Космогонические гипотезы образования Земли и Солнечной системы

 

Министерство  образования Российской Федерации

Тульский  Государственный Университет

 

 

 

 

 

 

 

Реферат по теме:

Космогонические гипотезы образования   Земли и Солнечной системы

 

 

 

 

 

 

Подготовил студент группы 321621 Матвеев Р.В.

Принял доцент Чекулаев Виктор Владимирович

 

 

Тула 2013

Содержание:

1. Общие положения происхождения Солнечной системы ……. 3
2. Космогонические гипотезы и истории их появления ………….. 7
3. Гипотезы Канта, Лапласа-Роша, Фая, Джинса, Фесенкова …… 9
4. Гипотеза Шмидта ……………………………………………………………….…. 16
5. Гипотеза захвата ……………………………………………………………………. 18
6. Список литературы ………………………………………………………………… 21

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Общие положения происхождения  Солнечной системы

Серьезным поводом для философствования о  возможном устройстве Вселенной  могло стать открытие «блуждающих  светил» (планет). Попытки разгадать  непонятные петли, которые описывают  планеты на фоне якобы неподвижных  звезд, привели к построению первых астрономических картин или моделей  мира. Апофеозом их по праву считается  геоцентрическая система мира Клавдия  Птолемея (II век н. э.). Древние астрономы  пытались (в основном безуспешно) определить (но еще не доказать!), какое место  Земля занимает по отношению к  семи известным тогда планетам (таковыми считались Солнце, Луна, Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн). И только Николаю  Копернику (1473-1543) это наконец удалось.

Птолемея  называют создателем геоцентрической, а Коперника — гелиоцентрической  системы мира. Но принципиально эти  системы отличались только содержащимися  в них представлениями о расположении Солнца и Земли по отношению к  истинным планетам (Меркурию, Венере, Марсу, Юпитеру, Сатурну) и к Луне.

Коперник, по существу, открыл Землю как планету, Луна заняла подобающее ей место спутника Земли, а центром обращения всех планет оказалось Солнце. Солнце и  движущиеся вокруг него шесть планет (включая Землю) — это и была Солнечная система, какой ее представляли в XVI веке.

В начале 2002 года американские ученые «пообщались» со своей автоматической межпланетной станцией «Пионер-10», которая была запущена 30 лет назад и успела улететь  от Солнца на расстояние 12 млрд километров. Ответ на радиосигнал, посланный с Земли, пришел через 22 ч 06 мин (при скорости распространения радиоволн около 300 000 км/сек). Учитывая сказанное, «Пионеру-10» еще долго придется лететь до «границ» Солнечной системы (конечно, достаточно условных!). А дальше он полетит к ближайшей на его пути звезде Альдебаран (самая яркая звезда в созвездии Тельца). Туда «Пионер-10», возможно, домчится и доставит заложенные в нем послания землян только через 2 млн лет…

Предполагали, что звезды — далекие светила, но природа их была неизвестна. Правда, Джордано Бруно, развивая идеи Коперника, гениально предположил, что звезды — это далекие солнца, причем, возможно, со своими планетными системами. Правильность первой части этой гипотезы стала совершенно очевидной только в XIX веке. А первые десятки планет около других звезд были открыты лишь в самые последние годы недавно закончившегося XX века.

Далеко  не сразу стало понятно, что звезды, наблюдаемые в разных направлениях неба, имеют какое-то отношение к  звездам Млечного Пути. Одним из первых, кому удалось это доказать, был английский астроном и оптик  В. Гершель. Поэтому с его именем связывают открытие нашей Галактики (ее иногда так и называют — Млечный  Путь).

Итак, открыты  Солнечная система и наша Галактика, в которой Солнце — одна из триллионов звезд (невооруженным глазом на всей небесной сфере видно около 6000 звезд), а Млечный Путь — проекция части  Галактики на небесную сферу. Но подобно  тому, как в XVI веке земляне поняли, что наше Солнце — самая рядовая  звезда, мы теперь знаем, что наша Галактика  — одна из множества ныне открытых других галактик.

