Походження Всесвiту
РЕФЕРАТ
Походження Всесвiту
Змiст
Введення..................................................... 3
Утворення Всесвiту............................................ 5
Будова Галактики. Види Галактик............................... 7
Будова Землi................................................. 15
Висновок................................................... 21
Всесвiт тАУ це весь iснуючий матерiальний свiт, безмежний в часi i просторi i нескiнченно рiзноманiтний по формах, якi приймаi матерiя в процесi свого розвитку. Частина Всесвiту, охоплена астрономiчними наглядами, називаiться Метагалактикою, або нашим Всесвiтом. Розмiри метагалактики дуже великi: радiус космологiчного горизонту складаi 15-20 млрд. свiтлових рокiв.
Космологiя тАУ один з тих роздiлiв природознавства, якi завжди знаходяться на стику наук. Будова i еволюцiя Всесвiту вивчаються космологiiю. Космологiя використовуi досягнення i методи фiзики, математики, фiлософii. Предмет космологii тАУ весь оточуючий нас мегасвiт, весь "великий Всесвiт", i задача полягаi в описi самих загальних властивостей, будови i еволюцii вселеноi.
Сучасна астрономiя не тiльки вiдкрила грандiозний мир галактик, але i знайшла унiкальнi явища: розширення Метагалактики, космiчну поширенiсть хiмiчних елементiв, релiктове випромiнювання, що свiдчать про те, що Всесвiт безперервно розвиваiться.
З еволюцiiю структури Всесвiту пов'язано виникнення скупчень галактик, вiдособлення i формування зiрок i галактик, утворення планет i iх супутникiв. Сам Всесвiт виник приблизно 20 млрд. рокiв тому з якогось щiльноi i гарячоi проторечовини. РЖснуi точка зору, що з самого початку проторечовина з гiгантською швидкiстю почало розширюватися. На початковiй стадii ця щiльна речовина розлiталася на всiх напрямках i була однорiдною вируючою сумiшшю нестiйких, постiйно розпадаються при зiткненнi частинок. Остигаючи i взаiмодiючи протягом мiльйонiв рокiв, вся ця маса розсiяноi в просторi речовини концентрувалася у великi i малi газовi утворення, якi протягом сотень мiльйонiв рокiв, зближуючись i зливаючись, перетворювалися на величезнi комплекси. В цих комплексах, у свою чергу виникали бiльш щiльнi дiлянки тАУ там згодом i утворилися зiрки i навiть цiлi галактики.
В результатi гравiтацiйноi нестабiльностi в рiзних зонах галактик, що утворилися, можуть сформуватися щiльнi "протозорянi утворення" з масами, близькими до маси Сонця. Процес стиснення, що почався, швидшатиме пiд впливом власного поля тяжiння. Процес цей супроводжуi вiльне падiння частинок хмари до його центру тАУ вiдбуваiться гравiтацiйне стиснення. В центрi хмари утворюiться ущiльнення, що складаiться з молекулярного водню i гелiю. Зростання густини i температури в центрi приводить до розпаду молекул на атоми, iонiзацii атомiв i утворення щiльного ядра протозiрки.
РЖснуi гiпотеза про циклiчнiсть стану Всесвiту. Колись виникнувши з надщiльного згустка матерii, Всесвiт, можливо, вже в першому циклi породив усерединi себе мiльярди зоряних систем i планет. Н потiм Всесвiт починаi прагнути того стану, з якого починалася iсторiя циклу. Врештi-решт речовина Всесвiту повертаiться в первинний надщiльний стан, знищивши все життя, що трапилася на шляху. РЖ так повторюiться кожного разу, в кожному циклi протягом вiчностi.
До початку 30-х рокiв ХХ в. склалася думка, що головнi складовi Всесвiту - галактики, кожна з яких в середньому складаiться з 100 млрд. зiрок. Сонце разом з планетною системою входить в нашу Галактику, основну масу зiрок якоi ми спостерiгаiмо у формi Чумацького Шляху. Окрiм зiрок i планет, Галактика мiстить значну кiлькiсть розрiджених газiв i космiчного пилу.
Кiнцевий або нескiнченний Всесвiт, яка у неi геометрiя тАУ цi i багато iншi питання пов'язанi з еволюцiiю Вселеноi, зокрема iз спостережуваним розширенням. Якщо швидкiсть "розльоту" галактик збiльшиться на 75 км/с на кожний мiльйон парсек, то екстраполяцiя до минулого приводить до дивного результату: приблизно 10-20 млрд. рокiв тому весь Всесвiт був зосереджений в дуже маленькiй областi. Багато учених вважають, що у той час густина Всесвiту була така ж, як у атомного ядра: Всесвiт був однiiю гiгантською "ядерною краплею". З якихось причин ця "крапля" прийшла в нестiйкий стан i вибухнула. Наслiдки цього вибуху ми спостерiгаiмо зараз як системи галактик.
При данiй оцiнцi часу утворення Всесвiту передбачалося, що спостережувана нами зараз картина розльоту галактик вiдбувалася з однаковою швидкiстю i в скiльки завгодно далекому минулому. А саме на такому припущеннi i заснована гiпотеза первинного Всесвiту тАУ гiгантськоi "ядерноi краплi", що прийшла в стан нестiйкостi.
