Космические факторы

Основные представления о Солнечной системе и планетах. Солнечно-земные связи. Планета Земля, ее основные параметры и их значение для ГО. Суточное движение Земли вокруг оси и его следствия. Движение Земли по орбите вокруг Солнца и его географические следствия.

ЛЕКЦИЯ 2

ГО, сформировавшаяся на планете, испытывает со стороны космоса и недр Земли постоянное воздействие. Факторы формирования можно разделить на космические и планетарные. К космическим факторам относятся: движение галактик, излучение звезд и Солнца, взаимодействие планет и спутников, воздействие небольших небесных тел – астероидов, комет, метеорных потоков. К планетарным – орбитальное движение и осевое вращение Земли, форма и размеры планеты, внутреннее строение Земли, геофизические поля.

Космос (Вселенная) – весь существующий материальный мир. Он вечен во времени и бесконечен в пространстве, существует объективно, не зависимо от нашего сознания. Материя во Вселенной сосредоточена в звездах, планетах, астероидах, спутниках, кометах и других небесных телах; 98% всей видимой массы сосредоточено в звездах.

Во вселенной небесные тела образуют системы различной сложности. Например, планета Земля со спутником Луной образует систему. Она входит в более крупную систему – Солнечную, образованную Солнцем и движущимися вокруг него небесными телами – планетами, астероидами, спутниками, кометами. Солнечная система, в свою очередь, является частью Галактики. Галактики образуют еще более сложные системы – скопления галактик. Самая грандиозная звездная система, состоящая из множества галактик – Метагалактика – доступная для человека часть Вселенной (видимая с помощью приборов). По современным представлениям, она имеет диаметр около 100 млн. световых лет, возраст Вселенной 15 млрд. лет, в нее входит 10²² звезд.

Расстояния во Вселенной определяются, следующими величинами: астрономическая единица, световой год, парсек.

Астрономическая единица – среднее расстояние от Земли до Солнца:

1 а.е. = 149 600 000 км.

Световой год – расстояние, которое свет проходит за год:

1 св. год = 9,46 х 10¹² км.

Парсек – расстояние, с которого средний радиус земной орбиты виден под углом в 1^’’ (годичный параллакс):

1 пк = 3,26 св. год = 206 265 а.е. – 3,08 х 10¹³ км.

Звезды в Метагалактике образуют галактики (от греч. галактикос – млечный) – это большие звездные системы, в которых звезды связаны силами гравитации. Предположение о том, что звезды образуют галактики, высказал И. Кант в 1755 г.

Наша Галактика называется Млечный путь – грандиозное звездное скопление, видимое на ночном небе как туманная, молочная полоса. Размеры галактики постоянно уточняются, в начале 20 века для нее приняли следующие величины: диаметр галактического диска равен 100 тыс. св. лет, толщина – около – 1000 св. лет. В Галактике 150 млрд. звезд, более 100 туманностей. Основным химическим элементом в нашей Галактике является водород, ј приходится на гелий. Остальные химические элементы присутствуют в очень маленьких количествах. Кроме газа в пространстве имеется пыль. Она образует темные туманности. Межзвездная пыль состоит преимущественно из двух видов частиц: углеродных и силикатных. Размер пылинок колеблется от одной миллионной до одной десятитысячной доли см. Межзвездная пыль и газ служат материалом, из которого формируются новые звезды. В газовых облаках под действием сил тяготения образуются сгустки – зародыши будущих звезд. Сгусток продолжает сжиматься до тех пор, пока в его центре температура и плотность не повысятся до такой степени, что начинаются термоядерные реакции. С этого времени сгусток газа превращается в звезду. Межзвездная пыль принимает активное участие в этом процессе – способствует более быстрому остыванию газа, она поглощает энергию, выделяющуюся при сжатии, и переизлучает ее в другом спектре. От свойств и количества пыли зависит масса образующихся звезд.