В чрезвычайно  огромном и практически скрытом от глаз мегамире (или в Метагалактике) удалось открыть его важные закономерности и свойства: расширение, крупномасштабную структуру. Все это несколько напоминает другой, уже открытый и во многом разгаданный микромир. Там исследуются совсем близкие к нам, но тоже невидимые кирпичики мироздания (атомы, адроны, протоны, нейтроны, мезоны, кварки). Познав устройство атомов и закономерности взаимодействия их электронных оболочек, ученые буквально «оживили» Периодическую систему элементов Д. И. Менделеева.

Вновь обратимся  к истории астрономии. Одной из ее триумфальных страниц было открытие планеты Нептун «на кончике пера». Гравитационное воздействие какой-то массы на движение Урана натолкнуло ученых на мысль о существовании  неизвестной еще планеты, позволило  талантливым математикам определить ее местоположение в Солнечной системе, а потом точно указать астрономам, где ее искать на небесной сфере. И  в дальнейшем гравитация оказывала  астрономам подобные услуги: помогала открывать разные «диковинные» объекты  — белых карликов, черные дыры. Так  вот и теперь исследование движения звезд в галактиках и галактик в их скоплениях привело ученых к  выводу о существовании таинственного  невидимого («темного») вещества (а  может быть, вообще какой-то неведомой  нам формы материи), и запасы этого  «вещества» должны быть колоссальными.

Принципиально новым шагом были работы И. Ньютона, предложившего во 2-й половине 17 века динамическую модель Солнечной системы, основанную на законе всемирного тяготения. Динамическая модель согласуется с  кинематической моделью, предложенной Кеплером, так как из динамической системы двух тел «Солнце —  планета» следуют законы Кеплера.

К 40-м  годам 19 века выводы динамической модели, объектами которой были видимые  планеты, вошли в противоречие с  накопленными к тому времени наблюдениями. Именно, наблюдаемое движение Урана  уклонялось от теоретически вычисляемого движения. У. Леверье в 1846 расширил систему наблюдаемых планет новой гипотетической планетой, названной им Нептуном, и, пользуясь новой моделью Солнечной системы, определил массу и закон движения новой планеты так, что в новой системе противоречие в движении Урана было снято. Планета Нептун была открыта в месте, указанном Леверье. Аналогичным методом, используя расхождения в теоретической и наблюдаемой траектории Нептуна, в 1930 была открыта планета Плутон.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

     Космогонические гипотезы

Космогонические гипотезы имеют целью объяснить  однообразие движения и состава  небесных тел. Они исходят из понятия  о первоначальном состоянии материи, заполняющей всё пространство, которой  присущи известные свойства, вызывающие все дальнейшие эволюции.

 

