Вік небесних тіл - ВІК НЕБЕСНИХ ТІЛ. Вік Землі та метеоритів, а звідси побічно та ін. тіл Сонячної системи найбільш надійно оцінюється методами космохронології ядерної, напр. за кількістю ізотопів свинцю 206Рb і 207Рb, що утворилися в досліджуваних породах внаслідок радіоактивного розпаду ізотопів урану 238U та 235U. З моменту припинення контакту досліджуваного зразка породи з можливими джерелами 238U і 235U (напр., після виділення породи з розплаву у разі її вулканіч. походження або механічної ізоляції у випадку метеоритів, які можуть бути осколками більших космічних тіл) утворення ізотопів 206Рb і 207Рb іде рахунок наявних у зразку ізотопів урану. Оскільки швидкість радіоактивного розпаду постійна, кількість ізотопів свинцю, що накопичилися, характеризує час, що минув з моменту ізоляції зразка до моменту дослідження. Майже вік породи визначається по відношенню до вмісту ізотопів 206Рb і 207Рb до вмісту природного ізотопу 204Рb, не породженого радіоактивністю. Цей спосіб дає віку найдавніших порід земної кори оцінку до 4,5 млрд. років. Аналіз вмісту ізотопів свинцю в залізних метеоритах зазвичай дає оцінки до 4,6 млрд. років. Вік кам'яних метеоритів, що визначається радіоактивним перетворенням в них ізотопу калію 40К в ізотоп аргону 40Аг, коливається від 0,5 до 5 млрд. років. Це свідчить про те, що частина метеоритів виникла порівняно недавно. Аналіз порід, доставлених з Місяця на Землю, показав, що кількість інертних газів, що містяться в них, - продуктів радіоактивного розпаду - відповідає віку порід від 2 до 4,5 млрд. років. Т. о., вік місячних порід та найдавніших порід земної кори приблизно однаковий. Планети Сонячної системи, але совр. уявленням, що виникли з речовини в конденсованій фазі (пилок або метеоритів). Планети, отже, молодше деяких метеоритів. У зв'язку з цим вік Сонячної системи зазвичай оцінюється в 4,6 млрд. років. Вік окремих зірок та Сонця оцінюють на основі теорії будови та еволюції зірок. Згідно з цією теорією, зірки світять за рахунок гравітаційної енергії та ядерної енергії, що виділяються відповідно при стисканні зірок і в термоядерних реакціях, що протікають у їхній центр. області (на різних стадіях еволюції переважну роль грає то одне, то інше з цих джерел енергії). Зміна типу термоядерної реакції знаменує перехід до стадії еволюції (див. Еволюція зірок). Тривалість кожної стадії еволюції тим менше, що більш масивна зірка, і з урахуванням залежності між масою і світністю для зірок головної послідовності (див. Маса - світність залежність) тривалість приблизно виражається наступними ф-лами. Тривалість стадії формування зірки (початкового стискування від протозірки до зірки головної послідовності) (млн. років) (1) (маса і світність L зірки у цій фазі еволюції виражаються у частках маси і світності Сонця -). Зірки малих мас, що знаходяться на цій стадії, можуть мати дуже великий абс. вік. Так. найдавніші карликові зірки з меншою масою (змінні типу UV Kита) не завершили ще цієї стадії. Ф-ла (1) оцінює їх макс. вік. Тривалість стадії горіння водню (перебування зірки на головній послідовності) - найтриваліша стадія у житті зірки, коли джерелом енергії зірки явл. термоядерні реакції водневого циклу: (млн. років) (2) Сума tc + tH дає макс. оцінка віку зірки, що перебуває на головній послідовності. Тривалість стадії горіння гелію (стадії червоних гігантів) tHe становить приблизно 0,1 tH. Сумою tc + tH + tHe оцінюється макс. вік червоного гіганта та надгіганта. Наступні стадії еволюції, пов'язані з "вигорянням" у зірках вуглецю н кремнію, швидкоплинні і характерні для масивних зірок-надгігантів (вони закінчують свою еволюцію вибухом, див. наднові зірки). При цьому можуть утворитися нейтронні зірки та чорні дірки (див. Гравітаційний колапс). Зірки з масами в процесі еволюції стають, uo-видимому, білими карликами. Оцінок тривалості існування зірок цих стадіях немає. Т. о., можливо встановити межі віку зірки даної маси, що знаходиться в тій чи іншій стадії еволюції, але вона знаходиться на початку цієї стадії або вже майже пройшла її, з'ясувати значно складніше. Пряму оцінку віку зірки можна було б отримати, порівнявши відсотковий вміст водню і гелію в її ядрі (знаходиться розрахунком внутр. будови зірки) та оболонці (знаходиться за спектром зірки). За умови неперемішування зовніш. та внутр. верств, але зміни складу зірки у центрі, обумовленого термоядерними процесами, можна було визначити її вік. На жаль, співвідношення гелію н водню та зірках оцінюється дуже грубо, і то лише у зірок спектр. класів Про і В, у спектрах яких брало спостерігаються сильні лінії гелію. Для Сонця ця оцінка дуже приблизна - 5 млрд. років від початку стадії горіння водню. Це узгоджується з оцінками віку Сонячної системи, але не виключено також, що Сонце старше за неї на 1-2 млрд. років. Якщо вік Сонця 5 млрд. років, то, згідно з формулою (2), воно перебуватиме на головній послідовності ще прибл. 