Строение і еволюція зірок і планет

Министерство сільського господарства та продовольства Російської Федерации.

Тюменська Державна Сільськогосподарська Академия.

Кафедра философии.

Контрольна робота з дисципліни «Концепції сучасного естествознания».

Тема: Будова і еволюція зірок і планет.

Выполнила:

Тюмень 2003 г.

Виникнення і еволюція звезд.

Міжзоряний газ.

Знадобилося тисячолітнє розвиток науки, щоб людство усвідомило простий разом із тим величний факт, що зірки — це об'єкти, більш-менш схожі на Сонце, але віддалені ми на незрівнянно більші расстояния.

Майже половину століття міжзоряний газ досліджувався переважно шляхом аналізу які виникають у ньому ліній поглощения.

З’ясувалося, наприклад, що частенько ці лінії мають складну структуру, тобто складаються з кількох близько розташованих друг до друга компонент. Кожна така компонента виникає при поглинанні світла зірки у якомусь певному хмарі міжзоряному середовища, причому хмари рухаються друг щодо друга зі швидкістю, близька до 10 км/сек. І це наводить завдяки ефекту Доплера до незначному зміщення довжин хвиль ліній поглощения.

Щодо хімічного складу міжзоряного газу першому наближенні виявилося доволі близькими до хімічним складом Сонця і звезд.

Переважати елементами є водень і гелій, тоді як інші елементи ми можемо розглядати, як «домішки » .

Міжзоряне пыль.

До цього часу, говорячи про міжзоряному середовищі, ми мали через лише міжзоряний газ, але є і той компонент. Йдеться міжзоряному пилу. Ми згадували вище, що ще у столітті дебатувалося питання прозорості міжзоряного пространства.

Лише 1930 року з переконливістю було доведено, що міжзоряний простір справді ні прозрачно.

Поглинальна світло субстанція зосереджена досить тонкому шарі близько галактичної площині. Найбільше поглинаються сині і фіолетові промені, тоді як поглинання в червоних променях порівняно невелико.

Що таке за субстанція? Нині вже представляється доведеним, що поглинання світла зумовлено міжзоряному пилом, тобто твердими мікроскопічними частинками речовини, розмірами менше мікрона. Ці порошини мають складний хімічний состав.

Встановлено, що пилок мають досить витягнуту форму у якійто ступеня «орієнтуються », тобто напрями їх вытянутости мають тенденцію «вибудовуватися «у цьому хмарі більш-менш паралельно. Через це проходить через тонку середу зоряний світло стає частково поляризованным.

Стадії зоряної эволюции.

Цей процес відбувається є закономірним, тобто неминучим. У насправді, теплова нестійкість міжзоряному середовища неминуче веде до її фрагментації, тобто до поділу деякі, порівняно щільні хмари й межоблачную середу. Проте власна гравітація неспроможна стиснути хмари — при цьому вони досить щільні і великі. Однак «входить у гру «міжзоряний магнітне полі. У системі силових ліній цього поля неминуче утворюються доволі глибокі «ями », куди «стікаються «хмари міжзоряному среды.

Це спричиняє освіті величезних газово-пылевых комплексів. У цих комплексах утворюється шар холодного газу, оскільки іонізуюче міжзоряний вуглець ультрафіолетове випромінювання зірок сильно поглинається що у щільному комплексі космічної пилом, а нейтральні атоми вуглецю сильно охолоджують міжзоряний на газ і «термостатируют «його за дуже низької температурі - порядку 5;

10 градусів Кельвіна. Позаяк у холодному шарі тиск газу одно зовнішньому тиску навколишнього більш нагрітого газу, то щільність у тому шарі значно вища і становить тисяч атомів на кубічний сантиметр. Під упливом власної гравітації холодний шар, коли воно сягне товщини близько парсека, почне «фрагментировать «деякі, ще більше щільні згустки, які під впливом власної гравітації продовжуватимуть стискатися. Таким цілком природним чином у міжзоряному середовищі виникають асоціації протозвезд. Кожна така протозвезда еволюціонує зі швидкістю, яка від її массы.

