Загрузил Masha Chuprunova

SKE seminary

Реклама
Семинар №1
1.
Эмпиризм как методология науки НВ
2.
Рационализм как методология науки
Декарт дуализм, Спиноза монеизм, Лейбниц плюрализм
3.Экспонециальная модель развития науки. Неопозитивистская методология
Рост по экспоненте означает такие изменения, при которых отношение между скоростью и уровнем показателя в
каждый период или каждый момент времени остаются одинаковыми.
Рассматривает процесс развития знания как простое накопление, приращение научных знаний, теорий, гипотез,
объясняющих законов. Такой подход определяется в философии науки понятием «кумулятивизм»
НЕОПОЗИТИВИЗМ (ЛОГИЧЕСКИЙ ПОЗИТИВИЗМ) КАК СОЮЗ ЭМПИРИЗМА И ЛОГИЧЕСКОГО АНАЛИЗА НАУКИ
-Опыт нельзя ограничить ощущениями и восприятиями ученого; мир чувственных впечатлений изменчив, относителен,
огическим анализом языка науки;
-Определить отношения теоретического аппарата науки и ее эмпирического базиса;
-Необходимость анализа структурных характеристик научного исследования -соотношение анализа и синтеза, индукции
и дедукции, логики и интуиции, открытия и обоснования, теории и фактов;
-Проблемы демаркации -отделения науки от метафизики.
Суть логического анализа языка науки состояла в выделении 3-х типов предложений:
-Логико-математические предложения не могут быть ложными или истинными, но могут быть правильными или
неправильными.
-Эмпирические или фактуальныепредложения: могут быть истинными или ложными, т. к. они могут быть проверены на
опыте, под которым понимаются наблюдения и переживания субъекта.
-Все остальные предложения, если они не сводимы ни к тавтологии, ни к некоторому акту опыта -«метафизичны», т.е.
научно не осмыслены.
•В научной эмпирии появилось два уровня: 1.непосредственные данные (ощущения и восприятия) 2.язык протокольных
предложений («Будучи помещенным в воду, вещество Х растворяется»), которым приписывалось точное выражение
чувственного опыта ученого; истинность; независимость от теоретического знания.
Проверка гипотез
-Логический анализ языка науки предполагал чувственную, эмпирическую проверку (верификацию -) эмпирических
высказываний.Принцип верификации (от лат. verus–истинный, eacere–делать) –критерий истинности научных
утверждений .Научное утверждение может быть сведено к совокупности протокольных предложений , фиксирующих
данные «чистого опыта», особенности протокольных предложений:а) они гносеологически первичны; б) выражают
«чистый» чувственный опыт субъекта и абсолютно достоверны; г) нейтральны по отношению ко всему остальному
знанию, поскольку органы чувств у людей не изменяются
4.Гипотетико-дедуктивная модель роста научного знания. К. Поппер
Гипотетико-дедуктивный метод — это теоретический метод научного познания, основанный на дедуктивном выводе
следствий из гипотезы (или системы гипотез) и их эмпирической (экспериментальной) проверке
Плюсы и минусы роста научного знания К.Поппера представление о знании как о системе меняющейся роль и значение
познающего субъекта естественные и социальные науки в принципе опираются на сходные методы научное познание не
сводимо к идеалу эволюции в науке часто количественные накопления переходят в качественные революционным
скачком, приводящим к качественным изменениям ее содержания
Семинар №2
1.Теория научных революций Т.Куна
1.1. Допарадигмальный период Допарадигмальный период в развитии науки характеризуется наличием большого числа
школ и различных направлений. Каждая школа по-своему объясняет различные явления и факты, лежащие в русле
конкретной науки, причем в основе этих интерпретаций могут находиться различные методологические и философские
предпосылки.
1.2. Зрелая наука На смену допарадигмальной науки приходит, по мнению Куна, зрелая наука. Зрелая наука
характеризуется тем, что в данный момент в ней существует не более одной общепринятой парадигмы
Существование парадигмы предполагает и более четкое определение области исследования в зрелой науке (или
профессионализм)
2. Этапы развития зрелой науки Зрелая наука в своем развитии последовательно проходит несколько этапов. Период
нормальной науки сменяется периодом кризиса, который либо разрешается методами нормальной науки, либо
приводит к научной революции, которая заменяет парадигму. С полной или частичной заменой парадигмы снова
наступает период нормальной науки.
2.1. Нормальная наука "Нормальной наукой" Кун называет исследование, прочно опирающееся на одно или несколько
прошлых научных достижений, которые в течение некоторого времени признаются определенным научным
сообществом в качестве основы для развития, то есть это исследование в рамках парадигмы и направленное на
поддержание этой парадигмы.
2.2 Аномалии и кризис в науке Нормальная наука не ставит своей целью нахождение нового факта или теории, тем не
менее новые явления вновь и вновь открываются научными исследованиями, а радикально новые теории опять и опять
изобретаются учеными. "Открытие начинается с осознания аномалии, то есть с установления того факта, что природа
каким-то образом нарушила навеянные парадигмой ожидания, направляющие развитие нормальной науки" 5 -- пишет
Кун. Это осознание различия между вновь обнаруженными фактами и теорией приводит затем к более или менее
расширенному исследованию области аномалии.
2.3. Революция в науке Научная революция, в отличие от периода постепенного накопления (кумуляции) знаний,
рассматривается как такой некумулятивный эпизод развития науки, во время которого старая парадигма замещается
полностью или частично новой парадигмой, несовместимой со старой.
Осознание кризиса, описанное в предыдущем разделе, составляет предпосылку революции.
2.Теория научно-исследовательских программ И. Лакатоса
Лакатоса (1922–1974) к разработке «утонченного фальсификационизма» или, как чаще называют его
концепцию, методологии научно-исследовательских программ.
В основе этой методологии лежит представление о развитии науки как истории возникновения,
функционирования и чередования научно-исследовательских программ, представляющих собой связанную
последовательность научных теорий. Эта последовательность, как правило, выстраивается вокруг некоторой
фундаментальной теории, основные идеи, методы и предпосылки которой «усваиваются» интеллектуальной
элитой, работающей в данной области научного знания. Такую теорию Лакатос называет «жестким ядром»
научно-исследовательской программы.
Жестким это «ядро» называется потому, что исследователям как бы запрещено что-либо менять в исходной
теории, даже если они находят факты, вступающие с ней в противоречие. В этом случае они изобретают
«вспомогательные гипотезы», которые примиряют теорию с фактами. Подобные гипотезы образуют
«защитный пояс» вокруг фундаментальной теории, они принимают на себя удары опытных проверок и в
зависимости от силы и количества этих ударов могут изменяться, уточняться или даже полностью заменяться
другими гипотезами. Главная задача при этом обеспечить «прогрессивное движение» научного знания,
движение ко все более широким и полным описаниям и объяснениям
реальности. До тех пор, пока «жесткое ядро» научно-исследовательской
программы выполняет эту задачу (и выполняет лучше, чем другие —
альтернативные — системы идей и методов), оно представляет в глазах
ученых огромную ценность. Поэтому они пользуются еще и так называемой
«положительной эвристикой», то есть совокупностью предположений о
том, как следует изменить или уточнить ту или иную гипотезу из «защитного
пояса», какие новые «модели» (то есть условия применимости теории)
нужны для того, чтобы программа могла работать в более широкой области
наблюдаемых фактов. Одним словом, «положительная эвристика» — это совокупность приемов, с помощью
которых можно и нужно изменять «опровержимую» часть программы, чтобы сохранить в
неприкосновенности «неопровержимую» ее часть.
3. методологический анархизм п. фейерабенда
Позиция Фейерабенда логически вытекает из его критики кумулятивной модели истории науки и двух его
принципов: несоизмеримости и пролиферации.Исходя из анализа истории науки, он, как и Кун, приходит
к выводу о неверности прежней кумулятивной модели развития науки. История показывает, что часто
старая теория не является частным случаем новой и не выводится («дедуцируется») из нее.
3.понятие научной рациональности и ее типы
Научная рациональность: в широком смысле - стиль мышления, в узком - логико-методологические
представления. Точка отсчета – деятельность, которая рациональна, если люди друг друга понимают и если
она эффективна. В науке не всегда понятно, где эффект, важнее социальный аспект. Нормы, правила,
стандарты; метод как стандартизированная процедура.
Три крупных стадии исторического развития науки, каждую из которых открывает глобальная научная
революция, м. охарактеризовать как три исторических типа научно рациональности, сменявшие друг друга в
истории техногенной цивилизации. Это – классическая рациональность; неклассическая рациональность и
постнеклассическая рациональность.
