А. Скорик - Шпаргалка по концепциям современного естествознания

Большинство астрономов считают, что это происходило в результате сгущения (конденсации) облаков диффузной материи, которые постепенно формировались внутри галактик. Одна из исходных предпосылок такой гипотезы состоит в том, что, как показывают инструментальные многочисленные наблюдения, «молодые» звезды всегда тесно связаны с газом и пылью. Эти звезды и диффузная материя концентрируются в спиральных ветвях галактик. Местами наиболее интенсивного звездообразования считаются массы холодного межзвездного вещества, которые называются газово-пылевыми комплексами. Наиболее изученный газово-пылевой комплекс нашей Галактики находиться в созвездии Ориона. Силы тяготения сжимают холодное газово-пылевое облако, при этом оно принимает шарообразную форму. Далее в процессе сжатия возрастает плотность и температура облака. В результате сжатия возникает будущая рождающаяся звезда (протозвезда), которая дает излучение в инфракрасном диапазоне, и поэтому рождающиеся молодые звезды обнаруживаются с помощью инструментальных наблюдений среди многочисленных источников инфракрасного излучения. Одно из основных отличий протозвезды от звезды заключается в том, что в ней еще не происходят термоядерные реакции, т. е. в ней нет основного источника энергии обычных звезд.

Термоядерные реакции начинаются, когда в процессе сжатия протозвезды температура в ее недрах станет порядка 107 К. С этого времени стадия сжатия звезды прекращается: сила внутреннего давления газа теперь уже может уравновесить силу тяготения внешних частей звезды. Стадия сжатия звезд, массы которых значительно больше массы Солнца, продолжается всего лишь сотни тысяч лет, а звезды, массы которых меньше солнечной, сжимаются сотни миллионов лет. Стадию сжатия сменяет стационарная стадия, сопровождающаяся постоянным «выгоранием» водорода. В стационарной стадии звезда находится большую часть своего существования. Таких звезд во Вселенной больше всего. Время пребывания звезды на главной последовательности пропорционально массе звезды, так как от этого зависит запас ядерного горючего, и обратно пропорционально светимости, которая определяет темп расхода ядерного горючего. А поскольку светимость звезды пропорциональна примерно четвертой степени ее массы, то массивные звезды эволюционируют быстрее. Они находятся в стационарной стадии только несколько миллионов лет, а звезды, подобные Солнцу, – миллиарды лет. Когда весь водород в центральной области звезды превратится в гелий, внутри звезды образуется гелиевое ядро. Теперь уже водород превращается в гелий не в центре звезды, а в слое, прилегающем к очень горячему гелиевому ядру. Пока внутри гелиевого ядра нет источников энергии, оно будет постепенно сжиматься и при этом еще более разогреваться. Когда температура внутри звезды превысит 1,5 X 107°К, гелий начнет превращаться в углерод с последующим образованием все более тяжелых элементов. Как показывают расчеты, светимость и размеры звезд будут возрастать. В результате обычная звезда постепенно превращается в красного гиганта, или сверхгиганта.

Проблема происхождения планет Солнечной системы в частности и вообще в космическом пространстве очень сложная и еще не совсем решенная на данном этапе времени.

Сегодня существуют следующие наиболее важные выводы планетной космогонии:

– планеты нашей системы сформировались в результате объединения твердых, холодных тел и частиц, входивших в состав туманности, которая когда-то окружала Солнце;

– формирование планет происходило под воздействием различных физических процессов. Следствием механических процессов стало сжатие – уплощение вращающейся туманности, ее удаление от «протосолнца», столкновение частиц, их укрупнение;

– спутники планет, в том числе и Луна, возникли из роя частиц, окружавших планеты, т. е. в конечном итоге тоже из вещества протопланетной туманности.

Таким образом, основная идея современной планетной космогонии сводится к тому, что планеты и их спутники образовались из холодных твердых тел и частиц.

