Реферат: Строение и эволюция звезд и планет

Министерство сельскогохозяйства и продовольствия Российской Федерации

 

ТюменскаяГосударственная Сельскохозяйственная Академия


Кафедра философии

 

Контрольная работа подисциплине “Концепции современногоестествознания”

 

 

 

 

Тема: Строение и эволюция звезд и планет.

Выполнила:

 

 

 

 

 

 

 

Тюмень 2003г.

Возникновение и эволюция звезд

 М/>ежзвездный газ

Потребовалось тысячелетнее развитие науки, чтобычеловечество осознало простой и вместе с тем величественный факт, что звезды — это объекты, более или менее похожие на Солнце, но только отстоящие от нас нанесравненно большие расстояния.

      Почти половину столетия межзвездный газисследовался главным образом путем анализа образующихся в нем линий поглощения.Выяснилось, например, что довольно часто эти линии имеют сложную структуру, тоесть состоят из нескольких близко расположенных друг к другу компонент. Каждаятакая компонента возникает при поглощении света звезды в каком-нибудьопределенном облаке межзвездной среды, причем облака движутся друг относительнодруга со скоростью, близкой к 10 км/сек. Это и приводит благодаря эффектуДоплера к незначительному смещению длин волн линий поглощения.

Химический состав межзвездного газа в первомприближении оказался довольно близким к химическому составу Солнца и звезд.Преобладающими элементами являются водород и гелий, между тем как остальныеэлементы мы можем рассматривать как «примеси».

 

Межзвездная пыль

До сих пор, говоря о межзвездной среде, мы имели ввидутолько межзвездный газ, но имеется и другой компонент. Речь идет о межзвезднойпыли. Мы уже упоминали выше, что еще в прошлом столетии дебатировался вопрос опрозрачности межзвездного пространства. Только около 1930 года с несомненностьюбыло доказано, что межзвездное пространство действительно не совсем прозрачно.Поглощающая свет субстанция сосредоточена в довольно тонком слое окологалактической плоскости. Сильнее всего поглощаются синие и фиолетовые лучи,между тем как поглощение в красных лучах сравнительно невелико.

Что же это за субстанция? Сейчас уже представляетсядоказанным, что поглощение света обусловлено межзвездной пылью, то естьтвердыми микроскопическими частицами вещества, размерами меньше микрона. Этипылинки имеют сложный химический состав. Установлено, что пылинки имеют довольновытянутую форму и в какой-то степени «ориентируются», то естьнаправления их вытянутости имеют тенденцию «выстраиваться» в данномоблаке более или менее параллельно. По этой причине проходящий через тонкуюсреду звездный свет становится частично поляризованным.

Стадии звезднойэволюции

Этот процесс является закономерным, то естьнеизбежным. В самом деле, тепловая неустойчивость межзвездной среды неизбежноведет к ее фрагментации, то есть к разделению на отдельные, сравнительноплотные облака и межоблачную среду. Однако собственная сила тяжести не можетсжать облака — для этого они недостаточно плотны и велики. Но тут«вступает в игру» межзвездное магнитное поле. В системе силовых линийэтого поля неизбежно образуются довольно глубокие «ямы», куда«стекаются» облака межзвездной среды. Это приводит к образованиюогромных газово-пылевых комплексов. В таких комплексах образуется слойхолодного газа, так как ионизирующее межзвездный углерод ультрафиолетовоеизлучение звезд сильно поглощается находящейся в плотном комплексе космическойпылью, а нейтральные атомы углерода сильно охлаждают межзвездный газ и«термостатируют» его при очень низкой температуре — порядка 5-10градусов Кельвина. Так как в холодном слое давление газа равно внешнемудавлению окружающего более нагретого газа, то плотность в этом слое значительновыше и достигает нескольких тысяч атомов на кубический сантиметр. Под влияниемсобственной гравитации холодный слой, после того как он достигнет толщины околоодного парсека, начнет «фрагментировать» на отдельные, еще болееплотные сгустки, которые под воздействием собственной гравитации будутпродолжать сжиматься. Таким вполне естественным образом в межзвездной средевозникают ассоциации протозвезд. Каждая такая протозвезда эволюционирует соскоростью, зависящей от ее массы.

Когда существенная часть массы газа превратиться взвезды, межзвездное магнитное поле, которое своим давлением поддерживалогазово-пылевой комплекс, естественно, не будет оказывать воздействия на звездыи молодые протозвезды. Под влиянием гравитационного притяжения Галактики ониначнут падать к галактической плоскости. Таким образом, молодые звездныеассоциации всегда должны приближаться к галактической плоскости.