Семинар №3
№ 1 Представление о материи, движении и причинности в механической картине мира.
М. Материей считалось вещество (материальные тела). Вещество состоит из отдельных частиц – атомов,
вечных и неделимых. Из неизменности атомов следует неизменность некоторых свойств тел, например,
массы.
Д. Мир – это движущаяся материя. Однако движение и понималось лишь в смысле механического
перемещения тел и частиц. Все другие виды движения сводились к механическому, их специфика не
признавалась. Признавалась относительность движения, неотличимость покоя и равномерного
прямолинейного движения. Допускалась возможность перемещения со сколь угодно большой скоростью.
П. Каждое явление имеет предшествующую ему причину. Пример – второй закон Ньютона: причиной
изменения движения является сила. Уравнения механики позволяют однозначно определить положение тела
в любой момент времени, зная действующие на него силы и начальные условия. Из уравнений механики
следовало, что следствие из причины вытекает однозначно.
№ 2 Понятие пространства и времени в механической
картине мира.
Механическое движение, по Ньютону, можно
описывать лишь относительно инерциальных систем
отсчета (то есть систем, в которых отсутствуют силы
инерции при равномерном прямолинейном
движении тел). Однако любая реальная система
отсчета не является инерциальной. В поисках
идеальной системы отсчета Ньютон выдвигает идею
об Абсолютном пространстве – бесконечной
однородной протяженности – и Абсолютном времени – бесконечной однородной длительности, которые
находятся вне тел и не зависят от них. Грубо говоря, абсолютные Пространство и Время Ньютона – это то, что
останется в мире, если удалить из него материю, то есть пустота, вместилище материи, и чистая длительность,
не связанная ни с какими материальными процессами и телами.
№ 3 Представления о материи и движении в электромагнитной картине мира. Понятие вещество и поле.
Виды полей
М. Кроме вещества, состоящего из дискретных атомов, материя может существовать в виде поля,
непрерывного в пространстве и не имеющего определенных границ.
Д. Движение материи понимается уже не только как перемещение частиц, но и как изменение
электромагнитного поля (электромагнитные волны). Постепенно утверждается мысль о многообразии форм
движения материи и их качественных различиях.
Вещество состоит из отдельных атомов, а поле непрерывно.
Согласно концепции близкодействия взаимодействие
между телами осуществляется посредством тех или иных
полей (например, тяготение - посредством гравитационного
поля), непрерывно распределенных в пространстве.
№ 4 Специальная теория относительности А. Эйнштейна и релятивистская концепция пространства и времени
Из специальной теории относительности
следует, что длина тела и длительность
происходящих в нем процессов являются
не абсолютными, а относительными
величинами. При приближении к
скорости света все процессы в системе
замедляются, продольные (вдоль
движения) размеры тела сокращаются и
события, одновременные для одного
наблюдателя, оказываются
разноименными для другого,
движущегося относительно него.
Семинар №4
№1. Структурные уровни организации живой материи. Строение атома. Модели строения атомов.
Атом, будучи микроскопической частицей вещества, состоит из ядра и электронов. Ядро меньше атома, однако практически вся его
масса сосредоточена именно в ядре. Главной характеристикой атомного ядра, является то, что он имеет положительный заряд и
состоит из протонов и нейтронов. Протоны заряжены положительно, а нейтроны не имеют заряда (они нейтральны). Связаны они друг
с другом с помощью сильного ядерного взаимодействия. Масса протона примерно равна массе нейтрона, но при этом больше массы
электрона. Протоны и нейтроны имеют в химии общее название – нуклоны. Сам атом является электронейтральным. Модели
строения:Первая модель строения атома была предложена Дж. Томсоном в 1904 г., согласно которой атом – положительно
заряженная сфера с вкрапленными в нее электронами. Несмотря на свое несовершенство томсоновская модель позволяла объяснить
явления испускания, поглощения и рассеяния света атомами, а также установить число электронов в атомах легких элементов.
Модель Томсона была опровергнута Э.
Резерфордом (1911 г.), который доказал, что
положительный заряд и практически вся
масса атома сконцентрированы в малой
части его объема – ядре, вокруг которого
двигаются электроны.Согласно законам
классической электродинамики, движение
электрона по окружности вокруг ядра будет
устойчивым, если сила кулоновского
притяжения будет равна
центробежной силе. Однако, в
соответствии с теорией
электромагнитного поля, электроны
в этом случае должны двигаться по спирали, непрерывно излучая энергию, и падать на ядро. Однако атом
устойчив.К тому же при непрерывном излучении энергии у атома должен наблюдаться непрерывный,
сплошной спектр. На самом деле спектр атома состоит из отдельных линий и серий.Таким образом, данная
модель противоречит законам электродинамики и не
объясняет линейчатого характера атомного спектра.
В 1913 г. Н. Бор предложил свою теорию строения атома, не отрицая при этом полностью предыдущие
представления. В основу своей теории Бор положил два постулата.Первый постулат говорит о том, что
электрон может вращаться вокруг ядра только по определенным стационарным орбитам. Находясь на них, он
не излучает и не поглощает энергию. При движении по любой стационарной орбите запас энергии электрона
(Е1, Е2 …) остается постоянным. Чем ближе к ядру расположена орбита, тем меньше запас энергии электрона.
Если подвергнуть атомы воздействию (нагреванию, облучению и др.), то электрон может поглотить квант
энергии и перейти на более удаленную от ядра орбиту. В этом случае говорят о возбужденном состоянии
атома. При обратном переходе электрона (на более близкую к ядру орбиту) энергия выделяется в виде кванта
лучистой энергии – фотона. В спектре это фиксируется определенной линией.
№2. Элементарные частицы. Современная классификация элементарных частиц.
зависимости от массы покоя частицы (масса ее покоя, которая определяется по отношению к массе покоя
электрона, считающегося самой легкой из всех частиц, имеющих массу) выделяют:
1.фотоны (греч. photos – частицы, которые не имеют массы покоя и движутся со скоростью света);
2.лептоны (греч. leptos – легкий) – легкие частицы (электрон и нейтрино);
3.мезоны (греч. mesos – средний) – средние частицы с массой от одной до тысячи масс электрона (пи-мезон,
ка-мезон и др.);
4. барионы (греч. barys – тяжелый) – тяжелые частицы с массой более тысячи масс электрона (протоны,
нейтроны и др.).
В зависимости от электрического заряда выделяют:
1.частицы с отрицательным зарядом (например, электроны);
2.частицы с положительным зарядом (например, протон,позитроны
3. частицы с нулевым зарядом (например, нейтрино).
№3.Физическое взаимодействие. Виды физического взаимодействия.
№4 корпускулярно-волновой дуализм как свойство элементарных частиц.
Принцип неопределённости Гейзенберга.
Понятие квантового поля и решение проблемы корпускулярно-волнового дуализма
Де Бройль утверждал, что не только фотоны, но и другие
частицы (например, электроны) наряду с
корпускулярными обладают и волновыми свойствами
Мысленный эксперимент по дифракции электронного
пучка на щели позволяет объединить волновые и
корпускулярные свойства частиц (корпускулярноволновой дуализм).
Согласно двойственной корпускулярно-волновой природе частиц вещества, для описания микрочастиц
используются то волновые, то корпускулярные представления. Поэтому приписывать им все свойства частиц
и все свойства волн нельзя. Естественно, что необходимо внести некоторые ограничения в применении к
объектам микромира понятий классической механики.
Принцип неопределенности утверждает, что имеется пара сопряженных величин, характеризующих
микроскопическую систему, которые не могут быть измерены одновременно с произвольно высокой
точностью. Чем точнее измеряется одна характеристика частицы, тем менее точно можно измерить
вторую.
Атомная модель строения материи предполагает, что материя - это результат движения
элементарных частиц, а это в свою очередь вызывает вопрос - из чего тогда состоят сами
элементарные частицы? В результате наука дошла до корпускулярно-волнового дуализма, и
дальше тупик.
Этот тупик легко преодолим, если предположить, что материя - это результат информационного
взаимодействия внутреннего мира объекта с внешним миром.
Такое определение снимает проблему дуализма в принципе, и вопрос, что первичнее - материя или
движение (энергия)? - теряет актуальность.
Любой природный объект - это не материя, и не энергия, а в первую очередь уникальная
ИНФОРМАЦИОННАЯ ЕДИНИЦА. Например, атом – это просто единица вещества, человек –
единица человеческого вида и т.д.
И тогда все теоретические расчеты в науке сводятся к математическим операциям над
множествами, не требуя придумывания каких-либо зрительных моделей, разделения на
положительные и отрицательные частицы и прочие ненужные сложности.