В даний час космологи припускають, що Всесвiт не розширявся "вiд крапки до крапки", а як би пульсуi мiж кiнцевими межами густини. Це означаi, що у минулому швидкiсть розльоту галактик була менше нiж зараз, а ще ранiше система галактик стискалася, тобто Галактики наближалися один до одного з тим бiльшою швидкiстю, нiж бiльша вiдстань iх роздiляла. Сучасна космологiя розташовуi ряд аргументiв на користь картини "пульсуючого Всесвiту". Такi аргументи носять чисто математичний характер; найголовнiший з них тАУ необхiднiсть облiку реально iснуючоi неоднорiдностi Вселеноi. Вирiшити питання, яка з двох гiпотез справедлива, ми зараз не можемо. Буде потрiбно величезна робота, щоб вирiшити цю одну з найважливiших проблем космологii.
Сучасна космологiя виникла на початку ХХ в. пiсля створення релятивiстськоi теорii тяжiння. Перша релятивiстська модель, заснована на новiй теорii тяжiння i претендуюча на опис всього Всесвiту, була побудована А. Эйнштейном в 1917 р. Проте вона описувала статичний Всесвiт i, як показали астрофiзичнi нагляди, виявилося невiрною.
В 1922-1924 рр. радянським математиком А.А. Фридманом були запропонованi загальнi рiвняння для опису всього Всесвiту, змiнного з часом. Зорянi системи не можуть знаходитися в середньому на незмiнних вiдстанях один вiд одного. Вони повиннi або вiддалятися, або зближуватися. Такий результат тАУ неминуче слiдство наявностi сил тяжiння, якi очолюють в космiчних масштабах. Висновок Фрiдмана означав, що Всесвiт повинен або розширюватися, або стискатися. Звiдси слiдував перегляд загальних уявлень про Всесвiт. В 1929 р. американський астроном Э. Хаббл (1889-1953) за допомогою астрофiзичних наглядiв вiдкрив розширення Всесвiту, пiдтверджуюче правильнiсть висновкiв Фрiдмана.
Моделi Фрiдмана служать основою всього подальшого розвитку космологii. Вони описують механiчну картину руху величезних мас Всесвiту i ii глобальну структуру. Якщо колишнi космологiчнi побудови покликанi описувати спостережувану тепер структуру Всесвiту з незмiнним в середньому рухом свiтiв в нiй, то моделi Фрiдмана за своiю суттю були еволюцiйними, зв'язували сьогоднiшнiй стан Всесвiту з ii попередньою iсторiiю. З цiii теорii виходить, що у далекому минулому Вселена не була зовсiм схожа на спостережувану нами сьогоднi. Тодi не було нi окремих небесних тiл, нi iх систем, вся речовина була майже однорiдною, дуже щiльною, швидко розширялося. Тiльки значно пiзнiше з такоi речовини виникли галактики i iх скупчення.
Починаючи з кiнцем 40-х рокiв нашого столiття, вся бiльша увага в космологii привертаi фiзика процесiв на рiзних етапах космологiчного розширення. У висунутiй в цей час Г.А. Гамовим теорii гарячого Всесвiту розглядалися ядернi реакцii, що протiкали на самому початку розширення Всесвiту в дуже щiльнiй речовинi. При цьому передбачалося, що температура речовини була велика i падала з розширенням Всесвiту. Теорiя передбачала, що речовина, з якоi формувалися першi зiрки i галактики, повинна складатися в основному з водню (75%) i гелiю (25%), домiшка iнших хiмiчних елементiв незначна. РЖнший висновок теорii тАУ в сьогоднiшньому Всесвiтi повинне iснувати слабке електромагнiтне випромiнювання, що залишилося вiд епохи великоi густини i температури речовини. Таке випромiнювання в ходi розширення Всесвiту було названо релiктовим випромiнюванням.
Тодi ж з'явилися принципово новi наглядовi можливостi в космологii: виникла радiоастрономiя, розширилися можливостi оптичноi астрономii. Зараз Всесвiт аж до вiдстаней в декiлька парсек дослiджуiться рiзними методами.
На сучасному етапi в розвитку космологii iнтенсивно дослiджуiться проблема початку космологiчного розширення, коли густина матерii i енергii частинок була величезною. Керiвними iдеями i новi вiдкриття у фiзицi взаiмодii елементарних частинок при дуже великих енергiях. При цьому розглядаiться глобальна еволюцiя Всесвiту. Сьогоднi еволюцiя Всесвiту всесторонньо обгрунтовуiться численними астрофiзичними наглядами, якi спираються на теоретичний базис всiii фiзики.
Навколишнi Сонце зiрки i саме Сонце складають малу частину гiгантського скупчення зiрок i туманностей, яку називають Галактикою. Галактика маi досить складну структуру. РЖстотна частина зiрок в Галактицi знаходиться в гiгантському диску дiаметром приблизно 100 тис. i завтовшки близько 1500 свiтлових рокiв. В цьому диску налiчуiться бiльше сотнi мiльярдiв зiрок самих рiзних видiв. Наше Сонце тАУ одна з таких зiрок, що знаходяться на периферii Галактики поблизу ii екваторiальноi площини.