5 млрд. Років. Чи пройде воно потім стадію червоного гіганта або відразу буде білим карликом, поки неясно, хоча перше імовірніше. У найстаріших із відомих зоряних скупчень зірки з масою Сонця або дещо меншою ще займають головну послідовність, і їхня подальша еволюція поки що з достатньою повнотою невідома. Судячи з хім. складу, Сонце не явл. ровесником Галактики, воно молодше, хоч і належить до найстаріших зір галактич. диска. Рис.1 Визначення віку зоряних скупчень за діаграмою колір - світність декількох розсіяних зоряних скупчень та одного кульового скупчення МОЗ, В - V - показник кольору. Кожній точці головної послідовності відповідає максимальний вік tc + tH зірок (на рис. справа). Точка, де зірки скупчення згортають із головної послідовності, вказує вік (tc + tH) зірок скупчення. Вік зоряних скупчень і асоціацій, в яких брало зірки виникли майже одночасно, оцінюється набагато надійніше, ніж вік окремих зірок. Найбільш масивні зірки розсіяних скупчень швидко просуваються у своїй еволюції, залишають головну послідовність і стають червоними гігантами або (найбільш масивні) - надгігантами. На діаграмі Герцшпрунга - Ресселла такого скупчення (рис.1) легко відрізнити ті зірки, які закінчують своє перебування на головній послідовності і готуються піти з неї. Ф-ла (2) дає оцінку віку цих зірок і, отже, всього скупчення. У наймолодших розсіяних скупчень вік оцінюється в 1 млн. років, найстаріші мають вік 4,5-8 млрд. років (за різних припущень про кількість водню, що перетворився на гелій). Вік кульових зоряних скупчень оцінюється аналогічним шляхом, хоча діаграми Герцшпрунга – Ресселла для кульових скупчень мають свої відмінності. Оболонки зірок у цих скупченнях містять значно менше хімічних елементів важче гелію, тому що скупчення складаються з найдавніших зірок Галактики (до їхнього складу майже не увійшли важкі елементи, синтезовані в ін. зірках, всі важкі елементи, що є там, синтезовані в них самих). Оцінки віку кульових скупчень – від 9 до 15 млрд. років (з похибкою 2-3 млрд. років). Вік Галактики оцінюється відповідно до теорії її еволюції. Первинна газова хмара (протогалактика) за перший мільярд років розпалася, очевидно, на окремі згустки, що поклали початок кульовим скупченням і зіркам сферич. підсистеми галактики. У ході еволюції зірки першого покоління, що вибухали, викидали в простір газ з домішкою важких хім. елементів. Газ концентрувався до галактич. площині, і з нього утворювалися зірки наступного покоління, що становлять більш стислу до площини систему (населення). Зазвичай виділяють дек. населення, що характеризуються відмінністю св-в вхідних до них зірок, змістом у тому атмосферах важких елементів (тобто. всіх елементів, крім М і Не), формою займаного в Галактиці обсягу та різним віком (табл.). Склад та вік деяких типів населення Галактики Населення Галактики Зміст важких хім. елементів, % Граничний вік, млрд. років Кульові скупчення, зірки-субкарлики, короткоперіодичні цефеїди 0,1 - 0,5 12 - 15 Довгоперіодичні змінні, зірки з великими швидкостями 1 10 - 12 Зірки головної послідовності сонячного типу, червоні гіганти, планет , нові зірки 2 5 - 7 Зірки спектрального класу А 3 - 4 0,1-5 Зірки класів Про і В, надгіганти 3 - 4 0,1 Вік Галактики може бути оцінений також за часом, необхідним для утворення кількості важких елементів, що спостерігається в ній. . Їхній синтез припинився, очевидно, у нашому районі Галактики з утворенням Сонячної системи (тобто 4,6 млрд. років тому). Якщо синтез стався раптово, порівняно короткий час, то освіти совр. співвідношення ізотопів важких елементів він мав відбутися за 4-6 млрд. років до виникнення Сонячної системи, тобто 9 – 11 млрд. років тому. Відносить. короткочасність періоду інтенсивного синтезу підтверджується як аналіз відносить. складу зазначених елементів, і астрономич. даними - зореутворення в Галактиці було особливо інтенсивним у початковий період. Т. о., вік Галактики, що визначається синтезом елементів, становить від 9 до 11 млрд. років. Вік доступної спостережень частини Всесвіту (Метагалактики) оцінюється за законом розширення Метагалактики. Відповідно до Хаббла закону, галактики віддаляються одна від одної зі швидкістю 50-100 км/с на Мпк. Якщо ця швидкість мало змінилася з початку розширення, то величина, обернена до швидкості, дає оцінку макс. віку Метагалактики: 1/50 км-1.с.Мпк 20 млрд. років, а 1/100 км-1.с.Мпк 10 млрд. років. Однак зазвичай припускають, що розширення Метагалактики уповільнюється з часом, тому вік її має бути дещо меншим. Оцінка віку сильно залежить від точності визначення постійної розширення і зажадав від величини уповільнення, т. е. гаданої моделі світу (див. Космологія). Струве О., Ліндс Би., Пілланс Е., Елементарна астрономія, пров. з англ. , 2 видавництва, М., 1967; Харлей П. М., Вік Землі, пров. з англ., М., 1962; Фауль Р., Вік порід, планет та зірок, пров. з англ., М., 1968; Соботович Е. Ст, Ізотопна космохімія, М., 1974. (Ю.П. Псковський)