Семинар №5
1)СТАТИСТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ВСЕЛЕННОЙ ЭЙНШТЕЙНА
Новая модель Вселенной была создана в 1917 г. А. Эйнштейном. Ее основу составила релятивистская теория
тяготения — общая теория относительности. Свойства Вселенной, по мнению Эйнштейна, определяются
распределением в ней гравитационных масс, Вселенная безгранична, но при этом замкнута в пространстве.
Согласно этой модели, пространство однородно и изотропно, т.е. во всех направлениях имеет одинаковые
свойства, материя распределена в нем равномерно, время бесконечно, а его течение не влияет на свойства
Вселенной. На основании проведенных расчетов Эйнштейн сделал вывод, что мировое пространство
представляет собой четырехмерную сферу.
Итак, из расчетов Эйнштейна следовало, что наш мир является четырехмерной сферой. Объем такой
Вселенной может быть выражен хотя и очень большим, но все же конечным числом кубометров.
Таким образом, несмотря на новизну и даже революционность идей, Эйнштейн в своей космологической
теории ориентировался на привычную классическую мировоззренческую установку статичности мира. Его
более привлекал гармоничный и устойчивый мир, нежели мир противоречивый и неустойчивый.
2)МОДЕЛЬ РАСШИРЯЮЩУЙСЯ ВСЕЛЕННОЙ. ТЕОРИЯ БОЛЬШОГО ВЗРЫВА
Большой Взрыв – начало расширения Вселенной, перед которым Вселенная находилась в сингулярном
состоянии.
Примерно 15 миллиардов лет назад, в гигантском взрыве началась Вселенная – горячий Большой взрыв! Её
последующая эволюция от одной сотой секунды до сегодняшнего дня может быть надежно описана моделью
Большого взрыва. Эта модель включает расширение Вселенной, возникновение легких элементов и
(реликтовое) излучение от первоначального ядра, а также общие контуры понимания формирования галактик
и других крупномасштабных структур. Фактически, модель Большого взрыва в настоящее время является
настолько хорошо подтвержденной, что её называют стандартной космологией.
Модель расширяющейся Вселенной:
1) свойства Вселенной одинаковы во всех ее точках (однородность) и направлениях (изотропность);
2) наилучшим известным описанием гравитационного поля являются уравнения Эйнштейна. Из этого следует
так называемая кривизна пространства и связь кривизны с плотностью массы (энергии). Космология,
основанная на этих постулатах, – релятивистская.
Важным пунктом данной модели является ее нестационарность. Это определяется двумя постулатами теории
относительности:
1) принципом относительности, гласящим, что во всех инерциональных системах все законы сохраняются вне
зависимости от того, с какими скоростями, равномерно и прямолинейно движутся эти системы друг
относительно друга;
2) экспериментально подтвержденным постоянством скорости света.
3) ИНФЛЯЦИО́ННАЯ МОДЕ́ЛЬ ВСЕЛЕ́ННОЙ. РАННИЕ ЭТАПЫ ЭВОЛЮЦИИ ВСЕЛЕННОЙ. ПОНЯТИЕ
МУЛЬТИВСЕЛЕННОЙ
ИНФЛЯЦИО́ННАЯ МОДЕ́ЛЬ ВСЕЛЕ́ННОЙ, предполагающая, что на самом раннем этапе эволюции Вселенной,
ко-гда её возраст составлял от 10–43 с до 10–37 с, Вселенная претерпела колоссальное расширение, которое
привело к экспоненциальному росту всех пространственных масштабов. Термин «инфляция» в космологии
обознача-ет быстрый рост масштабов, при котором скорость роста пропорциональна значению самого
масштаба. Этот термин очень точно описывает характер расширения ранней Вселенной.
Согласно И. м. В., вскоре после рождения Вселенной (т. н. Большого взрыва) наступила инфляционная стадия.
Она характеризуется релятивистским отрицательным давлением, при котором меняются физич. законы
обычной теории гравитации: вещество становится не источником притяжения, а источником отталкивания. На
этой стадии объём Вселенной увеличивается во много раз, в результате чего вся совр. Вселенная оказывается
в одной причин-но связанной области, и уравниваются кинетич. энергия расширения Вселенной и её
потенциальная энергия. Из-за действия сил отталкивания Вселенная «разгоняется» и приобретает большую
кинетич. энергию( которая в даль-нейшем проявляется в виде хаббловского расширения по инерции.)
Метавселенная — гипотетическое множество всех возможных реально существующих параллельных
вселенных (включая ту, в которой мы находимся). Представления о структуре Мультивселенной, природе
каждой вселенной, входящей в её состав, и отношениях между этими вселенными зависят от выбранной
гипотезы. Вселенные, входящие в Мультивселенную, называются альтернативными вселенными,
альтернативными реальностями, параллельными вселенными или параллельными мирами.
4)МОДЕЛИ ПУЛЬСИРУЮЩЕЙ ВСЕЛЕННОЙ. ТЕОРИЯ БОЛЬШОГО ОТСКОКА. Большой отскок — космологическая
гипотеза формирования Вселенной, вытекающая из циклической модели, или интерпретация теории
Большого взрыва, согласно которой возникновение нашей Вселенной стало результатом распада некоей
«предыдущей» Вселенной.
Следуют отметить, что гипотеза распада сама по себе не является чем-то новым: ее предложили еще около
ста лет назад. Научный мир между тем не явил механизм, описывающий то, как период сжатия переходит в
период расширения. Сейчас же физиками из Канады и Великобритании была создана теоретическая модель,
демонстрирующая, что сжатие и расширение Вселенной можно сравнить с явлением, именуемым квантовомеханическим туннелированием: речь в данном случае идет о преодолении частицей, имеющей
недостаточный запас энергии, некоего барьера. Данное явление является квантовым, и его нельзя описать в
рамках классической физики.
Согласно одной из альтернативных теорий (так называемой «бесконечно пульсирующей Вселенной»), мир
никогда не возникал и никогда не исчезнет (или по-другому рождается и умирает бесконечное количество
раз), но обладает периодичностью, при этом под сотворением мира понимается точка отсчета, после которой
мир строится заново (она же обозначает и конец мира).
Согласно утверждению физика Роберта Дика из Принстона, бесконечное количество таких циклов
расширения и сжатия Вселенной сможет "освободить нас от необходимости понимания происхождения
материи на любом конечном отрезке времени в прошлом". Понятие акта сотворения становится не
относящимся к делу, а наше существование может быть отнесено за счет одного удачного скачка. В конце
концов, при условии бесконечного количества космических скачков, рано или поздно возникнут условия,
необходимые для превращения частиц и атомов в человеческие существа.
Семинар №6
1. структура видимой части вселенной
Галактики в своем немыслимом множестве населяют космическую систему более высокого уровня –
Метагалактику. Метагалактика – это вся видимая часть Вселенной. Даже свет с ее окраин доходит до центра, в
котором находимся мы, за много миллиардов световых лет.
Если взять среднюю плотность вещества Метагалактики, то она составит 10-31 – 10-32г/см3. Конечно, не всё
пространство однотипно, есть неоднородности значительных масштабов, есть и пустоты. Некоторые
галактики сгруппированы в системы. Они могут быть двойными или же более многочисленными, вплоть до
сотен, тысяч и даже десятков тысяч галактик. Такие суперскопления называются облаками. К примеру,
Млечный Путь, и ещё полтора десятка галактик, входят в местную группу, которая является частью огромного
облака. Центральная часть этого облака – ядро, состоящее из скопления нескольких тысяч галактик. До этого
образования, находящегося в созвездиях Волосы Вероники и Дева, всего 40 млн. световых лет. Но о строении
Метагалактики пока известно очень мало. Это же относится и к её форме и размерам. Ясно лишь то, что не
обнаруживается уменьшения плотности распределения галактик ни в одном из направлений. Это
свидетельствует об отсутствии границ нашей Вселенной. Или же область, подвластная исследованиям,
недостаточно велика. Фактически, структура Метагалактики выглядит, как пчелиные соты, а размеры их ячеек
– 100 – 300 млн. световых лет. Внутренние полости сот – войды – практически пусты, а вдоль стенок
располагаются кластеры из галактических скоплений.
Каковы её размеры
Как мы выяснили, Метагалактика – Вселенная, которую мы в состоянии обозреть. Она начала расширяться
сразу же после своего появления (после Большого Взрыва). Её границы после взрыва определены по
реликтовому излучению,поверхность последнего рассеяния является самым удалённым объектом
наблюдений.
За границами Метагалактики находятся объекты, возникшие независимо от результатов Большого взрыва
нашей Вселенной, о которых неизвестно практически ничего.