Зiрки i туманностi в межах Галактики рухаються досить складним чином: вони беруть участь в обертаннi Галактики навкруги осi, перпендикулярноi ii екваторiальноi площини. Рiзнi дiлянки Галактики мають рiзнi перiоди обертання.
Зiрки видаленi один вiд одного на величезнi вiдстанi i практично iзольованi один вiд одного. Вони практично не стикаються, хоча рух кожноi з них визначаiться полем сили тяжiння, створюваним всiма зiрками Галактики.
Астрономи останнi декiлька десятирiч вивчають iншi зорянi системи, схожi з нашою. Це дуже важливi дослiдження в астрономii. За цей час позагалактична астрономiя добилася вражаючих успiхiв.
Число зiрок в Галактицi близько трильйона. Найчисленнiшi з них тАУ карлики з масами, приблизно в 10 разiв меншими маси Сонця. До складу Галактики входять подвiйнi i кратнi зiрки, а також групи зiрок, зв'язаних силами тяжiння i що рухаються в просторi як iдине цiле, - зорянi скупчення. РЖснують розсiянi зорянi скупчення, наприклад Плеяди в сузiр'i Тельця. Такi скупчення не мають правильноi форми; в даний час iх вiдома бiльше тисячi.
Спостерiгаються кульовi зорянi скупчення. Якщо в розсiяних скупченнях мiстяться сотнi або тисячi зiрок, то в кульових iх сотнi тисяч. Сили тяжiння утримують зiрки в таких скупченнях мiльярди рокiв.
В рiзних сузiр'ях виявляються туманнi плями, якi складаються в основному з газу i пилу, - це туманностi. Вони бувають неправильними, клочковатоi форми тАУ дифузнi, i правильноi форми, що нагадують по вигляду планети, - планетарнi.
РЖснують ще свiтлi дифузнi туманностi, наприклад Крабовидна туманнiсть, названа за незвичайну сiтку з ажурних газових волокон. Це джерело не тiльки оптичного випромiнювання, але i радiовипромiнювання, рентгенiвського i гамма-квантiв. В центрi Крабовидноi туманностi знаходиться джерело iмпульсного електромагнiтного випромiнювання тАУ пульсар, у якого вперше були знайденi разом з пульсацiями радiовипромiнювання оптичнi пульсацii блиску i пульсацii рентгенiвського випромiнювання. Пульсар, що володii могутнiм змiнним магнiтним полем, прискорюi електрони i викликаi свiчення туманностi в рiзних дiлянках спектру електромагнiтних хвиль.
Простiр в Галактицi заповнений скрiзь тАУ розрiдженим мiжзоряним газом i мiжзоряним пилом. В мiжзоряному просторi iснують i рiзнi поля тАУ гравiтацiйне i магнiтне. Пронизуi мiжзоряний простiр космiчне промiння, що i потоками електрично заряджених частинок, якi при русi в магнiтних полях розiгналися до швидкостей, близьких до швидкостi свiтла, i придбали величезну енергiю.
Галактику можна представити у виглядi диска з ядром в центрi i величезними спiральними гiлками, що мiстять в основному найгарячiшi i яскравi зiрки i масивнi газовi хмари. Диск iз спiральними гiлками утворюi основу плоскоi пiдсистеми Галактики. А об'iкти, що концентруються до ядра Галактики i лише частково проникаючi в диск, вiдносяться до сферичноi пiдсистеми. Сама Галактика обертаiться навкруги своii центральноi областi. В центрi Галактики зосереджена лише невелика частина зiрок. Сонце знаходиться на такiй вiдстанi вiд центру Галактики, де лiнiйна швидкiсть зiрок максимальна. Сонце i найближчi до нього зiрки рухаються навкруги центру Галактики iз швидкiстю 250 км/с, скоюючи повний оборот приблизно за 290 млн. рокiв.
За зовнiшнiм виглядом галактики умовно роздiляються на три типи: елiптичнi, спiральнi i неправильнi.
Просторова форма елiптичних галактик тАУ елiпсоiди з рiзним ступенем стиснення. Серед них зустрiчаються гiгантськi i карликовi. Майже четверть всiх вивчених галактик вiдноситься до елiптичних. Це найпростiшi по структурi галактики тАУ розподiл зiрок в них рiвномiрно убуваi вiд центру, пилу i газу майже немаi. В них найяскравiшi зiрки тАУ червонi гiганти.
Спiральнi галактики тАУ найчисленнiший вигляд. До нього вiдноситься наша Галактика i Туманнiсть Андромеди, видалена вiд нас приблизно на 2,5 млн. свiтлових рокiв.
неправильнi галактики не мають центральних ядер, в iх будовi поки не знайденi закономiрностi. Це Велике i Мале Магелланови хмари, що i супутниками нашоi Галактики. Вони знаходяться вiд нас на вiдстанi в пiвтора разу бiльшому дiаметра Галактики. Магелланови хмари значно менше нашоi Галактики по масi i розмiрам.
