Тема 24. Космогония. Геологическая эволюция

Космогония (от греч. kosmogonia – происхождение мира) – учение о происхождении и эволюции космических тел и их систем.

Небесные тела – звезды, планеты, спутники, астероиды, кометы и метеориты, которые образуются из рассеянной материи благодаря силам тяготения.

Галактики – гигантские (до сотен миллиардов звезд) звездные системы; к ним относится и наша Галактика (Млечный путь), включающая Солнечную систему. Все галактики находятся в состоянии движения, причем расстояние между ними постоянно увеличивается (разбегание галактик друг от друга).

Звезды – раскаленные светящиеся (газовые) космические объекты, образующиеся из газово-пылевой среды (преимущественно водорода и гелия) в результате гравитационной конденсации; основной причиной высокой светимости звезд являются термоядерные реакции внутри них.

Звездная эволюция – изменение со временем физических характеристик и химического состава звезд. Основные этапы звездной эволюции: 1) "рождение звезды" (прото-звезда): межзвездные газ и пыль под действием сил гравитации сжимаются, образуется протозвезда, ее температура повышается; 2) "жизнь звезды" или "Главная последовательность": в центре сжимающейся звезды возникает собственный источник энергии – термоядерный синтез водорода в гелий, процессы сжатия прекращаются, звезда входит в наиболее долгий период спокойного свечения с почти постоянным энерговыделением (чем массивнее звезда, тем больше время ее жизни); 3) "смерть звезды" (пост-звезда): водород сгорает в гелий, источник энергии иссякает, звезда вначале разрастается до гигантских размеров, а затем звезда сжимается в белый карлик, далее – гравитационный коллапс с превращением звезд в нейтронные звезды и черные дыры.

Белые карлики – электронная постзвезда, образующаяся в том случае, когда звезда на последнем этапе своей эволюции имеет массу, меньшую 1,2 солнечной массы. Диаметр белого карлика равен диаметру нашей Земли, температура достигает около миллиарда градусов, а плотность в сотни раз больше земной.

Нейтронные звезды (или пульсары) – звезды очень небольших размеров (около 20 км в диаметре) с высокой плотностью, состоящие из протонов и нейтронов; возникают на заключительной стадии эволюции звезд, обладающих массой от 1,2 до 2 солнечных масс; являются источниками излучения, приходящего на Землю в виде периодически повторяющихся импульсов; были открыты в 1967 г.

Черные дыры – звезды, находящиеся на заключительном этапе своего развития, масса которых превышает 2 солнечные массы, и имеющие диаметр от 10 до 20 км.; обладают гигантской массой и аномально сильным гравитационным полем; они не обладают свечением, а за счет своего гравитационного поля захватывают из пространства все космические тела и излучение, которые не могут выйти из них обратно (затягиваются, как в дыру).

Квазары (квазизвездные источники излучения) – самые далекие от нас космические объекты сравнительно небольшого размера, излучающий энергии больше, чем наша Галактика; возможно, что квазары – это особо активные ядра огромных галактик, представленные черными дырами в 10⁹–10¹² масс Солнца.

Планеты – несамосветящиеся массивные небесные тела, по форме близкие к шару, вращающиеся вокруг звезд и отражающие их свет; по размерам и массам они значительно меньше звезд.

Солнце – звезда второго поколения, образованная из вещества, оставшегося после взрывов звезд, уже закончивших свою жизнь. Возраст Солнца, полученный на основе теории эволюции звезд, оценивается примерно в 5 млрд. лет (возраст Вселенной – примерно 15 млрд. лет). С. относится к числу рядовых звезд нашей Галактики (желтый карлик) и представляет собой плазменный шар, окруженный т.н. короной, которую можно наблюдать. Активность Солнца циклична, периодичность циклов составляет 11 лет. Источником солнечной энергии являются термоядерные реакции превращения водорода в гелий, которые происходят в его недрах.

Солнечная система – комплекс небесных тел, объединенных упорядоченностью движения и общностью физических свойств. СС включает Солнце, девять планет (Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и Плутон) со спутниками, а также пояс астероидов, кометы и метеориты. Возраст Солнечной системы оценивается примерно в 4,5 млрд. лет; он был определен на основании лабораторного анализа изотопного состава горных пород и метеоритов. Все планеты СС сформировались приблизительно в одно время 4,5-5 млрд лет тому назад в результате сгущения под действием сил гравитации холодного газа и пыли, окружавшего еще молодое Солнце. Основные закономерности СС: почти 99,9% массы Солнечной системы приходится на долю Солнца, однако Солнце обладает менее 1% всего ее вращательного движения (этот факт не могли объянить гипотезы XVIII-XIX веков); орбиты всех планет (кроме орбиты Плутона) лежат практически в одной плоскости, почти совпадающей с плоскостью солнечного экватора; все планеты обращаются вокруг Солнца по почти круговым орбитам в одном и том же направлении – "прямом", совпадающем с направлением вращения Солнца вокруг своей оси; направление осевого вращения планет (за исключением Венеры и Урана) совпадает с направлением их обращения вокруг Солнца; планеты делятся на две группы, резко различающиеся между собой по строению, физическим свойствам – планеты земной группы и планеты-гиганты.

Земля – твердое планетарное тело, окруженное водной и газовой оболочками (гидросферой и кислородной атмосферой). Земля меньше Солнца по размеру в 109 раз, а по массе 333 000 раз; расстояние Земли от Солнца – 149,5 млн. км. Земля имеет почти сферическую форму, слегка сплюснута с полюсов и состоит из трех основных концентрических слоев или сфер: ядра, мантии и коры. Средняя скорость движения вокруг Солнца 30 км/сек.

Атмосфера – воздушная оболочка Земли, имеющая примерно такой состав: азот – 78%, кислород – 21%, благородные газы (в основном аргон) – 1% и сотые доли процента составляет углекислый газ. Состав атмосферы Земли не похож на состав атмосфер других планет солнечной системы, так как на Земле он в основном обусловлен наличием жизни. Вся атмосфера Земли, кроме 1%, лежит в узком приповерхностном слое, ограниченном высотой 30 км.

Гидросфера – включает воду морей и океанов, рек и озер, ледников полярных и горных, грунтовые воды, лед вечной мерзлоты, водяной пар атмосферы.

Геотектоническая активность – активный процесс обмена веществом и энергией между поверхностью и недрами Земли, который проявлятся в перемещении материков, землетрясениях, извержениях вулканов; тектоническая активность может служить мерилом жизнеспособности планеты в целом. Все наблюдаемые на поверхности Земли крупные тектонические процессы (поднятия гор, опускания котловин, перемещения блоков земной коры и т.п.) связаны с процессами конвекции в мантии, обусловленная диссипацией внутренней энергии Земли.