Евгений Страут - Естествознание и основы экологии

Язык, который при этом используется, те слова, которые употребляются в научных рассуждениях, неизбежно оказываются сходными с привычными, повседневными. Однако слова эти в науке и в «обычной» жизни имеют порой разный смысл.

Одним из важнейших в любой науке о природе является понятие «закон». Это слово заимствовано из повседневной жизни, где оно понимается как свод правил, соблюдение которых в обществе признается обязательным, а несоблюдение влечет за собой то или иное наказание.

В науке закон – тоже своеобразный свод правил о характере протекания тех или иных явлений. Необходимо знать эти правила, чтобы понимать происходящие вокруг них явления. «Наказанием» за их незнание являются непонимание этих явлений, ошибки в рассуждениях, которые становятся тормозом на пути развития мышления, прогресса. Однако человек не может по своему желанию подчинить явление природы тому или иному закону, он может лишь понять закономерности протекания этого явления и выразить их в виде закона.

Обобщить все знания, которые к IV в. до н. э. были накоплены путем наблюдений и опыта, сумел выдающийся философ античного мира Аристотель (384–322 до н. э.). Его деятельность охватывала все естественные науки – сведения о небе и Земле, о закономерностях движения тел, о животных и растениях и т. д. Но главной заслугой Аристотеля как ученого-энциклопедиста стало именно создание единой системы научных знаний, которой до его трудов еще не существовало. Авторитет Аристотеля в научном мире был столь высок, что на протяжении почти двух тысячелетий его мнение по многим вопросам не подвергалось сомнению.

После расцвета античной культуры в Европе начался длительный период (более 1000 лет), в течение которого не было сделано ни одного существенного научного открытия. Поиски первоосновы окружающего мира и попытки понять его строение надолго прекратились.

Только в начале второго тысячелетия характер жизни в Европе, пережившей мрачную эпоху Средневековья, стал меняться. Развивались ремесла, торговля и мореплавание, появилась потребность в образованных людях. В различных городах Западной Европы стали основываться университеты. Первым из них стал университет в Болонье (1119), в котором впоследствии довелось учиться Николаю Копернику, затем открылись университеты в Равенне (1130), Париже (1200), Кембридже (1209), Оксфорде (1214) и т. д.

Но это было только началом возрождения наук. «В 1500 г. Европа знала меньше, чем Архимед, который умер в 212 г. до н. э.» – так заметил позднее наш современник, английский ученый Эдмунд Уайтекер. Примечательно, например, что в Париже в 1626 г. был принят указ, под страхом смертной казни запрещавший распространение учения об атомах.

Лишь в эпоху Возрождения началось победное шествие атомистических представлений.

Вера в качественную тождественность макро– и микромира была характерной чертой научных представлений вплоть до начала XX в. Открытия в физике, которые ликвидировали «перегородки» между такими, казалось бы, различными понятиями, как вещество и свет, пространство и время, масса и энергия, разрушили эту веру.

Как и прежде, то, что в современных научных теориях кажется странным и непривычным с обыденной точки зрения, становится серьезным препятствием на пути их понимания. Однако вся история развития естественнонаучных представлений говорит о том, что подобные барьеры преодолимы. Надеемся, что вам, как и человечеству в целом, удастся успешно преодолевать этот барьер.

Наша Земля входит в число 8 больших планет, обращающихся вокруг Солнца. Именно в Солнце сосредоточена основная часть вещества Солнечной системы. Масса Солнца в 750 раз превосходит массу всех планет и в 330 000 раз – массу Земли. Под действием силы его притяжения происходит движение планет и всех других тел Солнечной системы вокруг Солнца.

Расстояния между Солнцем и планетами во много раз превосходят их размеры, и нарисовать такую схему, на которой соблюдался бы единый масштаб для Солнца, планет и расстояний между ними, практически невозможно. Диаметр Солнца в 109 раз больше, чем Земли, а расстояние между ними примерно во столько же раз больше диаметра Солнца. К тому же расстояние от Солнца до последней планеты Солнечной системы (Нептуна) в 30 раз больше, чем расстояние до Земли. Если изобразить нашу планету в виде кружочка диаметром 1 мм, то Солнце окажется на расстоянии около 11 м от Земли, а его диаметр будет примерно 11 см. Орбита Нептуна будет показана окружностью радиусом 330 м. Поэтому обычно приводят не современную схему Солнечной системы, а лишь рисунок из книги Коперника «Об обращении небесных кругов» с иными, весьма приблизительными пропорциями.

По физическим характеристикам большие планеты разделяются на две группы. Одну из них – планеты земной группы– составляют Земля и сходные с ней Меркурий, Венера и Марс. Во вторую входят планеты-гиганты:Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун (табл. 1).

Таблица 1

Расположение и физические характеристики больших планет

До 2006 г. самой далекой от Солнца большой планетой считался Плутон. Теперь он вместе с другими объектами подобного размера – давно известными крупными астероидами (см. § 4) и объектами, обнаруженными на окраинах Солнечной системы, – относится к числу планет-карликов.

Разделение планет на группы прослеживается по трем характеристикам (масса, давление, вращение), но наиболее четко – по плотности. Планеты, принадлежащие к одной и той же группе, по плотности различаются между собой незначительно, в то время как средняя плотность планет земной группы примерно в 5 раз больше средней плотности планет-гигантов (см. табл. 1).

Большая часть массы планет земной группыприходится на долю твердых веществ. Земля и другие планеты земной группы состоят из оксидов и других соединений тяжелых химических элементов: железа, магния, алюминия и других металлов, а также кремния и других неметаллов. На долю четырех наиболее обильных в твердой оболочке нашей планеты (литосфере) элементов – железа, кислорода, кремния и магния – приходится свыше 90 % ее массы.

Малая плотность планет-гигантов(у Сатурна она меньше плотности воды) объясняется тем, что они состоят в основном из водорода и гелия, которые находятся преимущественно в газообразном и жидком состояниях. Атмосферы этих планет содержат также соединения водорода – метан и аммиак. Различия между планетами двух групп возникли уже на стадии их формирования (см. § 5).