Впервые наиболее соответствующую современным взглядам и достижениям науки гипотезу о происхождении нашей планеты предложил известный советский ученый, академик О. Ю. Шмидт и развили его ученики. По этой теории образовалась путем объединения твердых частиц и никогда не проходила через «огненно-жидкую» стадию. Высокая земных недр объясняется накоплением тепла, выделяющегося при распаде радиоактивных , и лишь в малой степени - теплом, выделившимся при ее образовании.
По гипотезе О. Ю. Шмидта рост Земли происходил за счет частиц, выпадавших на ее поверхность. При этом кинетическая частиц переходила в тепловую. Поскольку выделение тепла происходило на поверхности, большая часть его излучалась в пространство, а небольшая доля шла на нагревание поверхностного слоя вещества. Сперва нагревание возрастало, так как увеличение массы, а вместе с тем и притяжение Земли увеличивало силу ударов. Затем по мере того, как вещество исчерпывалось, процесс роста замедлялся, а нагревание стало уменьшаться. По расчетам советского ученого В. С. Сафронова, наибольшую температуру должны были приобрести те слои, которые находятся ныне на глубине около 2500 километров. Их температура могла превышать 1000°. Но центральные и наружные части Земли были вначале холодными.
Разогрев Земли, как полагают академик В. И. Вернадский и его последователи, целиком обусловлен действием радиоактивных элементов. Вещество Земли содержит небольшую примесь радиоактивных элементов: урана, тория, радия. Ядра этих элементов непрерывно распадаются, превращаясь в ядра других химических элементов. Каждый атом урана и тория, распадаясь, сравнительно быстро превращается в целый ряд промежуточных радиоактивных атомов (в частности, в атом радия) и в конце концов в устойчивый атом того или иного изотопа свинца и несколько атомов гелия. При распаде калия образуются кальций и аргон. В результате распада радиоактивных элементов выделяется тепло. Из отдельных частиц это тепло легко ускользало наружу и рассеивалось в пространстве. Но когда образовалась Земля - тело огромных размеров, тепло стало накапливаться в ее недрах. Хотя в каждом грамме земного вещества за единицу времени (например, за год) выделяется очень мало тепла, за миллиарды лет, в течение которых существует наша планета, его накопилось так много, что температура в очагах недр Земли достигла предельно высокого уровня. Согласно расчетам, поверхностные части планеты, из которых тепло и сейчас продолжает медленно ускользать, вероятно, уже прошли через стадию наибольшего разогрева и начали остывать, но в глубоких внутренних частях разогрев, по-видимому, еще продолжается.
Однако нужно заметить, что, по данным вулканологии и петрографии, мы не находим в земной коре пород, которые образовывались бы при более высоких температурах чем 1200°. И на некоторой глубине их температура обычно ниже, ибо наблюдения показывают, что на воздухе при окислении составных частей, например железа, их температура повышается приблизительно на 50°. Глубинные породы содержат примерно такие же минералы, и, следовательно, температура их образования не выше. Более того, ряд других минералов и обломков углей, включенных в глубинных породах, а также включений в минералах говорят о более низкой температуре глубинной магмы, чем у лавы. Этот разогрев недр никак не отражается на поверхности Земли и на условиях жизни на ней, потому что температура поверхности определяется не внутренним теплом, а теплом, получаемым от Солнца. Из-за малой теплопроводности Земли поток тепла, приходящий из ее недр к поверхности, в 5000 раз меньше потока тепла, получаемого от Солнца.
Вещество Солнца также содержит некоторое количество радиоактивных элементов, но выделяемая ими энергия играет ничтожную роль в поддержании его мощного излучения. Во внутренних частях Солнца давление и температура столь высоки, что там непрерывно происходят ядерные реакции -объединение ядер атомов одних химических элементов в более сложные ядра атомов других элементов; при этом выделяется огромное количество энергии, которая и поддерживает в течение многих миллиардов лет излучение Солнца.
С разогреванием Земли, по-видимому, тесно связано происхождение и гидросферы. и газы попали на Землю вместе с твердыми частицами и телами, из которых она образовалась. Хотя температура частиц в зоне планет земной группы была слишком высокая для того, чтобы могло происходить замораживание газов, но и в этих условиях газовые молекулы обильно «налипали» на поверхность частиц. Вместе с этими частицами они вошли в состав более крупных тел, а затем и в состав Земли. Кроме того, как отметил О. Ю. Шмидт, в зону планет земной группы могли залетать ледяные тела из зоны планет-гигантов. Не успев прогреться и испариться, они могли падать на Землю, отдавая ей воду и газы.
Нагревание - лучший способ изгнать из твердого тела находящиеся в нем газы. Поэтому разогревание Земли сопровождалось выделением газов и водяных паров, содержащихся в небольшом количестве в земных каменистых веществах. Прорвавшись на поверхность, водяные пары сгустились в воды морей и океанов, а газы образовали атмосферу, состав которой первоначально существенно отличался от современного. Теперешний состав земной атмосферы в значительной мере обусловлен существованием на поверхности Земли растительной и животной жизни.
Выделение газов и водяных паров из недр Земли продолжается и поныне. При вулканических извержениях в атмосферу в большом количестве выбрасываются водяные пары и углекислый газ, а в разных местах Земли из недр ее выделяются горючие газы.
По последним данным науки, Земля состоит из:
- ядра, по своим свойствам (плотности) подобного железо-никелевым соединениям, а ближе всего к железо-силикатному веществу или металлизированным силикатам;
- мантии, состоящей из вещества, по физическим свойствам приближающегося к горным породам гранатовых перидотитов и эклогитов
- земной коры, иначе говоря, пленки горных пород - базальтов и гранитов, а также пород, близких к ним по физическим свойствам.
Большой интерес представляет вопрос о том, как отразилась теория О. Ю. Шмидта на теории происхождения жизни на Земле, разработанной академиком А. И. Опариным. Согласно теории А. И. Опарина, живое вещество возникло путем постепенного усложнения состава из простых органических соединений (таких, как метан, формальдегид), растворенных в воде на поверхности Земли.
При создании своей теории А. И. Опарин исходил из распространенного в то время представления о том, что Земля образовалась из раскаленных газов и, пройдя «огненно-жидкую» стадию, затвердела. Но на стадии раскаленного газового сгустка метан не мог существовать. В поисках путей образования метана А. И. Опарин привлек схему его образования в результате воздействия горячих водяных паров на карбиды (соединения углерода с металлами). Он полагал, что метан с водяным паром поднимался по трещинам на поверхность Земли и таким образом оказался в водном растворе. Необходимо отметить, что только образование метана происходило при высокой температуре, а дальнейший процесс, приведший к возникновению жизни, протекал уже в воде, т.е. при температуре ниже 100°.
Исследования показывают, что метан в смеси с водяными парами присутствует в выбросах газа только при температурах ниже 100°. При высоких температурах на раскаленной лаве в выбросах метан не обнаруживается.
Согласию теории О. Ю. Шмидта, газы и водяные пары в небольшом количестве с самого начала вошли в состав Земли. Поэтому вода могла появиться на поверхности Земли еще на ранних стадиях развития нашей планеты. В ней с самого начала присутствовали в растворе углеводы и другие соединения. Таким образом, выводы из новой космогонической теории обосновывают наличие у Земли с начала ее существования как раз тех условий, которые нужны для процесса возникновения жизни по теории А. И. Опарина.
