венера в минулому пройшли через період бурхливої сейсмічної та вулканічної активності, але на Марсі вона припинилася кілька сот мільйонів років, а на Венері - більше мільярда років тому. Обидві ці планети, швидше за все, завершують або вже завершили цикл свого еволюційного розвитку.
· Численні ознаки говорять про те, що процеси в надрах землі протікали і продовжують протікати інакше, ніж у Венери і Марса. На це вказують такі чинники, як існування континентальної кори з гранітними породами, явно виражені літосферні плити з їх переміщеннями під дією глибинних процесів, існування у Землі щодо потужного магнітного поля.
Успіхи науки і техніки зробили доступним пряме вивчення планет Сонячної системи, відкривши принципово нові можливості для порівняльного пізнання нашої власної планети. Тим самим відкрито нову сторінку в осягненні оточуючого нас світу, але на ній поки записані лише перші рядки. Все ще залишається невирішеним питання: що виділило Землю серед сімейства планет одного з нею типу так, що вона змогла стати обителлю життя? Пошук відповіді на це питання може проходити тільки на шляхах руху від приватного до загального, від планети Земля з існуючою на ній життям до усвідомлення космічної природи життя - цього найважливішого ланки самоорганізації речовини в процесі розвитку матерії.
Будова Землі.
Численні науки про Землю та її складових частинах в недавньому минулому розвивалися фактично незалежно один від одного. Тепер з'явилася усвідомлена необхідність розглядати планету як єдину систему, як цільне природне тіло, якому притаманні свої внутрішні закони розвитку. Швидкому впровадженню такого подання у свідомість людей сприяло видатна подія нашого часу - вихід людини у ближній космос. Це дозволило вперше поглянути на Землю ззовні, побачити її відразу всю цілком, наочно переконатися в загальнопланетне масштабах більшості атмосферних і поверхневих явищ, у тісному взаємозв'язку всіх зовнішніх земних сфер - суші, води, повітря і біосфери. Картина виявилася вражаючою.
Сукупність складаються на основі солідної матеріальної бази, у вигляді накопичених фактів, уявлень вимагає розглядати нашу планету не тільки як єдине природне тіло, але і як самоорганізується систему, розвиток якої ініціюється протиборством двох фундаментальних природних тенденцій - прагненням до руйнування впорядкованості і прагненням до утворення все більше впорядкованих систем.
Більшість приватних наук про Землю становлять науки про її поверхні, включаючи атмосферу. Кольська надглибока свердловина - на сьогоднішній день найглибша на Землі -12-15 км. З глибин приблизно до 200 км різними шляхами виноситься назовні речовина надр і виявляється доступним для дослідників. Відомості про більш глибоких шарах видобуваються непрямими методами - заснованими на реєстрації характеру проходження сейсмічних хвиль різних типів через земні надра. Інша група методів грунтується на припущеннях про структуру та склад протопланетного хмари і на гіпотетичних припущеннях про процес формування в ньому планет. Виходячи їх цього, речовина метеоритів розглядають як реліктові залишки минулого, що відображають склад і структуру речовини протопланетного хмари в зоні формування планет земної групи. На цій основі робляться висновки про збіг речовини метеоритів певного типу з речовиною тих чи інших верств земних глибин. Речовина метеоритів час від часу випадає з космосу на Землю, і воно є прямим вивченню. Тим не менш, висновки про склад земних надр, які спираються на дані про хіміко-мінералогічний склад випадають на Землю метеоритів, не вважаються надійними.