Расстояния до сверхдальних объектов
Последние измерения самого удалённого объекта – реликтового излучения – выдали значение порядка 14
млрд. парсек. Такие размеры получились по всем направлениям, из чего следует, что Метагалактика, скорее
всего, имеет формы шара. И диаметр этого шара – почти 93 млрд. световых лет. Если же посчитать его объём,
то он составит около 11,5 трлн. Мпк3. Но известно, что сама Вселенная гораздо обширнее границ
наблюдений. Самая же дальняя из обнаруженных галактик – UDFj-39546284. Она видима лишь в
инфракрасном диапазоне. До неё 13,2 млрд. световых лет, и предстаёт она в таком виде, какою была, когда
Вселенной исполнилось всего 480 млн. лет.
2.Галактик: её форма и строение
Галактики бывают трех типов: спиралевидные, эллиптические и неправильной формы. У спиралевидных
галактик хорошо выражен диск, рукава и гало. В центре находится плотное скопление звезд и межзвездного
вещества, а в самом центре – чёрная дыра. Рукава в спиралевидных галактиках отходят от их центра и
закручены вправо или влево в зависимости от вращения ядра и чёрной дыры (точнее, сверхплотного тела) в
его центре. В центре галактического диска находится сферическое уплотнение, называемое балджем. Число
ветвей (рукавов) может быть различно: 1, 2, 3,… но чаще всего встречаются галактики только с двумя ветвями.
В галактиках в гало входят звезды и очень разреженное газообразное вещество, не входящее в спирали и в
диск.
Мы живем в спиральной галактике, которая называется Млечный Путь, и в ясную погоду наша Галактика
хорошо видна на ночном небе в виде широкой беловатой полосы, пересекающей небосвод. Нам наша
Галактика видна в профиль.
Шаровые скопления в центре галактик практически не зависят от положения диска галактики. Рукава галактик
содержат сравнительно малую часть всех звезд, но зато в них сосредоточены почти все горячие звезды
высокой светимости. Звезды этого типа астрономы считают молодыми, поэтому спиральные ветви галактик
можно считать местом образования звезд.
Эллиптические галактики часто встречаются в плотных скоплениях спиралевидных галактик. Они имеют
форму эллипсоида или шара, причем шаровидные обычно бывают больше элипсоидных. Скорость вращения
эллипсоидных галактик меньше, чем у спиралевидных, потому диск у них не сформирован. Такие галактики
обычно насыщены шаровидными скоплениями звезд. Эллиптические галактики, как считают астрономы,
состоят из старых звёзд и практически полностью лишены газа. В их старости я, однако, сильно сомневаюсь.
Почему? Расскажу об этом позже.
Галактики неправильной формы обычно имеют небольшую массу и объем, в них входит немного звезд. Как
правило, они являются спутниками спиралевидных галактик. В них обычно очень мало шаровых скоплений
звезд. Примерами таких галактик являются спутники Млечного Пути – Большое и Малое Магеллановы облака.
Но среди неправильных галактик встречаются и малые эллиптические галактики.
В центре почти каждой галактики находится очень массивное тело – чёрная дыра – с такой мощной
гравитацией, что его плотность равна или больше плотности ядер атомов. По сути, каждая чёрная дыра – это в
пространстве небольшое, а по массе просто чудовищное, бешено вращающееся ядро.
Чёрные дыры своей гравитацией затягивают в себя космическую пыль и газ, которые, падая на такие дыры,
сильно раскаляются и излучают в рентгеновском диапазоне. Когда вещества вокруг чёрной дыры становится
мало, ее свечение резко уменьшается. Поэтому в некоторых галактиках в центре видно яркое свечение, а в
других нет. Чёрные дыры подобны космическим «убийцам»: их гравитация притягивает даже фотоны и радио
волны, отчего сама чёрная дыра не излучает и выглядит как абсолютно чёрное тело.
3.основные характеристики звёзд
· светимость (полное количество энергии, излучаемое звездой в единицу времени (L),
· температура поверхности,
· масса,
· радиус.
Между всеми этими характеристиками существует связь. Эта связь отображена на диаграмме Герцшпрунга Рассела (Спектр – Светимость представлена на картинке)
Из этой диаграммы видно, что звёзды создают определённую последовательность. Полоса, идущая с левого
верхнего угла в правый нижний, называется "главная последовательность" В верхнем правом углу находятся
холодные, но в то же время огромные звёзды, называемые красными гигантами. В левом нижнем углу –
"белые карлики". Очень горячие звёзды, но и очень маленькие. Солнце имеет спектральный класс G2.
Рассмотрим основные свойства подробнее.
Светимость
Светимость звёзд (L) чаще выражается в единицах светимости Солнца (4x эрг/с). Светимость звезды
вычисляют по энергии, достигающей Земли, при условии, если известно расстояние до звезды. По светимости
звёзды различаются в очень широких пределах. Большинство звёзд составляют "карлики", их светимость
ничтожна иногда даже по сравнению с Солнцем.
Характеристикой светимости является "абсолютная величина" звезды. Есть ещё понятие "видимая звёздная
величина", которая зависит от светимости звезды, цвета и расстояния до неё. В большинстве случаев
используют "абсолютную величину", чтобы реально оценить размеры звёзд, независимо как далеко они
находятся. Чтобы узнать истинную величину, просто нужно звёзды отнести на какое-то условное расстояние
(допустим на 10ПК). Звёзды высокой светимости имеют отрицательные значения. Например, видимая
величина солнца -26,8. На расстоянии в 10ПК эта величина будет уже +5 (самые слабые звёзды, видимые
невооружённым глазом, имеют величину +6).
Температура поверхности
Известные законы термодинамики позволяют нам определить температуру тела, измеряя длину волны в
максимуме излучения черного цвета.
Так, если температура поверхности 3-4 тыс. К, то её цвет красноватый, 6-7 тыс. К - жёлтый, 10-12 тыс. К - белый
и голубой. В таблице ниже приведены интервалы длин волн, соответствующие различным цветам, которые
можно наблюдать в оптическом диапазоне.
Цвет и длина волны
Последовательность спектров звёзд, получающихся при непрерывном изменении их поверхностных слоёв,
обозначается следующими буквами: O, B, A, F, G, K, M (от горячих к холодным). Каждый из этих классов
подразделяется ещё на 10 подклассов (пример B1, B2, B3…).
Масса
Также звёзды разделяются по массе, но в более узких пределах в отличие от светимости (которая может
различаться и в 1000 раз). Очень мало звёзд, имеющих массу в 10 раз больше или меньше Солнечной.
Ученые, изучая распределение звезд по массам и учитывая время жизни звезд различной массы,
распределяют звезды по массам в момент их рождения. Ими установлено, что вероятность рождения звезды
определенной массы, очень приближенно, обратно пропорциональна квадрату массы (функция Солпитера):
F(M) ~ M-7/3.
Цвет Диапазон длин волн, А
Фиолетовый, синий 3900 - 4550
Голубой 4550 - 4920
Зеленый 4920 - 5570
Желтый 5570 - 5970
Оранжевый 5970 - 6220
Красный 6220 - 7700
Это общая закономерность. Во многих областях Вселенной наблюдается дефицит массивных звезд. В тех
областях, где молодых звезд много, звезд маленькой массы меньше. Исследователи полагают, что первые
звезды были яркими, массивными и короткоживущими.
Радиус
Радиус звёзд может очень сильно отличаться, а также меняться… С появлением возможности проводить
спектральный анализ, появились сведения о химическом составе звезды. По химическому составу звёзды
представляют собой водородные и гелиевые плазмы, остальных элементов гораздо меньше. На 10тыс атомов
водорода приходится 1000 атомов гелия, 5 атомов кислорода, 2 атома азота, 1 углерода и 0,5 железа. Других
элементов ещё меньше….
Делались попытки построить теоретическую эволюцию звёзд вдоль главной последовательности на основе
представлений о потери масс этими звёздами, но эти попытки оказались неудачными.
Время пребывания звёзд на главной последовательности зависит от их первоначальной массы. Чем больше
излучение и масса звезды, тем скорее она израсходует свой водород.
4. эволюция звёзд
Кажется, что перед нами всего лишь раскаленные шары водорода и гелия. Но звезды проходят различные
этапы развития. Чтобы осознать эту эволюционную цепочку, нужно приступить к самому началу. Все звезды
стартуют абсолютно одинаково – холодное молекулярное облако водорода. Оно находится в стабильном
состоянии, пока рядом не взорвется сверхновая или же не столкнется с другим облаком. Это нарушение
заставляет его разрушаться на небольшие отдельные куски, которые и становятся звездами.