Исследования распространения волн землетрясений, проведенные на рубеже XIX и XX веков, показали, что плотность вещества Земли вначале увеличивается плавно, а затем возрастает скачками. Это подтверждало ранее установившееся мнение о том, что в недрах Земли происходит резкое разделение каменистого вещества и железа.
Как теперь установлено, граница плотного ядра Земли расположена на глубине 2900 километров от поверхности. Поперечник ядра превышает одну вторую поперечника нашей планеты, а масса составляет одну треть массы всей Земли.
Несколько лет назад большинство геологов, геофизиков и геохимиков предполагало, что плотное ядро Земли состоит из никелистого железа, подобного тому, которое присутствует в метеоритах. Считалось, что железо успело стечь к центру, пока Земля была огненно-жидкой. Однако еще в 1939 году геолог В. Н. Лодочников отмечал необоснованность этой гипотезы и указывал на то, что мы плохо знаем поведение вещества при тех огромных давлениях, которые существуют внутри Земли вследствие огромного веса вышележащих слоев. Он предсказывал, что наряду с плавным изменением плотности по мере увеличения давления должны существовать и скачкообразные изменения.
Разрабатывая новую теорию, Шмидт выдвинул предположение, что образование железного ядра произошло в результате разделения вещества Земли под действием силы тяжести. Этот процесс начался после того, как в недрах Земли произошел разогрев. Но вскоре необходимость объяснения образования железного ядра отпала, так как взгляды В. И. Лодочникова получили дальнейшее развитие в виде гипотезы Лодочникова - Рамзея. Скачкообразное изменение свойств вещества при очень высоких давлениях было подтверждено теоретическими расчетами.
Расчеты показывают, что уже на глубине около 250 километров давление в Земле достигает 100 000 атмосфер, а в центре оно превышает 3 миллиона атмосфер. Поэтому даже при температуре в несколько тысяч градусов вещество Земли может быть не жидким в обычном смысле слова, а подобно вару или смоле. Под влиянием длительно действующих сил оно способно на медленные перемещения и деформации. Например, вращаясь вокруг своей оси, Земля под действием центробежной силы приняла сплюснутую форму, как будто она является жидкой. В то же время по отношению к кратковременным силам она ведет себя как твердое тело с упругостью, превышающей упругость стали. Это проявляется, например, при распространении волн землетрясений.
Благодаря податливости земных недр в них происходят медленные перемещения веществ под действием силы тяжести. Более тяжелые вещества опускаются вниз, а более легкие — вверх. Эти перемещения столь медленны, что, хотя они и длятся миллиарды лет, создалась лишь небольшая концентрация более тяжелых веществ, прилегающих к центру Земли. Процесс расслоения глубоких недр Земли, можно сказать, только еще начался и происходит до сих пор.
1. Введение ………………………………………………2 стр.
2. Гипотезы образования Земли………………………...3 - 6 стр.
3. Внутреннее строение Земли …………………………7 - 9 стр.
4. Заключение……………………………………………10 стр.
5. Список литературы …………………………………..11 стр.
Введение.
Во все времена люди хотели знать, откуда и каким образом произошел мир, в котором мы живем. Существует множество легенд и мифов, пришедших из древних времен. Но с появлением науки в ее современном понимании, на смену мифологическим и религиозным приходят научные представления о происхождении мира.
В настоящее время в науке создалось такое положение, что разработка космогонической теории и реставрация ранней истории Солнечной системы могут осуществляться преимущественно индуктивным путем, основанным на сравнении и обобщении полученных совершенно недавно эмпирических данных по материалу метеоритов, планет и Луны. Поскольку о строении атомов и поведении их соединений при различных термодинамических условиях нам стало известно очень многое, а о составе космических тел были получены совершенно достоверные и точные данные, то решение проблемы происхождения нашей планеты поставлено на прочную химическую основу, которой были лишены прежние космогонические построения. Следует в ближайшее время ожидать, что решение проблем космогонии Солнечной системы вообще и проблемы происхождения нашей Земли в частности достигнет больших успехов на атомно-молекулярном уровне, подобно тому, как на этом же уровне генетические проблемы современной биологии блестяще решаются на наших глазах.
При современном состоянии науки физико-химический подход к решению проблем космогонии Солнечной системы является совершенно неизбежным. Поэтому давно известные механические особенности Солнечной системы, которым классические космогонические гипотезы уделяли главное внимание, должны быть истолкованы в тесной связи с физико-химическими процессами в ранней истории Солнечной системы. Последние достижения в области химического изучения отдельных тел этой системы позволяют нам совершенно по-новому подходить к реставрации истории вещества Земли и на этой основе восстановить рамки тех условий, в которых происходило рождение нашей планеты – становление её химического состава и формирование оболочечной структуры.
Таким образом, цель данной работы – рассказать о наиболее известных гипотезах образования Земли, а также о ее внутреннем строении.
Гипотезы образования Земли.
Во все времена люди хотели знать, откуда и каким образом произошел мир, в котором мы живем. Существует множество легенд и мифов, пришедших из древних времен. Но с появлением науки в ее современном понимании, на смену мифологическим и религиозным приходят научные представления о происхождении мира. Первые научные гипотезы относительно происхождения Земли и солнечной системы, основанные на астрономических наблюдениях, были выдвинуты только лишь в 18 веке.
Все гипотезы о происхождении Земли можно разбить на две основные группы:
1. Небулярная (лат. «небула» - туман, газ) – в основе лежит принцип образования планет из газа, из пылевых туманностей;
2. Катастрофическая – в основе лежит принцип образования планет из-за различных катастрофических явления (столкновение небесных тел, близкое прохождение друг от друга звезд и т.д.).
Небулярные гипотезы Канта и Лапласа. Первой научной гипотезой о происхождении Солнечной системы была гипотеза Иммануила Канта (1755). Кант считал, что солнечная система возникла из некой первичной материи, до того свободно рассеянной в космосе. Частицы этой материи перемещались в различных направлениях и, сталкиваясь друг с другом, теряли скорость. Наиболее тяжелые и плотные из них под действием силы притяжения соединялись друг с другом, образуя центральный сгусток - Солнце, которое, в свою очередь, притягивало более удаленные, мелкие и легкие частицы. Таким образом возникло некоторое количество вращающихся тел, траектории которых взаимно пересекались. Часть этих тел, первоначально двигавшихся в противоположных направлениях, в конечном счете были втянуты в единый поток и образовали кольца газообразной материи, расположенные приблизительно в одной плоскости и вращающиеся вокруг Солнца в одном направлении, не мешая друг другу. В отдельных кольцах образовывались более плотные ядра, к которым постепенно притягивались более легкие частицы, формируя шаровидные скопления материи; так складывались планеты, которые продолжали кружить вокруг Солнца в той же плоскости, что и первоначальные кольца газообразного вещества.
Независимо от Канта другой ученый – французский математик и астроном П.Лаплас – пришел к тем же выводам, но разработал гипотезу более глубоко (1797). Лаплас полагал, что Солнце существовало первоначально в виде огромной раскаленной газообразной туманности (небулы) с незначительной плотностью, но зато колоссальных размеров. Эта туманность, согласно Лапласу, первоначально медленно вращалась в пространстве. Под влиянием сил гравитации туманность постепенно сжималась, причем скорость ее вращения увеличивалась. Возрастающая в результате центробежная сила придавала туманности уплощенную, а затем и линзовидную форму. В экваториальной плоскости туманности соотношение между притяжением и центробежной силой изменялось в пользу этой последней, так что в конечном счете масса вещества, скопившегося в экваториальной зоне туманности, отделилась от остального тела и образовала кольцо. От продолжавшей вращаться туманности по- следовательно отделялись все новые кольца, которые, конденсируясь в определенных точках, постепенно превращались в планеты и другие тела солнечной системы. В общей сложности от первоначальной туманности отделилось десять колец, распавшихся на девять планет и пояс астероидов - мелких небесных тел. Спутники отдельных планет сложились из вещества вторичных колец, оторвавшихся от раскаленной газообразной массы планет.
