Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки РФ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Волгоградский государственный социально-педагогический Университет Факультет истории и права

Реферат Обзор основных теорий происхождения солнечной системы

Выполнил: студент Суворова О.А.

Проверил: преподаватель Васильев О.Н.

Волгоград 2013

Оглавление

Введение

Глава 1. Краткая справка о Солнечной системе

Глава 2. Теории происхождения Солнечной системы

2.1 Самые первые теории происхождения Солнечной системы

2.2 "Небулярная" (газовая) гипотеза Канта-Лапласастр

2.3 Теории происхождения Солнечной системы XX в. Современные теории

Заключение

Список литературы

Введение

Один из важных вопросов, связанных с изучением нашей Солнечной системы - проблема ее происхождения. Ответ на него всегда зависел от уровня знаний людей. Первоначально существовали наивные легенды о сотворении мира некоей божественной силой. В настоящее время есть несколько гипотез, каждая из которых по-своему описывает периоды становления Вселенной и образования в ней Солнечной системы.

Решение данной проблемы имеет естественнонаучное, мировоззренческое и философское значение. За последние 300 лет было предложено несколько космогонических гипотез относительно ранней истории Солнечной системы. Нужно было объяснить: почему орбиты всех планет почти круговые и лежат почти в одной плоскости, совпадающей с экваториальной плоскостью Солнца; почему массы планет составляют 2 % массы Солнца, но обладают 98 % момента импульса Солнечной системы; почему направление обращения вокруг Солнца одинаково почти для всех планет и совпадает с направлением вращения Солнца и вращением вокруг собственных осей; почему все планеты делятся четко на две группы, отличающиеся физическими данными, и пр.

Однако возможности планетной космологии и по сей день остаются весьма ограниченными - для эксперимента в лабораторных условиях доступны пока лишь метеориты и образцы лунных пород. Ограничены и возможности сравнительного метода исследований: строение и закономерности других планетных систем пока еще недостаточно изучены.

Глава 1. Краткая справка о Солнечной системе

Солнечная система представляет собой систему "звезда - планеты". В нашей Галактике приблизительно 200 млрд. звезд, среди которых, как полагают специалисты, некоторые звезды имеют планеты. В Солнечную систему входит центральное тело, Солнце, и девять планет с их спутниками (известно более 60 спутников). Большие планеты располагаются в порядке удаления от Солнца следующим образом: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон. Три последние планеты можно наблюдать с Земли только в телескопы. Остальные видны как более или менее яркие кружки и известны людям со времен глубокой древности. Диаметр Солнечной системы - более 11,7 млрд. км. В нашу звездную систему так же входят два пояса малых планет (астероидов). Первый находится между Марсом и Юпитером (содержит более 1 млн. астероидов), второй - за орбитой планеты Нептун. Некоторые астероиды имеют диаметр более 1000 км. Внешние границы Солнечной системы окружены так называемым облаком Оорта, названым по имени нидерландского астронома, высказавшего в прошлом веке гипотезу о существовании этого облака.

Солнечная система обладает рядом важных особенностей. Вот основные из них:

1. Подавляющая часть полной массы Солнечной системы принадлежит Солнцу, т. е. центральному телу. На долю Солнца приходится 99,87% массы Солнечной системы, так что сила его притяжения почти полностью управляет движением планет, которые обращаются вокруг него по орбитам, близким к эллипсам. Поэтому Солнце находится почти точно в центре планетных орбит.

Орбиты всех планет и большинства астероидов близки к окружностям и лежат приблизительно в плоскости эклиптики, т. е. в плоскости земной орбиты. Наибольшим наклоном к эклиптике (земной орбите) и наибольшей вытянутостью обладают орбиты Плутона (17°) и Меркурия (7°).

По размерам, массе и общему строению большие планеты делятся на две группы: на планеты типа Земля (или планеты земной группы), расположенные внутри пояса астероидов, и планеты-гиганты (вне его). Плутон занимает особое положение, отличаясь от планет обеих групп.