Коли значна частина маси газу перетворитися на зірки, міжзоряний магнітне полі, яке своїм тиском підтримувало газово-пылевой комплекс, природно, нічого очікувати впливати на зірки й молоді протозвезды. Під упливом гравітаційного тяжіння Галактики вони почнуть падати до галактичної площині. Отже, молоді зоряні асоціації завжди повинні наближатися до галактичної плоскости.

Не недавно астрономи вважали, що у освіту зірки з межзвёздных газу та пилу потрібні мільйони. Та протягом останніх останні роки були отримані разючі фотографії області неба, входить до складу Великий Туманності Оріона, де вже протягом кілька років з’явилося невеличке скупчення зірок. На знімках 1947 г. тут було видно група трьох звездоподобных об'єктів. До 1954 р. окремі стали продовгуватими, а до 1959 г. ці довгасті освіти розпалися деякі зірки — вперше у історії всього людства люди спостерігали, народження зірок буквально на глазах.

Цей безпрецедентний випадок показав астрономам, що зірки можуть народжуватися за короткий інтервал часу, і здавалися раніше дивними думки про те, що зірки часто виникають в групах, чи звёздных скупчення, виявилися справедливыми.

Яким є механізм їх виникненню? Чому багато років астрономічних візуальних і фотографічних спостережень неба лише тепер вперше це вдалося побачити «матеріалізацію «зірок? Народження зірки може бути винятковою подією: у багатьох ділянках неба існують умови, необхідних появи цих тел.

Через війну докладного вивчення фотографій туманних ділянок Чумацького Шляху вдалося знайти маленькі чорні цятки неправильної форми, чи глобулы, які становлять масивні скупчення пилу й газу. Вони виглядають чорними, бо випускають власного світла, і перебувають між нами і яскравими зірками, світ що вони заступають. Ці газово-пылевые хмари містять частки пилу, дуже які поглинають світло, що йде від розташованих по них зірок. Розміри глобул величезні - за кілька світлових років у поперечнику. Попри те що, що речовина у тих скупчення дуже разрежено, загальний обсяг їх такий високий, що її цілком вистачає на формування невеликих скупчень зірок, щодо маси близьких до Сонцю. Щоб уявити, що з глобул виникають зірки, пригадаємо, що всі зірки випромінюють та його випромінювання тисне. Розроблено чутливі інструменти, які реагують на тиск сонячного світла, що проникає крізь товщу земної атмосфери. У чорної глобуле під впливом тиску випромінювання, испускаемого оточуючими зірками, відбувається стиснення і ущільнення речовини. Усередині глобулы гуляє «вітер », разметающий на усіх напрямах на газ і пилові частки, отже речовина глобулы досі у безупинному турбулентном движении.

Глобулу можна як турбулентну газовопилову масу, яку зусебіч тисне випромінювання. Під впливом цього тиску обсяг, заповнюваний газом і пилом, буде стискатися, стаючи, дедалі менше. Таке стиснення відбувається у протягом певного часу, залежить від оточуючих глобулу джерел випромінювання та інтенсивності останнього. Гравітаційні сили, виникаючі через концентрації маси центрі глобулы, теж прагнуть стиснути глобулу, примушуючи речовина падати до її центру.

Падаючи, частки речовини набувають кінетичну енергію та розігрівають газово-пылевое облако.

Падіння речовини може тривати сотні років. Спочатку воно відбувається повільно, неквапливо, оскільки гравітаційні сили, котрі притягують частки до центра, ще дуже слабкі. Невдовзі, коли кулька дедалі менше, а полі тяжіння посилюється, падіння починає відбуватися швидше. Але, як ми знаємо, кулька величезна, щонайменше світлового року у діаметрі. Це означає, що відстань від її зовнішнього кордону до центру може перевищувати 10 трильйонів кілометрів. Якщо частка від краю глобулы почне падати до центра зі швидкістю трохи менше 2км/с, то центру вона до лише крізь 200 000 років. Спостереження показують, що швидкість руху газу та частинок пилу насправді вулицю значно більше, тому гравітаційне стиснення відбувається значно быстрее.

