Вік небесних тіл - ВІК НЕБЕСНИХ ТІЛ. Вік Землі та метеоритів, а звідси побічно та ін. тіл Сонячної системи найбільш надійно оцінюється методами космохронології ядерної, напр. за кількістю ізотопів свинцю 206Рb і 207Рb, що утворилися в досліджуваних породах внаслідок радіоактивного розпаду ізотопів урану 238U та 235U. З моменту припинення контакту досліджуваного зразка породи з можливими джерелами 238U і 235U (напр., після виділення породи з розплаву у разі її вулканіч. походження або механічної ізоляції у випадку метеоритів, які можуть бути осколками більших космічних тіл) утворення ізотопів 206Рb і 207Рb іде рахунок наявних у зразку ізотопів урану. Оскільки швидкість радіоактивного розпаду постійна, кількість ізотопів свинцю, що накопичилися, характеризує час, що минув з моменту ізоляції зразка до моменту дослідження. Майже вік породи визначається по відношенню до вмісту ізотопів 206Рb і 207Рb до вмісту природного ізотопу 204Рb, не породженого радіоактивністю. Цей спосіб дає віку найдавніших порід земної кори оцінку до 4,5 млрд. років. Аналіз вмісту ізотопів свинцю в залізних метеоритах зазвичай дає оцінки до 4,6 млрд. років. Вік кам'яних метеоритів, що визначається радіоактивним перетворенням в них ізотопу калію 40К в ізотоп аргону 40Аг, коливається від 0,5 до 5 млрд. років. Це свідчить про те, що частина метеоритів виникла порівняно недавно. Аналіз порід, доставлених з Місяця на Землю, показав, що кількість інертних газів, що містяться в них, - продуктів радіоактивного розпаду - відповідає віку порід від 2 до 4,5 млрд. років. Т. о., вік місячних порід та найдавніших порід земної кори приблизно однаковий. Планети Сонячної системи, але совр. уявленням, що виникли з речовини в конденсованій фазі (пилок або метеоритів). Планети, отже, молодше деяких метеоритів. У зв'язку з цим вік Сонячної системи зазвичай оцінюється в 4,6 млрд. років. Вік окремих зірок та Сонця оцінюють на основі теорії будови та еволюції зірок. Згідно з цією теорією, зірки світять за рахунок гравітаційної енергії та ядерної енергії, що виділяються відповідно при стисканні зірок і в термоядерних реакціях, що протікають у їхній центр. області (на різних стадіях еволюції переважну роль грає то одне, то інше з цих джерел енергії). Зміна типу термоядерної реакції знаменує перехід до стадії еволюції (див. Еволюція зірок). Тривалість кожної стадії еволюції тим менше, що більш масивна зірка, і з урахуванням залежності між масою і світністю для зірок головної послідовності (див. Маса - світність залежність) тривалість приблизно виражається наступними ф-лами. Тривалість стадії формування зірки (початкового стискування від протозірки до зірки головної послідовності) (млн. років) (1) (маса і світність L зірки у цій фазі еволюції виражаються у частках маси і світності Сонця -). Зірки малих мас, що знаходяться на цій стадії, можуть мати дуже великий абс. вік. Так. найдавніші карликові зірки з меншою масою (змінні типу UV Kита) не завершили ще цієї стадії. Ф-ла (1) оцінює їх макс. вік. Тривалість стадії горіння водню (перебування зірки на головній послідовності) - найтриваліша стадія у житті зірки, коли джерелом енергії зірки явл. термоядерні реакції водневого циклу: (млн. років) (2) Сума tc + tH дає макс. оцінка віку зірки, що перебуває на головній послідовності. Тривалість стадії горіння гелію (стадії червоних гігантів) tHe становить приблизно 0,1 tH. Сумою tc + tH + tHe оцінюється макс. вік червоного гіганта та надгіганта. Наступні стадії еволюції, пов'язані з "вигорянням" у зірках вуглецю н кремнію, швидкоплинні і характерні для масивних зірок-надгігантів (вони закінчують свою еволюцію вибухом, див. наднові зірки). При цьому можуть утворитися нейтронні зірки та чорні дірки (див. Гравітаційний колапс). Зірки з масами в процесі еволюції стають, uo-видимому, білими карликами. Оцінок тривалості існування зірок цих стадіях немає. Т. о., можливо встановити межі віку зірки даної маси, що знаходиться в тій чи іншій стадії еволюції, але вона знаходиться на початку цієї стадії або вже майже пройшла її, з'ясувати значно складніше. Пряму оцінку віку зірки можна було б отримати, порівнявши відсотковий вміст водню і гелію в її ядрі (знаходиться розрахунком внутр. будови зірки) та оболонці (знаходиться за спектром зірки). За умови неперемішування зовніш. та внутр. верств, але зміни складу зірки у центрі, обумовленого термоядерними процесами, можна було визначити її вік. На жаль, співвідношення гелію н водню та зірках оцінюється дуже грубо, і то лише у зірок спектр. класів Про і В, у спектрах яких брало спостерігаються сильні лінії гелію. Для Сонця ця оцінка дуже приблизна - 5 млрд. років від початку стадії горіння водню. Це узгоджується з оцінками віку Сонячної системи, але не виключено також, що Сонце старше за неї на 1-2 млрд. років. Якщо вік Сонця 5 млрд. років, то, згідно з формулою (2), воно перебуватиме на головній послідовності ще прибл. 