Происхождение солнечной системы и ее состав

КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ФИЗИЧЕСКОЙ КУЛЬТУРЫ, СПОРТА И ТУРИЗМА 
 
 
 
 
 

РЕФЕРАТ НА ТЕМУ:

«ОБРАЗОВАНИЕ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ И ЕЕ СОСТАВ» 
 
 

ВЫПОЛНИЛА:

СТУДЕНТКА ФАКУЛЬТЕТА

ПЕДАГОГИКИ  И ПСИХОЛОГИИ

ГРУППЫ 08ПиП2

ЕФРЕМОВА  Е.С.

ПРЕПОДАВАТЕЛЬ:

ПАЩЕВСКАЯ Н.В. 

2010 г. 

СОДЕРЖАНИЕ

1. ГИПОТЕЗЫ ПРОИСХОЖДЕНИЯ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ

   История науки знает множество гипотез  о происхождении Солнечной системы. Причем эти гипотезы появились значительно  раньше, чем стали известны многие важные закономерности Солнечной системы. Значение первых космогонических гипотез  состояло прежде всего в том, что они пытались объяснить происхождение небесных тел как результат естественного процесса, а не одновременного акта божественного творения. Кроме этого, некоторые ранние гипотезы содержали правильные идеи о происхождении небесных тел.

В настоящее  время наиболее известными гипотезами происхождения солнечной системы являются следующие:

• Небулярная гипотеза Канта – Лапласа
• Приливная, или планетозимальная, гипотеза
• Гипотеза О.Ю. Шмидта
• Гипотеза Х. Альвена и С. Аррениуса

1. Гипотеза  Канта – Лапласа

   Гипотеза  немецкого философа Эммануила Канта  была изложена в небольшой Книге  «Общая естественная история и теория неба, или опыт об устройстве и механическом  происхождении всего мироздания на основании ньютоновских законов», изданной в 1755 году. С учения Канта  начинается научная космогонии, т.к. она опровергла идею о начальном «божественном толчке», которым до этого согласно И. Ньютону, объяснялось возникновение и движение планет Солнечной системы. В своей книге М.Кант пытался создать стройную и логически развивающуюся картину Мира, основываясь лишь на «несомненных, простых, начальных и общих физических силах – а именно на притяжении и отталкивании». Он развил гипотезу, согласно которой в начале мировое пространство было заполнено материей, находившейся в состоянии первозданного хаоса. Под действием двух сил— притяжения и отталкивания— материя со временем переходила в более разнообразные формы. Элементы, имеющие большую плотность, по закону всемирного тяготения притягивали менее плотные, вследствие этого образовались отдельные сгустки материи. Под действием же сил отталкивания (которые якобы особенно эффективны, когда вещество находится в распыленном состоянии) прямолинейное движение частиц к центру тяготения заменялось кругообразным. Вследствие столкновения частиц вокруг отдельных сгустков и формировались планетные системы. Аналогичным образом внутри большого сгущения возникали меньшие, а внутри них еще более мелкие сгустки – планеты и их спутники. Все это представлялось Канту настолько очевидным, что он не удержался от замечания, ставшего как бы символом естествознания: "Дайте мне материю, и я построю из нее мир, т. е. дайте мне материю, и я покажу всем, как из нее должен образоваться мир..."

   Независимо  от Канта французский математик, механик и астроном Пьер Симон Лаплас разработал подобную же картину происхождения Солнечной системы. Его рассуждения были строже и научнее и были изложены в примечаниях в книге «Изложение системы мира» (1796). Согласно Лапласу, Солнечная система произошла из раскаленной вращающейся туманности, имевшей вид чечевицы. Развитие солнечной системы началось с гигантской расширяющейся газовой туманности, уже медленно вращающейся вокруг своей оси как твердое тело и имевшей в центре сгусток – зародыш будущего Солнца – протосолнце.

   Охлаждение  и притяжение к центру заставляло туманность сжиматься и принимать  сплюснутую форму, а ее уменьшение приводило  к прогрессирующему ускорению вращения, наступал, наконец, момент, когда на экваторе туманности сила тяжести уравновешивалась центробежной силой инерции. В этот момент вдоль экватора от протосолнца отделялось гигантское кольцо, которое в дальнейшем охлаждалось и разрывалось на отдельные сгустки. Охладившись, газовые сгустки затвердели, покрылись корой и превратились в планеты, а центральный сгусток породил Солнце. Такой отрыв колец от протосолнца, по Лапласу, происходил несколько раз. При создании своей гипотезы Лаплас опирался на известные тогда данные о движении планет и на наблюдения английского астронома У. Гершеля над туманностями. Последние имели ясно выраженные ядра и вид чечевиц.

   Гипотезы  Канта и Лапласа как бы дополняли  друг друга. Они вскоре были объединены и стали именоваться небулярной гипотезой Канта – Лапласа. Она  считалась классической и была общепризнанной более ста лет. Однако в ХХ веке, в связи с возросшим уровнем знаний, небулярная гипотеза оказывалась не в состоянии объяснить перераспределение момента количества движения между Солнцем и планетами. Расчет показывает, что если бы все планеты упали на Солнце (т. е. вернули ему потерянный им момент количества движения), то скорость его вращения была бы недостаточной для того, чтобы могло происходить отделение колец. Кроме того, для этой и других гипотез, по которым планеты и их спутники образуются из горячего газа, камнем преткновения является еще следующее: из горячего газа планета сформироваться не может, так как этот газ очень быстро расширяется и рассеивается в пространстве. Все эти противоречия привели к отходу большинства ученых ХХ века от гипотезы Канта – Лапласа. 