Планеты типа Земля значительно меньше гигантов по массе и размерам. Они обладают большей средней плотностью вещества и сравнительно медленным вращением.

Планеты-гиганты в десятки и сотни раз массивнее планет земной группы. Они окружены сравнительно плотными протяженными атмосферами. В основном планеты-гиганты состоят из водорода и гелия; доля всех других элементов в них значительно меньше, чем у планет земной группы.

4. Все планеты обращаются вокруг Солнца в одну сторону, причем направление их осевого вращения, как правило, совпадает с направлением движения по орбите. Исключение составляют лишь Венера и Уран, которые вращаются в противоположную сторону, причем ось вращения Урана почти лежит в плоскости орбиты.

Перечисленные особенности связаны с теми условиями, в которых происходило формирование планет миллиарды лет тому назад.

Возраст Солнечной системы был определен на основании лабораторного изотопного анализа земных скальных пород, а также метеоритов и доставленных на Землю космическими аппаратами образцов лунного грунта. Оказалось, что наиболее старые из них имеют возраст около 4,5 млрд. лет. Возраст Солнца, полученный на основе теории эволюции звезд, оценивается примерно в 5 млрд. лет. Поэтому считается, что все планеты сформировались приблизительно в одно время - 4,5-5 млрд. лет тому назад.

Глава 2. Теории происхождения Солнечной системы

2.1 Самые первые теории происхождения Солнечной системы

Первая теория образования Солнечной системы, предложенная в 1644 г. Декартом, имеет заметное сходство с теорией, признанной в настоящее время. По теории Декарта, мировое пространство было заполнено эфиром - всепроницающей жидкостью, частицы которой участвуют в непрерывном вихревом движении. Эти вихри и закручивают планеты.

Известно, что вопросом о возникновении звезд также интересовался Ньютон. Он предложил теорию, согласно которой звезды возникли в результате сгущения первичной разреженной материи из-за неравномерного распределения плотности. Он же заметил, что объединение тел в системы является неслучайным. Однако Ньютон не мог объяснить того, что планеты Солнечной системы движутся по орбитам, и вынужден был заявить, что здесь не обошлось без божественного вмешательства.

Первым это явление попытался разъяснить современник и сотрудник выдающегося ученого, В. Уистон (1667-1752) . Он делал попытки объяснить возникновение Земли как планеты или хотя бы зарождение на ней жизни, не прибегая к религии. Теория Уистона была довольно оригинальной: он полагал, что поначалу Земля являлась кометой и вращалась вокруг Солнца по той же орбите, что и сейчас. Затем произошло ее столкновение с другой кометой, из-за чего Земля начала вращаться еще вокруг своей оси.

Однако эта теория также опиралась на сведения, почерпнутые из Священного Писания. Уистон полагал, что при столкновении комета "накрыла Землю парообразным хвостом", наказав людей за их грехи. Из-за этого столкновения и начался Великий потоп. Свои идеи он изложил в работе "Новая теория Земли от ее начального состояния до конца всех вещей", изданной в 1696 году и неоднократно переиздававшейся впоследствии.

Вопрос о возрасте Земли и незаметных в короткие промежутки времени изменениях, которые могут накапливаться на больших интервалах времени, стал обсуждаться в XVIII в.. Талантливый французский естествоиспытатель и астроном Жорж Луи Леклерк, граф Бюффон(1707-1788), считал, как и Ньютон, что материя, из которой возникли все планеты, была выброшена из недр Солнца скользящим ударом кометы. По мере остывания раскаленная материя распалась на куски, которые продолжали остывать, и через некоторое время образовали планеты. Он использовал также идею Лейбница, согласно которой Земля ранее была светящимся телом, а потом остыла. Бюффон даже ставил опыты с раскаленными шарами и заключил, что Земле потребовалось бы для охлаждения примерно 75 тыс. лет, что противоречило Библии. Он сумел объяснить одинаковое направление вращения планет и расположение их почти в одной плоскости.

Таким образом, Бюффон впервые постарался объяснить возникновение Солнечной системы по естественным причинам.