5 млрд. Років. Чи пройде воно потім стадію червоного гіганта або відразу буде білим карликом, поки неясно, хоча перше імовірніше. У найстаріших із відомих зоряних скупчень зірки з масою Сонця або дещо меншою ще займають головну послідовність, і їхня подальша еволюція поки що з достатньою повнотою невідома. Судячи з хім. складу, Сонце не явл. ровесником Галактики, воно молодше, хоч і належить до найстаріших зір галактич. диска. Рис.1 Визначення віку зоряних скупчень за діаграмою колір - світність декількох розсіяних зоряних скупчень та одного кульового скупчення МОЗ, В - V - показник кольору. Кожній точці головної послідовності відповідає максимальний вік tc + tH зірок (на рис. справа). Точка, де зірки скупчення згортають із головної послідовності, вказує вік (tc + tH) зірок скупчення. Вік зоряних скупчень і асоціацій, в яких брало зірки виникли майже одночасно, оцінюється набагато надійніше, ніж вік окремих зірок. Найбільш масивні зірки розсіяних скупчень швидко просуваються у своїй еволюції, залишають головну послідовність і стають червоними гігантами або (найбільш масивні) - надгігантами. На діаграмі Герцшпрунга - Ресселла такого скупчення (рис.1) легко відрізнити ті зірки, які закінчують своє перебування на головній послідовності і готуються піти з неї. Ф-ла (2) дає оцінку віку цих зірок і, отже, всього скупчення. У наймолодших розсіяних скупчень вік оцінюється в 1 млн. років, найстаріші мають вік 4,5-8 млрд. років (за різних припущень про кількість водню, що перетворився на гелій). Вік кульових зоряних скупчень оцінюється аналогічним шляхом, хоча діаграми Герцшпрунга – Ресселла для кульових скупчень мають свої відмінності. Оболонки зірок у цих скупченнях містять значно менше хімічних елементів важче гелію, тому що скупчення складаються з найдавніших зірок Галактики (до їхнього складу майже не увійшли важкі елементи, синтезовані в ін. зірках, всі важкі елементи, що є там, синтезовані в них самих). Оцінки віку кульових скупчень – від 9 до 15 млрд. років (з похибкою 2-3 млрд. років). Вік Галактики оцінюється відповідно до теорії її еволюції. Первинна газова хмара (протогалактика) за перший мільярд років розпалася, очевидно, на окремі згустки, що поклали початок кульовим скупченням і зіркам сферич. підсистеми галактики. У ході еволюції зірки першого покоління, що вибухали, викидали в простір газ з домішкою важких хім. елементів. Газ концентрувався до галактич. площині, і з нього утворювалися зірки наступного покоління, що становлять більш стислу до площини систему (населення). Зазвичай виділяють дек. населення, що характеризуються відмінністю св-в вхідних до них зірок, змістом у тому атмосферах важких елементів (тобто. всіх елементів, крім М і Не), формою займаного в Галактиці обсягу та різним віком (табл.). Склад та вік деяких типів населення Галактики Населення Галактики Зміст важких хім. елементів, % Граничний вік, млрд. років Кульові скупчення, зірки-субкарлики, короткоперіодичні цефеїди 0,1 - 0,5 12 - 15 Довгоперіодичні змінні, зірки з великими швидкостями 1 10 - 12 Зірки головної послідовності сонячного типу, червоні гіганти, планет , нові зірки 2 5 - 7 Зірки спектрального класу А 3 - 4 0,1-5 Зірки класів Про і В, надгіганти 3 - 4 0,1 Вік Галактики може бути оцінений також за часом, необхідним для утворення кількості важких елементів, що спостерігається в ній. . Їхній синтез припинився, очевидно, у нашому районі Галактики з утворенням Сонячної системи (тобто 4,6 млрд. років тому). Якщо синтез стався раптово, порівняно короткий час, то освіти совр. співвідношення ізотопів важких елементів він мав відбутися за 4-6 млрд. років до виникнення Сонячної системи, тобто 9 – 11 млрд. років тому. Відносить. короткочасність періоду інтенсивного синтезу підтверджується як аналіз відносить. складу зазначених елементів, і астрономич. даними - зореутворення в Галактиці було особливо інтенсивним у початковий період. Т. о., вік Галактики, що визначається синтезом елементів, становить від 9 до 11 млрд. років. Вік доступної спостережень частини Всесвіту (Метагалактики) оцінюється за законом розширення Метагалактики. Відповідно до Хаббла закону, галактики віддаляються одна від одної зі швидкістю 50-100 км/с на Мпк. Якщо ця швидкість мало змінилася з початку розширення, то величина, обернена до швидкості, дає оцінку макс. віку Метагалактики: 1/50 км-1.с.Мпк 20 млрд. років, а 1/100 км-1.с.Мпк 10 млрд. років. Однак зазвичай припускають, що розширення Метагалактики уповільнюється з часом, тому вік її має бути дещо меншим. Оцінка віку сильно залежить від точності визначення постійної розширення і зажадав від величини уповільнення, т. е. гаданої моделі світу (див. Космологія). Струве О., Ліндс Би., Пілланс Е., Елементарна астрономія, пров. з англ. , 2 видавництва, М., 1967; Харлей П. М., Вік Землі, пров. з англ., М., 1962; Фауль Р., Вік порід, планет та зірок, пров. з англ., М., 1968; Соботович Е. Ст, Ізотопна космохімія, М., 1974. (Ю.П. Псковський)