Падіння речовини до центра супроводжується дуже частими зіткненнями частинок і переходом їх кінетичної енергії в теплову. Через війну температура глобулы зростає. Кулька стає протозвездой й починає світитися, оскільки енергія руху частинок перейшов у тепло, вгріла пилюка та газ.

У цьому стадії протозвезда ледь видно, адже основна частка її випромінювання посідає далёкую інфрачервону область. Зірка не народилася, але зародок її з’явилися. Астрономам поки що невідомо, скільки часу потрібно протозвезде, аби досягти стадії, коли він починає світитися як тьмяний червоний кулю та стає видимої. По різним оцінкам, цей час коштує від тисяч за кілька мільйонів років. Проте, пам’ятаючи появу зірок у Великій Туманності Оріона, стоїть, мабуть, вважати, що близька до реальності оцінка, яка дає мінімальне значення времени.

Серед численних небесних світил, досліджуваних сучасної астрономією, особливу увагу займають планети. Адже всі ми добре знаємо, що земля, де ми живемо, є планетою, отже планеты-тела, переважно схожі на нашу Земле.

Однак у світі планет ми зустрінемо двох, цілком схожий один на друга. Розмаїття фізичних умов на планетах дуже велике. Відстань планети від поверхні Сонця (отже, і кількість сонячного тепла, і температура поверхні), її розміри, напруга сили тяжкості лежить на поверхні, орієнтування осі обертання, визначальна зміну часів року, наявність і склад атмосфери, внутрішню будову і ще властивості різні в всіх дев’яти планет Сонячної системы.

Як свідчить вивчення умов, у яких можливо зародження подальший розвиток живої матерії, лише з планетах ми можемо шукати ознаки існування органічного життя. Саме тому вивчення планет, крім загального інтересу, має значення з погляду космічної биологии.

Вивчення планет має значення, крім астрономії, та інших областей науки, насамперед наук про Земле-геологии і геофізики, і навіть для космогонии-науки про походження та розвитку небесних тіл, зокрема і гідність нашої Земли.

Сучасні ставлення до планетах склалися не відразу. І тому знадобилося багато сторіч накопичення та розвитку знань і завзятій боротьби нових, прогресивних знань з поглядами старими, отживающими.

У древніх уявленнях Всесвіт Земля вважалася пласкою, а планети розглядалися лише як світні крапки над небесному зведенні, що вирізнялися від зірок лише, що вони переміщалися з-поміж них, переходячи із сузір'я в сузір'я. Натомість планети й одержали назва, що означає «блукаючі». Спостерігачам давнини, було, відомо п’ять планет: Меркурій, Венера, Марс, Юпітер і Сатурн.

Навіть якщо після того якою була встановлено куляста форма.

Землі, і було вперше визначено її розміри (Эратосфеном в III в. до зв. е.), коли стала очевидна обмеженість Землі у просторі, про природу планет ні чого був відомо. І усе ж таки поглядів видатних мислителів давнини: Анаксагора, Демокрита,.

Эпикура, Лукреція ми зустрінемо ідеї про матеріальності і бесконечности.

Всесвіту, заповненою незліченним кількістю світів, таких як наш, причому чимало їх може бути населені живими существами.

Ці мислителі висловлювали дуже цікаві ідеї, й про природу небесних тел.

Освіта планет.

.Повернімося до супутникам за наше Сонце, до тих шматків туманності, які відірвалися Центрального згустку під впливом відцентровій сили та почали кружляти навколо неї. Саме створюються умови, які б поділу легень і важких частинок туманності. Відбувається щось таке як наш древній спосіб видобутку золота промиванням з золотоносного піску чи просіювання збіжжя у молотилках. Струмінь води чи повітря забирає легкі частки, залишаючи важкі. Облака-спутники перебувають у дуже різних відстанях від поверхні Сонця. Далекі воно майже гріє. Натомість у близких.