Зондування надр Землі сейсмічними хвилями дозволило встановити їх оболонкової будова і диференційованість хімічного складу. Розрізняють три головні концентрично розташовані області: ядро, мантія і кора. Ядро і мантія у свою чергу, поділяються на додаткові оболонки, що розрізняються фізико-хімічними властивостями. Ядро займає центральну область земної геоїда і розділяється на дві частини. Внутрішнє ядро перебуває в твердому стані, воно оточене зовнішнім ядром, що перебуває в рідкій фазі. Між внутрішнім і зовнішнім ядрами немає чіткої межі, їх розділяє перехідна зона. Про хімічний склад ядра судять по щільності речовини у ньому і на підставі припущення, що склад ядра ідентичний складу залізних метеоритів. Тому внутрішнє ядро вважають складається з заліза (80%) і нікелю (20%). Відповідний сплав при тиску земних надр має температуру плавлення близько 4 500 0 С. Згідно з тими ж уявленням, зовнішнє ядро містить залізо (52%) і евтектику (рідка суміш твердих речовин), утворену залізом і сіркою (48%). Не виключається невелика домішка нікелю. Температура плавлення такої суміші оцінюється приблизно 3200 0 С. Щоб внутрішнє ядро залишалося твердим, а зовнішнє рідким, температура в центрі землі не повинна перевищувати 4 500 0 С, але і не бути нижче 3200 0 С. Є й інші оцінки температури в центрі Землі, кілька розходяться з наведеними і що носять гаданий характер.
З рідким станом зовнішнього ядра пов'язують уявлення про природу земного магнетизму. Магнітне поле Землі мінливе, з року в рік змінюється положення магнітних полюсів. Палеомагнітние дослідження характеру магнітного поля планети в далекому минулому, засновані на вимірюваннях залишкової намагніченості земних порід, показали, що, наприклад, протягом останніх 80 млн. років мало місце не тільки зміна напруженості поля, але і багаторазове систематичне перемагнічування, в результаті якого північний і південний магнітні полюси змінювалися місцями. У періоди зміни полярності наступали моменти повного зникнення магнітного поля. Отже, земний магнетизм не може створюватися постійним магнітом за рахунок стаціонарної намагніченості ядра або якоїсь його частини. Припускають, що магнітне поле створюється процесом, названим ефектом динамо-машини з самозбудженням. Роль ротора (рухомого елемента) динамо може грати маса рідкого ядра, переміщається при обертанні Землі навколо своєї осі, а система збудження утворюється струмами, створюють замкнуті петлі всередині сфери ядра.
Щільність і хімічний склад мантії, за даними сейсмічних хвиль, різко відрізняються від відповідних характеристик ядра. Мантію утворюють різні силікати (з'єднання, в основі яких кремній). Передбачається, що склад нижньої мантії подібний до складу кам'яних метеоритів, хондритів.
Верхня мантія безпосередньо пов'язана з самим зовнішнім шаром - корою. Вона вважається кухнею, де готуються багато що складають кору породи та їх напівфабрикати. Вважають, що верхня мантія складається з олівіну (60%), піроксену (30%) і польового шпату (10%). У певних зонах цього шару відбувається часткове плавлення мінералів, і утворюються лужні базальти - основа океанічної кори. Через рифтові розломи среднеокеаніческіх хребтів базальти надходять з мантії на поверхню Землі. Але цим не обмежується взаємодія кори і мантії. Тендітна кора, що володіє високим ступенем жорсткості, разом з частиною підстилаючої мантії утворює особливий шар товщиною близько 100 км, званий літосферою. Цей шар спирається на верхню мантію, щільність якої помітно вище. Верхня мантія має особливість, яка визначає характер її взаємодії з літосферою: по відношенню до короткочасних навантажень вона веде себе як жорсткий матеріал, а по відношенню до тривалих навантажень - як пластичний. Літосфера створює постійне навантаження на верхню мантію і під її тиском підстильний шар, званий астеносферою, проявляє пластичні властивості, літосфера «плаває» у ньому. Такий ефект називають ізостазії.
Астеносфера у свою чергу спирається на більш глибокі шари мантії, щільність і в'язкість яких зростають з глибиною. Причина цього - здавлювання порід, що викликає структурну перебудову деяких хімічних сполук. Силікати, складові такої модифікації кремнію, мають дуже компактну структуру, вони переважають у нижній мантії. У цілому ж літосфера, астеносфера і решта мантія можуть розглядатися в якості тришарової системи, кожна з частин якої рухається щодо інших компонентів. Особливою рухливістю відрізняється легка літосфера, яка спирається на не надто в'язку і пластичну астеносферу.