Вследствие продолжавшегося уплотнения материи температура новообразованных тел была исключительно высокой. В то время и наша Земля, по П. Лапласу, представляла собой раскаленный газообразный шар, светившийся подобно звезде. Постепенно, однако, этот шар остывал, его материя переходила в жидкое состояние, а затем, по мере дальнейшего охлаждения, на его поверхности стала образовываться твердая кора. Эта кора была окутана тяжелыми атмосферными парами, из которых при остывании конденсировалась вода. Обе теории сходны между собой по существу и часто рассматриваются как одна, взаимно дополняли друг друга, поэтому в литературе они часто упоминаются под общим названием как гипотеза Канта-Лапласа. Поскольку наука не располагала в то время более приемлемыми объяснениями, у этой теории было в XIX веке множество последователей.
Катастрофическая теория Джинса. После гипотезы Канта – Лапласа в космогонии было создано еще несколько гипотез образования Солнечной системы. Появляются так называемые катастрофические гипотезы, в основе которых лежит элемент случайного стечения обстоятельств. В качестве примера гипотезы катастрофического направления рассмотрим концепцию английского астронома Джинса (1919). В основу его гипотезы положена возможность прохождения вблизи Солнца другой звезды. Под действием ее притяжения из Солнца вырвалась струя газа, которая при дальнейшей эволюции превратилась в планеты Солнечной системы. Джинс полагал, что прохождение звезды мимо Солнца позволило объяснить несоответствие в распределении массы и момента количества движения в Солнечной системе. Но в 1943г. Русский астроном Н. И. Парийский вычислил, что только в случае строго определенной скорости звезды газовый сгусток мог бы стать спутником Солнца. В этом случае его орбита должна быть в 7 раз меньше орбиты самой близкой к Солнцу планеты – Меркурия.
Таким образом, гипотеза Джинса не смогла дать верного объяснения непропорциональному распределению момента количества движения в Солнечной системе. Самым большим недостатком этой гипотезы является факт случайности, что противоречит материалистическому мировоззрению и имеющимся фактам, говорящим о нахождении планет в других звездных мирах. Кроме того, расчеты показали, что сближение звезд в мировом пространстве практически исключено, и даже если бы это произошло, проходящая звезда не могла бы придать планетам движение по круговым орбитам.
Теория Большого Взрыва. Теория, которой придерживается большинство современных ученых, утверждает, что Вселенная образовалась в результате так называемого Большого Взрыва. Невероятно горячий огненный шар, температура которого достигала миллиардов градусов, в какой-то момент взорвался и разбросал во всех направлениях потоки энергии и частиц материи, придав им колоссальное ускорение. Поскольку огненный шар, разлетевшийся на части в результате Большого Взрыва, имел колоссальную температуру, крохотные частицы материи обладали поначалу слишком большой энергией и не могли соединиться друг с другом, чтобы образовать атомы. Однако спустя примерно миллион лет температура Вселенной понизилась до 4000"С, и из элементарных частиц стали формироваться различные атомы. Сначала возникли самые легкие химические элементы - гелий и водород, формировалось их скопление. Постепенно Вселенная охлаждалась все сильнее и образовывались более тяжелые элементы. В течении многих миллиардов лет происходило наращивание масс в скоплениях гелия и водорода. Разрастание массы идет до достижения некоторого предела, после чего сила взаимного притяжения частиц внутри газопылевого облака очень сильная и тогда облако начинает сжиматься (коллапсировать). В процессе коллапса внутри облака развивается высокое давление, условия благоприятные для реакции термоядерного синтеза – слияние легких ядер водорода с образованием тяжелых элементов. На месте коллапсирующего облака рождается звезда. В результате рождения звезды более 99% массы первоначального облака оказывается в теле звезды, а остальные формируют рассеянные облака твердых частиц из которых в дальнейшем формируются планеты звездной системы.
Современные теории. В последние годы американскими и советскими учеными был выдвинуты ряд новых гипотез. Если раньше считалось, что в эволюции Земли происходил непрерывный процесс отдачи тепла, то в новых теориях развитие Земли рассматривается как результат многих разнородных, порой противоположных процессов. Одновременно с понижением температуры и потерей энергии могли действовать и другие факторы, вызывающие выделение больших количеств энергии и компенсирующие таким образом убыль тепла. Одно из таких современных предположений – «теория пылевого облака»,его автор американский астроном Ф. Л. Уайпль (1948). Однако по существу это ничто иное как видоизмененный вариант небулярной теории Канта-Лапласа. Также популярными являются гипотезы русских ученых О.Ю.Шмидта и В.Г. Фесенкова. Оба ученых при разработке своих гипотез исходили из представлений о единстве материи во Вселенной, о непрерывном движении и эволюции материи, являющихся ее основными свойствами, о разнообразии мира, обусловленного различными формами существования материи.
Любопытно, что на новом уровне, вооруженные более совершенной техникой и более глубокими познаниями о химическом составе солнечной системы, астрономы вернулись к мысли о том, что Солнце и планеты возникли из обширной, нехолодной туманности, состоящей из газа и пыли. Мощные телескопы обнаружили в межзвездном пространстве многочисленные газовые и пылевые «облака», из которых некоторые действительно конденсируются в новые звезды. В связи с этим первоначальная теория Канта-Лапласа была переработана с привлечением новейших данных; она может сослужить еще хорошую службу в деле объяснения процесса возникновения солнечной системы.
Каждая из этих космогонических теорий внесла свой вклад в дело выяснения сложного комплекса проблем, связанных с происхождением Земли. Все они рассматривают возникновение Земли и солнечной системы как закономерный результат развития звезд и вселенной в целом. Земля появилась одновременно с другими планетами, которые, как и она, вращаются вокруг Солнца и являются важнейшими элементами солнечной системы.
Лишь сравнительно не так давно люди получили фактический материал, дающий возможность выдвигать научно обоснованные гипотезы о происхождении Земли, однако этот вопрос волновал умы философов еще с незапамятных времен.
Первые представления
Хоть первые представления о жизни Земли и основывались только на эмпирических наблюдениях природных явлений, тем не менее в них основополагающую роль зачастую занимал фантастический вымысел, чем объективная реальность. Но уже в те времена, возникли идеи и воззрения, которые и в наши дни поражают нас своим сходством с нашими представлениями о происхождении Земли.
Так, к примеру, римский философ и поэт Тит Лукреций Кар, который известен как автор дидактической поэмы «О природе вещей», считал, что Вселенная бесконечна и в ней существует множество миров, подобных нашему. О том же написано у древнегреческого ученого Гераклита (500 лет до н.э.): «Мир, единый из всего, не создан никем из богов и никем из людей, а был, есть и будет вечно живым огнем, закономерно воспламеняющимся и закономерно угасающим».
После того как пала Римская империя для Европы наступила тяжелая пора средневековья – период господства богословия и схоластики. Этот период затем сменился эпохой Возрождения, труды , Николая Коперника, Галилео Галилея подготовили появление прогрессивных космогонических идей. Они были высказаны в разное время Р.Декартом, И.Ньютоном, Н.Стеноном, И.Кантом и П.Лапласом.