РЖснують i взаiмодiючi галактики. Вони звичайно знаходяться на невеликих вiдстанях один вiд одного, зв'язанi "мостами" з матерii, що свiтиться, iнодi як би пронизують одна iншу.
Деякi галактики володiють виключно могутнiм радiовипромiнюванням, що перевершуi видиме випромiнювання. Це радiогалактики.
В 1963 р. почалися вiдкриття зiроподiбних джерел радiовипромiнювання тАУ квазарiв. Зараз iх вiдкрито бiльше тисячi.
Земля тАУ планета Сонячноi системи.
Сонячна система i групою небесних тiл, вельми рiзних за розмiрами i фiзичною будовою. До цiii групи входять: Сонце, дев'ять великих планет, десятки супутникiв планет, тисячi малих планет (астероiдiв), сотнi комети незлiченна безлiч метеоритних тiл, що рухаються як роями, так i видi окремих частинок. Всi цi тiла з'iднанi в одну систему завдяки силi тяжiння центрального тiла тАУ Сонця.
Сонячна система тАУ ця дуже складна природна освiта, поiднуюча рiзноманiтнiсть становлячих ii елементiв з найвищою стiйкiстю системи як цiлого.
По образному вислову До Е. Цiолковського, Земля тАУ це колиска людства.
В певному планi Земля видiлена самою природою: в Сонячнiй системi тiльки на цiй планетi iснують розвиненi форми життя, тiльки на нiй локальне впорядкування речовини досягло надзвичайно високого ступеня, продовжуючи загальну лiнiю розвитку матерii. Саме на Землi пройдений найскладнiший етап самоорганiзацii, що знаменуi глибокий якiсний стрибок до вищих форм впорядкованостi.
Вiдмiннiсть планет земноi групи вiд планет-гiгантiв очевиднi. Але i серед найближчих сусiдiв Землi немаi двох однакових планет: всi вони розрiзняються розмiрами, физико-хiмiчними параметрами, будовою надр i поверхонь, атмосферами i iншими характеристиками. Основними вiдмiнностi визначенi початковими умовами формування планет тАУ хiмiчним складом, густиною речовини в тих частинах протопланетного хмари, де цi планети формувалися, вiдстанню вiд Сонця, резонансними взаiмодiями з iншими планетними тiлами i Сонцем.
Прямi дослiдження iнших ближнiх планет тiльки початi. Проте, наявнi вiдомостi вже дозволяють проводити порiвняльне вивчення зовнiшнiх оболонок Землi i iнших планет Сонячноi системи. На цiй основi виник новий науковий напрям, названий порiвняльною планетологiiю.
Земля тАУ найбiльша планета в своiй групi. Але навiть такi розмiри i маса виявляються мiнiмальними, при яких планета здатна утримувати свою газову атмосферу. Земля iнтенсивно втрачаi водень i деякi iншi легкi гази, що пiдтверджують нагляди за так званим шлейфом Землi. Венера майже рiвна за розмiрами i масою Землi, але вона ближче до Сонця i одержуi вiд нього бiльше тепла. Тому вона давно втратила весь вiльний водень. У решти двох планет цiii групи атмосфера або вiдсутня (Меркурiй), або збереглася в дуже розрядженому станi (Марс).
Найближчi до Сонця планети тАУ Меркурiй i Венера тАУ дуже поволi обертаються навкруги осi, з перiодом в десятки-сотнi земних дiб. Повiльне обертання цих планет, пов'язано з iх резонансними взаiмодiями з Сонцем i один з одним. Земля i марс обертаються майже з однаковими перiодами близько 24 ч. Земля i Венера також утворюють резонансну структуру. В цiй групi планет тiльки Венера маi зворотне обертання (протилежне напряму обертання Сонця навкруги своii осi), вона як би перекинута "вверх ногами" на своiй орбiтi. Нарештi, тiльки Земля в своiй групi маi сильне власне магнiтне поле, бiльш нiж на два порядки величини перевершуюче значення магнiтних полiв у iнших планет.
Жодна з планет земноi групи не маi розвиненоi системи супутникiв, що характерне для планет групи Юпiтера. Планетоподобний супутник Землi тАУ Мiсяць тАУ близький за розмiрами до планети Меркурiй. Два супутники марса тАУ Фобос i Деймос тАУ мають неправильну форму, нагадуючи невеликi астероiди. Дотепер, як про походження Мiсяця, так i про походження супутникiв марса немаi ясного уявлення.
Три з чотирьох планет земноi групи володiють помiтною атмосферою. Атмосфера кожноi планети несе вiдбиток особливостей ii розвитку. Атмосфера Землi кардинально вiдрiзняiться вiд атмосфер iнших планет: в нiй низький змiст вуглекислого газу, високий змiст молекулярного кисню i вiдносно великий змiст пари води. Двi причини створюють видiленнiсть атмосфери Землi: вода океанiв i морiв добре поглинаi вуглекислий газ, а бiосфера насищаi атмосферу молекулярним киснем, що утворюiться в процесi рослинного фотосинтезу. Розрахунки показують, що якщо звiльнити всю поглинену i зв'язану в океанах вуглекислоту, прибравши одночасно з атмосфери весь накопичений в результатi життiдiяльностi рослин кисень, то склад земноi атмосфери в своiх основних рисах став би подiбний складу атмосфер Венери i марса.