Земна кора, утворює верхню частину літосфери, в основному складається з восьми хімічних елементів: кисень, кремній, алюміній, залізо, кальцій, магній, натрій і калій. Половина всієї маси кори припадає на кисень, що міститься в ній у зв'язаних станах, в основному у вигляді оксидів металів. Геологічні особливості кори визначаються спільними діями на неї атмосфери, гідросфери і біосфери - цих трьох самих зовнішніх оболонок планети. Склад кори і зовнішніх оболонок безперервно оновлюється, що ілюструють такі дані. Завдяки вивітрюванню і зносу речовина континентальної поверхні повністю оновлюється за 80-100 млн. років. Спад речовини континентів заповнюється віковими підняттями їх кори. Життєдіяльність бактерій, рослин і тварин супроводжується повною зміною міститься в атмосфері вуглекислоти за 6-7 років, кисню - за 4000 років. Вся маса води гідросфери (1,4 * 10 18 т) цілком оновлюється за 10 млн. років. Ще більш фундаментальний кругообіг речовини поверхні планети протікає в процесах, що зв'язують всі внутрішні оболонки в єдину систему.
Існують стаціонарні вертикальні потоки, звані мантійними струменями, вони піднімаються з нижньої мантії у верхню і доставляють туди більш гаряче речовина. До явищ тієї ж природи відносять всередині плитові «гарячі поля», з яким, зокрема, пов'язують найбільш великі аномалії у формі земної геоїда. У таких місцях спостерігаються підняття поверхні океану на 50-70 м від суворої лінії геоїда. Так що образ життя земних надр надзвичайно складний. Відхилення від мобілістскіх положень не підривають ідею тектонічних плит і горизонтальних їх рухів. Але не виключено, що в недалекому майбутньому з'явиться більш загальна теорія планети, що враховує горизонтальні рухи плит і незамкнуті вертикальні переноси гарячої речовини в мантії.
Самі верхні оболонки Землі - гідросфера і атмосфера - помітно відрізняються від інших оболонок, що утворюють тверде тіло планети. По масі це зовсім незначна частина земної кулі, не більше 0,025% всієї його маси. Але значення цих оболонок в житті планети величезна. Гідросфера і атмосфера виникли на ранній стадії формування планети, а може бути, одночасно з її формуванням. Немає сумнівів, що океан і атмосфера існували 3,8 млрд. років тому.
Освіта Землі йшло в руслі єдиного процесу, що викликав хімічну диференціацію надр і виникнення попередників сучасних гідросфери та атмосфери. Спочатку із зерен важких нелетких речовин оформилося протоядро Землі, потім воно дуже швидко приєднало речовина, що стало згодом мантією. А коли Земля досягла приблизно розмірів Марса, почався період її бомбардування планетезималей. Удари супроводжувалися сильним локальним розігрівом і плавленням земних порід і планетезималей. При цьому виділялися гази і пари води, що містилися в породах. А так як середня температура поверхні планети залишалася низькою, пари води конденсувалися, утворюючи зростаючу гідросферу. У цих зіткненнях Земля втрачала водень і гелій, але зберігала більш важкі гази. Вміст ізотопів інертних газів в сучасній атмосфері дозволяє судити про джерело, їх породила. Це ізотопний склад узгоджується з гіпотезою про ударному походження газів і води, але суперечить гіпотезі про процес поступової дегазації земних надр як джерелі освіти гідросфери та атмосфери. Океан і атмосфера, безумовно, існували не тільки протягом всієї історії Землі як сформувалася планети, але і протягом основної фази акреції, коли протоземля мала розміри Марса.
Ідея ударної дегазації, що розглядається як основний механізм утворення гідросфери і атмосфери, отримує все більше визнання. Лабораторними експериментами підтверджувалася здатність ударних процесів виділяти із земних порід помітні кількості газів, в тому числі і молекулярного кисню. А це означає, що деяка кількість кисню було присутнє в атмосфері Землі ще до того, як виникла на ній біосфера. Ідеї абіогенного походження деякої частини атмосферного кисню висувалися та іншими вченими.
Висновок.
Список використаної літератури:
1. Карпенків С.Х. Концепції сучасного природознавства: Підручник для вузів. - М.: Культура і спорт, ЮНИТИ, 1997.
