WWW.REFERATCENTRAL.ORG.UA - Я ТУТ НАВЧАЮСЬ

... відкритий, безкоштовний архів рефератів, курсових, дипломних робіт

ГоловнаАстрономія та Авіація → Особливості походження Сонячної системи - Курсова робота

Особливості походження Сонячної системи - Курсова робота

Походження Сонячної системи

Ось вже більше двох століть проблема походження Сонячної системи хвилює видатних мислителів нашої планети. Цією проблемою займалася, починаючи від філософа Канта і математика Лапласа, плеяда астрономів і фізиків XIX і XX сторіч. Їй віддав дань наш чудовий співвітчизник, людина різносторонньо талановита, Отто Юлієвич Шмідт. Та все ж людство ще дуже далеко від її рішення. Які тільки таємниці не були вирвані у природи за ці минулі два сторіччя! За останні десятиріччя XX століття істотно яснішало питання про шляхи еволюції зірок. І хоча деталі дивного процесу народження зірки з газопилової туманності ще далеко не ясні, учені тепер чітко уявляють, що з нею відбувається протягом мільярдів років подальшої еволюції. На жаль, питання про походження і еволюцію планетної системи, що оточує наше Сонце, далеко не так ясне.

На перший погляд здається дивним і навіть парадоксальним, що астрономи змогли дізнатися про космічні об'єкти, вельми видалені і спостережувані з великими труднощами, набагато більше, ніж про планети і Сонце, які (по астрономічних масштабах, розуміє) знаходяться у нас "під боком". Проте в цьому немає нічого дивного. Річ у тому, що астрономи спостерігають величезну кількість зірок, що знаходяться на різних стадіях еволюції. Вивчаючи зірки в скупченнях, вони можуть чисто емпірично встановити, як залежить темп еволюції зірок від початкових умов, наприклад маси. Якби не було цього обширного емпіричного матеріалу, питання про еволюцію зірок було б предметом більш менш безплідних спекуляцій, як це і було приблизно до 1950 р.

В абсолютно іншому положенні знаходяться дослідники походження і еволюції нашої планетної системи. Адже ми поки не можемо безпосередньо спостерігати такі системи навіть біля найближчих зірок. Якби це вдалося, і ми мали реальне уявлення, як виглядають планетні системи на різних етапах своєї еволюції або хоча б як сильно відрізняються одні планетні системи від інших, ця хвилююча проблема була б, поза сумнівом, вирішена в порівняно короткі терміни. Але поки ми спостерігаємо планетну систему, так би мовити, в єдиному екземплярі. Більш того, необхідно ще довести, що біля інших зірок є планетні системи. Учені вже намагалися це зробити, але не реально, а користуючись спостережуваними характеристиками зірок (не планет!). Навіть про власну планетну систему астрономи знають далеко не все. Зовсім недавно прозвучала інформація, що знайдена (тільки-тільки!) десята планета нашої Сонячної системи.

Чи значить це, що ми ще рішуче нічого не можемо сказати про походження Сонячної системи, окрім тривіального твердження, що вона якось утворилася не пізніше, ніж 5 млрд. років тому, тому що такий приблизно вік Сонця? Така песимістична точка зору так само мало обгрунтована, як і зайвий оптимізм адептів тієї або іншої космогонической гіпотези. Можна сказати, що дещо про походження сім'ї планет, що звертаються навкруги Сонця, ми вже знаємо. В усякому разі, круг можливих гіпотез про походження Сонячної системи зараз значно звузився.

Переходячи до викладу (з потреби вельми короткому) різних космогонічних гіпотез, що змінювали одна іншу протягом останніх двох сторіч, ми почнемо з гіпотези, вперше виказаної великим німецьким філософом Кантом і через декілька десятиріч незалежно запропонованою чудовим французьким математиком Лапласом. З подальшого буде видно, що істотні передумови цієї класичної гіпотези витримали випробування часом, і зараз в самих модерністських космогонічних гіпотезах ми легко можемо знайти основні ідеї гіпотези Канта – Лапласа.

Точки зору Канта і Лапласа у ряді важливих питань різко відрізнялися. Кант, наприклад, виходив з еволюційного розвитку холодної пилової туманності, в ході якого спершу виникло центральне масивне тіло – майбутнє Сонце, а потім вже планети, тоді як Лаплас рахував первинну туманність газової і дуже гарячіше, що знаходиться в стані швидкого обертання. Стискаючись під дією сили всесвітнього тяжіння, туманність, унаслідок закону збереження моменту кількості руху, оберталася все швидше і швидше. Через великі відцентрові сили, що виникають при швидкому обертанні в екваторіальному поясі, від нього послідовно відділялися кільця. Надалі ці кільця конденсувалися, утворюючи планети.