Урок 33

Тема:Походження Сонячної системи

Ціль:Вік Землі та інших тіл Сонячної системи. Радіоізотопний метод визначення. Основні закономірності у Сонячній системі. Теорії освіти Сонячної системи (Канта, Лапласа, Шмідта та інші).

Завдання :
1. Навчальна: запровадити поняття: радіоізотопного методу, віку об'єктів Сонячної системи.

2. Виховує: поширити ідею розвитку (еволюції) від конкретних небесних тіл (планетів) до Сонячної системи і всього Всесвіту.

3. Розвиваюча: Формування умінь аналізувати інформацію, пояснювати властивості систем та окремих тіл на основі найважливіших фізичних теорій, використовувати узагальнений план вивчення послідовності еволюції і робити висновки.
Знати:

– радіоізотопний метод визначення віку, вік Сонячної системи (Сонця, Землі та Місяця), деякі закономірності у Сонячній системі, сучасну теорію утворення Сонячної системи.
Вміти:

- Обчислювати вік використовуючи радіоізотопний метод.

Хід уроку:

1. Новий матеріал

Розділ астрономії, що займається вивченням походження та еволюції небесних тіл, - зірок (зокрема Сонця), планет (зокрема Землі) та інших тіл планетної системи, називається космогонією.
1. Вік тіл Сонячної системи
Визначення віку ґрунтується на використанні радіоізотопного методу- дослідження вмісту радіоактивних елементів (ізотопів хімічних елементів) у породах. Метод запропонований у 1902р. П'єром Кюріі розроблений спільно з Ернестом Резерфорд().
Радіоактивний розпад залежить від зовнішніх факторів (Т, р, хімічних взаємодій) і кількість атомів, що розпалися, визначається формулою N=No.2-t/T, де Т – період напіврозпаду. Приміром U235 має період напіврозпаду 710 млн. років, а U,5 млрд. років. Вік оцінюють за співвідношенням Pb206/U238, оскільки свинець кінцевий не радіоактивний продукт розпаду.
Метод абсолютної геохронології для останніх 60тис років - радіовуглецевий метод, заснований на випромінюванні радіоактивного 14С, відкритого при дослідженні процесу фотосинтезу в 1941р в Берклі М. Камені С. Рубенз періодом напіврозпаду 5568 років розроблено Уілард Френк Ліббі(1946р, США). На Землі для 94 хімічних елементів є 350 ізотопів.
Вік Сонця 4,9 млрд. років, тобто воно відноситься до зірок другого покоління, що виникли з газопилових комплексів.
Сонячна система вважається має вік понад 4,6 млрд. років.
Останні дослідження наприкінці 2005 року показали, що вік Місяця становить 4 млрд 527 млн ​​років. За оцінками вчених, помилка виміру може становити максимум 20-30 млн років.
Вік найдавніших порід Землі (кори) становить 3960 млн. років.
Вулканічні та осадові породи комплексу Пілбара, що на захід від Великої піщаної пустелі в Австралії - одні з найстаріших порід на 3емлі, що показує що на планеті Земля з'явилася 3,416 мільярдів років тому.

2. Закономірності у Сонячній системі
Космологічна гіпотеза утворення Сонячної системи має пояснити закономірності, які у ній. Ось деякі з них:
1 . Орбіти всіх планет лежать практично в одній площині, яка називається площиною Лапласа.
2 . Ексцентриситети орбіт планет дуже малі.
3 . Середня відстань планет від Сонця підпорядковується певній закономірності, що називається правилом Тіціуса-Боде .
4 . Планети рухаються навколо Сонця у напрямі його обертання, як і більшість їхніх супутників.
5 . Астероїди (Головний пояс) розташовані на такій відстані від Сонця, де, згідно з правилом Тіціуса-Боде, має бути планета.
6 . Усі планети Сонячної системи, крім планет найближчих до Сонця, Меркурія та Венери, мають природні супутники.
7 . Спостерігається позитивна кореляція кутової швидкості обертання планет із їхньою масою: що більше маса, то більше і швидкість обертання. Винятки - знову Меркурій та Венера.
8. У параметрах рухів планет та його супутників витримуються сумірності, що вказують на явища резонансу.
9. Більшість планет (за винятком Венери та Урану) обертаються в напрямку звернення навколо Сонця.
10. Перед планет припадає 98% кількості руху на Сонячної системі за всього 0,1 маси Сонця.
11. За своїми фізичними характеристиками планети різко поділяються на земну групу та гіганти.
12. Рівність кутових розмірів Сонця і Місяця при спостереженнях із Землі, звичне з дитинства і забезпечує можливість спостерігати повні (не кільцеподібні) сонячні затемнення.
13. Рівність відносин діаметра Сонця до діаметра Землі та відстані від Сонця до Землі до діаметра Сонця з точністю до 1%: 1390000: 12751 = 109 та: 1390000 = 108
14. Рівність періоду обігу Місяця навколо Землі періоду її обертання навколо осі (сидеричний місячний місяць, 27.32 діб) та керінгтонівському періоду обертання Сонця (27.28 діб). Шугрін і Обут вказують, що 600-650 млн. років тому синодичний місячний місяць дорівнював 27 сучасним діб, тобто був точний резонанс з Сонцем.
15. "Сонячний квадрат". Цікава властивість періодичності сонячної активності, датована 1943 роком. Наводиться середнє значення тривалості циклу сонячної активності за 17 циклів (128 років), середнє значення для післямаксів (період максимум-мінімум сонячного циклу) Р=6.52 років, а також середнє значення для передмаксів (період мінімум-максимум сонячного циклу) N=4.61 року . У цьому спостерігається наступна закономірність: (6.52)2/(4.61)2=42.51/21.25=2 чи P/N=√2.
та інші закономірності. Створюючи гіпотезу утворення Сонячної системи, необхідно всі закономірності врахувати та пояснити.