    Не так давно астрономы считали, что на образованиезвезды из межзвёздных газа и пыли требуются миллионы лет. Но в последние годыбыли получены поразительные фотографии области неба, входящей в состав БольшойТуманности Ориона, где в течение нескольких лет появилось небольшое скоплениезвёзд. На снимках 1947г. в этом месте была видна группа из трёх звездоподобныхобъектов. К 1954г. некоторые из них стали продолговатыми, а к 1959г. этипродолговатые образования распались на отдельные звёзды — впервые в историичеловечества люди наблюдали, рождение звёзд буквально на глазах. Этотбеспрецедентный случай показал астрономам, что звёзды могут рождаться закороткий интервал времени, и казавшиеся ранее странными рассуждения о том, чтозвёзды обычно возникают в группах, или звёздных скоплениях, оказалисьсправедливыми.

   Каков же механизм их возникновения? Почему замногие годы астрономических визуальных и фотографических наблюдений неба толькосейчас впервые удалось увидеть «материализацию» звёзд? Рождениезвезды не может быть исключительным событием: во многих участках неба существуютусловия, необходимые для появления этих тел.

  В результате тщательного изучения фотографийтуманных участков Млечного Пути удалось обнаружить маленькие чёрные пятнышкинеправильной формы, или глобулы, представляющие собой массивные скопления пылии газа. Они выглядят чёрными, так как не испускают собственного света инаходятся между нами и яркими звёздами, свет от которых они заслоняют. Этигазово-пылевые облака содержат частицы пыли, очень сильно поглощающие свет,идущий от расположенных за ними звёзд. Размеры глобул огромны — до несколькихсветовых лет в поперечнике. Несмотря на то, что вещество в этих скопленияхочень разрежено, общий объём их настолько велик, что его вполне хватает дляформирования небольших скоплений звёзд, по массе близких к Солнцу. Для тогочтобы представить себе, как из глобул возникают звёзды, вспомним, что всезвёзды излучают и их излучение оказывает давление. Разработаны чувствительныеинструменты, которые реагируют на давление солнечного света, проникающегосквозь толщу земной атмосферы. В чёрной глобуле под действием давленияизлучения, испускаемого окружающими звёздами, происходит сжатие и уплотнениевещества. Внутри глобулы гуляет «ветер», разметающий по всемнаправлениям газ и пылевые частицы, так что вещество глобулы пребывает внепрерывном турбулентном движении.

   Глобулу можно рассматривать как турбулентнуюгазово-пылевую массу, на которую со всех сторон давит излучение. Под действиемэтого давления объём, заполняемый газом и пылью, будет сжиматься, становясь,всё меньше и меньше. Такое сжатие протекает в течение некоторого времени,зависящего от окружающих глобулу источников излучения и интенсивностипоследнего. Гравитационные силы, возникающие из-за концентрации массы в центреглобулы, тоже стремятся сжать глобулу, заставляя вещество падать к её центру.Падая, частицы вещества приобретают кинетическую энергию и разогреваютгазово-пылевое облако.

   Падение вещества может длиться сотни лет. Вначалеоно происходит медленно, неторопливо, поскольку гравитационные силы, притягивающиечастицы к центру, ещё очень слабы. Через некоторое время, когда глобуластановится меньше, а поле тяготения усиливается, падение начинает происходитьбыстрее. Но, как мы уже знаем, глобула огромна, не менее светового года вдиаметре. Это значит, что расстояние от её внешней границы до центра можетпревышать 10 триллионов километров. Если частица от края глобулы начнёт падатьк центру со скоростью немногим менее 2км/с, то центра она достигнет толькочерез 200 000 лет. Наблюдения показывают, что скорости движения газа и пылевыхчастиц на самом деле гораздо больше, а потому гравитационное сжатие происходитзначительно быстрее.

   Падение вещества к центру сопровождается весьмачастыми столкновениями частиц и переходом их кинетической энергии в тепловую. Врезультате температура глобулы возрастает. Глобула становится протозвездой иначинает светиться, так как энергия движения частиц перешла в тепло, нагрелапыль и газ.