Таким чином, згідно гіпотезі Лапласа, планети утворилися раніше Сонця. Проте, не дивлячись на таку різку відмінність між двома гіпотезами, загальною їх найважливішою особливістю є уявлення, що Сонячна система виникла в результаті закономірного розвитку туманності. Тому і прийнято називати цю концепцію "гіпотезою Канта – Лапласа".

Вже в середині XIX сторіччя було ясно, що ця гіпотеза стикається з фундаментальною трудністю. Річ у тому, що наша планетна система, що складається з дев'яти (за останніми даними з десяти) планет вельми різних розмірів і маси, володіє однією чудовою особливістю. Йдеться про незвичайний розподіл моменту кількості руху Сонячної системи між центральним тілом – Сонцем і планетами.

Момент кількості руху є одна з найважливіших характеристик всякої ізольованої від зовнішнього світу механічної системи. Саме як таку систему ми можемо розглядати Сонце і оточуючу його сім'ю планет. Момент кількості руху може бути визначений як "запас обертання" системи. Це обертання складається з орбітального руху планет і обертання навкруги своїх осей Сонця і планет.

Математично "орбітальний" момент кількості руху планети щодо центру мас системи (вельми близького до центру Сонця) визначається як твір маси планети на її швидкість і на відстань до центру обертання, тобто Сонця. У разі сферичного тіла, яке ми вважатимемо твердим, що обертається, момент кількості руху щодо осі, що проходить через його центр, рівний 0,4 MVR, де M – маса тіла, V – його екваторіальна швидкість, R – радіус. Хоча сумарна маса всіх планет складає всього лише 1/700 сонячної, враховуючи, з одного боку, великі відстані від Сонця до планет і з іншою – малу швидкість обертання Сонця (швидкість обертання Сонця на його екваторі складає всього лише 2 км/с, що в 15 разів менше швидкості Землі на орбіті), ми одержимо шляхом простих обчислень, що 98% всього моменту кількості руху Сонячної системи пов'язане з орбітальним рухом планет і лише 2% – з обертанням Сонця навкруги осі. Момент кількості руху, пов'язаний з обертанням планет навкруги своїх осей, виявляється нехтуючий малим через порівняно малі маси планет і їх радіусів.

Знайдемо, наприклад, момент кількості руху Юпітера I. Маса Юпітера рівна M = 2 x 1030 г (тобто 10-3 маси Сонця), відстань від Юпітера до Сонця R = 7,8 x 1013 см (або 5,2 астрономічних одиниць), а орбітальна швидкість V = 1,3 x 106 см/с (близько 13 км/с). Звідси I = MVR = 190 x 1048. Значення моментів дані в системі одиниць CGS. В цих одиницях момент кількості руху Сонця, що обертається, рівний всього лише 6 x 1048. Таким чином, всі планети земної групи – Меркурій, Венера, Земля і марс – мають сумарний момент в 380 разів менший, ніж Юпітер. Левова частка моменту кількості руху Сонячної системи зосереджена в орбітальному русі планет-гігантів Юпітера і Сатурна.

З погляду гіпотези Лапласа, це вчинено незрозуміло. Насправді, в епоху, коли від первинної, швидко обертається туманності відділялося кільце, шари туманності, з яких згодом сконденсувалося Сонце, мали (на одиницю маси) приблизно такий же момент, як речовина кільця, що відділилося, оскільки кутові швидкості кільця і частин, що залишилися, були майже однакові. Оскільки маса кільця була значно менше маси основної частини туманності (протосонця), то повний момент кількості руху у кільця повинен бути багато менше ніж у протосонця. В гіпотезі Лапласа відсутній якій би то не було механізм передачі моменту від протосонця до кільця. Тому протягом всієї подальшої еволюції момент кількості руху протосонця, а потім і Сонця повинен бути значно більше, ніж у кілець і планет, що утворилися з них. Але цей висновок знаходиться в разючій суперечності з фактичним розподілом моменту кількості руху між Сонцем і планетами.

Для гіпотези Лапласа ця трудність виявилася непереборною. На зміну нею стали висуватися інші гіпотези. Не будемо їх тут навіть перераховувати – зараз вони представляють тільки історичний інтерес. Зупинимося лише на гіпотезі Джінса, що набула повсюдне поширення в першій третині минулого сторіччя. Ця гіпотеза в усіх відношеннях є повною протилежністю гіпотезі Канта – Лапласа. Якщо остання малює утворення планетних систем (у тому числі і нашої Сонячної) як єдиний закономірний процес еволюції від простого до складного, то в гіпотезі Джінса утворення таких систем є справа випадку і представляє найрідкісніше, виняткове явище.

Loading...

 
 

Цікаве