Вiдносно малi розмiри марса не дозволили йому утримати щiльну атмосферу. Можливо, що ранiше, коли йшли процеси активного видiлення газiв з надр планети, атмосфера марса була набагато щiльнiше, нiж тепер. Умови у його поверхнi були бiльш м'якi, без таких рiзких перепадiв денних i нiчних температур. В марсiанськiй атмосферi дуже мало пари води, вiдповiдно вiдсутня хмарнiсть. Але рухи розрiдженоi атмосфери часом досягають такоi сили, що в загальнопланетному масштабi виникають могутнi пиловi бурi, що пiднiмають маси пiску на висоту багатьох кiлометрiв. Тодi поверхня планети надовго ховаiться за непроникною завiсою.
В атмосферi Землi насиченi водянi пари створюють хмарний шар, що охоплюi значну частину планети. Хмари Землi входять найважливiшим елементом в системi гiдросфера-атмосфера-суша.
Рельiфи поверхнi Землi i двох найближчих до неi планет iстотно рiзнi, що пояснюiться, перш за все, вiдмiнностями вулканiчних i геологiчних процесiв на кожнiй з них. Вважають, що тектонiчна активнiсть може служити мiрилом рiвня життiздатностi планети в цiлому. Скорочення, а тим бiльше припинення такоi дiяльностi розглядаiться як ознака вмирання планети, завершення циклу ii еволюцiйного розвитку. Адже суть такого розвитку тАУ активний обмiн речовиною i енергiiю мiж надрами i поверхнею планети, в ходi якоi формуються i пiдтримуються атмосфера, гiдросфера i пануючi типи рельiфу поверхнi. З припиненням тектонiчноi дiяльностi планета перетворюiться на мертве небесне тiло, на якому переважають процеси деградацii.
На Землi тектонiчнi процеси активно протiкають i в нашi днi, ii геологiчна iсторiя далека вiд завершення. Палеонтологи затверджують, що в епоху ранньоi молодостi Землi ii тектонiчна активнiсть була ще вище. Сучасний рельiф планети склався i продовжуi видозмiнюватися пiд впливом сумiсноi дii на ii поверхнi тектонiчних, гiдросферних, атмосферних i бiологiчних процесiв. На iнших планетах таке поiднання чинникiв вiдсутнi.
Рельiф земноi поверхнi в цiлому характеризуiться глобальною асиметрiiю двох пiвкуль (пiвнiчного i пiвденного): одне з них i гiгантським простором, заповненим водою. Це океани, що займають бiльше 70% всiii поверхнi. В iншiй пiвкулi зосередженi пiдняття кори, створюючи континенти. Океанiчна i континентальна рiзновиду кори розрiзняються i по вiку, i по хiмiко-геологiчному складу. Рельiф океанiчного дна вiдмiнний вiд континентального рельiфу.
Систематичнi дослiдження морського i океанiчного дна стали можливi лише в саме останнiм часом. Вони вже привели до нового розумiння глобального характеру тектонiчних процесiв, що вiдбуваються на Землi. Середня глибина свiтового океану близька до 4 км, окремi западини досягають в три рази бiльшоi глибини, а окремi конуси значно пiдносяться над поверхнею води. Головна визначна пам'ятка океанiчного рельiфу тАУ глобальна система серединних хребтiв, що пнулася на десятки тисяч кiлометрiв. Уздовж iх центральних частин протягнулися розломи, так званi рифтовi зони, через якi з мантii на поверхню виходять свiжi маси речовини. Вони розсовують океанiчну кору, формуючи ii в процесi безперервного оновлення. Вiк океанiчноi кори не перевищуi 150 млн. рокiв. РЖнша характерна особливiсть процесу тАУ iснування зон субдукцii, де океанiчна кора занурюiться пiд одну з острiвних дуг (наприклад, пiд курильську, Марiанськую та iн.) або пiд край континенту. Зони субдукцii характеризуються пiдвищеною сейсмiчною i вулканiчною дiяльнiстю.
Рельiф континентальноi частини планети бiльш рiзноманiтний: рiвнини, пiднесеностi, плато, гiрськi хребти i величезнi гiрськi системи. Окремi дiлянки сушi лежать нижче за рiвень океану (наприклад, район Мертвого моря), окремi гiрськi вершини пiднятi над його рiвнем на 8-9 км. Згiдно сучасним переконанням, континентальна кора разом з пiдстилаючими шарами мантii утворюi систему лiтосферних континентальних плит. На вiдмiну вiд лiтосфери океанiв континентальнi плити мають дуже стародавнi походження, iх вiк оцiнюiться в 2,5-3,8 млрд. рокiв. Товщина центральноi частини деяких континентальних плит досягаi 250 км.
На межах лiтосферних плит, званих геосинклiналiями, вiдбуваiться або стиснення, або розтягування кори, що залежить вiд напряму мiсцевого горизонтального зсуву плит.