3. Гіпотези утворення Сонячної системи

Гіпотези про утворення нашої Сонячної системи можна розбити на дві групи: катастрофічніі еволюційні. Космогонічні гіпотези
Перші гіпотези з'явилися задовго до того, як стало відомо багато важливих закономірностей Сонячної системи. Відкидаючи теорії створення Сонячної системи як одночасний акт божественного творіння, зупинимося на найбільш значущих теоріях, у яких походження небесних тіл пояснюється результатом природного процесу та містили правильні ідеї.
1 . Гіпотеза Канта- Перша універсальна природничо-філософська концепція, розроблена в мм. У його гіпотезі небесні тіла походять з гігантської холодної пилової хмари під дією тяжіння. У центрі хмари утворилося Сонце, але в периферії - планети. Таким чином, спочатку висловлювалася думка, що Сонце та планети виникли одночасно.
2 . Гіпотеза Лапласа- в 1796 р. висунув гіпотезу про походження Сонячної системи з єдиної розпеченої газової туманності, що обертається, не знаючи теорії І. Канта. Планети зароджувалися на межі туманності шляхом конденсації охолодженої пари в площині екватора і від охолодження туманності поступово стискалася, обертаючись все швидше і коли відцентрова сила стає рівною силі тяжіння, утворюються численні кільця, які, ущільнюючись, ділячись на нові кільця, створили центральний потік перетворився на Сонце. Газові планети, остигали і стискалися, утворюють навколо кільця, з яких потім виникли супутники планет (кільце Сатурна вважав вірністю своїх міркувань). Теоретично одночасно відбувається формування всіх тіл Сонячної системи: Сонця, планет, супутників. Наводить 5 фактів (явно недостатньо) - особливостей Сонячної системи, виходячи із закону тяжіння. Це перша, розроблена в математичній формі, теорія і існувала майже 150 років, аж до теорії.
Гіпотеза Канта-Лапласа не могла пояснити, чому у сонячній системі понад 98% моменту кількості руху належить планетам. Детально цю проблему вивчив англійський астрофізик Хойл. Він зазначив можливість передачі моменту кількості руху від " протосонця " до довкілля з допомогою магнітного поля.
3. Однією з найпоширеніших катастрофічних гіпотез була гіпотеза Джинса. Згідно з цією гіпотезою поблизу Сонця пройшла зірка, яка своїм тяжінням вирвала з поверхні Сонця струмінь газу, з якого утворилися планети. Головний недолік цієї гіпотези полягає в тому, що ймовірність того, що зірка виявиться на близькій відстані від Сонця дуже мала. Крім того, в сорокових-п'ятдесятих роках, коли обговорювалася ця гіпотеза, вважалося не доказом існування множинності світів, а, отже, ймовірність утворення планетної системи не повинна бути малою. Радянський астроном Микола Миколайович Парійський своїми розрахунками переконливо показав мізерно ймовірну освіту планетної системи, а отже й життя на інших планетах, що суперечило панівним у ті часи поглядам філософів. Уявлення про винятковість сонячної планетної системи призводило нібито до ідеалістичної концепції антропоцентризму, з чим учений-матеріаліст не може погодитися.
4. Ще однаСучасна катастрофічна гіпотеза. У початковий момент існували Сонце, протопланетна туманність і зірка, яка на момент проходження біля Сонця вибухнула і перетворилася на наднову. У формуванні планет із цієї протопланетної хмари зіграли визначальну роль ударні хвилі. Сильну підтримку ця гіпотеза отримала, як у книзі " Парад планет " , внаслідок аналізу хімічного складу великого метеорита Альенде. У ньому виявилося аномально багато кальцію, барію та неодиму.
5. Ще цікавіша катострофічна гіпотеза російського астрофізика професора Санкт-Петербурзького університету Кирила Павловича Бутусова, який передбачив на початку 70-х наявність планет за Нептуном. Американці, спостерігаючи комети з довгими періодами звернення навколо Сонця, дійшли висновку про наявність на великій відстані від нашого світила якогось масивного тіла, «коричневого карлика» і назвали Люцифер. Цю передбачувану другу зірку Сонячної системи Бутусов назвав Раджа-Сонцем із масою близько 2% сонячної. Відомості про неї зберігають легенди Тибету. Лами вважають її металевою планетою, тим самим підкреслюючи її величезну масу при невеликих порівняно розмірах. Вона рухається дуже витягнутою орбітою і з'являється в наших краях раз на 36 тисяч років. Бутусов припускає, що Цар-Сонце колись випереджало у розвитку Сонце і було головною зіркою подвійний системи. Потім, слідуючи природним процесам, пройшло фазу червоного гіганта, вибухнуло і перетворилося врешті-решт на білого, а потім коричневого карлика. Планетна система включала Юпітер, Нептун, Землю і Меркурій. Можливо, на них було життя, яке випереджало сучасне на пару сотень мільйонів років (інакше як пояснити наявність слідів людини поряд зі слідами динозаврів?). Інші планети належали Сонцю. Сильно втративши масою, Раджа-Сонце передало свою «світу» нинішньому Сонцю. Під час цих космічних пертурбацій Земля перехопила Місяць у Марса. Багато легенд говорять, що раніше у нашої планети супутника не було. Можливо, біля Раджі-Сонця досі збереглося кілька планет із незрівнянно вищою цивілізацією, ніж наша. І вони звідти перевіряють Землю. Але проти Раджі-Сонця говорить той факт, що Бутусов очікував його появи до 2000 року, але так і не з'явилося.
5 . Загальновизнана нинішня теорія – теорія Шмідта.
Космологічні моделі

