В.А. Магницкий - Общая геофизика (скан) (1119281), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Катастрофические гипотезы встречают намного больше трудностей, чем небулярная гипотеза, при объяснении последователь .эсти процессов формирования планет, поэтому общепринятбй в настоящее время является небулярная. Она хорошо согласуется с современными взглядами на образование звезд и объясняет многие закономерности строения Солнечной системы.
Наиболее трудно объяснимыми остаются такие факторы, как, во-первых, несоответствие между распределением массы вещества в Солнечной системе (более 99% принадлежит Солнцу) и момента количества движения (98% принадлежит планетам), вовторых, химическое несоответствие между планетами-гигантами и планетами земной группы и, в-третьих, неполная ясность механизма конденсации. В настоящее время в рамках небулярной гипотезы первое несоответствие объясняется взаимодействием между магнитным полем Солнца и ионизованным газопылевым облаком, которое может привести к передаче момента во внешние части сжимающегося облака.
К такому же результату могут привести и эффекты турбулентности в облаке. На важность химических данных в теории происхождения Солнечной системы впервые указал Юри. Различные тела Солнечной системы образованы в основном тремя группами химических элементов. Около 90% массы Солнца составляют водород и гелий (1 группа), около 1,5 — углерод, азот и кислород (11 группа) и около 0,25% — магний, железо и кремний (111 группа). Планеты земной группы (Меркурий, Венера, Земля, Марс) и астероиды обладают значительной плотностью и состоят преимущественно из Мя, Ге и Я, Юпитер и Сатурн крупнее земных планет, их состав (в основном Н и Не) возможно, мало отличается от состава Солнца или первичной околосолнечной туманности.
Состав Урана и Нептуна определяется твердыми соединениями элементов 11 группы: метаном, аммиаком и льдом. Таким образом, во время формирования планет должна была происходить сильная химическая дифференциация. Менее летучие элементы 111 группы должны были выделиться из облака в окрестностях планет земной группы, когда облако вытягивалось под действием магнитных или иных сил. Тогда же водород 12 и гелий, составлявшие свыше 907,' всей первоначальной массы облака, интенсивно улетучивались в окружающее пространство в окрестностях Юпитера и Сатурна. Однако механизм этого "выдувания" неясен.
Можно нижеследующим образом подытожить возможные стадии формирования Солнечной системы. За счет сил гравитации Солнце сжималось, и поэтому его угловая скорость постепенно увеличивалась. При этом вращающийся газопылевой диск вытягивался в экваториальной плоскости. Как впервые предположил Лаплас, околосолнечное облако образовалось после того, как вещество было выброшено с солнечного экватора, когда центробежная сила превысила силы тяготения. В результате передачи момента количества движения от Солнца к облаку (возможно, за счет взаимодействия магнитного поля Солнца (- 1Гс) с ионизованной частью облака) вращение Солнца замедлилось, облако расширилось до размеров всей Солнечной системы. С перераспределением от Солнца к облаку момента количества движения связана общая потеря энергии вращения, что могло произойти вследствие излучения облаком частиц высокой энергии при внезапных возмущениях магнитного поля.
При этом могли образоваться легкие элементы, например литий, и некоторые короткоживущие радиоактивные изотопы, например А1 При интенсивном истечении первичных Н и Не в окружающее пространство началась химическая дифференциация: на месте будущих внешних планет концентрировались Н и Не, на месте планет земной группы — кремний, железо и магний, По мере охлаждения околосолнечное облако конденсировалось в пылинки и более крупные частицы, двигавшиеся по эллиптическим орбитам вокруг Солнца в поле его тяготения. Частицы с близкими орбитами сталкивались и слипались, вырастая до размеров крупных тел.
Когда тела достигли размеров 1 км и более, процесс столкновения и слипания усилился за счет тяготения. В конечном счете образовались планеты, их спутники и астероиды. / Большая часть газа и пыли, составлявших первичное облако, заключена в этих телах или же рассеялась в пространстве. В процессе аккреции момент количества движения продолжал передаваться пока неизвестным способом от облака к новообразованиым планетам и спутникам. На начальных стадиях аккреции малые тела, возможно, сильно разогРевались из-за распада радиоактивных изотопов, в частности А126.
Эти изотопы могли появиться в результате облучения облака части- цами высокой энергии. Разогрев мог вызвать разделение железоникелевой и силикатной фаз и другие тепловые процессы в образовавшихся телах. Метеориты возникли в результате разрушения некоторых тел. Процесс образования Солнечной системы в основном закончился около 4,5 млрд лет назад, и с тех пор общая структура системы не претерпела существенных изменений. За это время могли произойти захваты планетами спутников, а скорость вращения планет, особенно Меркурия, Венеры и Земли, могла замедлиться под воздействием приливного трения.
ГЛАВА 3 ГРАВИТАЦИЯ И ФИГУРА ЗЕМЛИ ЗЕМЛЯ И ДРУГИЕ ПЛАНЕТБ1 СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМБГ Земля — космическое тело. Как уже было отмечено, ее происхождение и эволюция связаны с происхождением и эволюцией Солнечной системы, Галактики и Вселенной. Рассмотрим некоторые основные параметры нашей планеты как космического тела и сравним их с аналогичными параметрами других планет. Под планетами понимают космические тела, масса которых изменяется в пределах 1017 — 1026 т. Вещество в планетах находится в конденсированном состоянии и эволюционирует за счет процесса гравитационной дифференциации, радиогенной энергии и т.д.