Урок 33

Тема:Походження Сонячної системи

Ціль:Вік Землі та інших тіл Сонячної системи. Радіоізотопний метод визначення. Основні закономірності у Сонячній системі. Теорії освіти Сонячної системи (Канта, Лапласа, Шмідта та інші).

Завдання :
1. Навчальна: запровадити поняття: радіоізотопного методу, віку об'єктів Сонячної системи.

2. Виховує: поширити ідею розвитку (еволюції) від конкретних небесних тіл (планетів) до Сонячної системи і всього Всесвіту.

3. Розвиваюча: Формування умінь аналізувати інформацію, пояснювати властивості систем та окремих тіл на основі найважливіших фізичних теорій, використовувати узагальнений план вивчення послідовності еволюції і робити висновки.
Знати:

– радіоізотопний метод визначення віку, вік Сонячної системи (Сонця, Землі та Місяця), деякі закономірності у Сонячній системі, сучасну теорію утворення Сонячної системи.
Вміти:

- Обчислювати вік використовуючи радіоізотопний метод.

Хід уроку:

1. Новий матеріал

Розділ астрономії, що займається вивченням походження та еволюції небесних тіл, - зірок (зокрема Сонця), планет (зокрема Землі) та інших тіл планетної системи, називається космогонією.
1. Вік тіл Сонячної системи
Визначення віку ґрунтується на використанні радіоізотопного методу- дослідження вмісту радіоактивних елементів (ізотопів хімічних елементів) у породах. Метод запропонований у 1902р. П'єром Кюріі розроблений спільно з Ернестом Резерфорд().
Радіоактивний розпад залежить від зовнішніх факторів (Т, р, хімічних взаємодій) і кількість атомів, що розпалися, визначається формулою N=No.2-t/T, де Т – період напіврозпаду. Приміром U235 має період напіврозпаду 710 млн. років, а U,5 млрд. років. Вік оцінюють за співвідношенням Pb206/U238, оскільки свинець кінцевий не радіоактивний продукт розпаду.
Метод абсолютної геохронології для останніх 60тис років - радіовуглецевий метод, заснований на випромінюванні радіоактивного 14С, відкритого при дослідженні процесу фотосинтезу в 1941р в Берклі М. Камені С. Рубенз періодом напіврозпаду 5568 років розроблено Уілард Френк Ліббі(1946р, США). На Землі для 94 хімічних елементів є 350 ізотопів.
Вік Сонця 4,9 млрд. років, тобто воно відноситься до зірок другого покоління, що виникли з газопилових комплексів.
Сонячна система вважається має вік понад 4,6 млрд. років.
Останні дослідження наприкінці 2005 року показали, що вік Місяця становить 4 млрд 527 млн ​​років. За оцінками вчених, помилка виміру може становити максимум 20-30 млн років.
Вік найдавніших порід Землі (кори) становить 3960 млн. років.
Вулканічні та осадові породи комплексу Пілбара, що на захід від Великої піщаної пустелі в Австралії - одні з найстаріших порід на 3емлі, що показує що на планеті Земля з'явилася 3,416 мільярдів років тому.

