Cursul 3

Pământul ca corp cosmic. Structura sistemului solar și caracteristicile comparative ale planetelor.

Meteoriții și rolul studiului lor în cunoașterea Pământului.

Ipotezele cosmogonice despre originea sistemului solar sunt evolutive (Kant-Laplace, Schmidt, Fesenkov, Larin), catastrofale (Jeans, Multiton, Chamberlin).

Ideea modernă a originii sistemului solar și a planetei Pământ.

Studiul Pământului ca corp ceresc aparține domeniului astronomiei. Cu toate acestea, o înțelegere generală a poziției Pământului în spațiul mondial și a relației sale cu alte corpuri cosmice este, de asemenea, necesară pentru studierea unui curs de geologie, deoarece multe procese care au loc la suprafață și în interiorul profund al globului sunt strâns legate de influența mediului extern din jurul planetei noastre... De exemplu, maree, reflux, furtuni magnetice și alte procese. Cunoașterea universului pune în lumină problemele originii Pământului și etapele incipiente ale dezvoltării sale.

Pământul ca corp cosmic. Structura sistemului solar și caracteristicile comparative ale planetelor

Sistemul solar, căruia îi aparține Pământul, este o parte relativ mică a Universului, fiind parte a Galaxiei. Galaxia noastră, la rândul ei, este doar una dintre multele milioane de galaxii împrăștiate în spațiu, la o distanță, în medie, depășind diametrele lor de 50 de ori. Galaxia Andromeda este similară ca mărime și compoziție a „populației stelare” cu Galaxia noastră. Vârsta galaxiei noastre atinge 10 miliarde de ani, vârsta Soarelui nostru este de 5 miliarde de ani, vârsta sistemului solar este de 4,6 miliarde de ani.

Soarele este corpul central al sistemului solar, în care este concentrată 99,866% din masa totală a sistemului. 9 planete mari, un inel de asteroizi între orbitele lui Marte și Jupiter și multe corpuri mici se învârt în jurul lui pe anumite orbite. Masa lor este doar 0,134% din substanța sistemului. În același timp, 98% din momentul unghiular, i.e. produsele masei si vitezei si razei de rotatie sunt concentrate in planete. În prezent, sunt cunoscuți peste 60 de sateliți ai planetelor, aproximativ 100 de mii de asteroizi sau planete minore și aproximativ 10 11 comete, precum și un număr mare de fragmente mici - meteoriți.

Toate corpurile sistemului solar, de la cele mai mici particule de praf cosmic la planete mari, sunt conectate prin forțe de atracție reciprocă și într-un fel sau altul se influențează reciproc. Pământul, ca unul dintre membrii acestui sistem, experimentează și influența altor corpuri cerești, gradul cărora depinde de distanța corpului de Pământ, de masa și de starea sa fizică.

Cea mai semnificativă influență asupra Pământului o exercită Soarele. Are o masă de 330 de mii de ori mai mare decât a Pământului, de 750 de ori mai mult decât masa tuturor planetelor și a sateliților lor și, prin atracția sa, menține toate corpurile cerești ale sistemului pe orbită. Soarele este o stea G2V, care este destul de comună în galaxia Calea Lactee. În cadrul sistemului solar, Soarele este singurul corp încălzit, o sursă de lumină și energie termică care încălzește corpurile reci ale planetelor.

Conform datelor moderne, Soarele este o minge uriașă formată din gaze topite. Diametrul Soarelui este de 109 ori diametrul Pământului și este de aproximativ 1,4 milioane km, densitatea este estimată la 1,4 g/cm 3 , deși în centru poate ajunge la 160 g/cm 3 . Temperatura suprafeței = 6000 o C, temperatura subsolului - 20.000.000 o C. Conform analizei spectrale, compoziția chimică a atmosferei solare conține 67 de elemente din sistemul periodic al lui Mendeleev, 73% din greutate este hidrogen și 25% heliu, iar restul elementele sunt 2%. În structura Soarelui, se distinge partea interioară sau miezul de heliu, apoi sunt situate zona de echilibru radiativ și zona de convecție, apoi fotosfera, cromosfera și coroana solară (Fig.)