В 1749 году ученый опубликовал свою гипотезу в статье "История и теория Земли". Вскоре после этого на Бюффона начались гонения. Церковь уже не имела такого влияния на общественную жизнь, как в Средние века, однако теория всем показалась необычайно смелой. Ученого заставили написать статью, в которой он отрекался от своих идей.

Однако работа уже была опубликована, и ее успели прочитать многие ученые. Впоследствии астрономы, разрабатывая свои теории возникновения Солнечной системы, стали опираться на гипотезу Бюффона. Сего именем сегодня связывают развитие нового направления астрономии: естественнонаучной космогонии.

Гипотезы Бюффона и его последователей основаны на том, что процесс формирования Солнечной системы следует считать случайным явлением. Однако примерно в это же время появилась противоположная гипотеза, согласно которой этот процесс можно считать не случайным, закономерным. Ее предложил известный немецкий философ Иммануил Кант (1724-1804).

2.2 "Небулярная" (газовая) гипотеза Канта-Лапласа.

Естественнонаучные взгляды философа И. Канта сформировались под влиянием идей Ньютона и Бюффона. Кант считал Вселенную (с центром на Сириусе) подчиненной строгой иерархии, возникшей под действием сил притяжения и отталкивания в первичной туманности (холодном облаке пыли). Поэтому ее возникновение и развитие он описывал по уровням - от планет до туманностей. Главная сила - всемирное тяготение, но могут быть и другие, еще неизвестные силы. Такова, например, предложенная им сила отталкивания, действующая на уровне отдельных частиц и проявляющаяся на начальных стадиях образования. Из-за действия химических сил при соединении частиц материя в пространстве может распределяться неоднородно. Чем больше плотность, больше и притяжение, и возникшие сгустки укрупнялись. По Канту, орбитальное движение планет возникло "после нецентрального удара частиц как механизма возникновения первичной туманности". В этом философ ошибся - движение могло начаться только при косом ударе туманностей. Он не делал большой разницы между планетами и кометами, даже предполагал, что у Земли может возникнуть хвост. Кант обсуждал действия, которые может вызвать теплота недр планеты. Он считал причинами, противодействующими стремлению к "равновесию", химические процессы внутри Земли (1754), которые зависят от космических сил и проявляются в виде землетрясений и вулканической деятельности. В предисловии к книге "Общая естественная история и теория неба, или опыт об устройстве и механическом происхождении всего мироздания на основании ньютоновских принципов" (1755) Кант писал: "Дайте мне материю, и я построю из нее мир!".

Кант интересовался причиной возникновения орбитального движения планет. И в этом он не разделял точку зрению Ньютона о вмешательстве божественных сил и стремился отыскать естественные причины этого явления. Философ изучил все известные в то время данные о Солнечной системе, ее геометрические, кинематические, динамические и другие характеристики. солнечный бюффон планета

Из анализа имеющихся данных Кант сделал удивительно верные выводы о возможности существования планет далее Сатурна и даже о том, что его кольца состоят из метеоритов, причем подобные кольца могут быть и у других планет. В одной из частей его книги была изложена позиция на возможность жизни на других планетах, для чего Кант собрал имеющиеся сведения о необходимых для жизни температуре, плотности веществ, силе тяжести. И хотя в обществе тогда были распространены идеи о жизни на звездах, планетах и кометах живых существ, он выделил в качестве пригодных для жизни только Венеру и Юпитер.

И в заключение Кант сделал три важных вывода:

* существует зависимость частиц космического пространства от их веса;

* возникновение случайных сгустков происходит при воздействии негравитационных сил;

* необходима "критическая" масса, требующаяся для формирования случайных сгустков.

Кант предложил свою теорию не как философ, а как естествоиспытатель, осознававший, что она требует экспериментальной проверки

Однако опубликовать работу сразу Кант не смог. Он договорился с издательством, которое вскоре обанкротилось, и работа осталась неопубликованной. Через восемь лет вышло краткое изложение трактата, не замеченное в научном мире.

