11047 (Концепции современного естествознания)

ПЛАН

1. Современная теория эволюционного развития звезд из газово-пылевой материи в результате гравитационной неустойчивости и сил взаимодействия

2. Происхождение Земли и других планет солнечной системы

   1. Происхождение Земли

   2. Происхождение планет солнечной системы

3. Закон №18 «Аксиома сознания и психики человека»

4. Закон №48 «Принцип максимизации мощи»

2. Современная теория эволюционного развития звезд из газово-пылевой материи в результате гравитационной неустойчивости и сил взаимодействия

Образование звезд как отдельных элементов Вселенной принципиально не отличается от моделей создания Вселенной в целом по теории Большого взрыва. Согласно этой модели, все элементы Вселенной образовались в результате термоядерных реакций. Звезды рождаются из космического вещества в результате его конденсации под действием гравитационных, магнитных и других сил. Под влиянием сил всемирного тяготения из газового облака образуется плотный шар – протозвезда. При этом ее эволюция проходит три этапа.

Любая видимая звезда представляет собой вращающийся шар раскаленного газа. От массы газа зависит сила тяготения звезды, плотность, размеры, возможные температуры и время существования.

Образование звезд имеет следующие этапы:

1. На первом этапе существует газопылевое облако, в котором частички газа и пыли начинают притягиваться друг к другу.

2. В процессе этого притяжения облако начинает разогреваться.

3. При достижении температуры в ядре звезды в 10 млн градусов Цельсия начинается термоядерная реакция. Водород превращается в гелий, что сопровождается излучением во всех частях спектра. Благодаря этому излучению звезда становится звездой, т.е. видимым космическим объектом. После начала термоядерной реакции звезда проходит следующие этапы существования:

   • нормальные или желтые звезды. Находятся на этапе выгорания водорода. В нормальных звездах по мере выгорания водорода формируется гелиевое ядро, которое отделено от водородной оболочки зоной конвекции и излучения. Выгорание водорода также сопровождается потерей массы звезды, а следовательно, уменьшением силы гравитации, стягивающей вещество звезды к центру. Когда сила излучения превышает силу гравитации, происходит расслоение гелиевого ядра и водородной оболочки, начинающей удаляться от ядра. Звезда переходит в состояние сверхгиганта или красного гиганта;

   • в течение второго этапа (красный гигант) гелиевое ядро звезды сжимается, а размеры звезды значительно увеличиваются за счет того, что водородная оболочка удаляется от ядра. Масса красного гиганта начинает сокращаться не только из-за горения водорода, но и из-за потерь вещества на внешней оболочке звезды. Когда внешний слой истощается, он рассеивается в космическом пространстве, и от звезды остается только горячее гелиевое ядро. Звезда переходит на этап существования в виде белого карлика;

   • гравитационное сжатие ядра продолжается на этапе белого карлика. Первоначально поверхность белого карлика имеет очень большую температуру (до десятков тысяч градусов), но затем быстро остывает. Диаметр белого карлика составляет лишь 5-10 тыс. км, т.е. сравним с диаметром земли;

   • на четвертом этапе продолжающееся сжатие ядра и ускорение вращения вокруг своей оси приводит к его уплотнению и схлопыванию атомов. Электроны соединяются с протонами и образуются нейроны. Белый карлик превращается в нейронную звезду. Размер такой звезды составляет лишь несколько десятков километров, скорость вращения вокруг оси – несколько сотен оборотов в минуту. Колоссальная плотность нейронной звезды приводит к такому искривлению пространства вокруг нее, что вещество звезды стремится к сжатию в точку. Нейронная звезда превращается в черную дыру;

   • этап черной дыры характеризуется такой концентрацией массы в пространстве, что в одной чайной ложке оказалось бы 100 млн метрических тонн вещества. Все объекты и излучения, находящиеся в зоне гравитационного действия черной дыры, стремятся к ней. Размер черной дыры составляет 2-3 км. Конечная стадия существования черных дыр – взрыв и рассеивание вещества. На этой стадии существования звезды можно считать окончательно завершенным.

