Солнечная система

Размещено на http://allbest.ru

Министерство образования и молодежной политики Свердловской области

Филиал государственного автономного профессионального образовательного учреждения

Свердловской области «Карпинский машиностроительный техникум»

Солнечная система

Разработал: Свиридов Роман Сергеевич

Проверил преподаватель:

Тимшина Татьяна Николаевна

г. Волчанск

2021



Содержание

Введение

1. Формирование и эволюция Солнечной системы

2. «Открытие» и исследование Солнечной системы

2.1 Геоцентрическая и гелиоцентрическая системы

2.2 Исследования Солнечной системы

3. Общие данные

4. Объекты Солнечной системы

4.1 Меркурий

4.2 Венера

4.3 Земля

4.4 Марс

4.5 Юпитер

4.6 Сатурн

4.7 Уран

4.8 Нептун

4.9 Плутон

4.10 Солнце

4.11 Черные дыры

4.12 Кометы

4.13 Астероиды

4.14 Пояс Койпера

5. Теории формирования Солнечной системы

6. Жизнь в солнечной системе

Заключение

Список литературы

Приложение



Введение

Давным-давно люди смотрели в небо и видели звезды, только звезды, россыпи сверкающих алмазов. И каждую ночь они собирались вместе под необъятных размеров лоскутом черного бархата, усеянном миллионами звезд. Вся их жизнь была наполнена сказкой... Сказкой, которой нет конца, ибо все бесконечно. И каждый день в одно и то же время тускнели алмазы, скрываясь под пеленой Нового Дня. Темные краски Ночи сменялись переливающейся симфонией пламени, пришествие Дня ознаменовывалось появлением яркого огня. "Бог Огня вернулся..." - говорили древние. Огонь... Люди поклонялись ему вечно, со времен своего появления на этой земле. Он дал нам жизнь, пищу, все вокруг. Он дал нам Землю, на которой мы живем. Да будет он вечен...

Огонь, имя которому Солнце, действительно, дал нам свет, чтобы мы жили, дал нам тепло, чтобы мы чувствовали себя комфортно. Все вокруг возникло благодаря ему, Солнцу. Захватив из внешней среды газово-пылевое облако, Солнце обладает достаточной гравитационной силой, чтобы удержать вблизи не только нашу Землю, но и еще восемь планет и пояс астероидов. Периодически пролетают кометы, также движимые солнечной гравитацией. Все это вместе: Солнце, планеты, астероиды, кометы - в совокупности образует Солнечную систему. (См. Приложение 1)



1. Формирование и эволюция Солнечной системы

Согласно общепринятой в настоящее время гипотезе, формирование Солнечной системы началось около 4,6 млрд. лет назад с гравитационного сжатия небольшой части гигантского межзвёздного газопылевого облака. Это начальное облако было, вероятно, размером в несколько световых лет и являлось прародителем для нескольких звёзд.

В процессе сжатия размеры газопылевого облака уменьшались и, в силу закона сохранения углового момента, росла скорость вращения облака. Центр, где собралась большая часть массы, становился всё более и более горячим, чем окружающий диск. Из-за вращения скорости сжатия облака параллельно и перпендикулярно оси вращения различались, что привело к уплощению облака и формированию характерного протопланетного диска диаметром примерно 200 а. е. и горячей, плотной протозвездой в центре. Полагается, что на этой стадии эволюции Солнце было звездой типа T Тельца. Изучение звёзд типа T Тельца показывают, что они часто окружены протопланетными дисками с массами 0,001-0,1 солнечной массы, с подавляющим процентом массы туманности, сосредоточенным непосредственно в звезде. Планеты сформировались путём аккреции из этого диска.

В течение 50 млн. лет давление и плотность водорода в центре протозвезды стали достаточно высокими для начала термоядерной реакции. Температура, скорость реакции, давление и плотность увеличивались, пока не было достигнуто гидростатическое равновесие с тепловой энергией, противостоящей силе гравитационного сжатия. На этом этапе Солнце стало полноценной звездой главной последовательности.