1. Глоба, де виникає протозірка (зокрема наше Сонце), стискається, збільшуючи швидкість обертання. У ході швидше стиснення протозірки, вона утворює диск з речовини, що оточує майбутню зірку. Частина в першу чергу прилеглої речовини диска падає на зірку, що утворюється, під дією сили тяжіння. Газ і пил, що залишився в диску і має надмірний момент обертання, поступово охолоджується. Навколо протозірки формується газопиловий протопланетний диск.
2. Охолоджена речовина в диску стаючи більш плоскою, ущільнюючись, починає збиратися в невеликі згустки - планеті зималі, утворюючи рій мільярдів згустків розміром близько кілометра, які при своєму русі стикалися, руйнуючись і об'єднуючись. Найбільші збереглися - утворюючи планетні ядра, і з їх зростанням сила тяжіння, що збільшується, сприяла поглинанню близько розташованих планетезималей і притягненню навколишнього газу і пилу. Таким чином, через 50 млн. років утворилися гігантські газові планети. У центральній частині диска відбувався розвиток протозірки - стискається і розігріватися.
3. Через 100 млн. років протозірка перетворюється на зірку. Виникнення випромінювання нагріває хмару до 400К, утворюється зона випаровування і починається виштовхування водню і гелію на більш віддалену відстань, залишаючи поблизу більш важкі елементи і великі планетезималі (майбутні планети земної групи). У процесі гравітаційної диференціації речовини (поділу на важкі та легені) утворюється ядро ​​планети та її мантія.
4. У зовнішній, більш віддаленої від Сонця частини Сонячної системи 5 а. е. утворюється зона намерзання з температурою приблизно 50К і тут утворилися великі планетні ядра, які виявилися здатними утримати деяку кількість газу у вигляді первинної хмари. У ньому надалі сформувалося велика кількість супутників, та якщо з залишків кільця.
5. Місяць і супутники Марса (як і деякі супутники планет гігантів) колишні планети зималі (пізніше астероїди) утримані (захоплені) силами гравітації планет.
Ось ще одна з теорій утворення Сонячної системи :
Спочатку Сонце рухалося по орбіті навколо центру галактики в повній самоті.
Матеріальні тіла з ознаками планет, що входять нині до складу нашої сонячної системи також існували власними силами, без будь-якої зв'язку друг з одним, хоч і розташовувалися у відносній близькості від Сонця і переміщалися у одному з ним напрямі. Кожен з цих об'єктів, що знаходився на певній стадії розвитку, був оточений глибоким розрядженням, рівень якого залежав від розмірів небесного тіла. Найбільшою масою мало Сонце, що, природно, зумовлювало існування навколо нього найсильнішого розрядження. Тому саме туди були спрямовані найпотужніші потоки гравітаційної речовини, які, зустрівши на своєму шляху планети, починали повільно зрушувати їх до Сонця.
Першим у зону дії навколосонячної гравітації потрапив Меркурій. З наближенням до світила він починав відчувати з сонячного боку нестачу гравітаційних мас, необхідні власної еволюції, що змушувало його ухилятися від прямолінійного напрями й огинати Сонце стороною. Минувши останнє, Меркурій віддалявся від нього, але під натиском зустрічних потоків матерії змушений був повертати назад, знову і знову повторюючи поворотно-обертальні рухи навколо центру системи тіл, що утворюється, по своїй еліптичній орбіті, додаючи при цьому до навколосонячної порожнечі власне розрядження. Це виявляється у існуванні порожнечі як навколо самої планети, а й у її освіті протягом усього орбіти, якою рухається Меркурій.
Так почала створюватись наша Сонячна система.
Другий в оточенні Сонця з'явилася Венера, яка практично точно повторила долю Меркурія, зайнявши орбіту, що за ним слідувала. Своє відмінне від інших планет обертання навколо власної осі Венера набула у процесі свого формування, і ніяк не пов'язані з утворенням Сонячної системи.
Земля та інші матеріальні об'єкти, які мають супутниками, були залучені до орбітального руху навколо Сонця, вже маючи власну систему тіл.
Існуючий за Марсом пояс астероїдів, розташований на орбіті, раніше, безсумнівно, належав невеликій, що практично не обертається навколо осі, планеті Фаетон, що зруйнувалася близько 65 млн років тому. Аналогічну природу мають і кільця довкола деяких планет. Основна маса космічних об'єктів, що вибухнули, зібралася і рівномірно розподілилася по всьому орбітальному розрядженню, що утворився при їх обертанні до катастрофи.
Безперервний рух гравітаційних мас до центру Сонячної системи, як і раніше, не тільки змінює якісний стан останньої, а й переміщує до неї вільні матеріальні об'єкти, які мають у віддаленому майбутньому стати супутниками Сонця.
Так сформувалася наша Сонячна система, але процес її поповнення новими небесними тілами не завершився, він триватиме ще багато мільйонів років.
Але який вік Сонячної системи? Вчені встановили, що близько трьохсот мільйонів років Земля була крижаною кулею. У зв'язку з цим можна припустити, що в цей період температура Сонця була відносно невисокою і його енергії було недостатньо, щоб забезпечити на нашій планеті тепловий режим, який можна порівняти з нинішнім. Але подібне припущення зовсім неприйнятне, тому що навіть Марс, що знаходиться на значно більшій відстані від Сонця, ніж Земля, і отримує набагато менше теплової енергії, до такої низької температури так і не охолонув.
Більш правдоподібним виглядає пояснення феномена глобального зледеніння Землі тим, що вона тоді була дуже далеко від Сонця, тобто поза простором сучасної Сонячної системи. З цього випливає важливий висновок: триста мільйонів років тому Сонячної системи, як такої не існувало, Сонце рухалося просторами Всесвіту на самоті, у кращому разі, в оточенні Меркурія та Венери.
Таким чином, можна доказово стверджувати - приблизний вік Сонячної системи значно менший за триста мільйонів років!

Одна із сучасних теорій освіти Землі

4. Планети в інших зірок (екзопланети)в Вікіпедії
Думки про існування інших світів висловлювалися ще давньогрецькими філософами: Лівкіпп, Демокріт, Епікур. Також думка про існування у зірок інших планет висловив у 1584 Джордано Бруно (1548-17.02.1600, Італія). Станом на 24.04.2007 року відкрито 219 позасонячних планет у 189 планетних системах, 21 численна планетна система. Перша екзопланета відкрита в 1995 році у зірки 51 Pegasi, що знаходиться в 14,7 пк від нас астрономами Женевської обсерваторії. Мішель МАЙОР(M. Mayor) та Дідьє КВЕЛОЦЬ(D. Queloz).
Професор астрономії Каліфорнійського університету у Берклі Джеффрі Марсі(Geoffrey Marcy) та астроном Пол Батлер(Paul Butler) з Університету Карнегі оголосили 13 червня 2002 року про відкриття планети класу Юпітера, яка звертається навколо своєї зірки на відстані приблизно рівну тому, на якому наш Юпітер облітає Сонце. Зірка 55 Cancri віддалена від Землі на відстані 41 світлового року і відноситься до типу сонцеподібних зірок. Відкрита планета віддалена від зірки на. 5,5 астрономічні одиниці (Юпітер на 5,2 астрономічні одиниці). Період її звернення становить 13 років (для Юпітера – 11,86 років). Маса – від 3,5 до 5 мас Юпітера. Так вперше за 15 років спостережень міжнародній команді "мисливців за планетами в інших зірок" вдалося виявити планетарну систему, що нагадує нашу. Нині відомо таких систем сім.
За допомогою орбітального телескопа Hubble студент Університету Пенсільванії Джон Дебес(John Debes), який працював над проектом пошуку зірок в інших системах, на початку травня 2004 р. вперше в історії сфотографував планету в іншій системі, розташовану на відстані приблизно 100 світлових років від Землі, підтвердивши спостереження на початку 2004 року телескопом VLT (Чилі). і вперше отриману фотографію супутника у зірки 2M 1207 (червоний карлик). Його масу оцінюють у 5 мас Юпітера, а радіус орбіти у 55 а. е.