Гипотезы происхождения Земли
Гипотеза Р. Декарта
Так, в частности, Р.Декарт утверждал что, наша планета прежде была раскаленным телом, подобно Солнцу. А впоследствии она остыла и начала представлять из себя потухшее небесное тело, в недрах которого все же сохранился огонь. Раскаленное ядро покрывала плотная оболочка, которая состояла из вещества, подобного веществу солнечных пятен. Выше находилась новая оболочка – из мелких осколков, возникших в результате распада пятен.
Гипотеза И. Канта
1755 год — немецкий философ И.Кант предположил, что вещество, из которого состоит тело Солнечной системы – все планеты и кометы, до начала всех преобразований было разложено на первичные элементы и заполняло весь тот объем Вселенной, в котором движутся теперь образовавшиеся из них тела. Эти представления Канта о том, что Солнечная система могла образоваться в результате скопления первичного дисперсного рассеянного вещества, кажутся в наше время на удивление правильными.
Гипотеза П. Лапласа
1796 год — французский ученый П.Лаплас высказывал сходные идеи о происхождении Земли, ничего не зная о имеющемся трактате И.Канта. Появившаяся гипотеза о происхождении Земли получила, таким образом, название гипотезы Канта-Лапласа. По этой гипотезе Солнце и движущиеся вокруг него планеты образовались из единой туманности, которая, при вращении, распадалась на отдельные сгустки вещества – планеты.
Изначально огненно-жидкая Земля остывала, покрывалась коркой, которая коробилась по мере остывания недр и уменьшения их объема. Следует отметить, что гипотеза Канта-Лапласа больше 150 лет преобладала в ряду других космогонических воззрений. Именно исходя из этой гипотезы, геологи объясняли все геологические процессы, происходившие в недрах Земли и на ее поверхности.
Гипотеза Э. Хладни
Огромное значение для разработки достоверных научных гипотез о происхождении Земли конечно имеют метеориты – пришельцы из далекого космоса. Все по тому, что метеориты падали на нашу планету всегда. Однако далеко не всегда они считались пришельцами из космоса. Одним из первых, объяснивших правильно появление метеоритов, был немецкий физик Э.Хладни, который доказал в 1794 г., что метеориты – это остатки болидов, имеющих неземное происхождение. По его утверждению, метеориты являются странствующими в космосе кусками межпланетной материи, вероятно и осколками планет.
Современной концепции происхождения Земли
Но такого рода мысли в те времена разделяли далеко не все, однако, изучая каменные и железные метеориты, ученые смогли получить любопытные данные, которые использовались в космогонических построениях. Был, к примеру, выяснен химический состав метеоритов – в основном оказалось, что это окислы кремния, магния, железа, алюминия, кальция, натрия. Следовательно, возникла возможность узнать состав других планет, который оказался сродни химическому составу нашей Земли. Определили и абсолютный возраст метеоритов: он находится в пределах 4,2-4,6 миллиардов лет. В настоящий момент к этим данным добавились сведения о химическом составе и возрасте пород Луны, а также атмосфер и пород Венеры и Марса. Эти новые данные показывают, в частности, что наш естественный спутник Луна образовался из холодного газопылевого облака и начал «функционировать» 4,5 миллиарда лет тому назад.
Огромная роль в обосновании современной концепции происхождения Земли и Солнечной системы принадлежит советскому ученому, академику О.Шмидту, который внес значительный вклад в решение этой проблемы.
Так по крупицам, по отдельным разрозненным фактам постепенно складывалась научная основа современных космогонических взглядов… Большинство современных космогонистов придерживается следующей точки зрения.
Исходным веществом для образования Солнечной системы послужило газопылевое облако, находившееся в экваториальной плоскости нашей Галактики. Вещество этого облака пребывало в холодном состоянии и содержало как правило летучие компоненты: водород, гелий, азот, пары воды, метан, углерод. Первичное планетное вещество было весьма однородным, а его температура довольно низкой.
Вследствие сил тяготения межзвездные облака начинали сжиматься. Вещество уплотнялось до стадии звезд, в то-же время возрастала его внутренняя температура. Движение атомов внутри облака ускорялось, и, сталкиваясь друг с другом, атомы иногда объединялись. Происходили термоядерные реакции, в процессе которых водород превращался в гелий, при этом выделялось огромное количество энергии.
В неистовстве мощных стихий появилось Протосолнце. Рождение его произошло как результат вспышки сверхновой звезды – явление не такое уж редкое. В среднем такая звезда возникает в любой Галактике каждые 350 миллионов лет. Во время вспышки сверхновой звезды излучается гигантская энергия. Вещество, выброшенное в результате этого термоядерного взрыва, образовало вокруг Протосолнца широкое, постепенно уплотнявшееся газовое плазменное облако. Оно представляло из себя своеобразную туманность в виде диска с температурой в несколько миллионов градусов Цельсия. Из этого протопланетного облака в дальнейшем возникли планеты, кометы, астероиды и другие небесные тела Солнечной системы. Образование Протосолнца и протопланетного облака вокруг него произошло, возможно, около 6 миллиардов лет назад.
Прошли сотни миллионов лет. Со временем газообразное вещество протопланетного облака остывало. Из горячего газа конденсировались наиболее тугоплавкие элементы и их окислы. По мере дальнейшего охлаждения, продолжавшегося миллионы лет, в облаке появились пылевидные твердые частицы, и ранее раскаленное газовое облако снова стало сравнительно холодным.
Постепенно вокруг молодого Солнца в результате конденсации пылевидного вещества образовался широкий кольцеобразный диск, который в последствии распался на холодные рои твердых частиц и газа. Из внутренних частей газопылевого диска стали образовываться планеты типа Земли, состоящие как правило из тугоплавких элементов, а из периферических частей диска – большие планеты, богатые легкими газами и летучими элементами. В самой же внешней зоне появилось огромное количество комет.
Первичная Земля
Так примерно 5,5 миллиарда лет назад из холодного планетного вещества возникли первые планеты, в том числе и первичная Земля. В те времена она была космическим телом, но еще не планетой, у нее не было ядра и мантии и не существовало даже твердых поверхностных участков.
Образование Протоземли было чрезвычайно важной вехой – это было рождение Земли. В те времена на Земле не протекали обычные, хорошо нам известные геологические процессы, потому этот период эволюции планеты называют догеологическим, или астрономическим.
Протоземля представляла из себя холодное скопление космического вещества. Под влиянием гравитационного уплотнения, нагревания от беспрерывных ударов космических тел (комет, метеоритов) и выделения тепла радиоактивными элементами поверхность Протоземли начала нагреваться. О величине разогрева среди ученых нет единого мнения. Как считает советский ученый В.Фесенко, вещество Протоземли нагрелось до 10 000°С и как следствие этого перешло в расплавленное состояние. По предположению же других ученых, температура едва могла достигать 1 000°С, а третьи отрицают даже саму возможность расплавления вещества.
Как бы там ни было, но разогрев Протоземли способствовал дифференциации ее материала, которая продолжалась на протяжении всей последующей геологической истории.
Дифференциация вещества Протоземли привела к концентрации тяжелых элементов во внутренних ее областях, а на поверхности – более легких. Это, в свою очередь, предопределило дальнейшее разделение на ядро и мантию.
Изначально наша планета не имела атмосферы. Это можно объяснить тем, что газы из протопланетного облака были потеряны на первых стадиях образования, потому как тогда еще масса Земли не могла удержать легкие газы вблизи своей поверхности.
