М о д у л ь II. Планета Земля.
Тема 1. Будова Всесвіту і Сонячної системи.
Питання теми
Поняття про Всесвіт.
Будова Сонячної системи.
Основні поняття: Всесвіт, зірка, галактика, Сонце, Сонячна система, планети, комети, астероїди, метеорити.
Всі люди Землі живуть під одним і тим самим небом. Його краса пробуджує в нас високі і світлі почуття, дарує творчу наснагу. Його таємниці призивають людський розум до роздумів, до дослідження фізичного світу. Цей безмежний світ ми називаємо Всесвіт. Тут ми бачимо Сонце і планети, зірки і галактики, астероїди і комети. Наша планета Земля у цьому світі є маленькою пилинкою.
Поняття про Всесвіт. Планета Земля – одне з великої кількості небесних тіл. Для правильного розуміння процесів, що відбуваються на Землі, треба мати загальне уявлення про її положення серед інших тіл Всесвіту.
Відповідно до сучасних уявлень, Всесвіт – це вся частина матеріального світу, доступного для спостережень, що нас оточує. Сучасна космогонія стверджує, що Всесвіт скінчений просторі і часі. Вік Всесвіту визначають від 13 до 18 млрд. років. Із загальної маси речовини у Всесвіті лише 1/10 є видимою, решта – невидима, темна. Видима речовина складається переважно з водню (70-80% за масою) та гелію (20-30%). В середньому в 1 м3 у Всесвіті міститься всього 1 атом водню. Для Всесвіту характерний нестаціонарний стан, тобто він неврівноважений.
Всесвіт дуже різноманітний за формами матерії. Основними тілами Всесвіту є зірки. Зірки – це розжарені тіла, що складаються з газів. Основними характеристиками зірок є маса, радіус, температура, хімічний складі і потужність випромінювання. Ці параметри взаємопов’язані. Найяскравіші зірки, як правило, мають найбільшу масу.
Зірки безперервно випромінюють енергію у вигляді світла і тепла. Джерелом цієї енергії є термоядерні реакції перетворення водню в гелій. В результаті випромінювання зменшується маса зірок.
Зірки утворюють великі скупчення – галактики. Галактики мають свою структуру і обертаються навколо центра. Однією з галактик є наша галактика – Чумацький шлях. Вона об’єднує понад 150 млрд. зірок та більше 100 млн. туманностей. За формою наша галактика спіральна і нагадує диск діаметром близько 100 тис. світлових років. З Землі її видно з ребра у вигляді світлої смуги (рис. 1).
Рис. 1. Схема будови нашої галактики.
Будова Сонячної системи. Сонячна система – одна із зоряних систем, що складають нашу галактику. Вона знаходиться на відстані 25 тис світлових років від центра галактики і обертається навколо галактичної осі за 240 млн. років (галактичний рік).
Сонячна система об’єднує Сонце, 9 планет з їх супутниками, астероїди, метеорити, комети, космічний пил і газ (рис. 2). Основна маса Сонячної системи припадає на Сонце (99,98 %). Тому Сонячне притягання керує рухом всіх тім системи. Лише супутники обертаються навколо своїх планет, притягання яких через безпосередню близькість, є сильнішим ніж притягання Сонця.
Рис. 2. План будови Сонячної системи. Середні відстані планет від Сонця вказані в астрономічних одиницях (1 а.о.=149,6 млн. км).
Сонце – зірка середньої величини і яскравості. Воно складається з водню (70%) і гелію (29%). Маса Сонця 1,989×1030 кг, це в 333 тис разів більше, ніж маса Землі. Діаметр Сонця – 1 391 980 км. Температура на його поверхні 6000 °С, в центрі 16 млн. градусів. Світимість – 3,88×1026 вт. Відстань від центра Сонця до Землі становить 149 597 870 км.
В атмосфері Сонця виділяють три оболонки – сфери: фотосферу, хромосферу і сонячну корону. Сонце безперервно випромінює у космічний простір велику кількість енергії у вигляді теплових, світлових та інших променів. Лише одна двохмільярдна частка цієї енергії доходить до нашої планети.
Від Сонця у міжпланетний простір постійно надходить потік речовин, який називається сонячний вітер. Сонячний вітер – це продовження сонячної корони. Він складається з ядер атомів водню (протони) і гелію (альфа-частинки), а також електронів. Разом з вітром у міжпланетний простір переносяться сонячні магнітні поля.
Для Сонця характерні 11-, 22-, 80- і 90- річні цикли активності. Час від часу на Сонці відбуваються гігантські вибухи – сонячні спалахи.