Земля - найбільша планета в своїй групі. Але навіть такі розміри і маса виявляються мінімальними, при яких планета здатна утримувати свою газову атмосферу. Земля інтенсивно втрачає водень і деякі інші легкі гази, що підтверджують спостереження за так званим шлейфом Землі. Венера майже дорівнює за розмірами та масою Землі, але вона ближче до Сонця і отримує від нього більше тепла. Тому вона давно втратила весь вільний водень. У решти двох планет цієї групи атмосфера або відсутня (Меркурій), або збереглася в дуже розрядженому стані (Марс).
Найбільш близькі до Сонця планети - Меркурій і Венера - дуже повільно обертаються навколо осі, з періодом в десятки-сотні земних діб. Повільне обертання цих планет, пов'язане з їх резонансними взаємодіями з Сонцем і один з одним. Земля і Марс обертаються майже з однаковими періодами близько 24 год Земля і Венера також утворюють резонансну структуру. У цій групі планет тільки Венера має зворотне обертання (протилежне напрямку обертання Сонця навколо своєї осі), вона як би перекинута «догори ногами» на своїй орбіті. Нарешті, тільки Земля у своїй групі має сильне власне магнітне поле, більше ніж на два порядки величини перевершує значення магнітних полів в інших планет.
Ні одна з планет земної групи не має розвиненої системи супутників, що характерно для планет групи Юпітера. Планетоподобні супутник Землі - Місяць - близький за розмірами до планети Меркурій. Два супутника Марса - Фобос і Деймос - мають неправильну форму, нагадуючи невеликі астероїди. До цих пір, як про походження Місяця, так і про походження супутників Марса немає чіткого уявлення.
Три з чотирьох планет земної групи мають помітною атмосферою. Атмосфера кожної планети несе відбиток особливостей її розвитку. Атмосфера Землі кардинально відрізняється від атмосфер інших планет: у ній низький вміст вуглекислого газу, високий вміст молекулярного кисню і відносно великий вміст парів води. Дві причини створити виділений атмосфери Землі: вода океанів і морів добре поглинає вуглекислий газ, а біосфера насичує атмосферу молекулярним киснем, що утворюється в процесі рослинного фотосинтезу. Розрахунки показують, що якщо звільнити всю поглинену і пов'язану в океанах вуглекислоту, прибравши одночасно з атмосфери весь накопичений у результаті життєдіяльності рослин кисень, то склад земної атмосфери у своїх основних рисах став би подібний до складу атмосфер Венери і Марса.
Відносно малі розміри Марса не дозволили йому утримати щільну атмосферу. Можливо, що раніше, коли йшли процеси активного виділення газів з надр планети, атмосфера Марса була набагато щільніше, ніж тепер. Умови у його поверхні були більш м'які, без таких різких перепадів денних і нічних температур. У марсіанській атмосфері дуже мало парів води, відповідно відсутній хмарність. Але руху розрідженої атмосфери часом досягають такої сили, що в общепланетной масштабі виникають потужні пилові бурі, що піднімають маси піску на висоту багатьох кілометрів. Тоді поверхня планети надовго ховається за непроникною завісою.
В атмосфері Землі насичені водяні пари створюють хмарний шар, що охоплює значну частину планети. Хмари Землі входять найважливішим елементом в системі гідросфера-атмосфера-суша.
Полегшення поверхні Землі і двох найближчих до неї планет істотно різні, що пояснюється, перш за все, відмінностями вулканічних і геологічних процесів на кожній з них. Вважають, що тектонічна активність може служити мірилом рівня життєздатності планети в цілому. Скорочення, а тим більше припинення такої діяльності розглядається як ознака вмирання планети, завершення циклу її еволюційного розвитку. Адже суть такого розвитку - активний обмін речовиною та енергією між надрами і поверхнею планети, в ході якого формуються і підтримуються атмосфера, гідросфера і пануючі типи рельєфу поверхні. З припиненням тектонічної діяльності планета перетворюється на мертве небесне тіло, на якому переважають процеси деградації.
На Землі тектонічні процеси активно протікають і в наші дні, її геологічна історія далека від завершення. Палеонтологи стверджують, що в епоху ранньої молодості Землі її тектонічна активність була ще вищою. Сучасний рельєф планети склався і продовжує видозмінюватися під впливом сумісної дії на її поверхні тектонічних, гідросферних, атмосферних і біологічних процесів. На інших планетах таке поєднання факторів відсутній.