Солнечная система, насколько известно сегодня, просуществует, пока Солнце не начнёт развиваться вне главной последовательности диаграммы Герцшпрунга - Рассела. Поскольку Солнце сжигает запасы водородного топлива, выделяющаяся энергия, поддерживающая ядро, имеет тенденцию к исчерпанию, заставляя Солнце сжиматься. Это увеличивает давление в его недрах и нагревает ядро, таким образом, ускоряя сжигание топлива. В результате Солнце становится ярче на примерно десять процентов каждые 1,1 млрд. лет, и станет ещё на 40 % ярче в течение следующих 3,5 млрд. лет.

Приблизительно через 7 млрд. лет с настоящего времени водород в солнечном ядре будет полностью преобразован в гелий, что завершит фазу главной последовательности; Солнце станет субгигантом. Ещё через 600 млн. лет внешние слои Солнца расширятся примерно в 260 раз по сравнению с нынешними размерами - Солнце перейдёт на стадию красного гиганта. Из-за чрезвычайно увеличившейся площади поверхности она будет гораздо более прохладной, чем при нахождении на главной последовательности (2600 К). Резко увеличившись, Солнце, как ожидается, поглотит ближайшие планеты Меркурий и Венеру. Земля, возможно, избежит поглощения внешними солнечными оболочками, но станет совершенно безжизненной, поскольку обитаемая зона сместится к внешним краям Солнечной системы.

В конечном итоге, в результате развития термических неустойчивостей, внешние слои Солнца будут выброшены в окружающее пространство, образовав планетарную туманность, в центре которой останется лишь небольшое звёздное ядро - белый карлик, необычно плотный объект в половину первоначальной массы Солнца, но размером только с Землю. Эта туманность возвратит часть материала, который сформировал Солнце, в межзвёздную среду.



2. «Открытие» и исследование Солнечной системы

Еще до открытия Солнечной системы люди думали, что Солнце и планеты движутся вокруг неподвижной Земли. Птолемей (II в. н.э.) наиболее подробно описал эту систему. Лишь в XVI веке Николай Коперник разработал гелиоцентрическую систему мира. Он утверждал, что именно Солнце, а не Земля находится в центре мира, что Земля вращается вокруг своей оси, за счет чего и существуют сутки (день, ночь).

То обстоятельство, что наблюдать, движения небесных светил человек был вынужден с поверхности вращающейся вокруг своей оси и движущейся по орбите Земли, на протяжении многих столетий препятствовало осознанию структуры Солнечной системы. Видимые движения Солнца и планет воспринимались как их истинные движения вокруг неподвижной Земли.

Невооружённым глазом с Земли можно наблюдать следующие объекты Солнечной системы: Солнце, Меркурий, Венеру (оба незадолго до восхода или сразу после захода Солнца), Марс, Юпитер и Сатурн; а также Луну. В бинокль или небольшой телескоп можно наблюдать 4 крупнейших спутника Юпитера (т. н. Галилеевы спутники), Уран, Нептун и Титан (самый крупный спутник Сатурна). Невооружённым глазом можно наблюдать также множество комет при их приближении к Солнцу. При сильном увеличении можно увидеть пятна на Солнце, фазы Венеры, кольца Сатурна и щель Кассини между ними.

2.1 Геоцентрическая и гелиоцентрическая системы

На протяжении долгого времени господствующей была геоцентрическая модель, в соответствии с которой в центре вселенной покоится неподвижная Земля, а вокруг неё по достаточно сложным законам движутся все небесные тела. Наиболее полно эта система была разработана античным математиком и астрономом Клавдием Птолемеем и позволяла с весьма высокой точностью описывать наблюдаемые движения светил.

Важнейший прорыв в понимании истинной структуры Солнечной системы произошёл в XVI веке, когда великий польский астроном Николай Коперник разработал гелиоцентрическую систему мира. В её основе лежали следующие утверждения:

· В центре мира находится Солнце, а не Земля;

· Шарообразная Земля вращается вокруг своей оси, и это вращение объясняет кажущееся суточное движение всех светил;

· Земля, как и все другие планеты, обращается вокруг Солнца по окружности, и это вращение объясняет видимое движение Солнца среди звёзд;

· Все движения представляются в виде комбинации равномерных круговых движений;

· Кажущиеся прямые и попятные движения планет принадлежат не им, но Земле.