Материал группируется в шар. Перед вами окутанная пылевой и газовой дымкой протозвезда. Она
разрастается и вращается, высвобождая струи материала из полюсов. Этот этап длится 100000 лет.
Когда материала будет достаточно, протозвезда накаляется и ярко светится. Но в ней все еще нет ядерной
реакции. Такое небесное тело называют Т Тельца (100 миллионов лет). В итоге, температура и давление
поднимаются к необходимой отметке, чтобы запустился ядерный синтез. Это этап главной
последовательности. Звезда с солнечной массой будет пребывать в таком положении примерно 12
миллиардов лет. Но более массивные звезды проживут меньше, а вот красные карлики растянут этап до
сотни миллиардов лет. Нижняя схема демонстрирует этапы эволюции звезд с дальнейшей трансформацией в
белый карлик, нейтронную звезду или черную дыру.
Жизненный цикл звезды
В итоге, запасы топлива истощены и звезда начинает сжиматься, что увиливает температуру и давление в
центре. Оболочка тоже подключается к процессу ядерного синтеза и увеличивает звездную яркость в тысячи
раз. Гелий сливается с более тяжелыми элементами, и объект раздувается. Солнце на этом этапе поглотит
Меркурий, Венеру и Землю. Если масса в 20 раз больше солнечной, то станет красным сверхгигантом,
увеличив свой радиус до 1500 солнечных.
Но топливо заканчивается, и звезда разрушается. Массивные могут проделывать этот процесс много раз, пока
не достигнут предела. Наиболее крупные тогда взрываются в виде сверхновых. А вот меньшие разрушают
внешние слои и формируют белый карлик, нейтронную звезду или черную дыру. Солнце станет белым
карликом, который медленно остывает, пока не достигнет фоновой температуры Вселенной. Теперь вы
знаете, как выглядят стадии эволюции звезд.
Семинар №7
1)Свойства солнца. Его влияние на другие объекты СС
Солнце - это желтый карлик спектрального класса G2 V, принадлежащий главной последовательности. хотя Солнце газовое до самого
центра, его средняя плотность (1,4 г/см3) превышает плотность воды, а в центре Солнца она значительно выше, чем у платины: ок. 20
г/см3.
Диаметр =1,39 106 км; Масса=1,99 1030 кг (в 333 тысячи раз больше земли); Расстояние от Земли (среднее)=1,49 108 км; Солнечная
постоянная (поток излучения на 1 м2 земной поверхности)=1,1 103 Вт; Температура (К)= Центр=16 млн, Фотосфера=5800, Корона=2
млн. ; Объём Солнца превосходит объём Земли в 1,3 миллиона раз. Считается, что средняя плотность Солнца составляет 1,4 г/см3
Поток энергии Солнца, питаемый термоядерной реакцией в его центре, стабилен. Большая его часть испускается тонким
поверхностным слоем Солнца - фотосферой - в виде электромагнитных волн видимого и инфракрасного диапазона. Солнечная
постоянная (величина потока солнечной энергии на орбите Земли) равна 1370 Вт/м 2 (на каждый кв метр поверхности Земли
приходится мощность чайника. Все Солнце тогда = 1014 чайникам).
Над фотосферой - корона Солнца - зона, видимая с Земли во время солнечных затмений, заполненная разреженной и горячей
плазмой с темп в миллионы градусов. Это самая нестабильная оболочка Солнца, в которой зарождаются основные проявления
солнечной активности, влияющие на Землю. Косматый вид демонстрирует структуру его магнитного поля - светящиеся сгустки плазмы
вытянуты вдоль силовых линий. Эта плазма формир солнечный ветер - поток ионов (96% из ядер Н - протонов и на 4% из ядер гелия альфа-частиц) и электронов, разгоняющийся в межпланетное пространство со скоростью 400-800 км/с.
Солнечный ветер растягивает и уносит с собой солнечное магнитное поле. Это происходит потому, что энергия направл движения
плазмы больше, чем энергия магнит поля, и принцип вмороженности увлекает поле за плазмой. Комбинация этого истечения с
вращением Солнца приводит к образованию спиральной структуры межпланетного магнитного поля - так называемой спирали
Паркера. Солнечный ветер и магнитполе заполняют всю Солнечную систему, так планеты фактически находятся в короне Солнца,
испытывая воздействие не только электромагнитного излучения, но и солнечного ветра и солнечного магнитного поля.
2) Планеты земной группы (Меркурий, Венера, Земля и Марс). Осн особенность: водородно-гелиевая компонента при образовании
планет улетучилась. Осн элементы: силикаты и железо. На всех планетах, кроме Земли, дефицит воды.
Меркурий - ближайшая к Солнцу планета, хорошо сохранивш реликт стадии формирования больших планет. Радиус =2439 км.
особенность - обилие кратеров(ударное происхождение). Так же, как и на Луне есть "моря" и "материки", не столь глубокие, что
говорит о большей силе тяжести на Меркурии. видны эскарпы - следы тектонической активности - крутые уступы длиной от 20 до
500 км и высотой 1-2 км. Солнце сыграло большую роль в эволюции планеты: солнечные приливы уменьш скорость вращ до 58,5 суток
и угловую скорость вращ = за 2/3 своего года. Продолжительность солнечных суток =176 земных. температурный контраст очень
высок: Т на экваторе днем +480°C, ночью -165°C.
Венера -самая яркая планета. По размерам она мало отличается от Земли. Ее радиус составляет 6051 км. она плотно укутана
атмосферой. характер пород, слагающих поверхность - сухие силикатные породы, граниты, базальты, а пористых и мелко
раздробленных нет. Венера в 1,38 раза ближе к Солнцу, чем Земля, и продолжительность ее года составляет 224,7 земных суток.
Эксцентриситет орбиты очень мал (0,0068), среднее расстояние до Солнца составляет 108,1 млн. км. Вращение планеты - обратное и
составляет 243 земных суток. Период вращения Венеры относительно Земли равен 243,16 суток, таким образом, в каждом нижнем и
верхнем соединении планета обращена к Земле всегда одной и той же стороной. Продолжительность солнечных суток на Венере
составляет 116,8 земных суток, а венерианский год состоит приблизительно из двух венерианских солнечных суток.
Рельеф: Горных областей немного(2%. Среди них: плоскогорье Иштар 4-5 км, горы Максвел с вулканом в центре горного массива
высотой 12 км, плоскогорье Афродита и пики с высотой 6-8 км, Гаусс и Герц). наиболее гладкая планета сферической формы.
Гравитационное поле сравнительно спокойное.
внутре строение: ядро, нижняя мантия и верхняя мантия. С этим связана проблема отсутствия магнитного поля: на всех планетах
земной группы, кроме Венеры, есть собственное магнитное поле.
Марс -красная планета, так как она покрыта песками. У Марса есть спутники Фобос и Деймос. Силу тяжести и гравитационные
аномалии определяют так же, как и на Луне: Искусственные спутники Марса и космические аппараты на пролетных траекториях
испытывают возмущения со стороны планеты. В 1859 году Секки обнаружил на поверхности Марса темные линии, которые о
назвал canali (протоки). Но открытие "каналов" на Марсе приписывают Скиапарелли, который объявил миру о
существ каналов искусственного происхождения. На марсианской поверхности всюду видны следы "деятельности" сильных потоков,
высохшие русла рек, овраги и т.д. Атмосфера Марса очень. При таком давлении вода закипает уже при температуре 2 С. Именно
поэтому никаких рек, озер или морей, заполненных водой на Марсе нет. каньоны Марса никогда не были заполнены водой, а
происхождение их связано с древней тектоникой Марса - с движением огромных плит марсианской коры.
особенности рельефа: кратеры вулканического, ударного происхождения. Есть регионы, густо покрытые метеоритными кратерами.
Существуют и кратерные "моря": равнина Аргир, диаметром 900 км. Интереснейший район Марса - страна гигантских
вулканов Фарсида. Там расположены три вулкана, которые превышают высотой 20 км, а к северо-западу от них гора Олимп,
достигающая по высоте 27,4 км.
гравитационные аномалии на Марсе превосходят гравитационные аномалии на Земле в 17 раз!
модель строения Марса: Предполагают, что марсианская кора более мощная, чем на Земле, ок 100 км с плотностью 2,8. Железное
ядро с радиусом 960 км и плотностью 8,5 имеет массу =7% массы планеты. Ядро покрывает силикатная оболочка (мантия) мощностью
2426 км и плотностью слагающих пород 3,6-4,6.
3)Планеты гиганты: Юпитер и Сатурн. В отличие от каменных планет земной группы, все они являются газовыми планетами, обладают
значительно большими размерами и массами (вследствие чего давление в их недрах значительно выше), более низкой средней
плотностью (близкой к средней Солнечной, 1,4 г/см³), мощными атмосферами, быстрым вращением, а также кольцами (в то время
как у планет земной группы таковых нет) и бо́ льшим количеством спутников. Почти все эти характеристики убывают
от Юпитера к Нептуну.
