Солнечная система и модель ее образования

Министерство образования и науки Российской Федерации

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

 

«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

УНИВЕРСИТЕТ ТЕХНОЛОГИИ И ДИЗАЙНА»

 

 

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА                                                                

                                              по дисциплине Физика

 

 

на тему:

«Солнечная система и модель ее образования»

 

 

 

 

 

 

 

                                                                       Выполнил студент гр.1-ПЗ-47с

                                                                       Быстрожицкая Т.С.

                                                                       № зачетной книжки: 1327087

                                                                      

 

 

 

 

                                                                                  

2014 г.

Содержание

Введение………………………………………………………………………..…3

Глава 1. История развития гипотез о происхождении Солнечной системы…………………………………………………………………………....4

Глава 2. Солнечная система…………………………………………………....5

Глава 3.Образование планет, планеты земной подгруппы ………………..7

Заключение……………………………………………………………………...15

Список использованной литературы……………………………………..…16

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Тысячелетиями человечество обращало свои взгляды на окружающий мир, стремилось постигнуть его, вырваться за пределы микромира в макромир. На протяжении веков и даже тысячелетий ученые пытались выяснить прошлое, настоящее и будущее Вселенной, в том числе и Солнечной системы. Решение проблемы происхождения Солнечной системы имеет естественно-научное, мировоззренческое и философское значение. 
 
Долгое время единственным источником сведений о звездах и Вселенной был для астрономов видимый свет. Наблюдая невооруженным глазом или с помощью телескопов, они использовали только очень небольшой интервал волн из всего многообразия электромагнитного излучения, испускаемого небесными телами. Астрономия преобразилась с середины xx века, когда прогресс физики и техники предоставил ей новые приборы и инструменты, позволяющие вести наблюдения в самом широком диапазоне волн – от метровых радиоволн до гамма-лучей. Это вызвало нарастающий поток астрономических данных. Решение вопроса о происхождении Земли и Солнечной системы в целом значительно затрудняется тем, что других подобных систем мы пока не наблюдаем. Нашу солнечную систему не с чем пока ещё сравнивать, хотя системы, подобные ей, должны быть достаточно распространены и их возникновение должно быть не случайным, а закономерным явлением.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава 1. История развития гипотез о происхождении Солнечной системы. 
Первая теория образования Солнечной системы, предложенная в 1644 г. Декартом. По представлениям Декарта, Солнечная система образовалась из первичной туманности, имевшей форму диска и состоявшей из газа и пыли (монистическая теория). В 1745 г. Бюффон предложил дуалистическую теорию; согласно его версии, вещество, из которого образованы планеты, было отторгнуто от Солнца какой-то слишком близко проходившей большой кометой или другой звездой.  
Наиболее известными монистическими теориями стали теории Лапласа и Канта. Точки зрения Канта и Лапласа в ряде важных вопросов резко отличались. Кант, например, исходил из эволюционного развития холодной пылевой туманности, в ходе которого сперва возникло центральное массивное тело - будущее Солнце, а потом уже планеты, в то время как Лаплас считал первоначальную туманность газовой и очень горячей, находящейся в состоянии быстрого вращения. Сжимаясь под действием силы всемирного тяготения, туманность, вследствие закона сохранения момента количества движения, вращалась все быстрее и быстрее. Из-за больших центробежных сил, возникающих при быстром вращении в экваториальном поясе, от него последовательно отделялись кольца. В дальнейшем эти кольца конденсировались, образуя планеты. Таким образом, согласно гипотезе Лапласа, планеты образовались раньше Солнца. Однако, несмотря на такое резкое различие между двумя гипотезами, общей их важнейшей особенностью является представление, что Солнечная система возникла в результате закономерного развития туманности.  
Уже в середине XIX столетия стало ясно, что эта гипотеза сталкивается с фундаментальной трудностью. Дело в том, что наша планетная система, состоящая из девяти планет весьма разных размеров и массы, обладает одной замечательной особенностью. Речь идет о необычном распределении момента количества движения Солнечной системы между центральным телом - Солнцем и планетами. 
Момент количества движения есть одна из важнейших характеристик всякой изолированной от внешнего мира механической системы. Момент количества движения может быть определен как "запас вращения" системы. Это вращение складывается из орбитального движения планет и вращения вокруг своих осей Солнца и планет.  Момент количества движения вращающегося Солнца равен всего лишь б-1048. Все планеты земной группы - Меркурий, Венера, Земля и Марс - имеют суммарный момент в 380 раз меньший, чем Юпитер. Львиная доля момента количества движения Солнечной системы сосредоточена в орбитальном движении планет-гигантов Юпитера и Сатурна. 
Удивительным представляется возрождение идеи Джинса на новой основе, которое произошло в последние годы. Если в первоначальном варианте гипотезы Джинса планеты образовались из газового сгустка, выброшенного из Солнца приливными силами при близком прохождении мимо него звезды, то новейший вариант, развиваемый Вулфсоном, предполагает, что газовая струя, из которой образовались планеты, была выброшена из проходившего мимо Солнца космического объекта. В качестве последнего принимается уже не звезда, а протозвезда - "рыхлый" объект огромных размеров (в 10 раз превышающий радиус нынешней земной орбиты) и сравнительно небольшой массы ~ 0,25 .mq.  
В 1944 г. советский ученый О. Ю. Шмидт предложил свою теорию происхождения Солнечной системы. Согласно О. Ю. Шмидту наша планетная система образовалась из вещества, захваченного из газово-пылевой туманности, через которую некогда проходило Солнце, уже тогда имевшее почти "современный" вид. Тем самым образование планет связывается с процессом звездообразования. 
Согласно иной группе гипотез, планеты и Солнце образовались из единой "солнечной" туманности. По существу, они представляют дальнейшее развитие гипотезы Канта - Лапласа.