   1.2 Приливная, или  планетозимальная, гипотеза

   В 20-е годы XX в. английский астроном Д. Джинс разработал приливную теорию происхождения Солнечной системы. Он выдвинул предположение, что Солнечная  система — игра редкого случая сближения Солнца с какой-либо звездой. По этой теории в результате случайного сближения Солнца с какой-то звездой на Солнце образовалась гигантская приливная волна, приведшая к тому, что из двух противоположных точек его поверхности началось мощное извержение струй газа. Эти газовые массы очень быстро сгущались в облака, в которых росли планетезимали — небольшие твердые тела, из которых в дальнейшем сформировались планеты. По мнению Джинса данная теория должна была объяснить парадокс распределения момента импульса. В настоящее время специалисты не поддерживают эту теорию.

     По  мнению американского астронома  Рассела, встреча двух звезд на близком  расстоянии может произойти лишь чрезвычайно редко. Миллионы звезд  возникнут и потухнут, ни разу не испытав такой встречи., большая часть вещества, исторгнутого из Солнца, либо упала бы на него обратно, либо увлеклась бы вслед за звездой, но не образовала бы ничего похожего на существующую систему планет. 

3. Гипотеза  О. Ю. Шмидта

   Большую роль в разработке установившихся в  настоящее время взглядов на происхождение  планетной системы сыграли работы нашего соотечественника О. Ю. Шмидта. В основе теории О. Ю. Шмидта (1957) лежат два предположения: планеты сформировались из холодного газопылевого облака; это облако было захвачено Солнцем при его обращении вокруг центра Галактики.

   Шмидт предполагал, что вещество, из которого возникли планеты, было захвачено Солнцем  при его движении среди Галактики. Первоначально предположил, захват роя тел, а позднее – захват пыле – газового облака, собственное движение которого в Галактике и преобразовалось в современное движение планет. При столкновении с Солнцем облако вследствие потери части кинетической энергии сплющивалось, становилось более плотным, приобретало вращение, и далее в нем формировался рой отдельных небольших сгущений, которые вследствие объединились в планеты и другие тела солнечной системы.

О.Ю.Шмидту удалось рассчитать, что в середине планетной системы должны были возникнуть самые крупные планеты, а ближе к Солнцу - более мелкие и далее всего от него – тоже мелкие, такие, как Плутон. Чем больше возникающая планета, тем больше вещества она должна вобрать в себя из "окрестностей". Эта гипотеза позволила О.Ю.Шмидту, а потом Василию Григорьевичу Фесенкову (крупнейший советский астроном) теоретически обосновать существующие расстояния планет от Солнца и расстояния между планетами, что раньше сделать никому не удавалось.

     Вращение  планет вокруг своей оси, которое  ни одна из прежних теорий не могла  удовлетворительно объяснить, теория О. Ю. Шмидта объясняет так. Под влиянием падения метеоритов на планету она  должна прийти во вращение, и притом именно в том же направлении, в  каком она вращается вокруг Солнца. Если случайно в той области, где образовалась планета, метеориты с орбитами, мало вытянутыми и мало наклоненными к средней плоскости Солнечной системы, не были в достаточной мере преобладающими, могло возникнуть вращение планеты в обратном направлении, что и объясняет известный случай такого рода — вращение Урана.

     Развивая  физическую и математическую стороны  своей гипотезы, О.Ю. Шмидт находит  удовлетворительный ответ на ряд  вопросов, на которые должна ответить космогоническая гипотеза. Однако она  содержит еще много пока не доказанных положений. 
 

4. Гипотеза  Х. Альвена и С. Аррениуса

     На  протяжении ХХ в. Выдвигался целый ряд  противоречащих друг другу гипотез  о происхождении Солнца и Солнечной  системы, из которых наиболее убедительной и популярной стала гипотеза шведских астрономов Х. Альвена и С. Аррениуса. Они исходили из предположения, что в природе существует единый механизм планетообразования, действие которого проявляется и в случае образования планет вокруг звезды, и в случае появления планет-спутников около планеты. Для объяснения этого механизма они привлекают совокупность различных сил – гравитацию, магнитогидродинамику, электромагнетизм, плазменные процессы. Ученые считают, что сначала из газопылевого облака возникло первичное тело – звезда, а затем к нему из другого газопылевого облака, через которое по своей орбите двигалось Солнце, подступил материал для образования вторичных тел.

     Чтобы образовать планетную систему, звезда должна обладать рядом признаков: мощным магнитным полем и пространством  в окрестностях звезды, которое заполнено  разряженной плазмой (создает солнечный  ветер).

     Молодое Солнце, предположительно обладавшее значительным магнитным моментом, имело  размеры, превышавшие нынешние, но не доходившие до орбиты Меркурия. Его  окружала гигантская сверхкрона, представляющая собой разряженную намагниченную плазму. Плазма сверхкроны вследствие солнечных выбросов быстро становилась неоднородной и неравномерной.

     Когда молодое Солнце начало свое прохождение  через газопылевое облако, мощное гравитационное воздействие звезды начало притягивать поток газовых  и пылевых частиц. Поступавшие  из внешнего резервуара нейтральные  частицы вещества под действием  гравитации падали к центральному телу. Но при этом они попадали а сверхкрону Солнца. Там они ионизировались и в зависимости от химического состава тормозились на разных расстояниях от Солнца. В конечном счете, выделились 3-4 концентрические области с разной плотностью.

     Сверхкрона, по мере накопления в ней выпадающего  вещества, начинала отставать в своем  вращение от центрального тела. Как  следствие плазма начинала вращаться  быстрее, а центральное тело замедлялось  во вращение. В результате между  центральным телом и плазмой  создалась благоприятная обстановка для конденсации нелетучих веществ  путем их выпадении я из плазмы в виде отдельных зерен.