Солнце в гелиоцентрической системе перестало считаться планетой, как и Луна, являющаяся спутником Земли. Вскоре были открыты 4 спутника Юпитера, благодаря чему исключительное положение Земли в Солнечной системе было упразднено. Теоретическое описание движения планет стало возможным после открытия законов Кеплера в начале XVII века, а с формулировкой законов тяготения количественное описание движения планет, их спутников и малых тел было поставлено на надёжную основу.

В 1672 году Джованни Кассини и Жан Рише определили расстояние до Марса, благодаря чему астрономическая единица получила выражение в земных единицах измерения расстояния.



2.2 Исследования Солнечной системы

История профессионального изучения состава Солнечной системы началась в 1610 году, когда Галилео Галилей открыл в свой телескоп 4 крупнейших спутника Юпитера. Это открытие явилось одним из доказательств, правильности гелиоцентрической системы. В 1655 году Христиан Гюйгенс открыл Титан - самый крупный спутник Сатурна. До конца XVII века Кассини были открыты ещё 4 спутника Сатурна.

XVIII век ознаменовался важным событием в астрономии - впервые с помощью телескопа была открыта ранее не известная планета Уран. Вскоре Дж. Гершелем, первооткрывателем новой планеты, были открыты 2 спутника Урана и 2 спутника Сатурна.

XIX век начался с нового астрономического открытия - был обнаружен первый звездо-подобный объект - астероид Церера, в 2006 году переведённый в ранг карликовой планеты. А в 1846 году была открыта восьмая планета - Нептун. Нептун был открыт «на кончике пера», то есть сначала предсказан теоретически, а затем обнаружен в телескоп, причём независимо друг от друга в Англии и во Франции.

В 1930 году Клайд Томбо (США) открыл Плутон, названный девятой планетой Солнечной системы. Однако в 2006 году Плутон потерял статус планеты и «стал» планетой карликовой. Во второй половине XX века было открыто множество крупных и совсем мелких спутников Юпитера, Сатурна, Урана, Нептуна, Плутона. Самую значительную роль в этой серии научных открытий сыграли миссии «Вояджеров» - американских АМС.

На рубеже XX-XXI веков был открыт ряд малых тел Солнечной системы, в том числе карликовые планеты, плутино, а также спутники некоторых из них и спутники планет-гигантов.



3. Общие данные

Солнечной системе около 5 млрд. лет. Расположение - Местное межзвёздное облако, Местный пузырь, рукав Ориона, Млечный Путь, Местная группа галактик. Ближайшая звезда - Проксима Центавра (4,21-4,24 св. лет), Система Альфа Центавра (4,37 св. лет)

Самая отдалённая планета от Солнца - Нептун (4,503 млрд. км, 30,1 а. е.) Расстояние до пояса Койпера - ~30-50 а. е. Количество звёзд - 1 (Солнце) Количество планет - 8. Число карликовых планет - 5. Число спутников - 415 (172 у планет и 243 у малых тел Солнечной системы) Число малых тел - 616 664. Число комет - 3214.

Наклонение к плоскости Млечного Пути - 60,19° Расстояние до галактического центра - 27 170 ± 1140 св. лет. Период обращения - 225-250 млн. лет. Орбитальная скорость -220-240 км/с.



4. Объекты Солнечной системы

4.1 Меркурий

Меркурий - ближайшая к Солнцу планета, среднее расстояние от Солнца 0,387 а.е. (58 млн. км), средний диаметр 4880 км, масса 3,3 * 10^23 кг (0,055 массы Земли). Меркурий практически лишен атмосферы, поверхность подобна лунной. Период обращения вокруг Солнца (меркурианский год) составляет около 88 суток, период вращения вокруг своей оси равен 58,6 суткам (меркурианские звездные сутки), меркурианские солнечные сутки (например, промежуток времени между двумя последовательными восходами Солнца) равны 176 суткам, т.е. двум меркурианским годам.