Попереднi пiдсумки порiвняльного зiставлення Землi, Венери i марса можна сформулювати так:
нi на Венерi, нi на марсi немаi навiть найпростiших форм життя. Залишаiться вiдкритим питання про можливе iснування якихось форм життя на марсi у вiддаленому минулому.
тiльки на Землi iснуi могутня гiдросфера, що сформувалася одночасно з планетою. На марсi у минулому iмовiрно iснував рiзновид гiдросфери, на Венерi ii швидше за все нiколи не було.
в сучасну епоху тiльки Земля залишаiться "живою" планетою, геологiчний розвиток якоi продовжуiться i проявляi себе, зокрема, в активнiй тектонiчнiй дiяльностi. Марс i Венера у минулому пройшли через перiод бурхливоi сейсмiчноi i вулканiчноi активностi, але на марсi вона припинилася декiлька стiльникiв мiльйонiв рокiв, а на Венерi тАУ бiльше мiльярда рокiв тому. Обидвi цi планети, швидше за все, завершують або вже завершили цикл свого еволюцiйного розвитку.
Численнi ознаки говорять про те, що процеси в надрах землi протiкали i продовжують протiкати iнакше, нiж у Венери i марса. На це указують такi чинники, як iснування континентальноi кори з гранiтними породами, явно вираженi лiтосфернi плити з iх перемiщеннями пiд дiiю глибинних процесiв, iснування у Землi щодо могутнього магнiтного поля.
Успiхи науки i технiки зробили доступним пряме вивчення планет Сонячноi системи, вiдкривши принципово новi можливостi для порiвняльного пiзнання нашоi власноi планети. Тим самим вiдкрита нова сторiнка в збагненнi навколишнього нас свiту, але на нiй поки записанi лише першi рядки. Все ще залишаiться невирiшеним питання: що видiлило Землю серед сiмейства планет одного з нею типу так, що вона змогла стати обителлю життя? Пошук вiдповiдi на це питання може проходити тiльки на шляхах руху вiд приватного до загального, вiд планети Земля з iснуючим на нiй життям до усвiдомлення космiчноi природи життя тАУ цiii найважливiшоi ланки самоорганiзацii речовини в процесi розвитку матерii.
Численнi науки про Землю i ii складовi частини в недавньому минулому розвивалися фактично незалежно один вiд одного. Тепер з'явилася усвiдомлена необхiднiсть розглядати планету як iдину систему, як цiльне природне тiло, якому властивi своi внутрiшнi закони розвитку. Швидкому упровадженню такого уявлення в свiдомiсть людей сприяла видатна подiя нашого часу тАУ вихiд людини в ближнiй космос. Це дозволило вперше поглянути на Землю ззовнi, побачити ii вiдразу всю цiлком, наочно переконатися в загальнопланетних масштабах бiльшостi атмосферних i поверхневих явищ, в тiсному взаiмозв'язку всiх зовнiшнiх земних сфер тАУ сушi, води, повiтря i бiосфери. Картина виявилася вражаючою.
Сукупнiсть складаються на основi солiдноi матерiальноi бази, у виглядi накопичених фактiв, уявлень вимагаi розглядати нашу планету не тiльки як iдине природне тiло, але i як систему, розвиток якоi iнiцiюiться протиборством двох фундаментальних природних тенденцiй тАУ прагненням до руйнування впорядкованостi i прагненням до утворення все бiльш впорядкованих систем, що самоорганiзовуiться.
Бiльшiсть приватних наук про Землю складаi науки про ii поверхню, включаючи атмосферу. Кольська надглибока свердловина - на сьогоднiшнiй день найглибша на Землi тАУ12-15 км. З глибин приблизно до 200 км рiзними шляхами виноситься назовнi речовина надр i виявляiться доступним для дослiдникiв. Вiдомостi про бiльш глибокi шари здобуваються непрямими методами тАУ заснованими на реiстрацii характеру проходження сейсмiчних хвиль рiзних типiв через земнi надра. РЖнша група методiв грунтуiться на допущеннях про структуру i склад протопланетного хмари i на гiпотетичних припущеннях про процес формування в ньому планет. Виходячи iх цього, речовину метеоритiв розглядають як релiктовi залишки минулого, що вiдображають склад i структуру речовини протопланетного хмари в зонi формування планет земноi групи. На цiй основi робляться висновки про збiг речовини метеоритiв певного типу з речовиною тих або iнших шарiв земних глибин. Речовина метеоритiв час вiд часу випадаi з космосу на Землю, i воно доступне прямому вивченню. Проте, висновки про склад земних надр, що спираються на данi про хiмiко-мiнералогiчний склад випадаючих на Землю метеоритiв, не вважаються надiйними.