Сонце повільно обертається навколо своєї осі з заходу на схід.
До складу Сонячної системи входять 9 великих планет. Їх об’єднують у дві групи.
Планети земної групи або внутрішні планети: Меркурій, Венера, Земля і Марс. Всі ці планети невеликі за розмірами, мають велику щільність і повільно обертаються навколо осі. Планети земної групи утворені твердими мінеральними речовинами. Основними їх складовими є силікати і залізо.
Меркурій – найближча до Сонця планета. Має масу, яка дорівнює 1/20 маси Землі. Атмосфера на Марсі дуже розріджена, практично відсутня. На поверхні планети є метеоритні кратери. Температура коливається від -125° С до +275° С.
Венера – найбільш подібна за всіма параметрами до Землі планета. Має щільну і потужну атмосферу, яка складається з вуглекислого газу (98%). Кисню в атмосфері Венери 0,1%, також в ній мало води. Температура атмосфери близько 475° С, це результат парникового ефекту.
Венера і Меркурій не мають супутників.
Земля – третя від Сонця планета. Середня відстань до Сонця 150 млн. км. Земля обертається навколо Сонця по майже круговій орбіті із швидкістю 29,7 км/с. Земля має тверду поверхню і атмосферу.
Земля має один супутник - Місяць. Місяць знаходиться на відстані 384 тис. км. від Землі. Його радіус 1738 км. Маса Місяця становить 1/82 маси Землі. Періоди обертання Місяця навколо Землі і навколо осі однакові, тому він завжди повернутий до Землі однією стороною. Атмосфера і вода на Місяці відсутні. Поверхня має вигляд кам’янистої пустелі. Місяць – єдине космічне тіло, досліджене безпосередньо. В 1969 році людина ступила на поверхню Місяця.
Марс – найближча до Землі планета. Атмосфера на Марсі дуже розріджена (атмосферний тиск біля поверхні в 100 разів менший ніж на Землі) і складається переважно з вуглекислого газу (90%). У атмосфері є невелика кількість вологи. В нижній частині атмосфері багато частинок пилу. Циркуляція повітря зумовлює їх переміщення – пилові бурі. Температура на поверхні Марсу -60° С, це наслідок того, що пил не пропускає сонячні промені. На поверхні Марса є метеоритні кратери, борозни, які нагадують русла річок (допускають, що на поверхні планети була рідка вода), утворення подібні на кратери вулканічного походження, рифтові долини (довгі рови). Марс має два супутники – Фобос і Деймос.
Таблиця 1. Характеристики планет земної групи.
Планета Характеристика |
Меркурій |
Венера |
Земля |
Марс |
Діаметр, км |
4878 |
12102 |
12756 |
6794 |
Маса, кг |
3,28×1023 |
4,87×1024 |
5,98×1024 |
6,42×1023 |
Щільність, кг/м3 |
5500 |
5250 |
5510 |
3930 |
Період обертання навколо осі |
58,7 діб |
243 діб |
23 год. 56 хв. 4,1 с. |
24 год. 37 хв. |
Середня відстань від Сонця, а.о. |
0,39 |
0,72 |
1 |
1,52 |
Період обертання по орбіті, доби |
88 |
224,7 |
365,26 |
686,98 |
Ексцентриситет орбіти |
0,21 |
0,007 |
0,017 |
0,093 |
Нахил орбіти, градуси |
7 |
3,4 |
1,85 |
Планети – гіганти або зовнішні планети: Юпітер, Сатурн, Уран і Нептун. Ці планети великі за розмірами і масами, не мають твердої поверхні, мають малу щільність і швидко обертаються навколо осі. За винятком невеликих ядер, вони утворені воднем і гелієм. Для цих планет характерні потужні атмосфери. Ущільнюючись атмосфери плавно переходять у рідку мантію.
Юпітер – найбільша планета Сонячної системи. Її маса в 318 разів перевищує масу Землі. За хімічним складом Юпітер подібний до Сонця (87 % водню і майже 13 % гелію). Температура атмосфери -140°С. Вважають, що атмосферний тиск біля поверхні планети в мільйон разів більший ніж на Землі. Юпітер має 16 супутників. Найбільші з них Ганімед, Калісто, Ио та Європа. Ганімед – найбільший супутник Сонячної системи.
Сатурн – друга за величиною планета Сонячної системи. Сатурн оточений кільцем з кристаликів льоду і частинок покритих льодом. Планета має 22 супутники. Найбільший супутник – Титан.