Образование ядра и мантии, а в дальнейшем и атмосферы завершило первую стадию развития Земли – догеологическую, или астрономическую. Земля стала твердой планетой. После чего и начинается ее длительная геологическая эволюция.
Таким образом, 4-5 миллиардов лет назад на поверхности нашей планеты господствовали солнечный ветер, жаркие лучи Солнца и космический холод. Поверхность постоянно подвергалась бомбардировке космическими телами – от пылинок до астероидов…
Основным документом, при помощи которого исследуют историю Земли, служит горная порода.
Самые древние свидетельства, имеющиеся в нашем распоряжении, относятся к архейскому времени. Они-то и являются для историка Земли исходными, но очевидно, что хотя многие из древних пород (например, уранинит из Манитобы) образовались около 2 млрд. лет назад, их вовсе нельзя рассматривать как действительное начало геологической летописи. Восстанавливать это начало приходится косвенными способами.
Две коренные проблемы нуждаются в освещении: происхождение Земли и возникновение на ней жизни. Поколения учёных трудились над этими вопросами, но лишь советской науке, вооружённой методом диалектического материализма, оказалось под силу разгадать в общей форме обе мировые загадки.
Наиболее достоверную теорию происхождения планет солнечной системы разработал О. Ю. Шмидт. Теория исходит из факта вращения Галактики и наличия в её центральной плоскости тёмных облаков космической пыли и газа. Солнце, участвуя в галактическом вращении, захватило и увлекло за собой часть такого облака. Возможно также, что Солнце само возникло из подобного облака и захватило вещество из собственной материнской среды. Но в обоих случаях оно оказалось внутри обширного роя твёрдых частиц, двигавшихся вокруг него под влиянием притяжения по эллиптическим орбитам. Пылинки, твёрдые тельца, сталкиваясь в неупругих ударах, теряли часть своей кинетической энергии (она превращалась в теплоту, излучаемую в пространство), что привело сначала к уплотнению роя, а при достижении последним некоторой критической плотности - к образованию сгущений, которые, неоднократно дробясь и снова объединяясь, в конце концов сложились в планеты.
Вблизи Солнца захваченное облако быстро редело: одни его частицы падали на Солнце, другие оттеснялись лучевым давлением к внешней зоне системы; летучие компоненты твёрдых телец испарялись под действием солнечного нагрева. Оттого вблизи Солнца образовались плотные, но сравнительно небольшие планеты, а вдали от него, где такого обеднения исходного материала не было и сохранились газы в твёрдых частицах, возникли планеты большие, но гораздо менее плотные. Этим и объясняется характерное деление планет на внутренние (Меркурий, Венера,. Земля, Марс), обладающие малыми размерами, высокой плотностью, медленным вращением вокруг оси и ограниченным числом (или отсутствием) спутников, и внешние (Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун), отличающиеся крупными размерами, малой плотностью, быстрым вращением на оси и большим числом спутников. На самой далёкой окраине облака, где материнский рой сходил на нет, из его остатков возник маленький Плутон (и, возможно, ещё несколько небольших планет, пока не открытых).
Частицы, захваченные Солнцем, могли первоначально двигаться в различных плоскостях, но всё же большинство орбит должно было совпадать с какой-то преобладающей плоскостью. В отношении преобладающей плоскости частицы могли сначала двигаться как в прямом, так и в обратном направлении, но, вследствие неравномерного распределения плотности роя, и здесь одно из направлений должно было стать господствующим. Наконец, эллиптические орбиты частиц могли вначале иметь различно ориентированные оси; однако, взаимодействуя при сближении, тельца взаимно возмущали свои орбиты, что и привело к равномерному распределению осей, т. е. придало орбитам круговую (или очень близкую к ней) форму. Так осреднением динамических и физических характеристик пылинок при слипании их в более крупные тела объясняет теория О. Ю. Шмидта тот факт, что все планеты обращаются вокруг Солнца в одном направлении и имеют почти одинаковые круговые орбиты, лежащие почти в одной плоскости.
Ни одна из многочисленных прежних гипотез не могла объяснить, свойственное солнечной системе распределение момента количества движения: Солнце, обладающее 99% общей массы системы, содержит только 2% момента количества движения, тогда как планеты со своей ничтожной суммарной массой имеют вместе 98% момента количества движения. Момент количества движения есть произведение массы тела на его скорость и на его расстояние от центра вращения. В системе тел момент количества движения есть сумма моментов отдельных тел. Теория Шмидта полностью решает вопрос. Пылевая материя могла быть захвачена Солнцем как на близком, так и на далёком расстоянии. В последнем случае она будет обладать очень большим моментом количества движения. При сложении частиц в планеты этот момент сохраняется.
Наконец, теория впервые научно обосновывает закон планетных расстояний, установленный давно чисто эмпирически, но до последнего времени не поддававшийся истолкованию, и предвычисляет, что расстояния планет от Солнца (в астрономических единицах) должны быть такие: Меркурия 0,39, Венеры 0,67, Земли 1,04, Марса 1,49, Юпитера 5,20, Сатурна 10,76, Урана 18,32, Нептуна 27,88 и Плутона 39,44. Сравнение с действительными расстояниями обнаруживает прекрасное совпадение.
Образование планетных систем в недрах нашей и других галактик закономерно и неизбежно, так как облаков тёмной материи во вселенной много, и звёзды либо возникают из этих скоплений, либо встречаются с ними при своём движении. Мы не видим других планетных систем только потому, что современные астрономические средства наблюдения не позволяют этого.
Из теории О. Ю. Шмидта вытекает, что Земля возникла как холодное тело, так как частицы породившего её роя, вследствие равновесия между поглощением ими солнечного тепла и его обратным излучением в пространство, имели температуру около +4°. Нынешнее тепло внутри Земли - результат последующего разогрева под действием распада радиоактивных веществ. Земля создавалась путём беспорядочного накопления частиц самого различного удельного веса. По достижении планетой определённых размеров началась в вязкой среде гравитационная дифференциация: более плотные вещества очень медленно стали опускаться к центру Земли, более лёгкие всплывать кверху, увлекая с собой и геохимически связанные с ними некоторые тяжёлые минералы (в том числе радиоактивные, чем и объясняется современная концентрация последних в наружных слоях). Этот процесс вряд ли закончился, и дифференциация, сопровождаемая выделением не меньшего количества энергии, чем радиоактивный распад (порядка 6 Х 10 27 эргов, или 10 20 калорий в год), всё ещё играет роль мощного механизма вертикальных перемещений масс в земных недрах.
На определённом этапе (когда масса Земли стала значительной) образовалась атмосфера. Газы были и в захваченном Солнцем пылевом облаке, но всё же в основном первичная атмосфера образовалась в результате «выжимания» газов из недр планеты. Источник земной атмосферы - сама Земля. Древнейшая атмосфера отличалась от нынешней тем, что в ней отсутствовали свободный азот и кислород, но было много паров воды, аммиака и углекислого газа.
Возникновение источников внутренней энергии - радиоактивного распада и гравитационной дифференциации - положило начало тектонической деятельности Земли, - поднятиям и опусканиям обширных участков холодной земной поверхности и процессам вулканизма; появились изверженные породы. Во впадинах литосферы скопилась вода, - обозначилось разделение суши и моря. Под действием воды, воздуха и солнечной радиации начались процессы выветривания, переноса обломочного материала и образования первых осадочных пород.