Зондування надр Землi сейсмiчними хвилями дозволило встановити iх оболонкову будову i диференцiйовану хiмiчного складу. Розрiзняють три головнi концентрично розташованi областi: ядро, мантiя i кора. Ядро i мантiя у свою чергу пiдроздiляються на додатковi оболонки, що розрiзняються физико-хiмiчними властивостями. Ядро займаi центральну область земного геоiда i роздiляiться на двi частини. Внутрiшнi ядро знаходиться в твердому станi, воно оточено зовнiшнiм ядром, перебуваючому в рiдкiй фазi. Мiж внутрiшнiм i зовнiшнiм ядрами немаi чiткоi межi, iх роздiляi перехiдна зона. Про хiмiчний склад ядра судять по густинi речовини в ньому i на пiдставi припущення, що склад ядра iдентичний складу залiзних метеоритiв. Тому внутрiшнi ядро вважають тим, що складаiться iз залiза (80%) i нiкелю (20%). Вiдповiдний сплав при тиску земних надр маi температуру плавлення порядка 4 5000С. Згiдно тим же уявленням, зовнiшнi ядро мiстить залiзо (52%) i евтектику (рiдка сумiш твердих речовин), утворювану залiзом i сiркою (48%). Не виключаiться невелика домiшка нiкелю. Температура плавлення такоi сумiшi оцiнюiться приблизно 32000С. Щоб внутрiшнi ядро залишалося твердим, а зовнiшнi рiдким, температура в центрi землi не повинна перевищувати 4 5000С, але i не бути нижче 32000С. РД i iншi оцiнки температури в центрi Землi, що дещо розходяться з приведеними i носячи гаданий характер.
З рiдким станом зовнiшнього ядра пов'язують уявлення про природу земного магнетизму. Магнiтне поле Землi мiнливе, з року в рiк мiняiться положення магнiтних полюсiв. палеомагнiтнi дослiдження характеру магнiтного поля планети у далекому минулому, заснованi на вимiрюваннях залишковоi намагнiченостi земних порiд, показали, що, наприклад, протягом останнiх 80 млн. рокiв мало мiсце не тiльки змiна напруженостi поля, але i багатократне систематичне перемагнiчування, в результатi якого пiвнiчний i пiвденний магнiтнi полюси мiнялися мiсцями. В перiоди змiни полярностi наступали моменти повного зникнення магнiтного поля. Отже, земний магнетизм не може створюватися постiйним магнiтом за рахунок стацiонарноi намагнiченостi ядра або якоiсь його частини. Припускають, що магнiтне поле створюiться процесом, названим ефектом динамо-машини з самозбудженням. Роль ротора (рухомого елемента) динамо може грати маса рiдкого ядра, що перемiщаiться при обертаннi Землi навкруги своii осi, а система збудження утворюiться струмами, що створюють замкнутi петлi усерединi сфери ядра.
Густина i хiмiчний склад мантii, за даними сейсмiчних хвиль, рiзко вiдрiзняються вiд вiдповiдних характеристик ядра. Мантiю утворюють рiзнi силiкати (з'iднання, в основi яких кремнiй). Передбачаiться, що склад нижньоi мантii подiбний складу кам'яних метеоритiв, хондритiв.
Верхня мантiя безпосередньо пов'язана з самим зовнiшнiм шаром тАУ корою. Вона вважаiться кухнею, де готуються багато складаючих кору порiд i iх напiвфабрикати. Вважають, що верхня мантiя складаiться з оливина (60%), пiроксена (30%) i польового шпату (10%). В певних зонах цього шару вiдбуваiться часткове плавлення мiнералiв, i утворюються лужнi базальти тАУ основа океанiчноi кори. Через рифтовi розломи середньоокеанiчних хребтiв базальти поступають з мантii на поверхню Землi. Але цим не обмежуiться взаiмодiя кори i мантii. Крихка кора, що маi високий степiнь жорсткостi, разом з частиною пiдстилаючоi мантii утворюi особливий шар завтовшки близько 100 км, званий лiтосферою. Цей шар спираiться на верхню мантiю, густина якоi помiтно вище. Верхня мантiя володii особливiстю, що визначаi характер ii взаiмодii з лiтосферою: по вiдношенню до короткочасних навантажень вона поводиться як жорсткий матерiал, а по вiдношенню до тривалих навантажень тАУ як пластичний. Лiтосфера створюi постiйне навантаження на верхню мантiю i пiд ii тиском пiдстилаючий шар, званий астеносферою, проявляi пластичнi властивостi, лiтосфера "плаваi" в ньому. Такий ефект називають iзостазiiю.
Астеносфера у свою чергу спираiться на бiльш глибокi шари мантii, густина i в'язкiсть яких зростають з глибиною. Причина цього тАУ здавлення порiд, що викликаi структурну перебудову деяких хiмiчних з'iднань. Силiкати, складовi такiй модифiкацii кремнiю, мають дуже компактну структуру, вони переважають в нижнiй мантii. В цiлому ж лiтосфера, астеносфера i решта мантii можуть розглядатися як тришарова система, кожна з частин якоi рухома щодо iнших компонентiв. Особливою рухливiстю вiдрiзняiться легка лiтосфера, що спираiться на не дуже в'язку i пластичну астеносферу.