Особливістю Урану є те, що він обертається “лежачи на боку”. Нахил його орбіти 98о. Під газовою оболонкою розташований океан з води, аміаку і метану. Температура на поверхні 2200 оС. Атмосферний тиск – 200 земних атмосфер. Уран має 15 супутників. Найбільші з них Оберон, Титанія, Умбрі ель, Аріель і Миранда.
Нептун за будовою і розмірами подібний до Урану. Він має два супутники – Тритон і Нереїду.
Таблиця 2. Характеристики планет-гігантів.
Планета Характеристика |
Юпітер |
Сатурн |
Уран |
Нептун |
Діаметр, км |
142800 |
120000 |
51800 |
48600 |
Маса, кг |
1,9×1027 |
5,7×1026 |
8,7×1025 |
1,03×1026 |
Щільність, кг/м3 |
1330 |
690 |
1710 |
2300 |
Період обертання навколо осі |
9 год. 55 хв. 29 с. |
10 год. 40 хв. 30 с. |
17 год. 14 хв. |
16 год. 03 хв. |
Середня відстань від Сонця, а.о. |
5,2 |
9,54 |
19,18 |
30,06 |
Період обертання по орбіті |
11,86 доби |
29,46 року |
84,01 року |
164,79 року |
Ексцентриситет орбіти |
0,048 |
0,056 |
0,047 |
0,009 |
Нахил орбіти, градуси |
1,3 |
2,5 |
0,77 |
1,77 |
Планета Плутон не відноситься ні до одної із вказаних груп. За властивостями і розмірами вона більше подібна до супутників планет-гігантів.
Таблиця 3. Характеристика Плутону.
Планета Характеристика |
Плутон |
Діаметр, км |
2290 |
Маса, кг |
1,3×1022 |
Щільність, кг/м3 |
2100 |
Період обертання навколо осі |
6,38 діб |
Середня відстань від Сонця, а.о. |
39,53 |
Період обертання по орбіті |
247,7 року |
Ексцентриситет орбіти |
0,249 |
Нахил орбіти, градуси |
17,3 |
Всі планети обертаються навколо Сонця в одному напрямку. Орбіти планет за формою близькі до кругових, а площини орбіт – до основної площини Сонячної системи. Чим менша маса планети, тим більше планета відхиляється від цього правила. Величина, яка відображає відхилення форми орбіти від кругової, називається ексцентриситет. Ексцентриситет кола рівний нулю, еліпса – більший нуля, але менших одиниці, параболи – дорівнює одиниці.
Планети обертаються навколо своєї осі. Майже всі планети (крім Венери і Урану) рухаються навколо осі у тому ж напрямку, що і по орбіті.
Більшість супутників рухаються навколо планет в той бік, що і планети, а їх орбіти лежать в екваторіальній площині планет. Такі супутники називаються регулярними. Зворотній рух характерний для зовнішніх супутників Юпітера (Ананке, Карме, Пасіфе і Синопе), зовнішнього супутника Сатурна (Феба) і супутника Нептуна (Тритон).
Внутрішня і зовнішня групи планет розмежовані кільцем астероїдів. Астероїди – малі планети, які складаються з твердих речовин. Вони невеликі за розмірами (від 1 км до 800 км) і мають неправильну форму. Орбіти астероїдів дуже витягнуті і часом перетинають шляхи великих планет. Це робить можливим їх зіткнення з великими планетами.
Метеорити – це уламки астероїдів. Маса метеоритів коливається від декількох грамів до тисяч кілограмів. Розрізняють залізні, кам’яні і скляні метеорити. Попадаючи в атмосферу Землі метеорити згорають, залишаючи на небі слід, подібний на падаючу зірку. Деякі метеорити досягають поверхні Землі. На місці падіння великих метеоритів утворюються кратери (Арізонський кратер має діаметр 1200 метрів і глибину 200м). За рахунок метеоритів маса Землі щороку збільшується на 10 млн. тон.
Комети – охолоджені космічні тіла. Комети складаються з голови, ядра і хвоста. Ядро – це брила льоду з вимерзлими твердими частинками. При наближенні до Сонця лід тане, ядро оточується газовою оболонкою, утворюється голова. Під дією сонячного вітру частина газу і пилу витягується за кометою у вигляді хвоста. Орбіти комет дуже витягнуті. Комети - не стійкі тіла. При наближенні до Сонця вони втрачають частину речовини і згодом розпадаються на метеоритні потоки.
Мільйони зоряних систем, подібних на нашу чи відмінних від неї, утворюють Всесвіт. Планета Земля є одним із тіл Сонячної системи. Космічна унікальність Землі полягає в тому, що вона є вмістилищем органічного життя. Це повинно примусити людину бережно відноситись до нашої планети.
25 26 27 Наверх ↑