Только в конце XVIII века ученик Канта, И. Гензихен, смог опубликовать гипотезу возникновения Солнечной системы и другие выдержки из трактата, дополненные примечаниями Канта.

В этой же брошюре Гензихен привел результаты наблюдений английского астронома У. Гершеля, который внес огромный вклад в развитие астрономии. Он регулярно проводил наблюдения за небом, изучал туманности, звездные скопления, двойные звезды. В 1781 году Гершель открыл планету Уран, через шесть лет - два его спутника, а еще через два года - два спутника Сатурна. Кроме того, он предложил первую модель Галактики. Исследования Гершеля подтверждали многие из гипотез Канта.

Главный недостаток космогонической гипотезы Канта был в том, что он все же недостаточно ясно объяснил причину начала движения планет по своим орбитам. Философ полагал, что это произошло "…после "нецентрального удара" частиц как механизма возникновения вращения первичной "туманности"". Однако по закону вращательного момента каждая ударяющаяся частица при этом сама получала бы компенсирующее обратное вращение и в целом система продолжала бы оставаться в покое. Движение могло бы начаться только в случае косого удара двух туманностей.

В 1796 году французский математик и астроном Пьер-Симон Лаплас выдвинул теорию, несколько отличную от предыдущей. Лаплас полагал, что Солнце существовало первоначально в виде огромной раскаленной газообразной туманности (небулы) с незначительной плотностью, но зато колоссальных размеров. Эта туманность, согласно Лапласу, первоначально медленно вращалась в пространстве. Под влиянием сил гравитации туманность постепенно сжималась, причем скорость ее вращения увеличивалась. Возрастающая в результате центробежная сила придавала туманности уплощенную, а затем и линзовидную форму. В экваториальной плоскости туманности соотношение между притяжением и центробежной силой изменялось в пользу этой последней, так что в конечном счете масса вещества, скопившегося в экваториальной зоне туманности, отделилась от остального тела и образовала кольцо. От продолжавшей вращаться туманности последовательно отделялись все новые кольца, которые, конденсируясь в определенных точках, постепенно превращались в планеты и другие тела солнечной системы. В общей сложности от первоначальной туманности отделилось десять колец, распавшихся на девять планет и пояс астероидов - мелких небесных тел. Спутники отдельных планет сложились из вещества вторичных колец, оторвавшихся от раскаленной газообразной массы планет.

Вследствие продолжавшегося уплотнения материи температура новообразованных тел была исключительно высокой. В то время и наша Земля, по П. Лапласу, представляла собой раскаленный газообразный шар, светившийся подобно звезде. Постепенно, однако, этот шар остывал, его материя переходила в жидкое состояние, а затем, по мере дальнейшего охлаждения, на его поверхности стала образовываться твердая кора. Эта кора была окутана тяжелыми атмосферными парами, из которых при остывании конденсировалась вода.

Эти две теории взаимно дополняли друг друга, поэтому в литературе они часто упоминаются под общим названием как гипотеза Канта-Лалласа. Поскольку наука не располагала в то время более приемлемыми объяснениями, у этой теории в XIX веке было множество последователей.

2.3 Теории происхождения Солнечной системы XX в. Современные теории

Приливная или планетозимальная, гипотеза стала популярной в начале XX в.: американцы Т. Чемберлен и Ф. Мультон рассмотрели идею встречи Солнца со звездой, вызвавшей приливной выброс солнечного вещества (1906), из которого и образовались планеты. Дальнейшее развитие происходило в соответствии с гипотезой Канта--Лапласа. С. Аррениус допустил и прямое столкновение Солнца со звездой (1913). В результате появилось некое волокно, распавшееся при вращении на части - основу для планет. Но близкое прохождение звезд - столь редкое явление, что может случиться раз в 1017 лет. Дж. Джинс предположил (1916), что какая-то звезда прошла неподалеку от Солнца и вызвала некие "приливные выступы", принявшие форму газовых струй, из которых и возникли планеты. Поэтому орбиты планет были сначала сильно вытянутыми, но из-за огромного сопротивления пылевой среды между двумя звездами постепенно приближались к круговым. Джинс выделил большую роль Солнца в развитии планет и подошел к решению проблемы перетока вещества в системе тесной двойной звезды как явления не случайного.