Рельєф земної поверхні в цілому характеризується глобальною асиметрією двох півкуль (північного і південного): одне з них являє собою гігантський простір, заповнене водою. Це океани, що займають більше 70% всієї поверхні. В іншій півкулі зосереджені підняття кори, утворюють континенти. Океанічна і континентальна різновиди кори розрізняються і за віком, і за хіміко-геологічному складу. Рельєф океанічного дна відмінний від континентального рельєфу.
Систематичні дослідження морського і океанічного дна стали можливі лише в самий останній час. Вони вже призвели до нового розуміння глобального характеру тектонічних процесів, що відбуваються на Землі. Середня глибина світового океану близька до 4 км, окремі западини досягають у три рази більшої глибини, а окремі конуси значно підносяться над поверхнею води. Головна визначна пам'ятка океанічного рельєфу - глобальна система серединних хребтів, що тягнеться на десятки тисяч кілометрів. Уздовж їх центральних частин простягнулися розломи, так звані рифтові зони, через які з мантії на поверхню виходять свіжі маси речовини. Вони розсовують океанічну кору, формуючи її в процесі безперервного оновлення. Вік океанічної кори не перевищує 150 млн. років. Інша характерна особливість процесу - існування зон субдукції, де океанічна кора занурюється під одну з острівних дуг (наприклад, під Курильську, Маріанську тощо) або під край континенту. Зони субдукції характеризуються підвищеною сейсмічною і вулканічною діяльністю.
Рельєф континентальної частини планети більш різноманітний: рівнини, височини, плато, гірські хребти і величезні гірські системи. Окремі ділянки суші знаходяться нижче рівня океану (наприклад, район Мертвого моря), окремі гірські вершини підняті над його рівнем на 8-9 км. Відповідно до сучасних поглядів, континентальна кора разом з підстилаючих шарами мантії утворює систему літосферних континентальних плит. На відміну від літосфери океанів континентальні плити мають дуже давнє походження, їх вік оцінюється в 2,5-3,8 млрд. років. Товщина центральній частині деяких континентальних плит сягає 250 км.
На кордонах літосферних плит, званих геосінкліналямі, відбувається або стиснення, або розтягнення кори, що залежить від напрямку місцевого горизонтального зміщення плит.
Попередні підсумки порівняльного зіставлення Землі, Венери і Марса можна сформулювати так:
· Ні на Венері, ні на Марсі немає навіть простих форм життя. Залишається відкритим питання про можливе існування якихось форм життя на Марсі у віддаленому минулому.
· Тільки на Землі існує потужна гідросфера, що сформувалася одночасно з планетою. На Марсі в минулому ймовірно існувала різновид гідросфери, на Венері її швидше за все ніколи не було.
· В сучасну епоху тільки Земля залишається «живий» планетою, геологічне розвиток якої продовжується і виявляє себе, зокрема, в активній тектонічної діяльності. Марс і Венера в минулому пройшли через період бурхливої сейсмічної та вулканічної активності, але на Марсі вона припинилася кілька сот мільйонів років, а на Венері - більше мільярда років тому. Обидві ці планети, швидше за все, завершують або вже завершили цикл свого еволюційного розвитку.
· Численні ознаки говорять про те, що процеси в надрах землі протікали і продовжують протікати інакше, ніж у Венери і Марса. На це вказують такі чинники, як існування континентальної кори з гранітними породами, явно виражені літосферні плити з їх переміщеннями під дією глибинних процесів, існування у Землі щодо потужного магнітного поля.
Успіхи науки і техніки зробили доступним пряме вивчення планет Сонячної системи, відкривши принципово нові можливості для порівняльного пізнання нашої власної планети. Тим самим відкрито нову сторінку в осягненні оточуючого нас світу, але на ній поки записані лише перші рядки. Все ще залишається невирішеним питання: що виділило Землю серед сімейства планет одного з нею типу так, що вона змогла стати обителлю життя? Пошук відповіді на це питання може проходити тільки на шляхах руху від приватного до загального, від планети Земля з існуючою на ній життям до усвідомлення космічної природи життя - цього найважливішого ланки самоорганізації речовини в процесі розвитку матерії.