— його жар випаровує все здатне випаруватися. А його сліпучий найяскравіший світло, працюючи як своєрідний «вітер », видуває їх все испарившееся, взагалі усе легке, залишаючи лише те, що важче, що «не зрушиш з місця » .Тож тут майже залишається легких газів — водню і гелію, основною складовою газо-пылевой туманності. Мало залишається інших «летючих «веществ.

Усе це несеться гарячим «вітром «вдалину. Через війну кілька днів хімічний склад облаков-спутников стає зовсім різних. У далеких — майже посутньо не змінився. На тих, що кружляють поблизу источающего жар і світло Сонця, залишився лишь.

" прожарений «і «обдутий «матеріал — виділена «дорогоцінна життєво важлива домішка «важких елементів. Матеріал до створення населеної планети готовий. Починається процес превращения.

" матеріалу «в «виріб », частинок туманності - в планеты.

Етап перший — злипання частинок. У далеких хмарах — супутниках численні молекули легких газів і рідкісні легкі порошини потроху збираються в величезні пухкі кулі малої щільності. Це планети групи Юпітера. У хмарахсупутниках, близьких до Сонцю, важкі порошини злипаються в щільні кам’янисті грудки. Вони об'єднують у величезні масивні скелясті брили, жахливими сірими незграбними громадами які пливли по орбітам навколо своєї зірки. Рухаючись з різних, іноді пересекающимся орбітам, ці «астероїди », площею десятки кілометрів кожен, зіштовхуються. Коли невеличкий відносної швидкості, те, як бы.

" удавлюються «як інший, «нагромаджуються », «налипают «між собою. Об'єднуються до більших. Коли великий швидкості, то мнуть, кришать одне одного, породжуючи нову «дрібниця », незліченні уламки, осколки, які знову проходять довгий шлях объединения.

Сотні мільйонів років іде той процес злиття дрібних частинок в великі небесні тіла. У міру збільшення своїх розмірів вони стають дедалі більше кулястими. Зростає маса — зростає тяжкість з їхньої поверхні. Верхні верстви тиснуть на внутренние.

Виступаючі частини виявляються вантажем важчим та поступово занурюються у товщу нижележащих мас, розсовуючи їх під собою. Ті, відходячи убік, заповнюють собою западини. Грубий «кому «поступово згладжується. Внаслідок чого поблизу Сонця утворюються кілька порівняно невеликих за величиною, але ж надто щільних, які з дуже важкого матеріалу, планет земної групи. У тому числі - Земля.

Усі вони суттєво різняться від планет групи Юпітера багатством хімічного складу, безліччю важких елементів, великим питому вагу. Тепер подивімося на Землю. На зоряному тлі, освітлений з одного боку яскравими сонячним промінням, пливе маємо величезний кам’яний кулю. Він не гладкий не рівний. Ще стирчать де-не-де виступи слепивших його брил. Ще «читаються «в повному обсязі заплилі «шви «з-поміж них. Поки що це «груба робота » .Але що цікаво. Вже є атмосфера. Трохи каламутна, очевидно, від пилу, але не матимуть хмар. Це видавлені у надрах планети водень і гелій, які у свого часу прилипнули до кам’янистим частинкам і ще якимось дивом збереглися, були «сдуты «сонячним промінням. Первинна атмосфера Землі. Довго вона протримається. «Не києм, то палицею «Сонце знищить її. Легкі рухливі молекули водню і гелію під впливом нагріву сонячним промінням будуть поступово випаровуватиметься до космосу. Цей процес відбувається называется.

" диссипацией «.

Етап второй-разогревание. 0Внутри планети, в суміші коїться з іншими виявляються затиснутими, «замкненими «радіоактивні вещества.

Вони вирізняються тим, що безупинно виділяють тепло, трохи помітно нагріваються. Однак у товщі планети цьому теплу нікуди вийти, немає вентиляції, немає омывающей вологи. Із них — потужна «шуба «з вышележащих верств. Тепло накопичується. Від цього радіоактивного розігріву починається розм’якшення всієї товщі планети. У размягченном вигляді речовини, свого часу хаотично, безсистемно слепившие її, починають тепер розподіляться на вагу Важкі поступово опускаються, тонуть до центра. Легкі видушуються ними, піднімаються вище, спливають усе ближче до. Поступово планета набуває будова, подібне нинішньої нашій землі, — у центрі, вузьке жахливим вагою навалившихся згори верств, важке ядро. Воно оточене «мантією «товстим шаром речовини легше весом.

