Покрытия звезд и планет

Предмет: Физика
Тип работы: Реферат
Язык: Русский
Дата добавления: 16.08.2019

 

 

 

 

 

  • Данный тип работы не является научным трудом, не является готовой выпускной квалификационной работой!
  • Данный тип работы представляет собой готовый результат обработки, структурирования и форматирования собранной информации, предназначенной для использования в качестве источника материала для самостоятельной подготовки учебной работы.

Если вам тяжело разобраться в данной теме напишите мне в whatsapp разберём вашу тему, согласуем сроки и я вам помогу!

 

По этой ссылке вы сможете найти много готовых рефератов по физике:

 

Много готовых рефератов по физике

 

Посмотрите похожие темы возможно они вам могут быть полезны:

 

Приливы около черных дыр
Реакция живого мира на затмения
Значение статического электричества в науке и технике
Электроизмерительные приборы


Введение:

Человечеству потребовалось тысячелетнее развитие науки, чтобы осознать простой и в то же время величественный факт, что звезды это объекты, более или менее похожие на Солнце, но только на несравненно больших расстояниях от нас.

В течение почти полувека межзвездный газ изучался в основном путем анализа образовавшихся в нем линий поглощения. Например, оказалось, что эти линии довольно часто имеют сложную структуру, то есть состоят из нескольких компонентов, близких друг к другу. Каждый такой компонент возникает, когда свет звезды поглощается в каком-то определенном облаке межзвездной среды, и облака движутся относительно друг друга со скоростью, близкой к 10 км / с. Это приводит, благодаря эффекту Доплера, к незначительному сдвигу длин волн линий поглощения. 

Химический состав межзвездного газа в первом приближении оказался довольно близок к химическому составу Солнца и звезд. Преобладающими элементами являются водород и гелий, а остальные элементы можно рассматривать как «примеси». 

Межзвездная пыль

До сих пор, говоря о межзвездной среде, мы имели в виду только межзвездный газ, но есть и другой компонент. Это о межзвездной пыли. Мы уже упоминали выше, что в прошлом веке обсуждалась проблема прозрачности межзвездного пространства.

Только в 1930 году было с уверенностью доказано, что межзвездное пространство действительно не совсем прозрачно. Светопоглощающее вещество сосредоточено в довольно тонком слое вблизи плоскости галактики. Синие и фиолетовые лучи наиболее сильно поглощаются, тогда как поглощение в красных лучах сравнительно мало. 

Что это за вещество? Теперь кажется доказанным, что поглощение света происходит из-за межзвездной пыли, то есть твердых микроскопических частиц вещества размером менее микрона. Эти частицы пыли имеют сложный химический состав.

Было установлено, что пылевые зерна имеют довольно вытянутую форму и в некоторой степени «ориентированы», то есть направления их удлинения имеют тенденцию «выстраиваться» в данном облаке более или менее параллельно. По этой причине звездный свет, проходящий через тонкую среду, становится частично поляризованным. 

Этапы звездной эволюции

Этот процесс естественен, то есть неизбежен. Действительно, термическая нестабильность межзвездной среды неизбежно приводит к ее фрагментации, то есть к ее разделению на отдельные относительно плотные облака и межзвездную среду. Тем не менее, их собственная гравитация не может сжать облака, потому что они недостаточно плотные и достаточно большие. Но здесь межзвездное магнитное поле «вступает в игру». В системе силовых линий этого поля неизбежно образуются довольно глубокие «ямы», в которые «перетекают» облака межзвездной среды. Это приводит к образованию огромных газопылевых комплексов.