Юпитер обладает массой в 318 раз больше земной, и в 2,5 раза массивнее всех остальных планет, вместе взятых. Он состоит главным
образом из водорода и гелия. Высокая внутренняя температура Юпитера вызывает множество долгоживущих вихревых структур в его
атмосфере, таких как полосы облаков и Большое красное пятно.
У Юпитера имеется 79 спутников. Четыре крупнейших — Ио, Европа, Ганимед и Каллисто — схожи с планетами земной группы такими
явлениями, как вулканическая активность и внутренний нагрев. Ганимед, крупнейший спутник в Солнечной системе, превосходит по
размеру планету Меркурий.
Сатурн, известный своей обширной системой колец, имеет несколько схожие с Юпитером структуру атмосферы и магнитосферы. Хотя
объём Сатурна составляет 60 % юпитерианского, масса (95 масс Земли) — меньше трети юпитерианской; таким образом, Сатурн —
наименее плотная планета Солнечной системы (его средняя плотность меньше плотности воды).
У Сатурна имеется 62 подтверждённых спутника; два из них — Титан и Энцелад — проявляют признаки геологической активности.
Активность эта, однако, не схожа с земной, поскольку в значительной степени обусловлена активностью льда. Титан, превосходящий
размерами Меркурий, — единственный спутник в Солнечной системе с плотной атмосферой.
4) Дальние планеты: Уран и Нептун. Уран седьмая планета. Её открыл Гершель в 1781 году. до открытия считали звездой. Среднее
расстояние от Урана до Солнца составляет 2869 млн км (в 19 раз дальше от, чем Земля).
Уран можно увидеть как звезду, когда его блеск достигает максимума. А Нептун – нельзя, можно увидеть только как маленький
голубоватый диск.
Уникальность Урана в том, что совершая свой путь по орбите, он как будто катится на боку, так что его полюсы обращены к нам
поочерёдно (есть такая возможность, что в уран врезалась какая-то комета и опрокинула планету набок).
Имеются кольца, которые слабо видны.
Спутники, их 5: Ариэль и Умбриэль покрыты кратерами и темного цвета. На Титане есть глубокие, протяжные долины. Оберон весь
изрыт кратерами. Миранда очень маленьких размеров, это шар из битого льда диаметром 472км.
Нептун - восьмая. является самой первой планетой, чьё существование было предсказано благодаря математическим расчётам:
астрономы заметили, что Уран отклоняется от орбиты под воздействием какого-то удалённого объекта, и отыскали этот объект,
которым являлся Нептун. Одно полное обращение по своей орбите вокруг Солнца он совершает за 165 лет.
Иногда Нептун бывает самой далёкой планетой от Солнца: орбита Плутона проходит частично внутри орбиты Нептуна.
Абсолютно все сведения о Нептуне нам привёз космический корабль "Вояджер-2".
Кольца: учёные заметили, что Нептун имеет вокруг себя дуги или неполные кольца. Вояджер-2 обнаружил, что у Нептуна есть пять
тёмных колец, настолько тёмных, что их смог зафиксировать только космический корабль. То, что учёные приняли за дугу, оказалось
большими глыбами твёрдого вещества в наружном кольце.
два самых главных спутника - это Тритон и Нереида. Нереиду разглядеть ещё не удалось, а вот Тритон - самый очаровательный
спутник. Его диаметр 2705 км, а движется он в обратную сторону по орбите. Его поверхность светлая и гладкая, а лёд вокруг южного
полюса розовый.
имеется тонкий слой атмосферы. Космич корабль зафикс тёмные полосы, которые возникли вследствие того, что под ледяной
поверхностью залегает жидкий азот. Он прорывается струями льда и газа, как гейзер. Увлекаемые ветром, обломки коры падают вниз,
образуя тёмные полосы. В атмосфере видны полосы более тёмных облаков, а так же штормовой вихрь, называемый Большим
Тёмным пятном. Размеры пятна: 8 км в ширину и 12 км в длину
5).Малые объекты СС. Кометы несколько округлые, астрономические объекты, которые следуют по орбите вокруг Солнца. Они состоят
из льда, аммиака, двуокиси углерода, окиси углерода, метана, породы, пыли и других органических соединений. Из-за их состава
кометы часто называют «грязными снежками». Материалы, образующие кометы, возникли с образованием СС (4,5 млрд лет назад).
Структура кометы Структура кометы основана на ядре, которое является замороженным центром. Это ядро окружено комой,
представляющей собой большое облако газа, воды и пыли. Кома образуется, когда комета подходит близко к Солнцу. Жара от звезды
заставляет лед в комете плавится и испаряется, и затем пар отрывается от ядра солнечным ветром и радиационным давлением.
Получающийся эффект часто называют хвостом кометы, который имеет тенденцию указывать на Солнце. Типы комет: кометы
относятся к одной из двух категорий: короткопериодической и долгопериодической. Короткопериодическим кометам, также
известным как периодическим кометам, обычно требуется менее 200 лет, чтобы завершить полную орбиту. Эти кометы, как правило,
движутся по тому же пути, что и другие тела или планеты СС. По мере приближения короткопериодических комет к этим более
крупным планетам они подвергаются гравитационному притяжению. Долгопериодические кометы завершают полную орбиту за
период от 200 до 1000 лет. Мало того, что этим космическим объектам необходимо больше времени, чтобы преодолеть полный путь
вокруг Солнца, они также имеют эллиптическую, а не круговую орбиту. Гравитационное притяжение более крупных планет может
привести к тому, что долгопериодические кометы вынуждены полностью выходить за пределы Солнечной системы.
Астероид - объект неправильной формы, который вращается вокруг Солнца. Эти тела часто считаются карликовыми планетами,
особенно когда они расположены во внутренних областях СС. Астероиды в основном состоят из минералов и горных пород. Ученые
полагают, что астероиды являются остатками материалов, которые никогда не были достаточно большими, чтобы считаться планетой.
Структура астероида: Большинство астероидов очень похожи по своей структуре, поскольку они имеют твердое тело, которое
отмечено небольшими кратерами на поверхности. Эти объекты могут измеряться в пределах от 1 м до 1000 км в диаметре. Чем
крупнее астероид, тем более выражена его форма. Поскольку астероиды движутся вокруг СС, они следуют по орбитальному пути,
одновременно вращаясь на месте. Типы астероидов: классифицируются по их орбитальному пути и по спектральному отражению. Что
касается орбитальной классификации, то астероид может быть частью группы или семейства астероидов. Группы астероидов состоят
из большого количества астероидов, которые вращаются вместе с относительно свободным прилеганием. С другой стороны,
семейства астероидов можно найти в непосредственной близости и, предполагается, что они возникли в результате разделения более
крупного астероида в какой-то момент в прошлом. Астероидная спектральная классификация основана на цвете, форме и
отражающих свойствах этих космических объектов. Астероиды первоначально были разделены на три спектральные категории:
темные, каменистые, и те, которые нельзя отнести к первым двум. На протяжении многих лет эти категории расширялись по мере
обнаружения новых типов астероидов.
Спутники состоят в основном из камня, льда или комбинации обеих составляющих. Они гораздо менее плотные, чем планеты и не
имеют металлического ядра. У некоторых, таких как у спутника Сатурна Титан, есть плотная атмосфера. Эта атмосфера дает
астрономам веру, что на этом спутнике могут быть некоторые формы жизни. Так как у большинства спутников нет атмосферы, у них
нет естественной защиты от метеоров. У большинства спутников в нашей СС есть множество кратеров на поверхности. Многие из этих
спутников также показывают большое количество уникальных особенностей поверхности, такие как глубокие расколы долины и
гигантские разломы. У Юпитера одни из самых увлекательных спутников в Солнечной системе. Крупнейший четыре: Ганимед, Ио,
Европа, Каллисто - известны как спутники Галилея. Ио представляет особый интерес, потому что это был первый спутник, на котором
обнаружили действующие вулканы. Космический аппарат Вояжер обнаружил массивные вулканические кратеры, извергающие
расплавленную серу на сотни миль в космос. Другой спутник, который представляет интерес - Европа. С внешней стороны, кажется,
что это замороженный ледяной шар. Но астрономы считают, что он может иметь жидкий океан подо льдом.
Семинар №8
1)Теории возникновения Солнечной системы.
Теория Шмидта.