Orez. . Structura internă a Soarelui (din lucrarea lui N.V. Koronovsky, 2002)

Eliberarea de energie de către Soare, ca și temperatura, rămâne practic neschimbată timp de aproximativ 5,0 miliarde de ani, adică. de la formarea soarelui. Combustibilul atomic (hidrogenul) din soare ar trebui să fie suficient, conform calculelor, pentru încă 5 miliarde de ani. Când rezervele de hidrogen sunt epuizate, miezul de heliu se va micșora, iar straturile exterioare se vor extinde, iar Soarele se va transforma mai întâi într-o „gigant roșie” și apoi într-o „pitică albă”.

Planetele (din grecescul rătăcire) diferă de stele prin dimensiunea relativ mică și starea fizică a materiei lor. Toate sunt corpuri reci, a căror temperatură la suprafață depinde aproape exclusiv de căldura primită de la soare; strălucesc, așadar, prin lumina reflectată, spre deosebire de stelele, a căror substanță se află în stare fierbinte. Planetele se învârt în jurul Soarelui pe orbite apropiate de circulare și situate aproape în același plan. Aproape toate rotațiile (în jurul Soarelui și în jurul propriei axe) din sistemul solar au loc într-o singură direcție. Există 9 planete cunoscute în sistemul solar. Mercur este cel mai aproape de Soare, urmat de Venus, Pământ, Marte, Jupiter, Saturn, Uranus, Neptun și Pluto. La congresul astronomic din august 2006 (la Praga), prin vot, au decis să nu considere Pluto o planetă, ci să-l numească un mic corp planetar (bază - dimensiune, comportament, structură etc.). Distanțele planetelor față de Soare urmează un anumit model - fiecare planetă ulterioară este de aproximativ două ori mai departe de Soare decât cea anterioară. Pământul este situat la o distanță medie de Soare - 149.500 mii km; cea mai îndepărtată planetă Pluto se află la o distanță de 5915 milioane km.

Orez. 3. Dimensiunile relative ale Soarelui, planetelor și sateliților lor. Sunt afișați doar cei șapte sateliți cei mai mari, restul ar arăta ca niște puncte pe această diagramă. Orientarea axelor de rotație ale planetelor este afișată (dacă este cunoscută). Distanța dintre corpuri nu este la scară. (Planele orbitelor planetelor sunt aproximativ perpendiculare pe planul desenului). (Din lucrarea lui D. Brown, A. Masset, 1984).

După poziția lor în sistemul solar, în funcție de mărimea și caracteristicile condiției lor fizice, planetele sunt clar împărțite în 2 grupuri: planete gigantice și planete asemănătoare Pământului. Planetele gigantice sunt cele mai îndepărtate de Soare: Jupiter, Saturn, Uranus și Neptun. Dimensiunile lor sunt de zeci de ori mai mari decât dimensiunile planetelor terestre, iar densitatea lor este mult mai mică.

Conform conceptelor moderne, densitatea părții interioare a planetelor gigantice> 1. Dar miezul lor solid este înconjurat de o coajă groasă de gheață și gaze înghețate, deasupra căreia există o atmosferă tulbure foarte extinsă de amoniac NH 4 și metan. Ca urmare, densitatea medie a planetelor de acest tip, calculată ca raport dintre greutate și întregul volum, se dovedește a fi apropiată de densitatea apei. Datorită depărtării lor de Soare, planetele gigantice primesc foarte puțină căldură, iar temperatura suprafeței lor este mult sub 0. Sunt înconjurate de numeroși sateliți: Jupiter are 15, Saturn > 20, Uranus are 10 + 5. Neptun - 2 (tabel).

Caracteristicile comparative ale planetelor sistemului solar

Planetele de tip Pământ includ Venus, Marte și Mercur. Aceste planete sunt relativ mici, apropiate de dimensiunea Pământului, cu o densitate relativ mare și atmosfere rarefiate. Spre deosebire de planetele gigantice, aceste planete nu au mai mult de 1-2 sateliți (1 pentru Pământ și 2 pentru Marte).