Преобразование протозвезды в звезду растягивается на миллионы лет, что сравнительно немного по космическим масштабам. Скорость прохождения звездой перечисленных этапов существования зависит от ее размеров. Большие звезды проходят все перечисленные этапы быстрее.

Несколько иначе развиваются более массивные звезды. В них очень быстро выгорает водород, и они превращаются в красные гиганты всего за 2,5 млн лет. При этом в их гелиевом ядре температура повышается до нескольких сотен миллионов градусов, что дает возможность протекания реакций углеродного цикла – слияние ядер гелия в углерод.

Образование же наиболее тяжелых ядер, замыкающих таблицу Менделеева, предположительно происходит в оболочках взрывающихся звезд, при их превращении в новые или сверхновые звезды, которыми становятся некоторые красные гиганты. В зашлакованной звезде нарушается равновесие, электронный газ более не способен противостоять давлению ядерного газа. Наступает коллапс – катастрофическое сжатие звезды, она «взрывается внутрь».

Взрыв сверхновой звезды связан с выделением чудовищного количества энергии. При этом рождаются космические лучи, намного повышающие естественный радиационный фон и нормальные дозы космического излучения. Кроме того, при взрыве сверхновых идет сброс всей внешней оболочки звезды вместе с накопившимися в ней «шлаками» - химическими элементами, результатами деятельности нуклеосинтеза. Поэтому межзвездная среда сравнительно быстро обретает все известные на сегодняшний день химические элементы тяжелее гелия. Звезды следующих поколений, в том числе и Солнце, с самого начала содержат в своем и в составе окружающего их газопылевого облака примесь тяжелых элементов.

Около половины всех звезд принадлежат к затменно-двойным звездам, представляющим собой систему двух звезд, вращающихся вокруг одного центра тяжести. Изменение положения этих звезд относительно наблюдателя на Земле приводит к периодическим изменениям яркости.

Звезды, возникшие из одного газопылевого облака, образуют звездные скопления. Различают шаровые звездные скопления, состоящие из старых звезд, и рассеянные скопления, состоящие из молодых звезд (с возрастом менее 60 млн лет). Шаровые скопления находятся в центрах галактик, а рассеянные на периферии.

Поскольку звезды удалены от земли на огромные расстояния, на небосводе они выглядят как неподвижные объекты. Поэтому могут быть использованы как способ ориентации в пространстве. Для удобства запоминания и использования звезды объединены в 88 созвездий. Среди них 12 созвездий называются зодиакальными. С Земли кажется, что Солнце, двигаясь на фоне звезд, проходит через эти созвездия в течение года.

Все звезды в созвездиях имеют наименования по буквам греческого алфавита и названию созвездия. Наиболее яркая называется альфа, вторая по яркости – бета, третья – гамма и т.д. иногда звезды получают персональные имена, в первую очередь это относится к самым ярким звездам – Сириусу, Канопусу, Арктуру, Ригелю, Бетельгейзе, Антаресу и др.¹

2. Происхождение Земли и других планет солнечной системы

2.1 Происхождение Земли

Особое место в Солнечной системе занимает Земля – единственная планета, на которой в течение миллиардов лет развиваются различные формы жизни. Известно несколько гипотез о происхождении земли. Почти все они сводятся к тому, что исходным веществом для формирования планет Солнечной системы, в том числе и Земли, были межзвездная пыль и газы. Однако до сих пор нет однозначного ответа на вопросы: каким образом в составе планет оказался полный набор химических элементов таблицы Менделеева и что послужило толчком для начала конденсации газа и пыли в протосолнечную туманность. Некоторые ученые предполагают, что появление разнообразия химических элементов связано с внешним фактором – взрывом Сверхновой звезды в окрестностях будущей Солнечной системы. По-видимому, в недрах и газовой оболочке Сверхновой звезды в результате ядерных реакций происходил синтез химических элементов 0звездный нуклеосинтез). Мощный взрыв своей ударной волной мог стимулировать начало конденсации межзвездной материи, из которой образовалось Солнце и протопланетный диск, впоследствии распавшийся на отдельные планеты внутренней и внешней групп с поясом астероидов между ними. Такая начальная стадия формирования Солнечной системы называется катастрофической, так как взрыв Сверхновой звезды – природная катастрофа.