Расстояние от Солнечной системы до центра Галактики составляет 23-28 тыс. св. лет. Солнце находится на периферии Галактики. Для Земли это обстоятельство очень благоприятно: она расположена в относительно спокойной части Галактики и в течении миллиардов лет не испытывает влияния космических катаклизмов.

Солнечная система вращается вокруг центра Галактики со скоростью 200-220 км/с, совершая один оборот за 180-200 млн. лет. За все время существования Земля облетела вокруг центра Галактики не больше 20 раз. На Земле 200 млн. лет – продолжительность тектонического цикла. Это очень важный этап в жизни Земли, характеризующийся определенной последовательностью тектонических событий. Цикл начинается погружением земной коры. Накоплением мощных толщ осадков, подводным вулканизмом. Далее усиливается тектоническая деятельность, возникают горы, меняются очертания материков, что, в свою очередь, вызывает изменение климата.

Солнечная система состоит из центральной звезды – Солнца, девяти планет, более 60 спутников, более 40 000 астероидов и около 1000 000 комет. Радиус солнечной системы до орбиты Плутона составляет 5,9 млрд. км.

Солнце – центральная звезда Солнечной системы. Это ближайшая к Земле звезда. Диаметр Солнца составляет 1,39 млн. км, масса – 1,989 х 10³⁰кг. Солнце является желтым карликом (класс G), возраст Солнца оценивается в 5-4,6 млрд. лет. Солнце вращается вокруг своей оси против часовой стрелки, в том же направлении движутся планеты вокруг Солнца. Основное вещество, образующее солнце – водород (71% массы светила), гелий – 27%, углерод, азот, кислород, металлы – 2%.

Солнце излучает два основных потока энергии – электромагнитное (солнечная радиация) и корпускулярное (солнечный ветер) излучение. Тепловое поле поверхности планет Солнечной системы создается солнечной радиацией. Электромагнитное излучение распространяется со скоростью света и за 8,4 мин достигает поверхности Земли. В спектре излучения выделяют невидимую ультрафиолетовую радиацию (около 7%), видимую световую радиацию (47%), невидимую инфракрасную радиацию (46%). Доля самых коротких волн и радиоволн составляет менее 1% излучения.

На верхнюю границу атмосферы подходит определенное количество солнечной радиации, эта величина называется солнечной постоянной.

Корпускулярное излучение – поток заряженных частиц (электронов и протонов), идущий от Солнца. Скорость его 1500-3000 км/с, он достигает магнитосферы за несколько суток. Магнитное поле Земли задерживает корпускулярное излучение и заряженные частицы начинают двигаться по магнитным силовым линиям.

В пик солнечной активности возрастает поток заряженных частиц. Подходя к магнитосфере поток увеличивает ее напряженность, на Земле начинаются магнитные бури. В это время активизируются тектонические движения, начинаются извержения вулканов. В атмосфере возрастает количество атмосферных вихрей – циклонов, усиливаются грозы. Наиболее ярким и впечатляющим появлением бомбардировки атмосферы солнечными частицами являются полярные сияния – это свечение верхних слоев атмосферы, вызванное ионизацией газов.

Планеты расположены от Солнца в такой последовательности: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон. Все планеты имеют общие свойства и особенности. К общим свойствам можно отнести следующие:

-все планеты имеют шарообразную форму;

-все планеты обращаются вокруг Солнца в одном направлении против часовой стрелки для наблюдателя, смотрящего со стороны Северного полюса Мира. Это направление называется прямым. В таком же направлении движутся почти все спутники и астероиды;

-осевое вращение большинства планет происходит в том же направлении – против часовой стрелки. Исключение составляют Венера и Уран, они вращаются по часовой стрелке;

-орбиты большинства планет близки по форме к окружности, эксцентриситет (отношение расстояния между центром и фокусом эллипса к длине большой полуоси) их мал, поэтому планеты не подходят близко друг к другу, их гравитационное воздействие мало (только у Меркурия и Плутона орбиты сильно вытянуты);

-орбиты всех планет находятся примерно в одной плоскости эклиптики. Причем каждая следующая планета – примерно в два раза дальше от Солнца, чем предыдущая.