В таких комплексах образуется слой холодного газа, поскольку ультрафиолетовое излучение звезд, ионизирующее межзвездный углерод, сильно поглощается космической пылью, находящейся в плотном комплексе, а нейтральные атомы углерода сильно охлаждают межзвездный газ и его «термостат». при очень низкой температуре около 5-10 градусов Кельвина. Поскольку давление газа в холодном слое равно внешнему давлению окружающего теплого газа, плотность в этом слое значительно выше и достигает нескольких тысяч атомов на кубический сантиметр. Под воздействием собственной гравитации холодный слой, после того как он достигнет толщины около одного парсек, начнет «раздробляться» на отдельные, даже более плотные комки, которые будут продолжать сокращаться под воздействием собственной гравитации. Таким совершенно естественным образом ассоциации протозвезд возникают в межзвездной среде. Каждая такая протозвезда развивается со скоростью, которая зависит от ее массы. 

Когда значительная часть массы газа превращается в звезды, межзвездное магнитное поле, которое своим давлением поддерживало газопылевой комплекс, естественно, не будет влиять на звезды и молодых протозвезд. Под воздействием гравитационного притяжения Галактики они начнут падать по направлению к плоскости галактики. Таким образом, молодые звездные ассоциации всегда должны приближаться к галактической плоскости. 

Не так давно астрономы полагали, что для образования звезды из межзвездного газа и пыли потребовались миллионы лет. Но в последние годы были сделаны поразительные фотографии области неба, которая является частью Большой туманности Ориона, где за эти годы появилось небольшое скопление звезд. Фотографии 1947 года. В этом месте была видна группа из трех звездообразных объектов. К 1954 г. некоторые из них стали продолговатыми, а к 1959 г. эти продолговатые образования впервые в истории человечества распались на отдельные звезды, люди наблюдали рождение звезд буквально на наших глазах. Этот беспрецедентный случай показал астрономам, что звезды могут родиться за короткий период времени, и ранее странные рассуждения о том, что звезды обычно возникают в группах или звездных скоплениях, оказались правдой. 

Каков механизм их возникновения? Почему за многие годы астрономических визуальных и фотографических наблюдений за небом только теперь удалось впервые увидеть «материализацию» звезд? Рождение звезды не может быть исключительным событием: во многих частях неба существуют условия, необходимые для появления этих тел. 

Тщательное изучение фотографий туманных областей Млечного Пути выявило маленькие черные нерегулярные пятнышки или глобулы, которые представляют собой огромные скопления пыли и газа. Они выглядят черными, так как не излучают свой собственный свет и находятся между нами и яркими звездами, свет от которых они блокируют. Эти газопылевые облака содержат частицы пыли, которые очень сильно поглощают свет от звезд позади них. Глобулы огромные, до нескольких световых лет в поперечнике. Несмотря на то, что вещество в этих скоплениях очень разрежено, их общий объем настолько велик, что этого вполне достаточно для образования небольших скоплений звезд, близких по массе к Солнцу. Чтобы представить, как звезды возникают из глобул, давайте вспомним, что все звезды излучают, а их излучение оказывает давление. Были разработаны чувствительные инструменты, которые реагируют на давление солнечного света, проникающего через земную атмосферу. В черной глобуле под действием давления излучения, испускаемого окружающими звездами, вещество сжимается и уплотняется. Внутри глобулы «ветер» ходит, рассеивая частицы газа и пыли во всех направлениях, так что вещество глобулы находится в непрерывном турбулентном движении. 

Глобулу можно рассматривать как турбулентную газопылевую массу, которая вдавливается излучением со всех сторон. Под воздействием этого давления объем, заполненный газом и пылью, будет сокращаться, становясь все меньше и меньше. Такое сжатие происходит в течение некоторого времени, в зависимости от источников излучения, окружающих глобулу, и интенсивности последней. Гравитационные силы, возникающие из-за концентрации массы в центре глобулы, также имеют тенденцию сжимать глобулу, заставляя вещество падать к ее центру. Падая, частицы материи приобретают кинетическую энергию и нагревают газопылевое облако. 