4.2 Венера



Венера - вторая по удаленности от Солнца планета, среднее расстояние от Солнца 0,72 а.е. (108,2 млн. км), средний диаметр 12100 км, масса - 4,9 * 10^24 кг (0,82 массы Земли).

Плотная атмосфера состоит в основном из углекислого газа, давление у поверхности около 94 атмосфер, температура около 479 Цельсия. Поверхность в основном равнинная, сложена базальтами, обнаружены следы вулканической деятельности, ударные кратеры. Период обращения вокруг Солнца 224,7 суток, период вращения вокруг своей оси 243 сутки.

4.3 Земля

Земля, третья планета от Солнца, является крупнейшей из 4-х внутренних планет, имеющих схожую с земной внутреннюю структуру.

В процессе движения нашей планеты по орбите вокруг Солнца плоскость земного экватора (наклоненная к плоскости орбиты на угол 23o45') перемещается параллельно самой себе таким образом, что в одних участках орбиты земной шар наклонен к Солнцу своим северным полушарием, а в других - южным, именно это и является причиной смены времён года.

4.4 Марс

Марс - четвертая планета от Солнца, среднее расстояние от Солнца составляет 1,5 а.е. (227,9 млн. км), средний диаметр 6780 км, масса 6,4*10^23 кг (0,108 массы Земли).

Разреженная атмосфера состоит в основном из углекислого газа, среднее давление у поверхности 0,006 атм.

Поверхность Марса - пыле - песчаная пустыня с каменистыми россыпями, потухшими вулканами, ударными кратерами, ветвящимися каньонами типа высохших русел рек.

Период обращения вокруг Солнца 687 суток, период вращения вокруг своей оси 24 ч 37 мин. Два известных спутника Марса - Фобос и Деймос. Значительный научный материал о Марсе получен с помощью космических аппаратов "Маринер" и "Марс".

4.5 Юпитер

Юпитер - пятая по счету от Солнца, а также крупнейшая планета нашей Солнечной системы, среднее расстояние от Солнца 5,2 а.е.(778 млн. км), экваториальный диаметр около 142 800 км, полярный - около 134100 км, масса 1,9*10^27 кг (317,8 массы Земли).

4.6 Сатурн

Сатурн - следующая планета Солнечной системы, среднее расстояние от Солнца 9,54 а.е. (1,427 млрд. км), средний экваториальный диаметр около 120500 км, полярный - около 107500 км, масса 5,68*10^26 кг (95,1 массы Земли). Средняя плотность Сатурна меньше плотности воды (около 0,7 г/см^3) - наименьшая для планет Солнечной системы. По строению и химическому составу в основном похож на Юпитер.

4.7 Уран

Уран - седьмая от Солнца планета Солнечной системы. Среднее расстояние от Солнца 19,18 а.е. (2871 млн. км), диаметр 50540 км, масса 8,69*10^25 (14,54 массы Земли). По строению и химическому составу в основном подобен Юпитеру, но содержит значительно больше метана и аммиака.

4.8 Нептун

Нептун - предпоследняя планета Солнечной система, среднее расстояние от Солнца 30,1 а.е. (4497 млн. км), средний диаметр около 50000 км, масса 1,02*10^26 кг (17,2 массы Земли). В целом подобен Урану, но отличается бурными процессами в атмосфере.

4.9 Плутон

Плутон - последняя и самая удаленная от Солнца планета Солнечной системы. Среднее расстояние от Солнца 39,44 а.е. (5,9*10^12 км), диаметр около 2300 км, масса 1,2*10^22 (0,22 массы Земли). Период обращения вокруг Солнца 248,6 года, период вращения вокруг своей оси 6,4 суток. Плутон имеет спутник - Харон, сопоставимый по размерам с планетой.

4.10 Солнце

Солнце - это чудовищных размеров атомная "печь". Причем температура по мере приближения к ядру возрастает приблизительно с 6000 градусов до 15 миллионов градусов. Это необходимые условия для термоядерных реакций, в результате которых выделяется столь необходимая Земле энергия, без которой на нашей планете и в помине не было бы жизни.