2. Закономірності у Сонячній системі
Космологічна гіпотеза утворення Сонячної системи має пояснити закономірності, які у ній. Ось деякі з них:
1 . Орбіти всіх планет лежать практично в одній площині, яка називається площиною Лапласа.
2 . Ексцентриситети орбіт планет дуже малі.
3 . Середня відстань планет від Сонця підпорядковується певній закономірності, що називається правилом Тіціуса-Боде .
4 . Планети рухаються навколо Сонця у напрямі його обертання, як і більшість їхніх супутників.
5 . Астероїди (Головний пояс) розташовані на такій відстані від Сонця, де, згідно з правилом Тіціуса-Боде, має бути планета.
6 . Усі планети Сонячної системи, крім планет найближчих до Сонця, Меркурія та Венери, мають природні супутники.
7 . Спостерігається позитивна кореляція кутової швидкості обертання планет із їхньою масою: що більше маса, то більше і швидкість обертання. Винятки - знову Меркурій та Венера.
8. У параметрах рухів планет та його супутників витримуються сумірності, що вказують на явища резонансу.
9. Більшість планет (за винятком Венери та Урану) обертаються в напрямку звернення навколо Сонця.
10. Перед планет припадає 98% кількості руху на Сонячної системі за всього 0,1 маси Сонця.
11. За своїми фізичними характеристиками планети різко поділяються на земну групу та гіганти.
12. Рівність кутових розмірів Сонця і Місяця при спостереженнях із Землі, звичне з дитинства і забезпечує можливість спостерігати повні (не кільцеподібні) сонячні затемнення.
13. Рівність відносин діаметра Сонця до діаметра Землі та відстані від Сонця до Землі до діаметра Сонця з точністю до 1%: 1390000: 12751 = 109 та: 1390000 = 108
14. Рівність періоду обігу Місяця навколо Землі періоду її обертання навколо осі (сидеричний місячний місяць, 27.32 діб) та керінгтонівському періоду обертання Сонця (27.28 діб). Шугрін і Обут вказують, що 600-650 млн. років тому синодичний місячний місяць дорівнював 27 сучасним діб, тобто був точний резонанс з Сонцем.
15. "Сонячний квадрат". Цікава властивість періодичності сонячної активності, датована 1943 роком. Наводиться середнє значення тривалості циклу сонячної активності за 17 циклів (128 років), середнє значення для післямаксів (період максимум-мінімум сонячного циклу) Р=6.52 років, а також середнє значення для передмаксів (період мінімум-максимум сонячного циклу) N=4.61 року . У цьому спостерігається наступна закономірність: (6.52)2/(4.61)2=42.51/21.25=2 чи P/N=√2.
та інші закономірності. Створюючи гіпотезу утворення Сонячної системи, необхідно всі закономірності врахувати та пояснити.