Падение материи может длиться сотни лет. Сначала это происходит медленно, неторопливо, поскольку гравитационные силы, притягивающие частицы к центру, все еще очень слабы. Через некоторое время, когда глобула становится меньше, а гравитационное поле увеличивается, падение начинает происходить быстрее. Но, как мы уже знаем, глобула огромна, ее диаметр составляет не менее светового года. Это означает, что расстояние от его внешней границы до центра может превышать 10 триллионов километров. Если частица с края глобулы начинает падать к центру со скоростью чуть менее 2 км / с, то она достигнет центра только через 200 000 лет. Наблюдения показывают, что скорости движения частиц газа и пыли на самом деле намного выше, и поэтому гравитационное сжатие намного быстрее. 

Падение вещества в центр сопровождается очень частыми столкновениями частиц и переходом их кинетической энергии в тепловую. В результате температура глобулы повышается. Глобула становится протозвездой и начинает светиться, поскольку энергия движения частиц превратилась в тепло, разогревшее пыль и газ. 

На этом этапе протозвезда едва видна, так как основная часть ее излучения попадает в дальний инфракрасный диапазон. Звезда еще не родилась, но ее зародыш уже появился. Астрономы еще не знают, сколько времени протозвезда достигнет стадии, где она начинает светиться как тусклый красный шар и становится видимой. По разным оценкам, это время колеблется от тысяч до нескольких миллионов лет. Однако, учитывая появление звезд в Большой туманности Ориона, возможно, стоит учитывать, что оценка, дающая минимальное значение времени, наиболее близка к реальности. 

Среди многочисленных небесных тел, изучаемых современной астрономией, планеты занимают особое место. В конце концов, мы все хорошо знаем, что Земля, на которой мы живем, является планетой, поэтому планеты-тела в основном похожи на нашу Землю. 

Но в мире планет мы даже не встретим двух совершенно похожих друг на друга. Разнообразие физических условий на планетах очень велико. Расстояние планеты от Солнца (и, следовательно, количество солнечного тепла и температура поверхности), ее размер, гравитационное напряжение на поверхности, ориентация оси вращения, которая определяет смену времен года, наличие и состав Атмосфера, внутренняя структура и многие другие свойства различны для всех девяти планет Солнечной системы. 

Поскольку изучение условий, при которых возможно происхождение и дальнейшее развитие живой материи, возможно, только на планетах мы можем искать признаки существования органической жизни. Вот почему изучение планет, помимо общего интереса, имеет большое значение с точки зрения космической биологии. 

Изучение планет имеет большое значение, помимо астрономии, и для других областей науки, прежде всего для наук о Земле, геологии и геофизики, а также для космогонии, науки о происхождении и развитии небесных тел, в том числе нашей Земли. ,

Современные представления о планетах сформировались не сразу. Это требовало много веков накопления и развития знаний и упорной борьбы новых, прогрессивных знаний со старыми, устаревшими взглядами. 

В древних представлениях о Вселенной Земля считалась плоской, а планеты рассматривались только как светящиеся точки на небосводе, отличаясь от звезд только тем, что они перемещались между ними, переходя от созвездия к созвездию. За это планеты получили название, означающее «странствие». Древние наблюдатели знали о пяти планетах: Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн. 

Даже после того, как сферическая форма Земли была установлена, и ее размеры были впервые определены (Эратосфеном в 3-м веке до нашей эры), после того, как ограниченность Земли в космосе стала очевидной, ничего не было известно о природе планет. И все же, во взглядах выдающихся мыслителей древности: Анаксагора, Демокрита, Эпикура, Лукреция, мы встретим идеи о материальности и бесконечности Вселенной, наполненной бесчисленными мирами, подобными нашему, и многие из них могут быть населены живые существа. Эти мыслители высказали очень интересные идеи о природе небесных тел. 