Будинки:

Закономірність у розподілі відстаней планет від Сонця виражається емпіричною залежністю а. е., яке називають правилом Тіціуса-Боде.Її не пояснює жодна з існуючих космогонічних гіпотез, але цікаво, що в таблиці, що її ілюструє, явно не вписується Плутон. Можливо це також одна з причин рішення МАС ( які покладено визначення планети?) про виключення Плутона з-поміж великих планет? [У визначення планети включено три положення: 1) обертається навколо Сонця; 2) достатньо велика (більше 800 км) і масивна (вище 5x1020 кг), щоб прийняти кулясту форму; 3) поряд з її орбітою немає тіл порівнянних розмірів. Ця причина також підходить, тому що в поясі Койпера є тіла за своїми розмірами перевершують Плутон.]

Дані про "віку" небесних тіл є з космогонічної точки зору такими ж важливими, як і астрономічні дані у власному значенні цього слова.

Проблема про "віку" може здатися абсолютно відмінною від тих, які ми щойно розглядали, оскільки вона відноситься до часу, а ми досі ніби займалися лише простором. Але насправді відмінність не є дуже великою. У попередніх параграфах ми бачили, як астрономи змогли поступово поширити закони, відкриті на Землі, на весь простір, куди сягає наше око, озброєне досконалими телескопами. За допомогою цих законів вчені можуть цілком задовільно пояснювати процеси, що відбуваються у різних зірках і навіть у найдальших спіральних туманностях.

Щоправда, астрономи спостерігають небесні тіла, від яких світло йде до нас тисячі та мільйони років. Отже, явища, які вивчаються в цих зірках, відбуваються не зараз, але відбувалися рівно стільки років тому, скільки необхідно для того, щоб промінь світла, який нам про це розповідає, пройшов шлях від небесного світила до нас (так само, як лист , Надіслане наприклад, з Москви, приносить нам у Парижі не свіжі звістки, але із запізненням на кілька днів). Таким чином, до явищ, що відбувалися тисячі та мільйони років тому, можна з успіхом застосовувати закони, які мають місце сьогодні на нашій планеті та відомості про які придбано на підставі досвіду протягом лише двох-трьох століть. *

* (Та обставина, що ми спостерігаємо небесні тіла такими, якими вони були багато тисяч і мільйонів років тому (оскільки світло від них йде до нас тисячі та мільйони років), не відіграє особливої ​​ролі, тому що терміни еволюції небесних тіл, як правило, дуже великі і обчислюються сотнями мільйонів та мільярдами років. (Прим. ред.))

Вчені, бажаючи обчислити вік небесних тіл, виходять із фактів, що спостерігаються нині, і намагаються пояснити ці факти виходячи з передбачуваної еволюції світу, узгоджуючи з відомими їм законами природи. Безсумнівно, що застосування подібного методу не може пройти без деяких труднощів, тим більше, що проміжки часу, що розглядаються тут у тисячі разів більше. Наші знання про закони природи є і завжди будуть лише наближенням до дійсності, і ніщо не говорить про те, що всі закони, справедливі сьогодні, можуть бути застосовані без жодних змін до епох, віддалених від нашої на мільярди років. Проте має місце той чудовий факт, що різні вчені, використовуючи цілком відмінні один від одного методи, дійшли погоджувальних результатів, що стосуються віку Землі. Що стосується віку зірок, то в цьому питанні ще не досягнуто такої ж ясності, проте отримані дуже важливі результати.

Вік Землі

Перші методи, яких вдавалися щодо віку Землі, були " геологічними " . Саме геологія перша показала, що земна кора не мала один і той самий вид протягом усіх століть, але безперервно змінювалася і зазнавала гігантських катастроф - підняття та осідання.

Проблема полягала в тому, щоб визначити скільки часу знадобилося для формування земної кори (у тому вигляді, в якому вона зараз). Цей час і називають "віком Землі".

Перші методи обчислення віку Землі спиралися на закони геології. Було, наприклад, помічено, що сіль, що міститься в морській воді, принесена в море річками, які розчиняють на своєму шляху ґрунтові солі. Знаючи, з одного боку, кількість солі, яка приноситься різними річками, і коливання цієї кількості протягом геологічних періодів і, з іншого боку, повну кількість солі, що міститься зараз в океанах, можна легко отримати уявлення про час, необхідний для накопичення цієї кількості солі в океанах.

Вдалося визначити також товщину різних шарів ґрунту, що поступово відкладалися в результаті річкових наносів на дні колишніх морів. У той самий час інші дослідження дозволили обчислити швидкість зростання цих відкладень. Просте розподіл дав після цього кількість років, необхідні їх освіти.

Ці різні геологічні методи привели до висновку, що вік Землі має вимірюватися щонайменше сотнями мільйонів років.

Пізніше визначення віку Землі почали застосовувати методи, засновані на вивченні розпаду радіоактивних елементів, має виключно регулярний характер. Наприклад, у результаті радіоактивного розпаду уран поступово перетворюється на свинець, причому при цьому виділяється деяка кількість гелію (газу, що служить для наповнення дирижаблів). За співвідношенням між кількостями урану і свинцю, які у деяких гірських породах, можна визначити вік цих порід. З допомогою подібних методів оцінюють як вік Землі, а й тривалість формування окремих пластів земної кори.

Аналізуючи сукупність результатів, отриманих зазначеним методом, англійський вчений Холмс визначив, що найімовірніший вік земної кори становить 3 мільярди 300 мільйонів років. Зрозуміло, що слід створювати ілюзій щодо точності цього числа; принаймні, помилка кілька сотень мільйонів років цілком припустима. Можна тільки стверджувати, що всі оцінки, які заслуговують на увагу, які отримані в даний час, укладені між 3 і 5 мільярдами років.

Додамо, що це результати повністю задовольняють біологів. Справді, на думку останніх, еволюція живої матерії тривала приблизно 500 мільйонів років.

Вік зірок

а) Довга та коротка шкали часу.Проблема визначення віку зірок порушила набагато гарячіші дискусії. Саме у зв'язку з цією проблемою зіткнулися між собою прихильники довгої шкали часу (які оцінюють тривалість еволюції небесних тіл трильйонами років) та прихильники короткої шкали (що ведуть рахунок мільярдами років).