Будова Землі.
Численні науки про Землю та її складових частинах в недавньому минулому розвивалися фактично незалежно один від одного. Тепер з'явилася усвідомлена необхідність розглядати планету як єдину систему, як цільне природне тіло, якому притаманні свої внутрішні закони розвитку. Швидкому впровадженню такого подання у свідомість людей сприяло видатна подія нашого часу - вихід людини у ближній космос. Це дозволило вперше поглянути на Землю ззовні, побачити її відразу всю цілком, наочно переконатися в загальнопланетне масштабах більшості атмосферних і поверхневих явищ, у тісному взаємозв'язку всіх зовнішніх земних сфер - суші, води, повітря і біосфери. Картина виявилася вражаючою.
Сукупність складаються на основі солідної матеріальної бази, у вигляді накопичених фактів, уявлень вимагає розглядати нашу планету не тільки як єдине природне тіло, але і як самоорганізується систему, розвиток якої ініціюється протиборством двох фундаментальних природних тенденцій - прагненням до руйнування впорядкованості і прагненням до утворення все більше впорядкованих систем.
Більшість приватних наук про Землю становлять науки про її поверхні, включаючи атмосферу. Кольська надглибока свердловина - на сьогоднішній день найглибша на Землі -12-15 км. З глибин приблизно до 200 км різними шляхами виноситься назовні речовина надр і виявляється доступним для дослідників. Відомості про більш глибоких шарах видобуваються непрямими методами - заснованими на реєстрації характеру проходження сейсмічних хвиль різних типів через земні надра. Інша група методів грунтується на припущеннях про структуру та склад протопланетного хмари і на гіпотетичних припущеннях про процес формування в ньому планет. Виходячи їх цього, речовина метеоритів розглядають як реліктові залишки минулого, що відображають склад і структуру речовини протопланетного хмари в зоні формування планет земної групи. На цій основі робляться висновки про збіг речовини метеоритів певного типу з речовиною тих чи інших верств земних глибин. Речовина метеоритів час від часу випадає з космосу на Землю, і воно є прямим вивченню. Тим не менш, висновки про склад земних надр, які спираються на дані про хіміко-мінералогічний склад випадають на Землю метеоритів, не вважаються надійними.
Зондування надр Землі сейсмічними хвилями дозволило встановити їх оболонкової будова і диференційованість хімічного складу. Розрізняють три головні концентрично розташовані області: ядро, мантія і кора. Ядро і мантія у свою чергу, поділяються на додаткові оболонки, що розрізняються фізико-хімічними властивостями. Ядро займає центральну область земної геоїда і розділяється на дві частини. Внутрішнє ядро перебуває в твердому стані, воно оточене зовнішнім ядром, що перебуває в рідкій фазі. Між внутрішнім і зовнішнім ядрами немає чіткої межі, їх розділяє перехідна зона. Про хімічний склад ядра судять по щільності речовини у ньому і на підставі припущення, що склад ядра ідентичний складу залізних метеоритів. Тому внутрішнє ядро вважають складається з заліза (80%) і нікелю (20%). Відповідний сплав при тиску земних надр має температуру плавлення близько 4 500 0 С. Згідно з тими ж уявленням, зовнішнє ядро містить залізо (52%) і евтектику (рідка суміш твердих речовин), утворену залізом і сіркою (48%). Не виключається невелика домішка нікелю. Температура плавлення такої суміші оцінюється приблизно 3200 0 С. Щоб внутрішнє ядро залишалося твердим, а зовнішнє рідким, температура в центрі землі не повинна перевищувати 4 500 0 С, але і не бути нижче 3200 0 С. Є й інші оцінки температури в центрі Землі, кілька розходяться з наведеними і що носять гаданий характер.