Формирование планет

Давайте вернемся к спутникам нашего Солнца, к тем осколкам туманности, которые под действием центробежной силы откололись от центрального сгустка и начали вращаться вокруг него. Именно здесь создаются условия, способствующие разделению легких и тяжелых частиц туманности. Происходит нечто похожее на наш древний метод добычи золота путем промывки золотосодержащего песка или просеивания зерна в молотилках. Струя воды или воздуха уносит легкие частицы, оставляя тяжелые. Спутниковые облака находятся на очень разных расстояниях от Солнца. Едва ли греет далекие. Но в тех, кто рядом с ним, его тепло испаряет все, что может испариться. И его ослепительно яркий свет, действуя как своего рода «ветер», выдувает из них все испарившееся, вообще весь свет, оставляя только то, что тяжелее, что вы не можете сдвинуть с места.

 

Следовательно, почти нет легких газов водорода и гелия, основного компонента газопылевой туманности. Есть также несколько других "летучих" веществ. Все это уносит горячий «ветер» вдаль. В результате через некоторое время химический состав облаков-спутников становится совершенно другим. В дальних он почти не изменился. А в тех, которые кружатся возле солнца, излучающего тепло и свет, есть только «прокаленный» и «выдувной» материал, изолированная «драгоценная жизненная примесь» тяжелых элементов. Материал для создания обитаемой планеты готов. Начинается процесс превращения «материала» в «продукт», частиц туманности в планеты. 

Покрытия звезд и планет

Первый этап адгезия частиц. В далеких облаках спутников многочисленные молекулы легких газов и редкие легкие зерна пыли постепенно собираются в огромные рыхлые шарики низкой плотности. В будущем это планеты группы Юпитера. В спутниковых облаках рядом с Солнцем тяжелые частицы пыли слипаются в плотные каменистые комки. Они объединяются в огромные массивные скалистые валуны, чудовищные серые угловатые массы, плавающие на орбитах вокруг своей звезды. Двигаясь по разным, иногда пересекающимся орбитам, эти "астероиды", каждая размером в десятки километров, сталкиваются. Если на низкой относительной скорости, то как бы «прижимаются» друг к другу, «накапливаются», «прилипают» друг к другу. Объединить в более крупные. Если на большой скорости, то они раздавливают, раздавливают друг друга, порождая новую «мелочь», бесчисленные обломки, осколки, которые снова проходят долгий путь объединения.

В течение сотен миллионов лет этот процесс слияния мелких частиц в большие небесные тела продолжался. По мере того как они увеличиваются в размерах, они становятся все более сферическими. Растущая масса увеличивает силу тяжести на их поверхности. Верхние слои давят на внутренние. Выступающие части оказываются более тяжелыми и постепенно погружаются в толщу подстилающих масс, раздвигая их под собой. Те, кто движется в стороны, заполняют впадины сами собой. Грубый «комок» постепенно сглаживается. В результате вблизи Солнца образовалось несколько относительно небольших, но очень плотных планет земной группы, состоящих из очень тяжелых материалов. Среди них Земля. Все они резко отличаются от планет группы Юпитера богатством химического состава, обилием тяжелых элементов и большим удельным весом. Теперь давайте посмотрим на Землю. На фоне звездного неба, освещенного с одной стороны яркими солнечными лучами, перед нами плывет огромный каменный шар . Это еще не гладко. Выступы валунов, которые ослепили его, все еще торчат в некоторых местах.

Не полностью опухшие «швы» между ними тоже «читаются». Пока это еще «грубая работа». Но вот что интересно. Уже есть атмосфера. Немного тускло, очевидно, от пыли, но без облаков. Это водород и гелий, выдавленные из недр планеты, которые в свое время прилипли к скалистым частицам и каким-то чудом выжили, а не «сдулись» солнечными лучами. Первичная атмосфера Земли. Она не продлится долго. «Не мыть, а катиться». Солнце уничтожит ее. Легкие подвижные молекулы водорода и гелия под действием нагрева солнечными лучами будут постепенно уходить в космос. Этот процесс называется "диссипация" 

Вторая стадия разогревается. 0 Внутри планеты, в смеси с другими, радиоактивные вещества задерживаются, «запираются». Их отличает тот факт, что они постоянно излучают тепло и слегка нагреваются. Но в толще планеты этому теплу некуда деваться, нет вентиляции, нет моющей влаги. Над ними мощная «шуба» из вышележащих слоев. Тепло накапливается. Этот радиоактивный нагрев начинает размягчать всю толщину планеты. В смягченном виде вещества, в одно время хаотично, бессистемно. 