І, насамкінець, зовні зовсім тонка, завтовшки лише кількох десятків кілометрів, «кора », що складається з найбільш легких гірських порід. Радіоактивні речовини переважно зберігають у легких породах. Тому тепер вони зібралися у «корі «, гріють її. Основне тепло із поверхні планети іде у космос, — від планети «трохи повіяло теплом ». На глибині десятків кілометрів тепло зберігається, розігріваючи гірські породы.

Етап третій — вулканічна діяльність. 0 У певних місцях надра планети розпалюються до червоного. Потім ба більше. Камені плавляться, перетворюються на розпечену, підсвічену оранжево-белым світлом вогненну кашу «магму » .У товщі кори їй тісно. У ньому повно стиснутих газів, котрі були б підірвати, розкидати усю цю магму в різні боки вогненними бризками. Але сил при цьому бракує. Занадто міцна і важка навколишня і придавившая згори кора планети. І вогненна магма, намагаючись хоч якось вирватися нагору, волю, намацує між стискаючими її брилами слабких місць, них протискується в щілини, подплавляя її стінку своїм запалом. І, потрохи з роками, століттями набираючи сили, піднімається із глибин до планети. І тепер перемога! «Канал «пробит!

Потрясаючи скелі, з гуркотом виривається у надрах стовп вогню. Клуби диму і кілька здіймаються догори. Летять вгору камені та пепел.

Вогняна магма, що називається тепер «лава », виливається лежить на поверхні планети, розтікається убік. Відбувається виверження вулкана. Таких «пробитих зсередини дірок «планети багато. Вони допомагають молодий планеті «боротися з перегрівом » .Через них вона звільняється з накопиченої вогненної магми, «видихає «распирающие її гарячі гази переважно вуглекислий на газ і водяну пару, і з ними.

— різні домішки, такі, як метан, аміак. Поступово у атмосфері майже зникли водень і гелій, і вона почала належати до основному з вулканічних газів. Кисню у ній поки що і близько. Для життя ця атмосфера цілком непридатна. Дуже важливо було, що вулкани викидають на поверхню дуже багато водяної пари. Він збирається у хмари. У тому числі на поверхню планети ллються дожди.

Вода стікає в низини, накопичується. І, потрохи планети утворюються озера, моря, океани, у яких може розвинутися жизнь.

Освіта сонячної системы.

Ви вже двоє століть проблема походження Сонячної системи хвилює видатних мислителів нашої планети. Цією проблемою займалися, починаючи з філософа Канта і математика Лапласа, плеяда астрономів і фізиків XIX і XX столетий.

І все-таки до цього часу досить далекі від розв’язання проблеми. Але протягом останніх десятиліття прояснився питання про шляхи еволюції зірок. І хоча деталі народження зірки з газово-пылевой туманності ще не зрозумілі, ми тепер чітко уявляємо, що із нею відбувається протягом мільярдів років подальшої эволюции.

Переходячи до викладу різних космогонічних гіпотез, сменявших одна іншу впродовж двох останніх століть, розпочнемо з гіпотези великого німецького філософа Канта і теорії, яку через кілька десятиріч незалежно запропонував французький математик Лаплас. Передумови до створення цих теорій склали іспит временем.

Крапки зору Канта і Лапласа у низці важливих питань різко відрізнялися. Кант виходив з еволюційного розвитку холодної пилової туманності, під час якого спочатку виникло центральне масивне тіло — майбутнє Сонце, і потім планети, тоді як Лаплас вважав початкову туманність газової і дуже гарячої дуже швидко обертання. Стискуючись під впливом сили всесвітнього тяжіння, туманність, внаслідок закону збереження моменту кількості руху, спілкувалась дедалі швидше і швидше. Через великих відцентрових сил від цього послідовно відокремлювалися кільця. Потім конденсировались, створюючи планеты.