Б. Рассел подсчитал (1935) момент импульса приблизившейся к Солнцу звезды - он оказался на порядок меньше среднего момента импульса планет. Ему пришлось предположить, что Солнце в прошлом было двойной звездой. Спутник Солнца вращался от него на расстоянии орбиты Урана или Нептуна, какая-то внешняя звезда столкнулась с ним, отбросила его за пределы Солнечной системы и удалилась сама. Английский астроном Литлтон высказал идею (1936) о принадлежности Солнца в прошлом к тройной звездной системе. Он рассчитал, что при движении двух звезд в разном направлении образующаяся между ними лента вещества могла быть захвачена Солнцем. Советский астроном Н.Н. Парийский, исследуя разнообразные возможности этого процесса при разных скоростях сгустка, вырванного из Солнца, получил, что только при скоростях 400--500 км/с возможно получить подходящие орбиты для планет.

В гипотезе шведского астрофизика Х. Альфена (1942) сделано предположение о захвате Солнцем облака межзвездного газа. Атомы газа ионизовались при падении на Солнце и стали двигаться по орбитам в его магнитном поле, поступая в определенные участки экваториальной плоскости. Расчет дал области расположения только внешних планет.

Академик В.Г. Фесенков, один из основоположников астрофизики, считал, что образование планет связано с переходом от одного типа ядерных реакций в глубинах Солнца к другому. Условия равновесия требовали выброса массы Солнца, и этот выброс соответствовал расчетам английского астронома и математика Дж. Дарвина (сына Ч. Дарвина) и русского ученого математика и механика А. М. Ляпунова. Они независимо рассчитали фигуры равновесия вращающейся жидкой несжимаемой массы. Согласно О. Струве, быстро вращающиеся звезды могут выбрасывать вещество в плоскости своих экваторов. В результате этого образуются газовые кольца и оболочки, а звезда теряет массу и момент количества движения. Гипотеза Фесенкова связала жизнь в Солнечной системе в единое целое и избавила космогонию планет от внешних случайных факторов.

Выяснение природы планетарных туманностей, начатое Гершелем, имеет особое значение в космогонии планет. Эти туманности возникают из отделившихся наружных оболочек красных гигантов, тогда как ядра этих звезд достаточно быстро, по космическим масштабам, превращаются в белые карлики. Эти чрезвычайно плотные звезды известны давно, но в последние 30 лет стало ясно, как они "вызревают" внутри "нормальных" звезд при их эволюции.

Академик О.Ю. Шмидт, один из организаторов освоения Северного морского пути, отказался от изолированности Солнечной системы. Он считал, что если "обратиться к ее движению в Галактике, то отпадет затруднение с моментом количества движения, так как Солнце могло захватить из Галактики материю, обладающую достаточным моментом".

Если считать, что на Землю в сутки падает 1 т метеоритов, то для "вырастания" ее таким путем нужно около 7 млрд. лет, а по геологическим данным возраст земной коры оценивается в 3 млрд. лет (кора может быть моложе внутренних областей планеты). При образовании планет из метеоритов стало преобладать одно направление вращения планет, орбиты становились почти круговыми. Расчеты Шмидта дали верные расстояния планет от Солнца и определили направление осевого вращения планет; они показали период вращения Солнца в 20 сут. (сейчас 25 сут.), что считается хорошим результатом. Можно сказать, что Шмидт вернулся к небулярной гипотезе Канта--Лапласа на новом уровне науки, заменив газопылевое облако метеоритным роем. Слипание пылинок приводило к неким твердым фрагментам (планетезималям), которые дали начало протопланетам.