     История появления и развития гипотез

Позднейшие  идеи построены на законе притяжения Ньютона. Гипотеза Сведенборга (1732) замечательна как последняя и наиболее разработанная  из построенных не на законе притяжения. Сведенборг исходил из вихревой теории Декарта и в своих «Principia rеrum naturalium» (отдел «de Chao Universali solis et planetarum») так рассказывает происхождение мира: вследствие давления мировой материи местами появляются довольно плотные агломераты (зародыши звезд), а в них вследствие присущей частицам материи наклонности двигаться по спиралям образуются вихри. Эти вихри захватывают частицы материи иного порядка, и из них формируется нечто вроде шаровой темной корки, вращающейся около уже сияющего центра — солнца. Вследствие центробежной силы эта корка становится тоньше, наконец лопается, из ее осколков образуется кольцо около солнца, оно в свою очередь разрывается на части, которые и дают начало планетам.] и на так называемой гипотезе первичной туманности — бесформенного, крайне разреженного однородного [Химический состав туманности Крукс назвал протилом; из этого протила, по его мнению, сложились все химические элементы.] скопления вещества. Канту принадлежит в этом направлении первый опыт («Allgemeine Naturgeschichte und Theorie des Himmels», 1755); за ним следовал Лаплас. Совершенно ложно ходячее мнение, по которому гипотезы Канта и Лапласа совпадают. В них различны уже свойства первичной туманности и коренным образом расходятся все эволюции ее. Гипотеза Лапласа благодаря работам Роша («Essai sur la constitution et l’origine du système solaire», 1875) имеет некоторое право на место в астрономических трактатах. Гипотеза Канта в слишком многих пунктах идет вразрез с основными законами механики и представляет лишь исторический интерес. Вообще все космогонические гипотезы не могут считаться принадлежащими к астрономии как к точной науке. В них совершенно произвольны как начальные обстоятельства, так и условия развития, многие детали противоречат друг другу и существующим явлениям. Эти гипотезы — лишь образец того, как без особенных натяжек и почти без явных противоречий законам механики могли бы развиться системы, подобные солнечной. Переходя от Сведенборга и Канта к Лапласу и Рошу, а затем к Д. Дарвину, задача сужается — от всего мироздания к солнечной системе и к образованию одного спутника. В то же время рассуждения постепенно переходят на более твердую почву.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Гипотеза Канта

Первичная туманность состоит из отдельных частиц. Более  тяжелые начинают притягивать сравнительно легкие, образуются местами центры притяжения, вся туманность разбивается  на участки, на шаровидные, более плотные  скопления материи — будущие  звезды. В каждой звездной туманности появляется центральное сгущение; частицы, стремясь к центру, сталкиваются; одни из них при этом падают к центру, другие получают боковое движение. Случайно накапливается перевес  движения в одну сторону, и все  частицы, как падающие к центру, так  и остающиеся в туманности во взвешенном состоянии, получают вращательное движение, общее для всей массы. Вследствие вращения туманность сплющивается, частицы, не упавшие на солнце, начинают группироваться около местных, случайных центров  притяжения — зарождаются планеты. В зависимости от положения зародыша планеты над экватором туманности орбиты планет будут более или  менее наклонены к нему. Увлеченные общим вращением массы, все планеты  движутся в одну сторону. Вопрос о  вращательном движении планет вокруг их осей изложен у Канта весьма темно, и во всяком случае вращение должно бы происходить в обратную сторону существующему. Небольшие комки первичной туманности, далекие от экватора ее, образовали кометы. У Канта нет ни постепенного сокращения объема всей туманности, ни выделения колец — этих характерных особенностей гипотезы Лапласа. Кольца же Сатурна Кант объясняет, как продукт рассеивания атмосферы планеты.

 

 

 