В этой стадии протозвезда едва видна, так, какосновная доля её излучения приходится на далёкую инфракрасную область. Звездаещё не родилась, но зародыш её уже появился. Астрономам пока неизвестно,сколько времени требуется протозвезде, чтобы достигнуть той стадии, когда онаначинает светиться как тусклый красный шар и становится видимой. По различнымоценкам, это время колеблется от тысяч до нескольких миллионов лет. Однако,помня о появлении звёзд в Большой Туманности Ориона, стоит, пожалуй, считать,что наиболее близка к реальности оценка, которая даёт минимальное значениевремени.

Среди многочисленных небесных светил,изучаемых современной астрономией, особое место занимают планеты. Ведь все мыхорошо знаем, что Земля, на которой мы живем, является планетой, так чтопланеты-тела, в основном подобные нашей Земле.

Но в мире планет мы не встретим даже двух, совершеннопохожих друг на друга. Разнообразие физических условий на планетах оченьвелико. Расстояние планеты от Солнца (а значит, и количество солнечного тепла,и температура поверхности), её размеры, напряжение силы тяжести на поверхности,ориентировка оси вращения, определяющая смену времён года, наличие и составатмосферы, внутреннее строение и многие другие свойства различны у всех девятипланет Солнечной системы.

Как показывает изучение условий, при которых возможнозарождение и дальнейшее развитие живой материи, только на планетах мы можемискать признаки существования органической жизни. Вот почему изучение планет,помимо общего интереса, имеет большое значение с точки зрения космическойбиологии.

Изучение планет имеет большое значение, кромеастрономии, и для других областей науки, в первую очередь наук о Земле-геологиии геофизики, а также для космогонии-науки о происхождении и развитии небесныхтел, в том числе и нашей Земли.  

Современные представления о планетах сложились не сразу.Для этого понадобилось много веков накопления и развития знаний и упорнойборьбы новых, прогрессивных знаний  с взглядами старыми, отживающими.

В древних представлениях о Вселенной Земля считаласьплоской, а планеты рассматривались лишь как светящиеся точки на небесном своде,отличавшиеся от звёзд только тем, что они перемещались между ними, переходя изсозвездия в созвездие. За это планеты и получили название, означающее «блуждающие». Наблюдателям древности, было, известно пять планет: Меркурий, Венера,Марс, Юпитер и Сатурн.

Даже после того как была установлена шарообразнаяформа Земли, и были впервые определены её размеры (Эратосфеном в III в. до н.э.), после того как стала очевидна ограниченность Земли в пространстве, оприроде планет ни чего не было известно. И всё же во взглядах выдающихсямыслителей древности: Анаксагора, Демокрита, Эпикура,Лукреция мы встретим идеи о материальности и бесконечности Вселенной,заполненной бесчисленным количеством миров, подобных нашему, причём многие изних могут быть населены живыми существами. Эти мыслители высказывали весьмаинтересные идеи и о природе небесных тел.

 

 

Образование планет.

 .Вернемся к спутникамнашего Солнца, к тем обрывкам туманности, которые оторвались от центральногосгустка под действием центробежной си­лы и начали кружиться вокруг него. Именноздесь создаются условия, спо­собствующие разделению легких и тяжелых частицтуманности. Происходит нечто похожее  на наш древний способ добычи золотапромывкой из золо­тоносного песка или на просеивание зерна в молотилках. Струяводы  или воздуха уносит  легкие частицы, оставляя тяжелые. Облака-спутникинахо­дятся на очень разных расстояниях от Солнца. Далекие оно почти не гре­ет. Затов  близких  — его жар испаряет все способное испариться. А его ослепительныйярчайший свет, работая как своеобразный «ветер», выдувает из них  всеиспарившееся, вообще все легкое, оставляя лишь то, что потя­желее, что «несдвинешь с места».Поэтому здесь почти не остается лег­ких газов  - водорода и гелия, основной составляющей газо-пылевой ту­манности. Мало остаетсяи других «летучих»  веществ. Все  это  уносится горячим«ветром»  вдаль. В результате через некоторое время химический составоблаков-спутников становится совершенно разным. В далеких -  он почти не  изменился.А в тех, что кружатся вблизи источающего жар и свет Солнца, остался лишь«прокаленный» и «обдутый» материал  -  выделенная«драгоценная жизненно  важная примесь» тяжелых элементов. Материалдля создания обитаемой планеты готов. Начинается процесс превращения  «ма­териала»в  «изделие», частиц  туманности  — в планеты.

еще рефераты
Еще работы по астрономии