Земна кора, що створюi верхню частину лiтосфери, в основному складаiться з восьми хiмiчних елементiв: кисень, кремнiй, алюмiнiй, залiзо, кальцiй, магнiй, натрiй i калiй. Половина всiii маси кори доводиться на кисень, який мiститься в нiй в зв'язаних станах, в основному у виглядi оксидiв металiв. Геологiчнi особливостi кори визначаються сумiсними дiями на неi атмосфери, гiдросфери i бiосфери тАУ цих трьох самих зовнiшнiх оболонок планети. Склад кори i зовнiшнiх оболонок безперервно обновляiться, що iлюструватимуться такi данi. Завдяки вивiтрюванню i зносу речовина континентальноi поверхнi повнiстю обновляiться за 80-100 млн. рокiв. Спад речовини континентiв заповнюiться вiковими пiднятими iх корами. Життiдiяльнiсть бактерiй, рослин i тварин супроводжуiться повною змiною вуглекислоти, що мiститься в атмосферi, за 6-7 рокiв, кисню тАУ за 4000 рокiв. Вся маса води гiдросфери (1,4*1018 т) цiлком обновляiться за 10 млн. рокiв. Ще бiльш фундаментальний круговорот речовини поверхнi планети протiкаi в процесах, що зв'язують всi внутрiшнi оболонки в iдину систему.
РЖснують стацiонарнi вертикальнi потоки, званi мантiйними струменями, вони пiдiймаються з нижньоi мантii у верхню i доставляють туди бiльш гарячу речовину. До явищ тiii ж природи вiдносять всерединi плитовi "гарячi поля", з яким, зокрема, пов'язують найкрупнiшi аномалii у формi земного геоiда. В таких мiсцях спостерiгаються пiдняття поверхнi океану на 50-70 м вiд строгоi лiнii геоiда. Отже спосiб життя земних надр надзвичайно складний. Вiдхилення вiд мобiлистських положень не пiдривають iдею тектонiчних плит i горизонтальних iх рухiв. Але не виключено, що в недалекому майбутньому з'явиться бiльш загальна теорiя планети, що враховуi горизонтальнi рухи плит i незамкнутi вертикальнi перенесення гарячоi речовини в мантii.
Самi верхнi оболонки Землi тАУ гiдросфера i атмосфера тАУ помiтно вiдрiзняються вiд iнших оболонок, створюючих тверде тiло планети. По масi це зовсiм незначна частина земноi кулi, не бiльш 0,025% всiii його маси. Але значення цих оболонок в життi планети величезне. Гiдросфера i атмосфера виникли на раннiй стадii формування планети, а може бути, одночасно з ii формуванням. Немаi сумнiвiв, що океан i атмосфера iснували 3,8 млрд. рокiв тому.
Утворення Землi йшло в руслi iдиного процесу, що викликав хiмiчну диференцiацiю надр i виникнення попередникiв сучасних гiдросфери i атмосфери. Спочатку iз зерен важких нелетких речовин оформилося протоядро Землi, потiм воно дуже швидко приiднало речовину, що стала згодом мантiiю. А коли Земля досягла приблизно розмiрiв марса, почався перiод ii бомбардування планетозималiями. Удари супроводжувалися сильним локальним розiгрiванням i плавленням земних порiд i планетозималiй. При цьому видiлялися гази i пари води, що мiстилися в породах. А оскiльки середня температура поверхнi планети залишалася низкою, пари води конденсувалися, утворюючи гiдросферу, що росте. В цих зiткненнях Земля втрачала водень i гелiй, але зберiгала важчi гази. Вмiст iзотопiв iнертних газiв в сучаснiй атмосферi дозволяi судити про джерело, iх породжувач. Це iзотопний склад узгоджуiться з гiпотезою про ударне походження газiв i води, але суперечить гiпотезi про процес поступовоi дегазацii земних надр як джерелi утворення гiдросфери i атмосфери. Океан i атмосфера, безумовно, iснували не тiльки протягом всiii iсторii Землi як планети, що сформувалася, але i протягом основноi фази аккрецii, коли протоземля мала розмiри марса.
РЖдея ударноi дегазацii, що розглядаiться як основний механiзм утворення гiдросфери i атмосфери, одержуi все бiльше визнання. Лабораторними експериментами пiдтверджувалася здатнiсть ударних процесiв видiляти iз земних порiд помiтнi кiлькостi газiв, у тому числi i молекулярного кисню. А це означаi, що деяка кiлькiсть кисню була присутня в атмосферi Землi ще до того, як виникла на нiй бiосфера. РЖдеi абiогенного походження деякоi частини атмосферного кисню висувалися i iншими ученими.
Обидвi зовнiшнi оболонки - гiдросфера i атмосфера тАУ щiльно взаiмодiють один з одним i з рештою оболонок Землi, особливо з лiтосферою. На них надають пряму дiю Сонце i Космос. Кожна з цих оболонок i вiдкритою системою, що володii певною автономiiю i своiми внутрiшнiми законами розвитку. Всi, хто вивчаi повiтряний або водний океани, переконано, що об'iкти дослiдження знаходять дивну тонкiсть органiзацii, здатнiсть до саме регуляцii. Але при цьому жодна iз земних систем не випадаi iз загально
Вместе с этим смотрят:
Aerospace industry in the Russian province
РЖсторiя ракетобудування Украiни
Авиационно-космические отрасли в российской провинции
Аналiз гiпотез виникнення Землi i Сонячноi системи
Антропний принцип у Всесвiтi