З рідким станом зовнішнього ядра пов'язують уявлення про природу земного магнетизму. Магнітне поле Землі мінливе, з року в рік змінюється положення магнітних полюсів. Палеомагнітние дослідження характеру магнітного поля планети в далекому минулому, засновані на вимірюваннях залишкової намагніченості земних порід, показали, що, наприклад, протягом останніх 80 млн. років мало місце не тільки зміна напруженості поля, але і багаторазове систематичне перемагнічування, в результаті якого північний і південний магнітні полюси змінювалися місцями. У періоди зміни полярності наступали моменти повного зникнення магнітного поля. Отже, земний магнетизм не може створюватися постійним магнітом за рахунок стаціонарної намагніченості ядра або якоїсь його частини. Припускають, що магнітне поле створюється процесом, названим ефектом динамо-машини з самозбудженням. Роль ротора (рухомого елемента) динамо може грати маса рідкого ядра, переміщається при обертанні Землі навколо своєї осі, а система збудження утворюється струмами, створюють замкнуті петлі всередині сфери ядра.
Щільність і хімічний склад мантії, за даними сейсмічних хвиль, різко відрізняються від відповідних характеристик ядра. Мантію утворюють різні силікати (з'єднання, в основі яких кремній). Передбачається, що склад нижньої мантії подібний до складу кам'яних метеоритів, хондритів.
Верхня мантія безпосередньо пов'язана з самим зовнішнім шаром - корою. Вона вважається кухнею, де готуються багато що складають кору породи та їх напівфабрикати. Вважають, що верхня мантія складається з олівіну (60%), піроксену (30%) і польового шпату (10%). У певних зонах цього шару відбувається часткове плавлення мінералів, і утворюються лужні базальти - основа океанічної кори. Через рифтові розломи среднеокеаніческіх хребтів базальти надходять з мантії на поверхню Землі. Але цим не обмежується взаємодія кори і мантії. Тендітна кора, що володіє високим ступенем жорсткості, разом з частиною підстилаючої мантії утворює особливий шар товщиною близько 100 км, званий літосферою. Цей шар спирається на верхню мантію, щільність якої помітно вище. Верхня мантія має особливість, яка визначає характер її взаємодії з літосферою: по відношенню до короткочасних навантажень вона веде себе як жорсткий матеріал, а по відношенню до тривалих навантажень - як пластичний. Літосфера створює постійне навантаження на верхню мантію і під її тиском підстильний шар, званий астеносферою, проявляє пластичні властивості, літосфера «плаває» у ньому. Такий ефект називають ізостазії.
Астеносфера у свою чергу спирається на більш глибокі шари мантії, щільність і в'язкість яких зростають з глибиною. Причина цього - здавлювання порід, що викликає структурну перебудову деяких хімічних сполук. Силікати, складові такої модифікації кремнію, мають дуже компактну структуру, вони переважають у нижній мантії. У цілому ж літосфера, астеносфера і решта мантія можуть розглядатися в якості тришарової системи, кожна з частин якої рухається щодо інших компонентів. Особливою рухливістю відрізняється легка літосфера, яка спирається на не надто в'язку і пластичну астеносферу.
Земна кора, утворює верхню частину літосфери, в основному складається з восьми хімічних елементів: кисень, кремній, алюміній, залізо, кальцій, магній, натрій і калій. Половина всієї маси кори припадає на кисень, що міститься в ній у зв'язаних станах, в основному у вигляді оксидів металів. Геологічні особливості кори визначаються спільними діями на неї атмосфери, гідросфери і біосфери - цих трьох самих зовнішніх оболонок планети. Склад кори і зовнішніх оболонок безперервно оновлюється, що ілюструють такі дані. Завдяки вивітрюванню і зносу речовина континентальної поверхні повністю оновлюється за 80-100 млн. років. Спад речовини континентів заповнюється віковими підняттями їх кори. Життєдіяльність бактерій, рослин і тварин супроводжується повною зміною міститься в атмосфері вуглекислоти за 6-7 років, кисню - за 4000 років. Вся маса води гідросфери (1,4 * 10 18 т) цілком оновлюється за 10 млн. років. Ще більш фундаментальний кругообіг речовини поверхні планети протікає в процесах, що зв'язують всі внутрішні оболонки в єдину систему.