В 1944 г. советский ученый Шмидт предложил свою теорию происхождения Солнечной системы: наша планетная
система образовалась из вещества, захваченного из газово-пылевой туманности, через которую некогда проходило
Солнце, уже тогда имевшее почти "современный" вид. При этом никаких трудностей с вращательным моментом планет
не возникает, так как первоначальный момент вещества облака может быть сколь угодно большим. Начиная с 1961 г. эту
гипотезу развивал английский космогонист Литтлтон, который внес в нее существенные улучшения. Нетрудно видеть,
что блок-схема "аккреционной" гипотезы Шмидта - Литтлтона совпадает с блок-схемой "гипотезы захвата" ДжинсаВулфсона. В обоих случаях "почти современное" Солнце сталкивается с более или менее "рыхлым" космическим
объектом, захватывая части его вещества. Следует, впрочем, заметить, что для того, чтобы Солнце захватило достаточно
много вещества, его скорость по отношению к туманности должна быть очень маленькой, порядка ста метров в секунду.
Если учесть, что скорость внутренних движений элементов облака должна быть не меньше, то, по существу, речь идет о
"застрявшем" в облаке Солнце, которое, скорее всего, должно иметь общее с облаком происхождение. Тем самым
образование планет связывается с процессом звездообразования.
Теория Фесенкова.
Вероятно, возраст Луны и Земли близок возрасту Солнца, полагал в 50-60 гг академик В.Фесенков. И вещество, из
которого они состоят, возникало из околосолнечной газово-пылевой туманности, а не из межзвездных скоплений. По
Фесенкову, Луна и Земля - «дети молодого Солнца», которое вращаясь и постепенно сгущаясь, рождало вокруг себя
вихревые сгущения -- будущие планеты и их спутники. В отношении Луны ученый оказался прав, ее происхождение,
действительно, связано с взрывом молодого Солнца.
В. Рудник и Э. Соботович (1984) предприняли одну из наиболее успешных попыток реконструкции ранней истории
формирования Солнечной системы, опираясь главным образом на материалы изотопной космохимии. Однако и они при
построении модели эволюции материнского протосолнечного облака не преодолели общую тенденцию конструирования
изолированной звезды. Поэтому предполагаемая ими общая масса туманности, равная одной-двум солнечным массам,
явно недостаточна для начала процесса звездообразования. Размеры же протосолнечного облака, по этой гипотезе, не
выходят за пределы афелия Плутона. Это не соответствует современным представлениям об эволюции звезды и не
оставляет места для неизбежного изменения радиуса первоначальных планет в ходе общего сжатия закручивающейся
туманности вокруг центра масс, где консолидировалось вещество протосолнца.
2)Теории формирования земли
Модель “горячей” земли
-при образовании земли её недра находились в жидком разогретом состоянии, что привело к гравитационной
дифференциации и образованию у земли тяжелого ядра.
-Тектоническая деятельность в этом случае объяснялась постепенным сжатием первоначально разогретой планеты и, как
следствием, уменьшением площади поверхности.
-После прекращения процесса сжатия поверхностное вещество планеты радиационно охлаждается, конденсируется,
кристаллизуется и образует твердую кору, которая препятствует дальнейшему охлаждению планеты.
- Перечисленные фазовые переходы приводят к увеличению объема планеты, которое определяет её геодинамическую
эволюцию.
Сейсмологические исследования, которые привели к обнаружению твёрдого металлического ядра, сыграли в пользу
модели “холодной” земли, ибо “горячая” модель предполагала горячее расплавленное ядро
Модель “холодной” земли
Земля — это не твердый камень, а многослойная структура. После
того как объем планеты стал достаточно большим, произошло
уплотнение ее ядра.
Ядерная реакция, протекающая в ядре, и распад изотопов стали
причиной расплавления планеты. На раннем этапе формирования
почти вся ее поверхность была покрыта расплавленным океаном
лавы.
На протяжении миллионов лет наблюдалась повышенная
вулканическая активность. При этом на поверхность
расплавленной Земли падало большое количество астероидов,
комет и метеоров
3)Геохронологи́ческая шкала́ — геологическая временная шкала истории Земли, применяемая в геологии и
палеонтологии, своеобразный календарь для промежутков времени в сотни тысяч и миллионы лет. Возраст Земли
оценивается в 4,5—4,6 млрд лет. На поверхности Земли не обнаружены горные породы или минералы, которые могли бы
быть свидетелями образования планеты. Максимальный возраст Земли ограничивается возрастом самых ранних твёрдых
образований в Солнечной системе — тугоплавких включений, богатых кальцием и алюминием из углистых хондритов
(4568,5±0,5 млн лет). Время формирования Земли как планеты может быть позже этой даты на миллионы лет.
Последующее время в истории Земли было разделено на различные временные интервалы. Их границы проведены по
важнейшим событиям, происходящим тогда. Граница между эрами фанерозоя проходит по крупнейшим эволюционным
событиям — глобальным вымираниям. Палеозой отделён от мезозоя крупнейшим за историю Земли пермо-триасовым
вымиранием видов. Мезозой отделён от кайнозоя мел-палеогеновым вымиранием.
4) Строение Земли
У земного шара есть несколько оболочек: атмосфера — воздушная оболочка, гидросфера — водная оболочка, литосфера
— твердая оболочка. Земля имеет радиус 6370 км, среднюю плотность— 5,5 г/см2. Во внутреннем строении Земли
принято различать следующие слои: земная кора — верхний слой Земли, в котором могут существовать живые
организмы. Толщина земной коры может быть от 5 до 75 км. мантия — твердый слой, который находится ниже земной
коры. Его температура достаточно высока, однако вещество находится в твердом состоянии. Толщина мантии порядка 3
000 км. ядро — центральная часть земного шара. Его радиус приблизительно 3 500 км. Температура внутри ядра очень
высока. Считается, что ядро состоит в основном из расплавленного металла, предположительно — железа.
Земная кора: выделяют два основных типа земной коры — континентальный и океанический, плюс промежуточный,
субконтинентальный. Земная кора тоньше под океанами (около 5 км) и толще — под материками (до 75 км.). Она
неоднородна, различают три слоя: базальтовый (залегает ниже всего), гранитный и осадочный (верхний).
Континентальная кора состоит из трех слоев, тогда как в океанической гранитный слой отсутствует. Земная кора
формировалась постепенно: сначала был сформирован базальтовый слой, затем — гранитный, осадочный слой
продолжает формироваться и в настоящее время.
Горные породы — вещество, из которого состоит земная кора. Горные породы подразделяются на следующие группы: 1.
Магматические горные породы. Они образуются при затвердевании магмы в толще земной коры или на поверхности. 2.
Осадочные горные породы. Они образуются на поверхности, формируются из продуктов разрушения или изменения
других пород, биологических организмов. 3. Метаморфические горные породы. Они образуются в толще земной коры из
других горных пород под действием определенных факторов: температуры, давления.
Геосфе́ры— сферические оболочки (сплошные и прерывистые) формирующие планету Земля.
Геосферы последовательно чередуются, расходясь от центра Земли, пересекаются (проникают друг в друга) в
пространстве и времени (переход из одной геосферы в другую), но сохраняют самостоятельность в своём образовании и
функционировании. Геосферы связаны друг с другом и образуют стабильную динамическую систему
Можно выделить несколько основных геосфер:
Дополнительные геосферы
Геосферы — границы основных оболочек в разрезе
Некоторые учёные выделяют вторичные (антропогенные) геосферы связанные с деятельностью людей:
Антропосфера — описана Д. Н. Анучиным, 1902
Ноосфера — описана В. И. Вернадским, 1944
Социосфера — описана Ю. К. Ефремовым, 1961
Какосфера — предложена Г. А. Заварзин, 2003.
Техносфера
Также при анализе строения нашей планеты выделяются комплексные (составные):
Биогеосфера — педоподобная первичная геосфера или современная глобальная экосистема. Н. А. Солнцев в
ландшафтоведении различал фитосферу и зоосферу.
Гляциосфера и Криосфера — ледяная оболочка Земли (Вечная мерзлота, лёд, снег, иней)
Океаносфера — геосфера из морских и океанских вод.
Педосфера — почвенная и иловая оболочка.
Погребённая биосфера — ископаемые угли, сланцы, известняки.
Стратисфера — или слоистая осадочная оболочка Земли.
Семинар №9
1.Геодинамические процессы в литосфере. Теория дрейфа Материков
Первую научную теорию медленного дрейфа материков сформулировал немецкий метеоролог и геолог
Альфред Вегенер. В 1912 он указал на многочисленные сходства в геологическом строении континентов, а
также на общность ископаемой флоры и фауны в геологическом прошлом. Веским доказательством было
также совпадение климата в отдаленных эпохах.