Гипотеза Лапласа-Роша

Эта гипотеза не касается звездных миров, а только солнечной системы. Первичная туманность есть газообразная раскаленная атмосфера  Солнца, которая простиралась далеко за пределы нынешней планетной системы. Солнце уже вырисовывалось как довольно плотное сгущение в центре. Вся  планетарная система подобна  туманным звездам или планетарным  туманностям с центральным сгущением. Солнцу и его атмосфере от вечности присуще равномерное вращение. Атмосфера  ограничена поверхностью, где центробежная сила уравновешена притяжением центрального ядра и всей атмосферы. Под влиянием притяжения, частью же вследствие внешнего охлаждения атмосфера сжимается. Тогда  вращение ускоряется; увеличивается  центробежная сила; поверхность равновесия обеих сил отступает внутрь всей массы, и слой туманной материи должен отделиться под экватором в виде туманного вращающегося кольца. При  этом частицы, которые были расположены  вне экватора, стекают к нему; но, обладая недостаточными скоростями, чтобы оторваться от общей массы, впитываются обратно в туманность и образуют эллиптические потоки около солнца внутри самой атмосферы, образуют внутренние туманные кольца. Часть их падает на солнце и увеличивает  его массу. Попеременное увеличение центрального сгущения, сменяясь внешним  сокращением объема вследствие охлаждения и сжатия, вызывает то, что поверхность  равновесия отступает скачками, а  отделение туманных колец происходит ритмично — материя не выделяется безостановочно на экваторе. Каждое кольцо склубилось в один ком — будущую планету, образование одной планеты из кольца составляет самый слабый пункт гипотезы; кольцо должно бы распасться на множество мелких телец (как астероиды). Вращение планет вокруг осей было первоначально обратно движению планет вокруг солнца, но тут выступил новый фактор — приливы, вызванные солнцем в планетной массе. Трение их постепенно замедляет это обратное вращение, наступает момент, когда вращение исчезает, затем, в благоприятных случаях, может получиться прямое вращение. Приливы на Уране и Нептуне слишком малы, чтобы уничтожить их первоначальное обратное вращение. Период обращения планеты около солнца равен времени вращения атмосферы солнца в момент выделения кольца. Внутренние же кольца объясняют быстрое обращение спутников Марса и колец Сатурна. Образование спутников идет в каждой планетной массе совершенно аналогично образованию самих планет. Приливы препятствуют образованию спутников второго порядка. Наклонности и эксцентриситеты орбит планет вызваны последующими взаимными возмущениями планет. — Гельмгольц ввел в гипотезу Лапласа-Роша закон сохранения энергии, и указал на сжатие как на единственно достаточный источник лучистой энергии солнца.

Недостатки  теории Лапласа-Роша:

• Плотность первичной туманности должна быть так мала, что она не могла бы вращаться как твердое тело (равномерно);
• Отрыв вещества не может происходить скачками и только в экваториальной плоскости, а должен происходить либо квазинепрерывно, либо центрально симметрично, как сброс оболочки при образовании планетарной туманности;
• Кольца с массой, равной массе планет не могли бы сгуститься, а рассеялись бы в пространстве;
• Источником энергии Солнца является не сжатие, а термоядерный синтез в солнечных недрах.

 

 

Гипотеза Фая

Допускает предвечное существование «хаоса» как темной и холодной туманности. Вследствие начавшегося сжатия, вызванного притяжением, материя нагрелась и стала  слабо светиться, совершенно подобно  туманностям, открытым фотографией. По различным направлениям хаос бороздят «потоки» материи. Местами вследствие встречи противоположных потоков  получаются вихри — родоначальники спиральных туманностей, а за ними и  различных звездных систем. Основным типом этих систем служат тесные двойные  и кратные звезды, где массы  распределены довольно равномерно, а  составляющие звезды вращаются вокруг общего центра тяжести. Для образования  системы, подобной нашей солнечной, требовались исключительно благоприятные  условия. Фай настаивал, что планетные  системы — редкое исключение среди  звездных миров. Там, где в хаосе не было встречи движений, образовались не вихри, а медленно сгущающиеся облака мелких раскаленных телец (пример тому в созв. Геркулеса, Центавра). В такой системе равнодействующая сила ньютонианского взаимного притяжения отдельных частиц всегда направлена к центру системы и прямо пропорциональна расстоянию частицы до него. Такой же закон сил господствовал и в нашей системе до сложения солнца. Вследствие этого кольца, образовавшиеся внутри туманности, дают начало планетам с прямым вращением вокруг осей. Между тем формируется центральное сгущение — солнце, масса которого, наконец, далеко превосходит массу оставшейся туманности, и закон сил изменяется: начинает преобладать центральное притяжение, обратно пропорциональное квадрату расстояния. Все частицы туманности движутся уже по законам Кеплера. Планеты, которые еще не успели сложиться из колец, получают вращение обратное. Таким образом, по гипотезе Фая, земля и внутренние планеты старше солнца, а оно старше Урана и Нептуна. Несмотря на удачное замечание о перемене закона сил, гипотеза Фая объясняет некоторые пункты (напр. образование колец) менее удовлетворительно, чем гипотеза Лапласа-Роша. Даже главная цель ее — объяснить аномальное вращение Урана и Нептуна — не вполне достигнута.