Існують стаціонарні вертикальні потоки, звані мантійними струменями, вони піднімаються з нижньої мантії у верхню і доставляють туди більш гаряче речовина. До явищ тієї ж природи відносять всередині плитові «гарячі поля», з яким, зокрема, пов'язують найбільш великі аномалії у формі земної геоїда. У таких місцях спостерігаються підняття поверхні океану на 50-70 м від суворої лінії геоїда. Так що образ життя земних надр надзвичайно складний. Відхилення від мобілістскіх положень не підривають ідею тектонічних плит і горизонтальних їх рухів. Але не виключено, що в недалекому майбутньому з'явиться більш загальна теорія планети, що враховує горизонтальні рухи плит і незамкнуті вертикальні переноси гарячої речовини в мантії.
Самі верхні оболонки Землі - гідросфера і атмосфера - помітно відрізняються від інших оболонок, що утворюють тверде тіло планети. По масі це зовсім незначна частина земної кулі, не більше 0,025% всієї його маси. Але значення цих оболонок в житті планети величезна. Гідросфера і атмосфера виникли на ранній стадії формування планети, а може бути, одночасно з її формуванням. Немає сумнівів, що океан і атмосфера існували 3,8 млрд. років тому.
Освіта Землі йшло в руслі єдиного процесу, що викликав хімічну диференціацію надр і виникнення попередників сучасних гідросфери та атмосфери. Спочатку із зерен важких нелетких речовин оформилося протоядро Землі, потім воно дуже швидко приєднало речовина, що стало згодом мантією. А коли Земля досягла приблизно розмірів Марса, почався період її бомбардування планетезималей. Удари супроводжувалися сильним локальним розігрівом і плавленням земних порід і планетезималей. При цьому виділялися гази і пари води, що містилися в породах. А так як середня температура поверхні планети залишалася низькою, пари води конденсувалися, утворюючи зростаючу гідросферу. У цих зіткненнях Земля втрачала водень і гелій, але зберігала більш важкі гази. Вміст ізотопів інертних газів в сучасній атмосфері дозволяє судити про джерело, їх породила. Це ізотопний склад узгоджується з гіпотезою про ударному походження газів і води, але суперечить гіпотезі про процес поступової дегазації земних надр як джерелі освіти гідросфери та атмосфери. Океан і атмосфера, безумовно, існували не тільки протягом всієї історії Землі як сформувалася планети, але і протягом основної фази акреції, коли протоземля мала розміри Марса.
Ідея ударної дегазації, що розглядається як основний механізм утворення гідросфери і атмосфери, отримує все більше визнання. Лабораторними експериментами підтверджувалася здатність ударних процесів виділяти із земних порід помітні кількості газів, в тому числі і молекулярного кисню. А це означає, що деяка кількість кисню було присутнє в атмосфері Землі ще до того, як виникла на ній біосфера. Ідеї абіогенного походження деякої частини атмосферного кисню висувалися та іншими вченими.
Висновок.
Обидві зовнішні оболонки - гідросфера і атмосфера - щільно взаємодіють один з одним і з іншими оболонками Землі, особливо з літосферою. На них здійснюють прямий вплив Сонце і Космос. Кожна з цих оболонок представляє собою відкриту систему, що володіє певною автономією і своїми внутрішніми законами розвитку. Всі, хто вивчає повітряний чи водний океани, переконані, що об'єкти дослідження виявляють дивовижну тонкість організації, здатність до саме регуляції. Але при цьому жодна із земних систем не випадає із загального ансамблю, і їх спільне існування демонструє не просто суму частин, а нова якість.
Серед спільноти оболонок Землі особливе місце займає біосфера. Вона захоплює верхній шар літосфери, майже всю гідросферу і нижні шари атмосфери. Термін «біосфера» ввів у науку в 1875 р. австрійський геолог Е. Зюсс (1831-1914). Під біосферою розумілася сукупність заселяющей поверхню планети живої матерії разом із середовищем проживання. Новий сенс цього поняття надав В.І. Вернадський, який розглядав біосферу як системне утворення, як геологічну оболонку Землі. Значимість цієї системи виходить за межі суто земного світу, вона являє собою ланка космічного масштабу.
Список використаної літератури:
1. Карпенків С.Х. Концепції сучасного природознавства: Підручник для вузів. - М.: Культура і спорт, ЮНИТИ, 1997.