Asteroizii sunt corpuri cerești mici care se mișcă ca niște planete în jurul Soarelui, în spațiul dintre orbitele lui Marte și Jupiter. Cele mai mari ajung la cateva sute de kilometri in diametru (Ceres-770 km, Vesta-380 km etc.), cele mai mici dintre cele cunoscute au un diametru de aproximativ 1 km. Conform schimbării luminozității (reflectată de Soare) a unor asteroizi, se sugerează că aceștia sunt fragmente unghiulare neregulate, asemănătoare stâncii, asemănătoare meteoriților mari. Aceasta confirmă ipoteza despre formarea asteroizilor din resturile planetei, scindați ca urmare a unei catastrofe cosmice.

Cometele (din greacă - stele shaggy, cu coadă) sunt membre ale sistemului solar care apar periodic pe cer sub forma unor obiecte nebuloase în mișcare, cu un miez luminos și cu una sau mai multe cozi îndreptate în direcția opusă soarelui. Cometele se învârt cu o anumită periodicitate în jurul Soarelui, dar datorită excentricității foarte mari a orbitelor lor, atunci când se îndepărtează de Soare, cometele trec cu mult dincolo de limitele orbitelor planetare și dispar mult timp din câmpul nostru vizual. Cometele au 3 părți: capul cometei sau comă, nucleul și coada.

Orez. . Schema structurii unei comete (din lucrarea lui N.V. Koronovsky, 2002)

Coma este o nebuloasă care înconjoară miezul și coada. O comă este o nebuloasă care înconjoară miezul și poate fi gazoasă, praf sau mixtă. Nucleele cometelor sunt solide și au o lungime de câțiva kilometri. Pe măsură ce o cometă se apropie de soare, miezul ei rece se încălzește. Gazele eliberate din nucleul fierbinte creează o coajă în jurul lui - capul cometei și ulterior se întind sub forma unei cozi pe multe zeci de milioane de kilometri. Conform analizei spectrale, coada cometei este formată din gaze rarefiate, în principal monoxid de carbon (CO) și azot, și uneori chiar și cel mai mic praf cosmic eliberat din nucleu.

Sfârșitul secolului al XX-lea s-a dovedit a fi bogat în observarea cometelor. La mijlocul anilor 1980, cometa Halley s-a apropiat de Pământ. Au fost trimise stații spațiale să o întâlnească. Sondele spațiale Vega-1 și Vega-2 s-au întâlnit cu cometa. „Vega-1” a trecut la o distanță de 8890 km de miez (s-au planificat 10 mii km), iar stația „Vega-2” la o distanță de 8030 km. S-a stabilit compoziția și structura nucleului. Nucleul cometei Halley este un corp alungit de formă neregulată cu dimensiuni de 14x7,5x7,5 km. Miezul se rotește, făcând o revoluție în aproximativ două zile, mai precis în 53 ± 2 ore. Temperatura de suprafață a nucleului este de 30-130 o C. Există un „model de gheață” al cometei. Așa că s-a stabilit că, în urma încălzirii de către razele soarelui, apa se evaporă din cometă. Se presupune că acesta este într-adevăr un banc de gheață, acoperit cu un strat subțire de substanță refractară și schimbând structura poroasă. Grosimea stratului poros este de aproximativ 1 cm.Toate acestea seamănă cu o „năpadă de martie” înnegrită acoperită cu o crustă murdară. S-a putut stabili că de pe suprafața cometei se evaporă aproximativ 40 de tone în fiecare secundă, în partea interioară a comei (500 km de nucleu) au fost detectați vapori de CO 2 . Debitul total de praf din miez este de 5-10 tone la fiecare secundă. Primele boabe de praf au fost găsite la o distanță de 320.000 km de miez. Compoziția particulelor de praf corespunde: 1) condritelor carbonice (C, O, Na, Mg, Ca, Fe); 2) un grup de boabe de praf carbonice cu izotopi de carbon 12 C, 13 C; 3) bucăți microscopice de gheață.

În 1994, a fost observat un eveniment unic. Un grup de comete Shoemaker-Levy de 9 corpuri, urmate unul după altul, s-au prăbușit în Jupiter. Consecințele coliziunilor au fost de mult observate de pe Pământ.

Pe cerul de primăvară deasupra Pământului, încă două comete au fost vizibile clar - Hyakutaki (1996) și una mai strălucitoare - Hale-Bopa (1997). Ultima cometă are o perioadă orbitală de peste 1000 de ani.