4.11 Черные дыры



Наверное, черные дыры - космические тела, которые привлекают к себе не меньше внимания, чем поиски планеты, подобной по условиям Земле. Во Вселенной имеются небесные тела на поверхности которых существует огромная сила тяжести.

К ним относятся и черные звезды, притяжение которых так велико, что они не отпускают от себя даже собственный свет. Следовательно, они не светятся, оставаясь при этом черными. Итак, черная дыра - это место, где сосредоточена огромная масса вещества (или сжатия в очень ограниченном объеме). космический вселенная солнечный астероид планета

4.12 Кометы

Кометы - космические тела, хвостатые звезды. Это небольшие, размером до нескольких километров, глыбы изо льда, пыли, камня, аммиака и метана; походят на снежки.

По законам Кеплера кометы движутся по эллиптическим орбитам. Но их орбиты более вытянутые, иногда уходят дальше орбиты Плутона. Причем в этом отдаленном пространстве нашей Солнечной системы обитают миллиарды планет, 1-2 из которых ежегодно появляются вблизи нас.



4.13 Астероиды

Астероиды - или так называемые "малые планеты". Известно, что их количество составляет многие тысячи (в пределах нашей Солнечной системы).

В основном астероиды располагаются между Марсом и Юпитером. Когда-то Юпитер "разогнал" эти космические тела, и теперь астероиды не так часто сталкиваются, не образуя планеты.

4.14 Пояс Койпера

Пояс Койпера - это место скопления больших ледяных тел на границе нашей Солнечной системы.



5. Теории формирования Солнечной системы

Научные теории формирования Солнечной системы можно разделить на три категории: приливные, аккреционные и небулярные. Последние привлекают сейчас наибольший интерес.

Приливная теория, по-видимому, впервые предложенная Бюффоном (1707-1788), непосредственно не связывает между собой формирование звезды и планет. Предполагается, что пролетевшая мимо Солнца другая звезда путем приливного взаимодействия вытянула из него (или из себя) струю вещества, из которого сформировались планеты. Эта идея сталкивается с множеством физических проблем; например, выброшенное звездой горячее вещество должно распыляться, а не конденсироваться. Сейчас приливная теория непопулярна, поскольку не может объяснить механические особенности Солнечной системы и представляет ее рождение как случайное и крайне редкое событие.

Аккреционная теория предполагает, что молодое Солнце захватило вещество будущей планетной системы, пролетая сквозь плотное межзвездное облако. Действительно, молодые звезды обычно встречаются вблизи крупных межзвездных облаков. Однако в рамках аккреционной теории трудно объяснить градиент химического состава в планетной системе.

Наиболее разработана и общепринята сейчас небулярная гипотеза, предложенная Кантом в конце 18 в. Ее основная идея состоит в том, что Солнце и планеты формировались одновременно из единого вращающегося облака. Сжимаясь, оно превратилось в диск, в центре которого образовалось Солнце, а на периферии - планеты. Отметим, что эта идея отличается от гипотезы Лапласа, согласно которой сначала из облака сформировалось Солнце, а затем по мере его сжатия центробежная сила отрывала с экватора газовые кольца, сконденсировавшиеся позже в планеты. Гипотеза Лапласа сталкивается с трудностями физического характера, которые не удается преодолеть уже 200 лет.

Наиболее удачный современный вариант небулярной теории создал А.Камерон с коллегами. В их модели протопланетная туманность была примерно вдвое массивнее нынешней планетной системы. В течение первых 100 млн. лет формировавшееся Солнце активно выбрасывало из нее вещество. Такое поведение характерно для молодых звезд, которые по имени прототипа называют звездами типа Т Тельца. Распределение давления и температуры вещества туманности в модели Камерона хорошо согласуется с градиентом химического состава Солнечной системы.

Таким образом, наиболее вероятно, что Солнце и планеты сформировались из единого сжимающегося облака. В центральной его части, где плотность и температура были выше, сохранились только тугоплавкие вещества, а на периферии сохранились и летучие; этим объясняется градиент химического состава. В соответствии с этой моделью формирование планетной системы должно сопровождать раннюю эволюцию всех звезд типа Солнца.