Глава 2. Солнечная система. 
Солнечная система состоит из Солнца, планет, спутников планет, астероидов и их осколков, комет и межпланетной среды.

Внешняя граница, по-видимому, находится на расстоянии около 200 тыс. а.е. от Солнца. Солнце — это звезда, гигантский раскаленный шар. Его диаметр в 109 раз больше диаметра Земли, масса в 330 000 раз больше массы Земли, зато средняя плотность невелика — всего в 1,4 раза больше плотности воды. Солнце находится на расстоянии около 26 000 световых лет от центра нашей галактики и обращается вокруг него, делая один оборот примерно за 225-250 млн. лет. Орбитальная скорость движения Солнца равна 217 км/с — таким образом, оно проходит один световой год за 1400 земных лет.                   Давление на Солнце в 200 млрд раз выше, чем у поверхности Земли. Плотность солнечного вещества и давление быстро нарастают вглубь; рост давления объясняется весом всех вышележащих слоев. Температура на поверхности Солнца 6000 К, а внутри 13 500 000 К. Характерное время жизни звезды типа Солнца 10 млрд лет.

Солнечная система представляет собой группу небесных тел, весьма различных по своим размерам и физическому строению. В эту группу входят: Солнце, восемь больших планет со спутниками, более 100000 планет (астероидов), порядка десяти комет, а также бесчисленное множество метеорных тел движущихся как роями, так и в виде отдельных частиц. 
Все эти тела объединены в одну систему благодаря силе притяжения центрального тела - Солнца. Гравитационное притяжение звезды является главной силой, определяющей движение всех обращающихся вокруг него тел Солнечной системы. Среднее расстояние от солнца до самой далекой от него планеты Плутон 39,5 а.е., что очень мало по сравнению с расстоянием до ближайших звезд. Только некоторые кометы удаляются от солнца на 105 а.е. и подвергаются воздействию притяжения звезд. 
В Солнечной системе наблюдается огромный диапазон масс, особенное, если учесть наличие в межпланетном пространстве космической пыли. Различие в массах между солнцем и какой-нибудь пылинкой в тысячную долю миллиграмма будет составлять около 40 порядков (иначе говоря, отношение их масс будет выражаться числом с 40 нулями.).  
Планеты Солнечной системы делятся на две группы как по массе и другим физическим признакам, так и по расстояниям от солнца эти группы: планеты гиганты и планеты земной группы. К первой группе относятся Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, ко второй - Меркурий, Венера, Земля и Марс.

Таблица 1. Общие сведения о Солнце

Масса, кг	2 * 1030
Диаметр, м	1.392 * 109
Средняя плотность, кг/м3	1400
Период вращения, суток	25,380
Возраст, млрд лет	Около 5

Химический состав Солнца примерно такой же, как и у большинства других звезд: около 75 % — это водород, 25 % — гелий и менее 1 % — все другие химические элементы (углерод, кислород, азот и т. д.)

Центральная часть Солнца с радиусом примерно 150 000 км называется солнечным ядром. Это зона ядерных реакций. Плотность вещества здесь примерно в 150 раз выше плотности воды. Температура превышает 10 млн К.           Над ядром, на расстояниях около 0,2-0,7 радиуса Солнца от его центра, находится зона переноса лучистой энергии. Перенос энергии здесь осуществляется путем поглощения и излучения фотонов отдельными слоями частиц.