Неизвестно, когда занялась над пустынной Землёй заря жизни, но произошло это наверное до архея. В самих архейских толщах достоверных остатков организмов нет, однако имеются известковые и углистые породы, возникновение которых чаще всего связано с деятельностью и гибелью животных и растений. Кроме того, организмы, найденные в протерозое, отличаются сложным устройством и обязательно должны были иметь предков, гораздо проще устроенных; если предки эти жили в архее, то жизнь должна была появиться ещё раньше.
Жизнь в тех формах, в каких мы её знаем, возможна лишь на планетах и притом в совершенно определённых условиях. Существование её где-нибудь на раскалённых телах (звёздах) или в межзвёздном пространстве невероятно: в первом случае мешают высокие температуры, во втором случае немыслим обмен веществ. Но и не на всех планетах имеется необходимая для жизни обстановка: одни из них, расположенные близко к звезде, слишком горячи, другие, лежащие далеко от звезды, слишком холодны; одни планеты потеряли атмосферу, у других она состоит из ядовитых газов. Единственно на твёрдой поверхности, в присутствии воды и воздуха благоприятного состава и при наличии надлежащего температурного режима, могут появиться первые комки протоплазмы. В солнечной системе жизнь имеется в расцвете на Земле, в стадии угасания на Марсе и в стадии зарождения на Венере. Несмотря на указанные ограничения условий для жизни, живое в мире не может быть исключительным явлением, свойственным только окрестностям нашего Солнца: даже если в каждой галактике есть хотя бы только одна планета, заселённая организмами, число таких очагов жизни в бесконечной Вселенной не поддаётся исчислению.
Живое вещество - особая стадия развития неорганической материи. Жизнь действительно возникла, а не существовала вечно, как это утверждают некоторые авторы. Идея о вечности жизни, т. е. об изначальном бытии (наряду с простой, неорганизованной материей) таких сложных образований, к каким относятся даже простейшие белковые молекулы, отрицает развитие материи, т. е. направлена вразрез с истиной, научно обоснованной и доказанной.
Открытие общих путей происхождения жизни на Земле принадлежит советскому учёному А. И. Опарину.
Теория А. И. Опарина опирается на факты широкого распространения во вселенной углерода (основного элемента, из которого построены органические вещества) и высокую способность атомов углерода соединяться друг с другом или с атомами других элементов. В разных видах и соединениях углерод обнаружен в звёздах, на планетах и в метеоритах, - в последних либо самородный (графит, алмаз), либо в форме карбидов (соединений с металлами) и углеводородов. Нет оснований отрицать присутствие углерода и в частицах пылевой материи, из которых образовалась Земля; в ныне существующих в Галактике газо-пылевых туманностях недавно установлено наличие водорода, метана, аммиака и воды (льда). Стало быть, углерод и его простейшие соединения в виде углеводородов вошли в состав нашей планеты в первые же дни её рождения.
История углерода на Земле - это сначала история бесчисленного количества химических реакций и дальнейшего взаимодействия углеводородов с парами воды и аммиаком. В результате возникали новые, более сложные вещества, построенные уже из углерода, кислорода, водорода и азота, способные к новым реакциям между собой и с окружающей средой в первичных морях и лагунах, куда они попали из атмосферы. В хаосе этих реакций наметился, в конце концов, путь образования и накопления всё более сложных высокомолекулярных соединений, в том числе и подобных белкам.
В смешанном растворе белковых веществ молекулы разных белков собираются обычно в небольшие агрегаты, имеющие вид капель, плавающих в воде, - явление это называется коацервацией. И если первичные, более простые органические соединения были равномерно рассеяны в воде и от последней не обособлены, то после возникновения белковоподобных соединений произошёл знаменательный скачок: началось обособление коацерватных капель, т. е. противопоставление белковоподобных соединений окружающей их среде. Коацерватная капля - это уже нечто индивидуальное, обладающее своей, хотя ещё и нестойкой, структурой; каждая легко притягивает частицы извне, поглощает их, вступает с ними в химические соединения, которые могут и остаться в капле, следовательно - повести её к росту и внутренней химической перестройке либо к распаду. Если синтез в капле при данных условиях внешней среды идёт быстрее распада - капля становится динамически устойчивой, если распад быстрее синтеза - она разрушается. В коацерватных каплях природа как бы делает первые опыты обмена веществ. Только динамически устойчивые капли (что зависело от их индивидуальных особенностей) могли длительно существовать, расти и «размножаться» делением, а такими могли стать лишь те немногие, качества которых непрерывно изменялись в совершенно определённую сторону, обеспечивающую постоянное самовосстановление всей капли в целом. Возникновение капли с внутренне организованной последовательностью химических реакций, т. е. капли динамически весьма устойчивой и способной к самовоспроизведению, и было тем новым скачком, в результате которого сложное, но неживое органическое образование стало живым существом. По мнению некоторых биологов, приобретение белковоподобными соединениями в ходе их развития основных признаков живого не нуждается в стадии комплексных «надмолекулярных» белковых систем (коацерватных капель): такие признаки неизбежно должны были со временем возникнуть при определённых условиях в самой молекуле первичного белка.
Комочки первозданной жизни не имели ещё клеточной структуры; прошли тысячелетия, прежде чем развились древнейшие одноклеточные организмы, предки многоклеточных. Прошли также тысячелетия, прежде чем изменился и способ питания первых организмов, которые сначала использовали для этой цели только органические вещества, но затем, в связи с уменьшением запасов этой пищи, были как бы поставлены перед выбором: либо погибнуть, либо приобрести умение питаться неорганическими соединениями. В дальнейшем в протоплазме одной группы организмов выработались пигменты, послужившие толчком к появлению простейших растений типа синезелёных водорослей, способных к ассимиляции CO 2 . Водоросли не только резко увеличили количество органического вещества в природе, но и освободили другие группы живых существ от необходимости эволюционировать в сторону автотрофности; эти группы, питавшиеся теперь водорослями, остались гетеротрофными и тем самым стали родоначальниками будущего мира животных.
Колыбелью жизни считают море. Это предположение, хотя и подвергалось сомнению, никогда не было опровергнуто убедительными доводами. Море - исключительно подходящая среда для развития организмов: вода как подвижная стихия обеспечивает приток пищи даже сидячим или пассивно плавающим организмам; море содержит в огромных количествах самые разнообразные вещества, необходимые организмам; наконец, значительная стабильность физических условий и химического состава морской воды делает обмен веществ между организмом и средой не случайным процессом, а регулярным и притом протекающим в постоянно благоприятных условиях. Однако речь идёт прежде всего о прибрежных частях моря, где взаимодействие литосферы, гидросферы и атмосферы, т. е. вся сумма географических условий, наиболее содействует поддержанию жизни.
Мы попытались нарисовать вероятную картину развития Земли и её ландшафтной оболочки за огромный период, предшествующий архею. За этот промежуток времени, охватывающий 3-4 млрд. лет, Земля прошла через следующие этапы:
1. Стадия первоначального сгустка материи в материнском пылевом облаке.
2. Стадия небольшой планеты (сравнимой по объёму с нынешним Меркурием), уже способной удерживать около себя постоянную газовую оболочку. Зачатки тектонической деятельности (источники энергии: распад радиоактивных веществ и, возможно, начало гравитационной дифференциации). Выделение с изверженными породами газов Н 2 O, CO 2 и NH 3 и включение их в состав первичной атмосферы.
3. Земля достигает современных размеров. Её внешняя каменная оболочка - вероятно, базальтового состава. Накопление неживого органического вещества и развитие его в сторону образования высокомолекулярных соединений.