Есть противоположные мнения о тепловом состоянии Земли на разных стадиях ее развития. Вопреки гипотезе Канта-Лапласа об огненно-жидком исходном состоянии Земли, в первой половине XX в. обсуждалась идея об изначально холодной земле, недра которой в дальнейшем стали разогреваться вследствие тепла, выделяемого при распаде естественных радиоактивных веществ. Предполагается, что при таком разогреве начинается дифференциация вещества Земли на несколько оболочек и прежде всего на силикатную мантию и железное ядро. При этом нельзя исключать и радиоактивный источник тепла. Выделявшееся тепло повлекло за собой образование газов и водных паров, которые, выходя на поверхность, формировали воздушную оболочку – атмосферу – и водную среду нашей планеты.

Радиоактивным методом установлено, что возраст самых древних пород, найденных в земной коре, составляет около 4 млрд. лет. По оценкам некоторых ученых, формирование Земли длилось 5-6 млрд. лет. Понадобились миллиарды лет, чтобы образовалась наша планета Земля. Земной шар, сплюснутый у полюсов, вращаясь вокруг собственной оси, движется со средней скоростью около 30 км/с в космическом пространстве по эллиптической траектории вокруг Солнца.

Наша Земля удивительна и прекрасна. Такой ее представляли и представляют многие люди. Особенно прекрасной она выглядит из космоса, где впервые побывал наш соотечественник, космонавт Ю.А. Гагарин, совершивший 12 апреля 1961 г. первый в истории человечества полет на космическом корабле «Восток».²

2.2 Происхождение планет солнечной системы

Вопросами происхождения и нашей, и других планет солнечной системы занимается космогония. К сожалению, пока нет возможности проверить выводы теории на какой-то другой планетной семье.

Гипотеза, объясняющая происхождение, развитие Солнечной системы, должна дать ответы и объяснить следующие основные закономерности, наблюдаемые в строении, движении, свойствах Солнечной системы:

1. Орбиты всех планет (кроме орбиты Плутона) лежат практически в одной плоскости, почти совпадающей с плоскостью солнечного экватора.

2. Все планеты обращаются вокруг солнца по почти круговым орбитам в одном и том же направлении, совпадающем с направлением вращения Солнца вокруг своей оси.

3. Направление осевого вращения планет (за исключением Венеры и Урана) совпадает с направлением их обращения вокруг Солнца.

4. Средние расстояния планет от Солнца (за исключением Нептуна и Плутона) подчиняются определенному закону (правилу Тициуса-Боде).

5. Суммарная масса планет в 750 раз меньше массы Солнца, однако, на их долю приходится 98% суммарного момента количества движения всей Солнечной системы.

6. Планеты делятся на две группы, резко различающиеся между собой по строению, физическим свойствам, - планеты земной группы и планеты-гиганты.

7. Подавляющее число спутников обращается вокруг планет практически по круговым орбитам, лежащим в большинстве случаев в плоскости экватора планеты, причем направление этого обращения и вращения спутников совпадает с направлением осевого вращения планет.

История науки знает множество гипотез о происхождении Солнечной системы.

Немецкий философ И. Кант в своей книге «Всеобщая естественная история и теория неба» (1755) развил гипотезу, согласно которой в начале мировое пространство было заполнено материей, находившейся в состоянии первозданного хаоса. Под действием двух сил – притяжения и отталкивания – материя со временем переходила в более разнообразные формы. Элементы, имеющие большую плотность, по закону всемирного тяготения притягивали менее плотные, вследствие этого образовались отдельные сгустки материи. Под действием же сил отталкивания прямолинейное движение частиц к центру тяготения заменялось кругообразным. Вследствие столкновения частиц вокруг отдельных сгустков и формировались планетные системы.