Эту закономерность установили два ученых: И. Тициус (1729-1796) и И. Боде (1747-1826). По правилу Тициуса-Боде, расстояние от Солнца до планеты можно определить по формуле:

r = 0,4 + 0,3 · 2ⁿ,

где n = 0 для Венеры; n=1 для Земли; n=2 для Марса; n=4 для Юпитера.

В указанную последовательность не вписываются Меркурий, Нептун и Плутон; n=3 соответствует поясу астероидов, планеты на этом расстоянии от Солнца нет. По одной из гипотез предполагается, что на данном месте когда-то существовала планета Фаэтон, но гравитационное воздействие Юпитера привело к ее распаду.

Планеты условно делятся на две большие группы: планеты земной группы и планеты-гиганты. К первой группе относятся Меркурий, Венера, Земля, Марс. Вторую группу образуют Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун. Плутон по размерам и свойствам ближе к ледяным спутникам планет-гигантов.

Планеты земной группы отличает близкое расположение к Солнцу, небольшие размеры, высокая плотность вещества (плотность Земли – 5,5 г/см³); основными их составляющими являются силикаты (соединения кремния) и железо, следовательно, планеты земной группы твердые тела. Планеты медленно вращаются вокруг своей оси (у Меркурия период вращения равен 58,7 земных суток у Венеры – 243. у Марса – немного больше суток). Из-за медленного вращения полярное сжатие у планет небольшое, т.е. они имеют близкую к шару форму. Планеты земной группы обладают значительной скоростью орбитального движения (Меркурий – 48 км/с, Венера – 35 км/с, Марс – 24 км/с). Планеты имеют всего три спутника: у Земли – Луна, у Марса – Фобос и Деймос.

Планеты-гиганты расположены на большом расстоянии от Солнца, имеют большие размеры (размер Юпитера равен 142 800 км), однако плотность планет небольшая (Юпитер – 1,3 г/см³). Наиболее распространенными на них химическими элементами являются водород и гелий, следовательно, планеты-гиганты представляют собой газовые шары. Все планеты-гиганты с большой скоростью вращаются вокруг своей оси, период осевого вращения планет колеблется от 10 ч – у Юпитера, до 17 ч – у Урана. Благодаря быстрому вращению планеты имеют большое полярное сжатие (у Сатурна – 1/10). Скорость орбитального вращения у планет небольшая (полный оборот вокруг солнца Юпитер совершает за 11,86 года, а Нептун за 165 лет). Все планеты имеют кольца и большое количество спутников.

В Солнечной системе 99,9% массы заключено в Солнце, поэтому основная сила, управляющая движением тел в Солнечной системе – это притяжение Солнца. Так как планеты двигаются вокруг Солнца в одной плоскости практически по круговым орбитам, их взаимное притяжение невелико, но и оно вызывает отклонения в движении планет. Вероятно, большее взаимодействие планет происходит тогда, когда они подходят близко друг к другу. Известно явление, называемое «парадом планет», когда на одной линии выстраивается большинство планет (2002 год – на одну линию «встали» пять планет: Меркурий, Венера, Марс, Юпитер, Сатурн).

Астероиды (от греческого astereideis – звездоподобные) – малые планеты Солнечной системы Они образуют тонкое кольцо между орбитами Марса и Юпитера (предположительно образовались после разрушения планеты Фаэтон или за счет сгустков первичного газопылевого облака). Их среднее расстояние от Солнца 2,8 – 3,6 а.е. Первый астероид был назван Церера (1801 год), к 1880 году астероидов было известно уже около 200, сейчас орбиты вычислены для более 40 000 астероидов. Самый большой астероид Церера имеет диаметр 1000 км, диаметр Паллады – 608, Весты – 540, Гигии – 450 км. Практически все астероиды имеют неправильную форму, только самые крупные приближаются к шару.