Те, кто это ослепил, теперь начинают распределяться по весу. Тяжелые постепенно опускаются, опускаются к центру. Легкие выдавливаются ими, поднимаются все выше, плавают все ближе и ближе к поверхности. Постепенно планета приобретает структуру, похожую на нашу нынешнюю Землю, в центре, тяжелое ядро, сжатое чудовищной массой слоев, сложенных сверху. Он окружен «мантией» с толстым слоем более легкого вещества. И, наконец, снаружи очень тонкая «корочка», толщиной всего в несколько десятков километров, состоящая из самых легких камней. Радиоактивные вещества в основном обнаруживаются в легких породах. Поэтому теперь они накапливаются в «коре», они ее греют. Основное тепло с поверхности планеты уходит в космос, с планеты «немного тепла». А на глубине десятков километров тепло сохраняется, нагревая камни. 

Третий этап вулканической активности. В некоторых местах недра планеты светятся раскаленным докрасна. Тогда еще больше. Камни тают, превращаются в раскаленную, пылающую оранжево-белую легкую огненную кашу «магма». Это тесно в толще коры. Он полон сжатых газов, которые были бы готовы взорваться, рассеять всю эту магму во всех направлениях огненными брызгами. Но для этого недостаточно сил. Слишком сильная и тяжелая корка планеты, окружающая и сокрушающая сверху. И огненная магма, пытаясь каким-то образом уйти наверх, на свободу, ищет слабые места между сжимающими ее блоками, втискивается в трещины, расплавляя их стены своим теплом. И постепенно, с годами, набирая силу, он поднимается из глубин на поверхность планеты.

А теперь победа! «Канал» сломан! Встряхивая камни, из недр вырывается огненная колонна с ревом. В небо вздымаются клубы дыма и пара. Камни и пепел взлетают. Огненная магма, которую сейчас называют "лавой", выливается на поверхность планеты, распространяется по сторонам. Вулкан извергается. На планете много таких «дырок пробитых изнутри». Они помогают молодой планете «бороться с перегревом». Через них он освобождается от скопившейся огненной магмы, «выдыхает» горячие газы, расширяющие ее, в основном углекислый газ и водяной пар, а вместе с ними и различные примеси, такие как метан и аммиак. Постепенно водород и гелий почти исчезли в атмосфере, и он стал состоять в основном из вулканических газов. В нем до сих пор нет никаких следов кислорода. Эта атмосфера совершенно непригодна для жизни. Очень важно, чтобы вулканы выделяли большое количество водяного пара на поверхность. Он идет в облака. От них идут дожди на поверхности планеты. Вода стекает в низины, накапливается. И постепенно на планете образуются озера, моря, океаны, в которых может развиваться жизнь. 

Формирование Солнечной системы

Вот уже два столетия проблема происхождения Солнечной системы волнует выдающихся мыслителей нашей планеты. Эта проблема решалась, начиная с философа Канта и математика Лапласа, галактики астрономов и физиков 19 и 20 веков. 

И все же мы еще далеки от решения этой проблемы. Но за последние три десятилетия вопрос о том, как развивались звезды, стал ясным. И хотя детали рождения звезды из газопылевой туманности еще далеко не ясны, мы теперь ясно понимаем, что происходит с ней в течение миллиардов лет дальнейшей эволюции. 