По своим физическим характеристикам планеты Солнечной системы делятся на две группы – планеты земной группы и планеты-гиганты.Планеты земной группы Меркурий, Венера, Земля, Марс имеют небольшие размеры и массы, средняя плотность этих планет в несколько раз превосходит плотность воды; они медленно вращаются вокруг своих осей; у них мало спутников. У Марса два крохотных спутника, у Земли – один, а у Венеры и Меркурия их вообще нет. Сходство планет земной группы не исключает и значительного различия. Например, Венера в отличие от других планет вращается в направлении, обратном ее движению вокруг Солнца. Период обращения Меркурия, т. е. год этой планеты, только на 1/3 больше периода его вращения вокруг оси по отношению к звездам. Углы наклона осей к плоскости их орбит у Земли и у Марса примерно одинаковы, но совсем иные у Меркурия и Венеры. А это одна из причин, определяющая характер смены времени года. Такие же, как у Земли, времена года есть на Марсе, но каждое время года почти в два раза продолжительнее, чем на Земле. По ряду физических характеристик к планетам земной группы относится и далекий Плутон – самая маленькая из 9 планет.

В состав солнечной системы входят планеты-гиганты; Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун. Все эти планеты и особенно Юпитер, имеют большие размеры и массы. Например, по объему Юпитер превосходит Землю почти в 1320 раз, а по массе – в 318 раз. Эти планеты имеют низкую среднюю плотность, причем наименьшая она у Сатурна – 0,7 X 103кг/м3. Планеты-гиганты очень быстро вращаются вокруг своей оси. Планеты-гиганты находятся далеко от Солнца, и независимо от характера смены времени года на них всегда низкая температура. На Юпитере вообще нет смены времени года, поскольку ось этой планеты отличается наличием большого числа спутников: у Юпитера – 39, Сатурна – 30, Урана – 21 и только у Нептуна – 8. Имеется значительная особенность планет-гигантов – наличие колец, которые открыты не только у Сатурна, но и у Юпитера, Урана, Нептуна. Эти планеты не имеют твердых поверхностей. Они состоят в основном из водорода и гелия. Различия по химическому составу планет-гигантов от планет земной группы связаны с процессом образования планетной системы вокруг Солнца.

Современная космология формулирует и обосновывает три принципа функционирования Вселенной и ее подсистем. Первый принцип – антропный(антропогенный). Антропный принцип утверждает, что мы живем не просто в наилучшей, а в единственно возможной для жизни Вселенной. Причем жизнь невозможна на уровне элементарных частиц, для ее возникновения нужны более сложные структуры – атомы, молекулы, планеты. Но для того чтобы существовал хотя бы простейший атом – атом водорода, необходимо, чтобы масса электрона была меньше, чем разность масс нейтрона и протона. Подобных соотношений в окружающем человека мире существует множество. Все это происходило в процессе эволюции материи и Вселенной. На определенном этапе эволюции материи при появлении подходящих условий во Вселенной возникает жизнь. Ее возникновение, существование и развитие обусловлены рядом свойств Вселенной, выражающихся в константах, характеризующих гравитационное, электромагнитное, слабое и сильное взаимодействия. Ученые считают, что при значениях этих констант, например гравитационной постоянной, отличающихся от наблюдаемых, жизнь во Вселенной просто бы не могла существовать. Ясно, что жизнь не могла возникнуть и на ранних стадиях расширения Метагалактики. Но именно в первые минуты расширения при температурах более 109"К вещество уже имело «стандартный химический состав». Если бы состав вещества был иным, то трудно сказать, какой стала бы дальнейшая химическая эволюция вещества Метагалактики. Образовавшиеся в поздних стадиях расширения Метагалактики звезды оказались не только источниками энергии, но и теми объектами Вселенной, в недрах которых синтезировались необходимые для возникновения жизни химические элементы. Для существования жизни небезразлично и то, что Метагалактика расширяется. Если бы по каким-либо причинам несколько миллиардов лет назад началось сжатие Метагалактики, то постепенное повышение температуры превысило бы значение, при котором возможно существование жизни.