Незважаючи на те, що прихильники короткої шкали здобули деяку перевагу (наприклад, при оцінці віку найбільш яскравих зірок Галактики), їхню перемогу не можна вважати повною, і тому необхідно висвітлити деякі деталі цього конфлікту, згадавши спочатку про методи, які використовуються для оцінки проміжків часу, що шукаються. Ці методи двох видів: одні оцінюють час внутрішніх фізичних змін, що призводять до змін зірок, та намагаються визначити тривалість "життя" зірок; інші ставлять собі завдання обчислити час, який знадобився для встановлення в зоряних системах (скупчення зірок, подвійних зірках) характеристик їх нинішнього стану внаслідок взаємного тяжіння зірок.

б) Джерела променистої енергії зірок. Теорія Бете.Коли говорять про "життя" зірки, то мають на увазі тривалість такого стану зірки, протягом якого вона виявляє свою присутність завдяки світловому та тепловому випромінюванню. Отже, проблема можливої ​​тривалості життя зірки тісно пов'язана з проблемою джерел енергії, що нею випромінюється. Ця енергія винятково велика. Наприклад, кожен квадратний сантиметр поверхні Сонця безперервно випромінює енергію, достатню для того, щоб змусити працювати двигун потужністю вісім кінських сил.

Спочатку хотіли пояснити виділення енергії Сонця звичайним горінням, потім поступовим стиском Сонця під впливом сил тяжіння. Але ці гіпотези призводили до надто малого віку Сонця: відповідно до першої гіпотези він оцінювався у тисячі років, відповідно до другої - у мільйони років.

Теорія, прийнята нині всіма вченими, спирається однією з фундаментальних результатів теорії відносності, відкритий 1905 р. одночасно Ейнштейном і Ланжевеном: " маса тіла може спокою є нічим іншим, як міру внутрішньої енергії цього тіла " . Іншими словами, речовина (матерія в корпускулярному стані) може частково чи навіть повністю "зникнути" (тобто перейти в іншу форму існування – у випромінювання), причому це явище супроводжується виділенням енергії.

Ця гіпотеза була запропонована вперше французьким фізиком Жаном Перреном у 1919 р., який мав на увазі значне виділення енергії у процесі перетворення водню на гелій. Вона була підхоплена і доведена до крайніх наслідків ("повне знищення" матерії внаслідок перетворення її на енергію) різними вченими, зокрема, англійським астрономом Джинсом. *

* (Насправді відбувається не "знищення" матерії, не перетворення її на енергію, а перетворення однієї форми матерії - речовини - на іншу - випромінювання. (Прим. ред.))

Енергія, що виділяється завдяки таким процесам, є колосальною. При повному перетворенні речовини вугілля на випромінювання можна отримати в три мільярди разів більше енергії, ніж при звичайному його горінні, і Джинс цілком справедливо говорив, що невеликого шматочка кам'яного вугілля завбільшки в горошину достатньо для подорожі найбільшим океанським пароплавом з Європи в Америку і назад .

Зауважимо для порівняння, що при розпаді урану, який має місце у звичайній атомній бомбі і який відповідає лише частковому перетворенню речовини на випромінювання, звільняється у два з половиною мільйони разів більше енергії, ніж при згорянні такої кількості вугілля. Що стосується перетворення водню на гелій, який має місце у водневій бомбі, то при цьому звільняється в 10 мільйонів разів більше енергії, ніж при згорянні такої ж кількості вугілля.

Деякі види перетворення речовини (матерії в корпускулярній формі) на випромінювання, які донедавна ми ніколи не спостерігали на Землі, відбуваються всередині зірок, де панують температури близько мільйонів градусів.

У припущенні, що в зірці відбудеться перетворення всієї кількості речовини, з якої вона складається, можна підрахувати, що енергія, що при цьому виділяється, може підтримувати її випромінювання, тобто зірці є на що "жити", протягом трильйонів років. Наприклад, Сонце при цьому припущенні може жити ще 10 трильйонів років, і якщо воно народилося у вигляді червоного гіганта звичайних розмірів, то це народження сталося близько восьми трильйонів років тому.

Прихильники довгої шкали часу, як, наприклад, Джинс, підтримували гіпотезу повного розпаду речовини, що призводить до проміжків часу, що укладаються в їх космогонічні гіпотези. У той самий час прибічники короткої шкали, вважали з різних міркувань, що це проміжки часу занадто великі, дотримувалися погляду Жана Перрена.

Здавалося, що вирішити це спірне питання буде важкою справою, але незадовго до війни 1939 р. успіхи атомної хімії, зокрема відкриття Фредеріка та Ірен Жоліо-Кюрі, пролили деяке світло на цю проблему. Створення циклотрону, за допомогою якого можна було піддавати речовину дії значних електричних та магнітних полів, дозволило частково реалізувати в лабораторіях умови, аналогічні тим, що існують усередині зірок. Справді, в цих приладах можна було розганяти заряджені частинки до таких швидкостей, що вони набували енергії, порівнянної з тією, яку вони (в середньому) мають, перебуваючи в центрі такої зірки, як Сонце при температурі мільйони градусів.

Завдяки цьому виключно могутньому засобу вчені могли створити теорію перетворень речовини всередині зірок; вона була розроблена американським астрофізиком Бете.

Істотним агентом цих перетворень є водень. Остаточним результатом сукупності цих ядерних реакцій є перетворення чотирьох ядер водню на одне ядро ​​гелію. *

* (Атоми різних хімічних елементів складаються з центрального ядра з позитивним електричним зарядом та певної кількості електронів, заряджених негативно, причому сумарний заряд електронів у звичайного (електрично нейтрального) атома чисельно дорівнює заряду ядра. Розмір позитивного заряду ядра визначає так зване атомне число хімічного елемента. Якщо розмістити хімічні елементи у порядку зростання їх атомних чисел, ми отримаємо відому класифікацію елементів з їхньої атомним вагам (періодична система Менделєєва). Додамо також, що ядра атомів самі мають складну структуру, різну для різних елементів, що явища всередині атомів підпорядковуються дуже специфічним законам і що на відміну від думки, яка існувала ще деякий час тому, атоми за своєю будовою зовсім не схожі на сонячну систему в мініатюрі.)