Вегенер утверждал, что сначала на поверхности Земли возник тонкий слой гранитных пород. Со временем
гранитные глыбы сконцентрировались в один большой праконтинент — Пангею, что произошло около 570—
280 млн лет назад. Тогда же образовался праокеан, который окружал эту сушу. Затем Пангея раскололась и
продолжала распадаться на более мелкие части. Эта революционная для тех лет теория достаточно просто
объясняла многие непонятные геологические факты.
Механизм движения континентов Вегенер обосновал действием центробежных сил в результате вращения
Земли и взаимным притяжением Земли, Солнца и Луны. Таким образом он объяснял отдаление Северной
Америки от Европы и Африки, возникновение Атлантического океана. Дрейфование континентов от полюсов
в направлении экватора, вызванное вращательным движением Земли, привело к столкновению Европы и
Африки, в результате чего в Африке образовались Атласские горы, а в Европе — Альпы, Карпаты, Динарское
нагорье и другие горные цепи.
2. Климатические циклы в истории Земли Ци́ клы Миланковича — колебания достигающего Земли количества
солнечного света и солнечной радиации на протяжении больших промежутков времени. Или иначе Теория
периодичности ледниковых периодов.
Объяснение связано с изменениями в земной орбите

Прецессия: поворот земной оси с периодом около 25 750 лет, в результате которого меняется сезонная
амплитуда интенсивности солнечного потока на северном и южном полушариях Земли;

Нутация: долгопериодические (так называемые вековые) колебания угла наклона земной оси к плоскости её
орбиты с периодом около 41 000 лет;

.Изменение формы орбиты. Из-за притяжения других планет с течением времени меняется и форма земной
орбиты. От эллипса, вытянутого в одном направлении, она превращается в круг, затем — в эллипс, вытянутый
в направлении, перпендикулярном исходному, затем — снова в круг и т. д. Этот цикл длится примерно 93
тысячи лет.
Миланкович пришел к выводу, что каждый из этих факторов влияет на количество солнечного света,
полученного разными областями Земли. Миланкович считал, что на климат на Земле оказывают влияние эти
три цикла, каждый из которых связан с определенным астрономическим эффектом. Когда они усиливают друг
друга, можно ожидать похолодания и наступления ледникового периода. Однако в норме эти три фактора
действуют в разных направлениях и их влияние не суммируется, так что климат быстро возвращается в
обычное состояние. Итак, ледниковые периоды возникают, когда три орбитальных фактора действуют в
одном направлении, их эффекты складываются и подталкивают климат Земли к похолоданию. Это явление
не раз повторялось в истории планеты.
3. Проблема изменения климата в современную эпоху. Теории изменения климата
антропогенная теория изменения климата К антропогенным воздействиям относятся изменения газового и
аэрозольного состава атмосферы в результате хозяйственной деятельности человека (сжигание угля, газа и
нефтепродуктов, производство цемента, металлургия, животноводство и др.), а также изменения характера
землепользования (вырубка лесов, осушение болот, рост городов и т.п.).
Изучение этих воздействий имеет богатую историю. Теория парникового эффекта была сформулирована
почти 200 лет назад, а в конце XIX века были получены первые численные оценки парникового эффекта
(наличие в атмосфере Земли водяного пара, СО2, метана и некоторых других газов увеличивает среднюю
глобальную температуру приземного слоя воздуха с -190С до +140С).
В середине 1970-х годов ученые получили первые оценки будущих климатических изменений. Модели были
примитивны, но уже давали прогнозы глобального потепления в ближайшие десятилетия, сейчас
оправдавшиеся. Также были получены оценки, базирующиеся на данных о прошлых состояниях
климатической системы. Советские ученые, прежде всего, академик М. И. Будыко, внесли выдающийся вклад
в эти исследования. В 1979 г. известный ученый, полярник и руководитель Гидрометслужбы Е. К. Федоров
прямо предупреждал мировое сообщество о грядущих антропогенных изменениях климата.
Теория Солнечного излучения
Солнце является основным источником тепла в климатической системе. Солнечная энергия, превращённая на
поверхности Земли в тепло, является неотъемлемой составляющей, формирующей земной климат. Если
рассматривать длительный период времени, то в этих рамках Солнце становится ярче и выделяет больше
энергии, так как развивается согласно главной последовательности. Это медленное развитие влияет и на
земную атмосферу. Считается, что на ранних этапах истории Земли Солнце было слишком холодным для того,
чтобы вода на поверхности Земли была жидкой, что привело к т. н. «парадоксу слабого молодого Солнца».
На более коротких временных отрезках также наблюдаются изменения солнечной активности: 11-летний
солнечный цикл и более длительные модуляции. Однако 11-летний цикл возникновения и исчезновения
солнечных пятен не отслеживается явно в климатологических данных. Изменение солнечной активности
считается важным фактором наступления малого ледникового периода, а также некоторых потеплений,
наблюдаемых между 1900 и 1950 годами. Циклическая природа солнечной активности ещё не до конца
изучена; она отличается от тех медленных изменений, которые сопутствуют развитию и старению Солнца.
Теория космической пыли противники антропогенной теории изменения климата приходят к выводу, что
потепление, происходившее в 1985—2004 годах, можно связать с вариациями отражённой от Земли в тот же
период времени солнечной радиации.
Наиболее эффективно видимый солнечный свет рассеивают частицы атмосферного аэрозоля с радиусом
более 1 мкм. В основном это капельки воды и кристаллы льда. Но кроме них в атмосфере много твёрдых
мелкодисперсных частиц пыли меньшего размера, которые не рассеивают свет, однако служат центрами
конденсации водяного пара, на которых образуются большие капли, хорошо отражающие свет. Поэтому
мелкодисперсные частицы играют одну из ключевых ролей в формировании облаков и альбедо. Чем больше
пыли, тем больше альбедо( способность З отражать солнечную энергию), а значит, холоднее климат.
Очевидно, пыли земного происхождения с годами меньше не становится, значит, наблюдавшееся изменение
альбедо с 1985 по 2004 год связано с изменением в атмосфере содержания пыли космического
происхождения.
Пыль поступает в атмосферу из космоса во время движения Земли вокруг Солнца внутри зодиакального
пылевого облака. Кроме того, она образуется в атмосфере в результате разрушения метеорных потоков, с
которыми сталкивается наша планета. Но почему концентрация космической пыли меняется? Как указывают
авторы, основной источник межпланетной пыли в зодиакальном пылевом облаке — кометы, на движение
которых влияет взаимное расположение планет. Поэтому вариации количества пыли в зодиакальном облаке
связаны с периодом обращения планет
4. Изменения геомагнитного поля земли. Современные теории цикличности в изменениях геомагнитного
поля
Согласно современным представлениям, Земля образовалась примерно 4,5 млрд
лет назад, и с этого момента нашу планету окружает магнитное поле. Все, что
находится на Земле, в том числе люди, животные и растения, подвергаются его
воздействию.
Магнитное поле простирается до высоты около 100 000 км. Оно отклоняет или
захватывает частицы солнечного ветра, губительные для всех живых организмов.
Эти заряженные частицы образуют радиационный пояс Земли, а вся область
околоземного пространства, в которой они находятся, называют магнитосферой.
Ось земного магнита наклонена по отношению к оси вращения Земли на 12°. Она
располагается примерно на 400 км в стороне от центра Земли. Точки, в которых
эта ось пересекает поверхность планеты, - магнитные полюса. Магнитные
полюса Земли не совпадают с истинными географическими полюсами.
Магнитное поле может изменяться – увеличиваться или уменьшаться.
Причины изменения является:
1. Солнечный ветер
2. Инверсия
1.
Земля постоянно находится под потоком заряженных частиц, которое излучает Солнце. Этот поток
получил название Солнечного Ветра.
Встречая на своём пути Землю, солнечный ветер сильно деформирует её магнитосферу, в результате
чего наша планета обладает длинным магнитным "хвостом", направленным от Солнца.
Магнитное поле Земли чутко отзывается на обдувающие её потоки солнечного вещества.
Солнечный ветер создаёт магнитные бури, полярные сияния.
2.
Инверсия магнитного поля — изменения направления магнитного поля Земли в геологической
истории планеты. При инверсии северный магнитный полюс и южный магнитный полюс меняются
местами, и стрелка компаса начинает показывать противоположное направление. Инверсии
магнитного поля происходят через интервалы времени от десятков тысяч лет, до огромных
промежутков спокойного магнитного поля в десятки миллионов лет, когда инверсии не происходили
у нее отсутствует периодичность. За длительными периодами спокойного магнитного поля могут
следовать периоды многократных инверсий с различной длительностью и наоборот
Скачать