4. Появление доклеточных форм жизни. Организмы только гетеротрофные.
5. Появление одноклеточных организмов и возникновение ветви автотрофных живых существ. Обогащение атмосферы свободным кислородом и азотом за счёт жизнедеятельности микроорганизмов.
Обратимся теперь к более поздним периодам жизни Земли. Несмотря на скудость материалов, мы всё же располагаем здесь многими вполне достоверными фактами, на основании которых удаётся вывести достаточно надёжные общие заключения. Развитие ландшафтной оболочки на протяжении геологического времени разбивают на несколько этапов: самые древние и плохо известные удобно объединить под собирательным названием «докембрийских»; за ними следуют этапы каледонский, герцинский (или варисцийский) и альпийский.
Одна из первых гипотез о происхождении нашей планеты и внешнего вида ее поверхности была описана в двухтомном труде Томаса Барнета "Священная теория Земли", которая вышла в 1681 Однако поскольку мышление ученых в те далекие времена еще не освободилось от влияния традиционных представлений древних греков и библейского мифа о сотворении мира, то гипотеза священника Т. Барнета оказалась на самом деле плодом его буйной фантазии. Подаем краткое содержание этой гипотезы. Когда Бог создал Землю и упорядочил ЕЕ вращения вокруг оси, наша планета получила яйцевидной формы. Поскольку земная ось была тогда перпендикулярна плоскости эклиптики, то времени года в нашем понимании отсутствовали, и на широте Великобритании царила вечная весна. Но люди, которые подобно Мафусаил жили в то время очень долго, завели впоследствии между собой много всякого зла и стали часто ссориться. В гневе Бог приказал разрушить Землю. ее поверхность стала трескаться, подниматься и сминаться, образуя ужасные по виду горы и ущелья. Позже из недр Земли вырвался мощный поток воды, который постепенно затопил всю поверхность Земли. Все эти катастрофы очень потрясли Землю и отразились на ее оси - она потеряла свое первоначальное вертикальное положение, наклонилась, и это привело к появлению времен года. Поверхность же планеты оказалась разбитой на континенты, горы, глубокие впадины (в которые впоследствии стекла вода, образовав океаны).
"Священная теория Земли" породила длительные споры и дискуссии среди ученых, в результате чего появилось несколько новых гипотез о происхождении нашей планеты. В 1695 Джон Вудворд высказал мнение о том, что воды потопа, который Бог в гневе наслал на Землю, растворили горные породы, а позже этот материал был отложен в виде слоев или пластов на дне морей и океанов. Это подтверждается наличием в составе некоторых из них ископаемых континентальных растений и животных.
Уильям Уинстон, на которого произвели огромное впечатление наблюдения Эдмунда Галлея в 1652 г.. За кометой (названной впоследствии его именем), выдвинул гипотезу, согласно которой Земля возникла из обломков какого-то неизвестного кометы. Более того, близкий прохождения другой кометы вызвало всеземной наводнение, превратило орбиту вращения вокруг Солнца с круговой в эллиптическую, а на земной поверхности образовались континенты и океаны. Комета привела в движение горные породы на противоположных сторонах планеты (подобно тому, как Луна вызывает приливы в океанах и морях). На гребнях приливной волны образовались континенты, а во впадинах - Атлантический и Тихий океаны. Уинстон подкрепил свою гипотезу впечатляющими математическими уравнениями, которые доказывали возможность такого действия кометы на породы земной коры. Но поскольку в его расчетах были обработаны далеко не все, ее сразу же подвергли критике. Теологи подкрепляли свои возражения ссылкой на Библию: каким образом Солнце могло существовать до того, как Земля начала вращаться вокруг него, когда в Книге Бытия сказано, что Бог создал это большое светило только на четвертый день после формирования Земли.
Благодаря большим открытием в современных науках о Земле возникли предпосылки для формирования космогонии - науки, занимающейся изучением Вселенной, вопросами происхождения Солнца и планет. Несмотря на всю сложность данной проблемы, уже первые космогонические гипотезы стали пользоваться большой популярностью среди ученых и многих образованных людей.
Широкое признание получили гипотезы, базирующиеся на эволюции газово-пылевой материи. Первая попытка объяснить происхождение Солнечной системы было сделано немецким географом и философом Кантом (1724-1804). 1765 г.. Он издал книгу "Всеобщая естественная история и теория неба», в которой изложил свои взгляды на происхождение Вселенной и планет Солнечной системы. По мнению И. Канта, Вселенная образовалась из первичной рассеянной матери, которая заполняла мировое пространство. Частицы, из которых состояла материя, были неодинаковы по плотности и силы тяжести, они были перемешаны и образовали неподвижный хаос. Постепенно силы взаимного притяжения, возникшие между частями, привели каменный хаос в движение. Результатом сталкивание и слипания частиц было образование сгустков, сначала мелких, затем крупных. Сталкивание сгустков вызвало ее вращения. В конце концов из центрального сгустка образовалось Солнце, а из крупных боковых сгущений, которые привлекли к себе вещество экваториальной туманности, - планеты. Первоначальное состояние планет и Солнца Кант считал горячим. Со временем планеты остыли, стали холодными. То же, по мнению И. Канта, должно произойти в далеком будущем и с Солнцем.
В1796 г.. Вышла книга французского математика и астронома П. Лапласа «Изложение системы мира», в которой была опубликована его космогоническая гипотеза. Она оказалась во многом схожей с гипотезой Канта, хотя П. Лаплас не знал о ее существовании. Он предполагал, что когда-то существовала огромная горячая разреженная туманность. По мере ее охлаждения и сжатия в центре образовалось сгущенное ядро - зародыш нынешнего Солнца. В результате его вращения вокруг оси развилась центробежная сила, которая оттолкнула в экваториальной плоскости часть вещества от оси вращения. Количество газовых колец, отделилась от центрального сгустка материи, отвечала числу планет Солнечной системы. Кольца были неустойчивыми. Вещество в них под влиянием охлаждения постепенно сгущалась. Подобным же образом П.Лаплас объясняет и образования спутников планет.
Гипотезы Канта и Лапласа стали своего рода революционным переворотом во взглядах людей на происхождение окружающего их мира. Эти гипотезы впервые дали научное объяснение образованию Солнечной системы с газово-пылевой материи и коренным образом изменили метафизическое представление о вечности и неизменности
Вселенной, которое тогда существовало. Но с точки зрения современной науки оказалось, что эти гипотезы имеют серьезные недостатки. Современная физика не считает возможным длительное существование в природе устойчивых газовых колец. Газы при выделении, как показывает практика и экспериментальные исследования, не собираются в сгустки, а рассеиваются. Не в состоянии объяснить приведенные гипотезы разнонаправленность вращения по орбитам спутников планет и распределение момента количества движения крупных тел Солнечной системы (который является произведением массы тела на его скорость и расстояние от центра вращения). Так, Солнце, масса которого составляет 99,9% общей массы Солнечной системы, имеет только 2% момента количества движения, одновременно на все планеты с их "мизерной" массой приходится до 98% момента количества движения.
В 1916 появилась "горячая" космогоническая гипотеза английского астронома Дж.-Х. Джинса. Согласно ей, мимо Солнца прошла какая-то звезда. Вследствие влияния ее силы тяжести с Солнца вырвался длинную струю (протуберанец) и образовал туманность с отдельными сгущениями (узлами) - протопланета, что начали вращаться вокруг Солнца. Впоследствии они перешли из газообразного состояния в жидкое, образовалась твердая кора. Приточная гипотеза Дж.-Х. Джинса хорошо объясняла особенности распределения плотности горных пород внутренних планет Солнечной системы, а потому стала на некоторое время популярной в науке.