В настоящее время распространена кометная гипотеза происхождения планет А.А. Маркушевича (1992). В газопылевой туманности, имеющей вид дискообразного вращающегося облака и состоящей из мелких пылевидных железосиликатных частиц и газов - воды и водорода, при понижении температуры газы намерзали на пылинки, увеличивая их размер. Возникал состав, свойственный составу комет. Частицы сталкивались между собой, большие по объему концентрировались в центре туманности (на месте современного Солнца), а меньшие оттеснялись на периферию, дав начало планетам. Шло укрупнение и разрастание образующихся тел - астероидов, комет, планет. Центральная масса при своей концентрации способствовала выделению теплоты, и ее оказалось достаточно для развития термоядерных реакций горения водорода и гелия. При образовании планет происходила аккреция (стяжение кометной массы), выделялась теплота, которая разогревала центр сгустка до расплавленного состояния и расслаивала водородную оболочку и железосиликатное ядро. Позже оно расслоилось на железоникелевое ядро и силикатную оболочку, которая не позволяла рассеиваться теплоте в космическое пространство. Так планета приобрела почти сферическую форму.

За счет концентрации в ядре более тяжелых масс скорость ее вращения возрастала, и часть расплавленного материала была выброшена центробежными силами за пределы планеты. Выброшенное вещество сформировалось в астероиды, метеориты и спутник - Луну. Оболочка Земли постепенно менялась и исчезала в космосе за счет солнечного излучения, обнажился железосиликатный расплавленный остов планеты. Начались геологические процессы формирования земной коры и остывания атмосферы.

Заключение

На протяжении веков и даже тысячелетий ученые пытались выяснить прошлое, настоящее и будущее Вселенной, в том числе и Солнечной системы.

Каждая из космогонических теорий внесла свой вклад в дело выяснения сложного комплекса проблем, связанных с происхождением Земли. Все они рассматривают возникновение Земли и солнечной системы как закономерный результат развития звезд и вселенной в целом. Земля появилась одновременно с другими планетами, которые, как и она, вращаются вокруг Солнца и являются важнейшими элементами солнечной системы.

На новом уровне, вооруженные более совершенной техникой и более глубокими познаниями о химическом составе солнечной системы, астрономы вернулись к мысли о том, что Солнце и планеты возникли из обширной, нехолодной туманности, состоящей из газа и пыли. Мощные телескопы обнаружили в межзвездном пространстве многочисленные газовые и пылевые "облака", из которых некоторые действительно конденсируются в новые звезды. В связи с этим первоначальная теория Канта-Лапласа была переработана с привлечением новейших данных; она может сослужить еще хорошую службу в деле объяснения процесса возникновения солнечной системы.

Сейчас считается, что планеты сконденсировались из облака космического материала, связанного с молодым Солнцем, поэтому все они близки по возрасту. Это объясняет, почему Солнечная система четко разделена на две части. Ближе к Солнцу температура была очень высокой, поэтому такие легкие газы, как водород и гелий, вытеснялись на периферию, а на внутренних планетах происходило накопление более тяжелых элементов. В дальнейшем температура понизилась и появилась возможность удерживать легкие элементы: поэтому планеты-гиганты, в отличие от внутренних членов системы, не являются плотными и каменистыми. Действительно, у планеты-гиганта может быть твердое ядро, но большей частью они состоят из жидкости, с очень мощной атмосферой, богатой водородом и гелием.

И все-таки процесс образования Солнечной системы нельзя считать досконально изученным, а предложенные гипотезы - совершенными.

Список используемой литературы

1. Гусейханов М.К., Раджабов О.Р. Концепции современного естествознания М., 2007

2. Дубнищева Т.Я. Концепции современного естествознания М.,2006

3. Карпенков С.Х. Концепции современного естествознания М., 2000

4. Кунафин М.С. Концепции современного естествознания Уфа, 2003

5. Лихин А.Ф. Концепции современного естествознания М., 2006

6. Мур П. Астрономия с Патриком Муром. Пер. с англ. К. Савельева/М., 2001.

7. Найдыш В.М. Концепции современного естествознания М., 2006

8. Новоженов В.А. Концепции современного естествознания Барнаул, 2001

9. Стрельник О.Н. Концепции современного естествознания: конспект лекций

10. Филин С. Концепции современного естествознания: конспект лекций

Размещено на Allbest.ru