Переходя к изложению различных космогонических гипотез, заменяющих друг друга в течение последних двух веков, мы начнем с гипотезы великого немецкого философа Канта и теории, которую французский математик Лаплас предложил несколько десятилетий спустя. Фон для этих теорий выдержал испытание временем. 

Точки зрения Канта и Лапласа резко расходились по ряду важных вопросов. Кант исходил из эволюционного развития холодной пыльной туманности, во время которой сначала возникло центральное массивное тело, будущее Солнце, а затем планета, в то время как Лаплас считал исходную туманность газообразной и очень горячей с высокой скоростью вращения. Сжимаясь под действием силы всемирного притяжения, туманность, благодаря закону сохранения момента импульса, вращалась все быстрее и быстрее. Из-за больших центробежных сил кольца были последовательно отделены от него. Затем они сгущались, образуя планеты. 

Таким образом, согласно гипотезе Лапласа, планеты образовались до Солнца. Однако, несмотря на различия, общая важная особенность идея, что солнечная система возникла в результате естественного развития туманности. Поэтому принято называть это понятие «гипотезой Канта-Лапласа». 

Однако эта теория сталкивается с трудностями. Наша солнечная система, состоящая из девяти планет разных размеров и масс, имеет особенность: необычное распределение момента импульса между центральным телом Солнца и планетами. 

Момент импульса является одной из важнейших характеристик любой механической системы, изолированной от внешнего мира. Именно так можно считать такую ​​систему Солнцем и окружающими его планетами. Угловой момент может быть определен как «запас вращения» системы. Это вращение состоит из орбитального движения планет и вращения вокруг осей Солнца и планет. 

Львиная доля углового момента Солнечной системы сосредоточена в орбитальном движении планет-гигантов Юпитера и Сатурна.

С точки зрения гипотезы Лапласа, это совершенно непостижимо. В эпоху, когда кольцо отделялось от первоначальной, быстро вращающейся туманности, слои туманности, из которых затем сгущалось Солнце, имели (на единицу массы) примерно такой же момент, что и материал отделенного кольца (поскольку угловые скорости кольца и остальные части были примерно одинаковыми) ... Так как масса последней была намного меньше, чем главная туманность («protosun»), общий момент импульса кольца должен быть намного меньше, чем у « протосолнца». В гипотезе Лапласа отсутствует какой-либо механизм передачи импульса от «протосана» к кольцу. Следовательно, в течение всей последующей эволюции момент импульса «протозунна», а затем и Солнца, должен быть намного больше, чем у колец и образованных из них планет. Но этот вывод противоречит фактическому распределению импульса между Солнцем и планетами. 

По предположению Лапласа, эта трудность оказалась непреодолимой.

Заключение

Остановимся подробнее на гипотезе Джинса, которая получила широкое распространение в первой трети текущего столетия. Это полностью противоположно гипотезе Канта-Лапласа. Если последний изображает формирование планетных систем как единственный естественный процесс эволюции от простого к сложному, то в гипотезе Джинса образование таких систем является вопросом случайности. 

Исходная материя, из которой впоследствии образовались планеты, была выброшена из Солнца (которое к тому времени было уже довольно «старым» и похожим на настоящее), когда звезда случайно прошла рядом с ним. Это прохождение было так близко, что его почти можно было увидеть как столкновение. Из-за приливных сил со стороны звезды, которая влетела в Солнце, из поверхностных слоев Солнца выбрасывается струя газа. Эта струя останется в сфере притяжения Солнца даже после того, как звезда покинет Солнце. Тогда струя будет конденсироваться и давать начало планетам. 

Если гипотеза Джинса была верна, то количество планетных систем, сформировавшихся за десять миллиардов лет ее развития, можно было бы просчитать с одной стороны. Но на самом деле существует много планетных систем, поэтому эта гипотеза несостоятельна. И нигде из этого не следует, что струя горячего газа, выбрасываемая с Солнца, может конденсироваться в планеты. Таким образом, космологическая гипотеза Джинса оказалась несостоятельной.