Отже, відповідно до гіпотези Лапласа, планети утворилися раніше Сонця. Проте, відмінності, загальної важливу особливість є уявлення, що Сонячна система виникла результаті закономірного розвитку туманності. Тож і ми прийнято називати цю концепцію «гіпотезою Канта-Лапласа».

Однак це теорія стикається з труднощами. Наша Сонячна система, що складається з дев’яти планет різних ж розмірів та мас, має особливістю: незвичне розподіл моменту кількості руху між центральним тілом — Сонцем і планетами.

Момент кількості руху є одну з найважливіших характеристик будь-якої ізольованій від зовнішнього світу механічної системи. Саме як такий систему можна розгледіти Сонце і оцінили оточуючі його планети. Момент кількості руху можна з’ясувати, як «запас обертання» системи. Це обертання складається з орбітального руху планет і обертання навколо осей Сонця і планет.

Левову частку моменту кількості руху Сонячної системи зосереджена орбітальному русі планет-велетнів Юпітера и.

Сатурна.

З погляду гіпотези Лапласа, це зовсім незрозуміло. У період, як від початкової, швидко обертовою туманності відмежувалося цілком кільце, верстви туманності, з яких сконденсировалось Сонце, мали (на одиницю маси) приблизно такою самою момент, як речовина відокремленого кільця (оскільки кутові швидкості кільця і залишилися частин були приблизно однакові). Оскільки маса останнього було значно менше основний туманности.

(«протосолнца»), то повний момент кількості руху кільця може бути набагато меншою, ніж в «протосолнца». У гіпотезі Лапласа відсутня будь-якої механізму передачі моменту від «протосолнца» до кільцю. Тому впродовж доведена всією подальшою еволюції момент кількості руху «протосолнца», та був і Сонця може бути значно більше, ніж в кілець і які утворилися їх планет. Але це висновок суперечить з фактичним розподілом кількості руху між Сонцем і планетами.

Для гіпотези Лапласа ця труднощі виявилася непреодолимой.

Зупинимося на гіпотезі Джинсу, що отримала поширення першої третини нинішнього століття. Вона цілком протилежна гіпотезі Канта-Лапласа. Якщо воно малює освіту планетарних систем як закономірний процес еволюції від простого до складного, то гіпотезі Джинсу освіту таких систем є діло случая.

Вихідна матерія, з якому потім утворилися планети, була викинута з Сонця (яка того часу вже було достаточно.

«старим» і більш схожою на нинішнє) при випадковому проходженні поблизу нього деякою зірки. Це проходження був такий близьким, що можна розглядати практично як зіткнення. Завдяки приливним силам із боку налетевшей на Сонце зірки, з поверхневих верств Сонця викинуто струмінь газу. Ця струмінь залишиться у сфері тяжіння Сонця і по тому, як зірка відходитиме повністю від Сонця. Потім струмінь скондесується праці й початок планетам.

Якби гіпотеза Джинсу була правильної, число планетарних систем, які утворилися за ці десять мільярдів років еволюції, можна була перелічити на пальцях. Але планетарних систем фактично багато, отже, ця гіпотеза неспроможна. І нізвідки слід, що викинута з Сонця струмінь гарячого газу може сконденсироваться в планети. Отже, космологічна гіпотеза Джинсу виявилася несостоятельной.

1. І. З. Шкловський. Зірки: їх народження, життя й смерть.

2. П. І. Бакулин. Курс загальної астрономии.

3. Ю. М. Єфремов. У глибини Вселенной.

4.Энцеклопедический 0 словник юного астронома, М.:Педагогика, 1980 р. Астрономія: Учеб. для 11 кл. середовищ шк ., М: Провсещение, 1990 г.

5.Клушанцев П. В. 2 «0Одиноки ми у Всесвіті? 2 «0:Дет.лит., 1981 г. Эврика-89, М: Мол. гвардия, 1991 г.

Пошуки життя жінок у Сонячну систему: Пер. с анг. М.:Мир, 1988 г.

———————————- Інфрачервона съёмка народження звезды.