6. Жизнь в солнечной системе

Высказывались предположения, что жизнь в Солнечной системе когда-то существовала за пределом Земли, а может быть, существует и сейчас. Появление космической техники позволило приступить к прямой проверке этой гипотезы. Меркурий оказался слишком горяч и лишенным атмосферы и воды. На Венере тоже очень жарко - на ее поверхности плавится свинец. Возможность жизни в верхнем слое облаков Венеры, где условия гораздо мягче, пока не более чем фантазия. Луна и астероиды выглядят совершенно стерильными.

Большие надежды возлагались на Марс. Замеченные в телескоп 100 лет назад системы тонких прямых линий - «каналов» - дали тогда повод говорить об искусственных ирригационных сооружениях на поверхности Марса. Но теперь мы знаем, что условия на Марсе неблагоприятны для жизни: холодно, сухо, очень разреженный воздух и, как следствие, сильное ультрафиолетовое излучение Солнца, стерилизующее поверхность планеты. Приборы посадочных блоков «Викингов» не обнаружили органического вещества в грунте Марса.

Правда, есть признаки того, что климат Марса существенно менялся и, возможно, когда-то был более благоприятным для жизни. Известно, что в далеком прошлом на поверхности Марса была вода, поскольку на детальных изображениях планеты видны следы водной эрозии, напоминающие овраги и сухие русла рек. Долговременные вариации марсианского климата могут быть связаны с изменением наклона полярной оси. При небольшом повышении температуры планеты атмосфера может стать в 100 раз плотнее (за счет испарения льдов). Таким образом, возможно, жизнь на Марсе когда-то существовала. Ответить на этот вопрос мы сможем только после детального изучения образцов марсианского грунта. Но их доставка на Землю - сложная задача.

К счастью, имеются веские доказательства, что из тысяч найденных на Земле метеоритов, по крайней мере, 12 прилетело с Марса. Хотя в атмосферах планет-гигантов много органических молекул, трудно поверить, что при отсутствии твердой поверхности там может существовать жизнь.

Некоторые кометы почти наверняка содержат сложные органические молекулы, образовавшиеся еще в эпоху формирования Солнечной системы. Но трудно вообразить себе жизнь на комете. Итак, пока у нас нет доказательств, что жизнь в Солнечной системе существует где-либо за пределом Земли. Наши межпланетные зонды способны обнаружить признаки активной жизни на поверхности планет. Но если жизнь скрыта, то пролетающий мимо аппарат вряд ли ее обнаружит.



Заключение

Развитие современной астрономии постоянно расширяет знания о строении и объектах доступной для исследования Вселенной. Этим объясняется различные данные о количестве звезд, галактик и других объектах, которые приводятся в литературе. Открытие Седны в качестве 10-й планеты Солнечной системы существенно изменяет наши представления о размерах Солнечной системы и ее взаимодействии с другими объектами нашей Галактики.

В целом следует сказать, что астрономия лишь со второй половины прошлого века стала изучать самые далекие объекты Вселенной на основе более современных средств наблюдения и исследования.



Список литературы

1. Угроза с неба: рок или случайность? (Под ред. А.А. Боярчука). М: "Космосинформ", 1999, 218 с.

2. Флейшер М. Словарь минеральных видов. М: "Мир", 1990, 204 с.

3. М.Я.Маров. Планеты Солнечной системы. М.: Наука, 1986.

4. В.Н.Жарков, В.П.Трубицин. Физика планетных недр. М.: Наука, 1980.

5. В.А.Бронштэн. Планеты и их наблюдения. М.: Наука, 1979.

6. Л.В.Ксанфомалити. Планеты, открытые заново. М.: Наука, 1978.

7. У. Кауфман. Планеты и луны. М.: Мир, 1982.

8. Ф.Л.Уипл. Семья Cолнца. М.: Мир, 1984.

9. Л.В.Ксанфомалити. Планета Венера. М.: Наука, 1985.

10. В.В.Шевченко. Современная селенография. М.: Наука, 1980.

11. К.И.Чурюмов. Кометы и их наблюдение. М.: Наука, 1980.

12. А.Н.Симоненко. Астероиды. М.: Наука, 1985.



Приложение

Размещено на Allbest.ru

...