Тела с массами ниже 1017 т не эволюционируют, так как время их эволюции порядка времени образования (аккумуляции). В космических телах с М>10~~ т начинают протекать термоядерные реакции, свойственные звездам. К настоящему времени в Солнечной системе обнаружено 9 планет, 32 спутника, более 150 тыс. астероидов, около 100 комет. Все планеты движутся вокруг Солнца в одном направлении: в направлении вращения Солнца, по эллиптическим, близким к круговым орбитам, почти в одной плоскости — плоскости эклиптики.
Большинство спутников планет также обращается в плоскости эклиптики. В том же направлении происходит вращение планет, кроме Венеры и Урана. Положение практически всех планет и спутников в одной плоскости — тонком диске — дало основание предполагать, что все они образовались из газа (или газопылевого облака), сконденсировавшегося в такой диск. Фактически вращение происходит вокруг общего центра масс всей Солнечной системы. о Ось вращения Солнца составляет 7 к нормали к эклиптике.
Наклоны осей вращения планет (см. табл. 1) предположительно обьясняюгся воздействием на них космических тел. В частности, нао клон оси Земли на 23,5 связывается с падением на нее тела диаметром примерно 1000 км и массой 10~~ т. Подобными же причинами объясняются наклоны осей и обратное вращение Венеры и Урана, Планеты делятся на две группы: внутренние (Меркурий, Венера, Земля Марс) и внешние (Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон). нутренние планеты подобны Земле: имеют сравнительно небольшие размеры и выСокие плотности--за- счет- содержания тяжелых оксидов и наличия железистого ядра.
Для этих планет характерны повышенная концентрация углерода, азота и кислорода и недостаток водорода и гелия. Внешние планеты в свою очередь делятся на две подгруппы: планеты-гиганты Юпитер и Сатурн (их радиусы соответственно 11 и 9 земных), состоящие в основном из смеси водорода и гелия, и планеты Уран, Нептун и Плутон, состоящие из водорода в соединении с углеродом, азотом и кислородом (в основном вода в жидком и льдистом состоянии).
Между внутренними и внешними планетами располагается пояс каменных астероидов (малых планет), число которых превосходит 3 тыс. Средний период обращения астероидов 4,7 года. Самая большая из малых планет — Церера, 770 км в диаметре, масса около 1/8000 массы Земли. Самые малые имеют диаметр около 1 км. Ближе, чем Меркурий, подходит к Солнцу Икар, к Сатурну ближе всего подходит Гидальго. ФИГУРА ЗЕМЛИ И СИЛА ТЯЖЕСТИ Приступая к изучению явлений, происходящих на Земле и в ес недрах, естественно прежде всего рассмотреть вопрос о том, каков общий вид, или фигура, Земли, Мысль о том, что Земля имеет форму шара, была высказана Пифагором еще в 530 г.
до н.э, Эратосфен в 200 г. до н,э. сделал первую попытку определить размеры земного шара. Измерив на поверхности некоторую дугу Ь большого круга и соответствующий ей центральный угол ~р, Эратосфен определил радиус Я Земли из соотношения (1.1) .Только в конце ХУП столетия форма и размеры Земли стали рассматриваться не только как геометрическая, но и как физическая проблема. Ньютон в "Математических началах. натуральной философии" изложил теорию фигуры Земли на основе закона всемирного тяготения. Он был первым, кто показал, что из-за вращения Земля должна быть не сферой, а эллипсоидом вращения, полярный радиус Я „которого меньше экваториального Я „т.е.
Земля сплюснута по оси вращения. Ньютон впервые вычислил сжатие Земли по формуле а = (Я вЂ” Я„)/Я . (1.2) Рассмотрим однородную пластичную модель Земли, которая не вращается вокруг оси. В этом случае сила тяжести, действующая на единицу массы на поверхности, была бы направлена к цент1б "2 4, Рис.
1.2. Модель зллипсоидальной вращающейся Земли. МА — сила тяготения, МА1, МА2 — ее вертикальная и горизонтальная проекции, Уц, У1, У2 — центробежная сила и ее вертикальная и горизонтальная проекции Рис. 1.1. Модель круглой вращающейся Земли. МА — сила тяжести, Уц — центробежная сила, 1' — горизонтальная проекция У„, направленная к экватору МА яп у = в~Я сов р' яп р. Если это равенство не выполнено, то возникнет сила, стремящаяся сместить единичную массу к экватору или к полюсу.
В направлении по нормали на единичную массу будет действовать сила МА — ~1 = МА сову — го2Я сов р' сов р, которая и определяет ускорение свободного падения я. При условии, что у = р', получаем ~ = МА сов у — го2 Л соз2 р. (1.3) 17 ру. Обозначим эту силу вектором МА. Земля в этом случае имела бы форму шара с радиусом Я = ОМ (рис. 1.1).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