На основе новых достижений фундаментальных наук, в частности открытие явлений природного радиоактивного распада (впервые удалось доказать выдающимся французским ученым М. Склодовской и П. Кюри), были предложены новые гипотезы, которые объясняли образования планет не из горячей, а с холодной материи. Оригинальной и известной стала опубликованная в 1943 труд "Метеоритная теория происхождения Земли и планет", автором которой является А.Ю. Шмидт (1892-1956). Это была неординарная личность в науке. В двадцать пять лет он уже работал приват-доцентом Киевского университета, позже занимал ответственные посты в Наркомприроди, Наркомфине, Наркомпроса, был директором Госиздата, главным редактором Большой Советской Энциклопедии. Большую популярность принесли ему и полярные исследования, челюскинська эпопея, высадка на лед научной станции "Северный полюс-1". В течение всей сознательной жизни ученый очень увлекался математикой.
О.Ю. Шмидт пытался математически обосновать идею о происхождении планет с холодной пылевой и метеоритной материи, которую захватило Солнце на одном из отрезков пути по Галактике. Такой подход позволил объяснить непропорциональное распределение масс и момента количества движения планет и Солнца. Вещество газово-пылевой туманности под давлением солнечного ветра сортировалась еще в до планетную стадию: легкие элементы были отброшены на край Солнечной системы, а ближе к Солнцу содержались сравнительно тяжелые элементы. Далее под действием сил притяжения куски материи сталкивались, слипались и планеты росли. Однако современные исследования доказали несостоятельность подобного механического захвата туманности, к тому же отсутствие объяснений о создании самого Солнца не могли удовлетворить науку.
В пятидесятых годах стала популярной гипотеза харьковского астронома В. Фесенкова, который подошел к решению проблемы с точки зрения рождения и эволюции звезд. Он считал, что образование туманности происходило за счет выброса вещества из новой или сверхновой звезды. В центре туманности существовал уплотненный сгусток - первичное Солнце, вокруг которого сформировались неоднородности - гигантские "нити" и "фибрилл", что в дальнейшем превратились в небесные тела. Планеты образовались из того вещества газово-пылевой туманности, которая находилась в экваториальной плоскости Солнца. Эта туманность, окружавшей протосолнца, была сплюснутая, уплотнения в ней происходили неравномерно, ибо движение часто был неправильный, вихороподибний. Орбиты сгустков-планет с самого начала мало отличались от круга и находились в одной плоскости.
Многие ученые считают, что протосолнечной туманность, из которой сформировались все тела Солнечной системы, была в течение длительного времени в виде обычной межзвездной намагниченной облака, медленно вращалась. Возможно, поблизости от нее впоследствии образовалась массивная звезда. Со временем смерть этой звезды привела к взрыву сверхновой. Мощные вспышки сверхновых звезд происходят в связи с выгоранием в их центре ядерного топлива. В ядре такой звезды резко снижаются температура и давление, в результате чего ее поверхностные слои под действием собственного огромного веса начинают падать в центр звезды. Происходит так называемое явление коллапса, которое приводит к гибели звезды.
Наличие магнитного поля в газовом облаке, вращающемся и сжимается, играет важную роль при коллапсе облака. По мере того, как вращение облака ускоряется, магнитные силовые линии, ведущие себя как пружинные пластинки, закручиваются. Магнитные натяжения приводят к образованию ядра, которое медленно вращается, а вещество, остается на периферии, быстро крутится вокруг него. Этот эффект позволяет объяснить фактическое распределение момента количества движения в Солнечной системе.
В сжатий облаке быстро развивается плотное, непрозрачное ядро с медленным осевым движением. Вокруг него продолжает вращаться газовый диск - протосолнечной туманность. Газ содержал много частиц пыли. Тонкий диск с холодной пыли был такой же гравитационно неустойчиво, как и облако холодного газа. Частицы пыли привлекались большими по массе сгустками материи, и они вырастали до размеров астероидов. Эти первичные образования получили название планетезималей. Они имели неодинаковую массу и различные скорости. Астероиды и ядра комет, возможно, и являются теми остатками планетезималей, заполнявших когда Солнечной системе.
Между тем молодое Солнце, которое возникло на месте ядра, стало выделять свет и энергию. Это повлияло на свойства планет, образовавшихся. Вблизи Солнца температура была высокой, вследствие чего вещества, оказавшиеся здесь в состоянии льда, быстро испарялись. В этих условиях смогли сохраниться только жаростойкие каменистые и металлические частицы. Поэтому внутренние планеты образовывались преимущественно из материала, который имел большой удельный вес. Они сравнительно небольшие по массе и поэтому не были способны удержать заметное количество водорода и гелия. В внешних областях Солнечной системы температура была достаточно низкой, и ледовые вещества здесь не растаяли. В результате образовались огромные планеты, которые были способны удержать водород и гелий. Хотя внешние планеты Солнечной системы очень массивные, но все они имеют сравнительно малую плотность.
Сейчас широко распространилась гипотеза так называемой аккумуляции небесных тел. Ученые считают, что планеты образовались в результате накопления многих тел меньших размеров, которые двигались вокруг протосолнца за орбитами, что лежали в середине плоского диска. Эта гипотеза позволяет объяснить направления вращения планет по орбите и вокруг собственной оси. В планетах, которые образовались из многих мелких тел, индивидуальные направления обращений усреднялись, в результате их ось вращения оказывалась параллельной оси вращения Солнца. Исключение составляют Уран и Венера. Пожалуй, первый образовавшийся при столкновении лишь нескольких, возможно даже только двух крупных тел. Обратное движение Венеры указывает на то, что в свое время произошло сильное замедление вращения планеты приливными силами Солнца.
Современные представления об образовании Солнца и планет из газопилоподибнои туманности являются общепризнанными. Ученые получили новые веские доказательства эволюции Вселенной. Большой популярностью в мире получила теория о "Большой взрыв" - так коротко называют совокупность процессов, происходивших почти двадцать миллиардов лет назад, в самом начале формирования Вселенной. Полагают, что когда-то вся космическая материя была сосредоточена в сравнительно небольшом по размерам сгустка, который представлял собой очень горячую (миллиарды градусов) сверхплотную вещество. Вследствие сверхмощного взрыва материя разлетелась в разные стороны космического пространства, плотность стала падать, а температура снижаться. Эта гипотеза была подтверждена открытием в 1964 американскими исследователями А. Пензиасом и Р. Вильсоном теплового фонового излучения Вселенной. Излучение назван реликтовым, потому что оно является остатком тепла от той первоначальной горячей материи. "Разбегания" галактик, которое является следствием Большого взрыва, продолжается и по сей день: такой вывод подкрепляется наблюдениями Е. Хаббла, который обнаружил смещение линий спектра галактик в сторону длинноволнового красного конца. Признано, что такое смещение отражает фактические особенности движения галактик, непрерывное рост расстояний между ними. Это означает, что галактики удаляются от нас (и друг от друга) во все стороны и тем быстрее, чем дальше они от нас. Этот процесс охватывает всю наблюдаемую часть Вселенной, а возможно и всю Вселенную.
Таким образом, по мере совершенствования методов исследования Вселенной и накопления новых данных о строении различных небесных тел ученые все глубже проникают в тайны их происхождения. Создание единой теории развития Земли и других планет Солнечной системы - одна из самых сложных проблем современной науки.
Загрузка...