Що стосується тривалості цих процесів, то перетворення водню на гелій, що відповідає втраті лише 1/14 частки маси (перетвореної на випромінювання), займає набагато менший проміжок часу, ніж те, що виходять у гіпотезах, що виходять із припущення про повне перетворення речовини на випромінювання. Згідно з новою точкою зору зірки, які ми спостерігали, почали випромінювати світло лише кілька мільярдів років тому.

Деякі зірки - білі та блакитні гіганти, маса яких досягає двадцяти мас Сонця, - випромінюють настільки інтенсивно, що не можуть існувати в такому стані більше кількох десятків мільйонів років, так що вони, ймовірно, пройшли поки що не надто довгий "життєвий шлях".

Потрібно було б тепер показати, як можна за допомогою теорії Бете витлумачити діаграму Рессела. Ми повернемося до цього питання дещо пізніше, коли викладатимемо нові космогонічні теорії. Зауважимо, однак, вже зараз, що якщо ядерні реакції, запропоновані Бете, дозволяють добре пояснити факти, що спостерігаються щодо зірок головної послідовності, то щодо гігантів виявляється необхідним припустити існування інших ядерних перетворень, далеко ще не цілком встановлених. Що стосується білих карликів, то лише 1946 р. французький астроном Шацман зміг уточнити наше уявлення про процеси, що відбуваються всередині цих зірок.

Вік Галактики

Серед різних методів оцінки віку зірок, що входять до складу нашої Галактики, також використовувалися статистичні методи. У цьому випадку враховувався вплив на подвійні зірки тяжіння сусідніх зірок, що виробляється в середньому за великі проміжки часу. Можна, наприклад, знаючи теперішню відстань між зірками пари, приблизно оцінити проміжок часу, що пройшов після утворення зірок пари, якщо, звичайно, припустити, що обидві зірки пари мають загальне походження (як це і вважається в даний час) і якщо знати досить точно середні значення відстаней мас та швидкостей сусідніх зірок. Можна також оцінити час, необхідний для того, щоб деякі кульові скупчення, що мають невелику щільність, розсіялися внаслідок тяжіння зірок, що проходять поблизу.

Ці обчислення досить делікатні і легко зробити помилки. Наприклад, Джинс, вивчаючи деякі пари зірок, дійшов висновку, що вік цих пар має становити кілька трильйонів років. У цьому він знаходив підтвердження своїм поглядам про довгу шкалу часу. Однак насправді, як довів кількома роками В. А. Амбарцумян, вік цих пар не перевищує кількох мільярдів років.

Як правило, останні обчислення як щодо подвійних зірок, так і щодо кульових скупчень, призводять до оцінок, що виражаються мільярдами років. Але не можна ще звідси цілком виразно укладати, що саме таким має бути фактичний вік нашої Галактики. Цей висновок був би справедливим лише в тому випадку, якби всі пари зірок, усі кульові скупчення, які нам відомі, сформувалися одночасно з нашою Галактикою. Нещодавні роботи Амбарцумяна, навпаки, показали, що відбувається безперервне формування нових зірок у Чумацькому шляху. Тому ніщо не заважає припустити, що поряд з подвійними зірками і кульовими скупченнями, які нам зараз відомі, існували також інші пари та інші кульові скупчення, що в даний час повністю розсіялися і перетворилися на одиночні зірки. Отже, можна лише стверджувати, що дійсний вік Чумацького шляху не менший за кілька мільярдів років.

Попередні міркування про еволюцію галактик

Чи можна йти далі і намагатися оцінити час повної еволюції якоїсь галактики так само, як ми визначали тривалість всього "життя" зірки? Зрозуміло, така проблема є набагато складнішою. Однак при порівнянні різних відомих типів галактик можна все ж таки отримати деякі цікаві дані (рис.7). Справді, вже просте зіставлення форм галактик змушує підозрювати, що тут маємо справу з різними етапами еволюції. Щоправда, зараз виникає питання, в якому напрямку йде ця еволюція: від сферичних до спіральних туманностей або навпаки.

Мал. Еволюція спіральної туманності за Хаблом. (Спостерігач знаходиться в екваторіальній площині). Темніші ділянки на фігурах IV і V відповідають областям, де є темна матерія

Спочатку була прийнята перша гіпотеза, висловлена ​​Хабблом, і відповідна, грубо кажучи, еволюції рідкої маси, що швидко обертається (сплющування, а потім викид матерії у напрямку дотичної). Але спостереження показали, що, з одного боку, еліптичні туманності мають розміри того ж порядку, як і спіральні туманності, а з іншого боку (роботи Бааде 1943), вони "перенаселені" зірками, але позбавлені будь-яких слідів розсіяної матерії. Тому більшість учених схильно вважати, що галактики розвиваються у протилежному напрямі, тобто їх еволюція починається з галактики неправильної форми і закінчується гігантським кульовим скупченням. У цій схемі спіральна форма галактики є лише проміжним етапом, досить близьким до початку еволюційного шляху і, отже, всупереч тому, що думали раніше, наша Галактика має бути відносно молодою.

Мал. Вид спіральної туманності з рукавами, що утворилися. (Спостерігач знаходиться на осі обертання туманності)

Що стосується оцінок повної тривалості життя однієї галактики, то вони ще дуже ненадійні, але не нижче десятків мільярдів років. Нарешті, розподіл галактик у скупченнях вказує, на думку деяких астрономів (наприклад, Цвіккі), вік скупчень галактик становить десятки трильйонів років.

Таким чином, всупереч передчасним висновкам деяких прихильників короткої шкали, цілком виразно вимальовується така ідея: в астрономії немає єдиної шкали часу, а є багато шкал. * Вік планет сонячної системи відрізняється від тривалості життя більшості зірок Чумацького Шляху, а остання не може, мабуть, оцінюватися такою самою величиною, як і вік великих скупчень галактик.

* (Подібна закономірність спостерігається і в мікросвіті. Тривалість "життя" різна у різних видів "елементарних" частинок: в одних (наприклад, у електрона) вона практично нескінченна, в інших (мю-мезон) дорівнює всього 10-14 сек. Однак, як показують новітні дані, для різних небесних тіл різниця "часів життя", мабуть, значно менша. (Прим. ред.))