 

Глава 3. Образование планет.  
Согласно одним ученым, планеты произошли после образования Солнца. Солнце же было окружено обширным облаком пыли, состоявшей из песчинок графита (как в карандаше) и кремния (тончайший песок), а также, возможно, окислов железа, смерзшихся вместе с аммиаком, метаном и другими углеводородами. Столкновения этих песчинок привели к образованию камешков побольше, диаметром до нескольких сантиметров, рассеянных по колоссальному комплексу колец вокруг Солнца. 
Вычисления, проделанные Голдрайхом, показали, что эти кольца были нестабильны из-за взаимного притяжения, и поэтому камешки на ранних стадиях объединились в большие тела типа астероидов, заполняющих пространство между Марсом и Юпитером и имеющих в диаметре несколько километров. В свою очередь нестабильной оказалась и система астероидов. Большие массы объединились в группы, которые наконец коллапсировали, образуя планеты. 
Поэтому вначале Солнечная система состояла из планет и множества астероидов, еще не объединенных вместе и распределенных по очень сложным орбитам. Три миллиарда лет назад падение астероида на планету должно было быть явлением довольно частым; те небесные тела Солнечной системы, которые практически лишены атмосферы (как Луна, Марс и Меркурий), до сих пор несут на себе следы этих ужасных бомбардировок. На Земле воздействие атмосферы уничтожило следы таких событий, и только недавно образованные кратеры еще видны. Наиболее близкие к Солнцу планеты сформировались в более горячей области, нежели дальние планеты; более того, вскоре после своего рождения Солнце пережило период большой активности, когда его масса, уносимая горячим солнечным ветром, уменьшалась с огромной скоростью. 
Согласно другим ученым (Камерон, И. Шкловский), образование протопланет предшествует образованию протосолнца. Процесс этот имеет следующий вид: образовавшийся из "солнечной туманности" диск обладает, как уже говорилось, неустойчивостью, которая еще в ранней стадии эволюции диска, когда еще не сформировалось центральное тело (будущее Солнце), приводит к образованию нескольких (2-3) газовых колец, которые довольно скоро превращаются в гигантские газовые протопланеты. Образование таких протопланет в ситуации, когда протосолнце еще не образовалось, имело весьма существенное значение для дальнейшей эволюции Солнечной системы. В частности, этот вариант гипотезы "солнечной туманности", по-видимому, решает классическую проблему распределения вращательного момента Солнечной системы. 
Большим достоинством этого варианта гипотезы "солнечной туманности" является естественное объяснение происхождения загадочных стекловидных включений, давно наблюдаемых у ряда меторитов - так называемых "хондр", местом образования которых могут лишь быть недра гигантских газовых протопланет. 
На сегодняшний момент Солнечная система состоит из 9 планет: Меркурия, Венеры, Земли, Марса, Юпитера, Сатурна, Урана, Нептуна, Плутона. Все планеты движутся в одном направлении, в единой плоскости по почти круговым орбитам. От центра до окраины Солнечной системы (до Плутона) 5,5 световых часов. Расстояние от Солнца до Земли 149 млн. км, что составляет 107 его диаметров.

Планеты земной группы                                                                                                          - 4 планеты Солнечной системы: Меркурий, Венера, Земля и Марс.                                                      Планеты земной группы обладают высокой плотностью и состоят преимущественно из силикатов и металлического железа (в отличие от газовых планет и каменно-ледяных карликовых планет, объектов пояса Корпера и облака Орта). Наибольшая планета земной группы - Земля - более чем в 14 раз уступает по массе наименее массивной газовой планете - Урану, но при этом примерно в 400 раз массивнее наибольшего известного объекта пояса Койпера.  
 
Планеты земной группы состоят главным образом из кислорода, кремния, железа, магния, алюминия и других тяжёлых элементов. 
Все планеты земной группы имеют следующее строение: 
- в центре ядро из железа с примесью никеля.

- мантия, состоит из силикатов.

- кора, образовавшаяся в результате частичного плавления мантии и состоящая также из силикатных пород, но обогащённая несовместимыми элементами. 

 

Название планеты	Диаметр км (прибл.)	Масса в ед. Земли               ( 6*10^24 кг)	Расстоя-ние от Солнц (прибл.)	Период вращения	Период обраще-ния вокруг Солнца
Меркурий Венера Земля Марс Юпитер Сатурн Уран Нептун Плутон	4900 12200 12800 6800 142000 120000 52000 50000 3000	0,55 0,82 1,0 0,1 317,7 95 14,6 17 1,7	0,4 0,7 1,0 1,5 5 10 20 30 40	59 суток 243 дня 24 часа 23,5 часа 10часов 10,7 часа 10,8 часа 16 часов 6,4 суток	88 суток 225 дня 1 год 1,9 года 11,9 года 29 лет 84 года 164,8 лет 217 лет