3. Гіпотези утворення Сонячної системи

Гіпотези про утворення нашої Сонячної системи можна розбити на дві групи: катастрофічніі еволюційні. Космогонічні гіпотези
Перші гіпотези з'явилися задовго до того, як стало відомо багато важливих закономірностей Сонячної системи. Відкидаючи теорії створення Сонячної системи як одночасний акт божественного творіння, зупинимося на найбільш значущих теоріях, у яких походження небесних тіл пояснюється результатом природного процесу та містили правильні ідеї.
1 . Гіпотеза Канта- Перша універсальна природничо-філософська концепція, розроблена в мм. У його гіпотезі небесні тіла походять з гігантської холодної пилової хмари під дією тяжіння. У центрі хмари утворилося Сонце, але в периферії - планети. Таким чином, спочатку висловлювалася думка, що Сонце та планети виникли одночасно.
2 . Гіпотеза Лапласа- в 1796 р. висунув гіпотезу про походження Сонячної системи з єдиної розпеченої газової туманності, що обертається, не знаючи теорії І. Канта. Планети зароджувалися на межі туманності шляхом конденсації охолодженої пари в площині екватора і від охолодження туманності поступово стискалася, обертаючись все швидше і коли відцентрова сила стає рівною силі тяжіння, утворюються численні кільця, які, ущільнюючись, ділячись на нові кільця, створили центральний потік перетворився на Сонце. Газові планети, остигали і стискалися, утворюють навколо кільця, з яких потім виникли супутники планет (кільце Сатурна вважав вірністю своїх міркувань). Теоретично одночасно відбувається формування всіх тіл Сонячної системи: Сонця, планет, супутників. Наводить 5 фактів (явно недостатньо) - особливостей Сонячної системи, виходячи із закону тяжіння. Це перша, розроблена в математичній формі, теорія і існувала майже 150 років, аж до теорії.
Гіпотеза Канта-Лапласа не могла пояснити, чому у сонячній системі понад 98% моменту кількості руху належить планетам. Детально цю проблему вивчив англійський астрофізик Хойл. Він зазначив можливість передачі моменту кількості руху від " протосонця " до довкілля з допомогою магнітного поля.
3. Однією з найпоширеніших катастрофічних гіпотез була гіпотеза Джинса. Згідно з цією гіпотезою поблизу Сонця пройшла зірка, яка своїм тяжінням вирвала з поверхні Сонця струмінь газу, з якого утворилися планети. Головний недолік цієї гіпотези полягає в тому, що ймовірність того, що зірка виявиться на близькій відстані від Сонця дуже мала. Крім того, в сорокових-п'ятдесятих роках, коли обговорювалася ця гіпотеза, вважалося не доказом існування множинності світів, а, отже, ймовірність утворення планетної системи не повинна бути малою. Радянський астроном Микола Миколайович Парійський своїми розрахунками переконливо показав мізерно ймовірну освіту планетної системи, а отже й життя на інших планетах, що суперечило панівним у ті часи поглядам філософів. Уявлення про винятковість сонячної планетної системи призводило нібито до ідеалістичної концепції антропоцентризму, з чим учений-матеріаліст не може погодитися.
4. Ще однаСучасна катастрофічна гіпотеза. У початковий момент існували Сонце, протопланетна туманність і зірка, яка на момент проходження біля Сонця вибухнула і перетворилася на наднову. У формуванні планет із цієї протопланетної хмари зіграли визначальну роль ударні хвилі. Сильну підтримку ця гіпотеза отримала, як у книзі " Парад планет " , внаслідок аналізу хімічного складу великого метеорита Альенде. У ньому виявилося аномально багато кальцію, барію та неодиму.
5. Ще цікавіша катострофічна гіпотеза російського астрофізика професора Санкт-Петербурзького університету Кирила Павловича Бутусова, який передбачив на початку 70-х наявність планет за Нептуном. Американці, спостерігаючи комети з довгими періодами звернення навколо Сонця, дійшли висновку про наявність на великій відстані від нашого світила якогось масивного тіла, «коричневого карлика» і назвали Люцифер. Цю передбачувану другу зірку Сонячної системи Бутусов назвав Раджа-Сонцем із масою близько 2% сонячної. Відомості про неї зберігають легенди Тибету. Лами вважають її металевою планетою, тим самим підкреслюючи її величезну масу при невеликих порівняно розмірах. Вона рухається дуже витягнутою орбітою і з'являється в наших краях раз на 36 тисяч років. Бутусов припускає, що Цар-Сонце колись випереджало у розвитку Сонце і було головною зіркою подвійний системи. Потім, слідуючи природним процесам, пройшло фазу червоного гіганта, вибухнуло і перетворилося врешті-решт на білого, а потім коричневого карлика. Планетна система включала Юпітер, Нептун, Землю і Меркурій. Можливо, на них було життя, яке випереджало сучасне на пару сотень мільйонів років (інакше як пояснити наявність слідів людини поряд зі слідами динозаврів?). Інші планети належали Сонцю. Сильно втративши масою, Раджа-Сонце передало свою «світу» нинішньому Сонцю. Під час цих космічних пертурбацій Земля перехопила Місяць у Марса. Багато легенд говорять, що раніше у нашої планети супутника не було. Можливо, біля Раджі-Сонця досі збереглося кілька планет із незрівнянно вищою цивілізацією, ніж наша. І вони звідти перевіряють Землю. Але проти Раджі-Сонця говорить той факт, що Бутусов очікував його появи до 2000 року, але так і не з'явилося.
5 . Загальновизнана нинішня теорія – теорія Шмідта.
Космологічні моделі

1. Глоба, де виникає протозірка (зокрема наше Сонце), стискається, збільшуючи швидкість обертання. У ході швидше стиснення протозірки, вона утворює диск з речовини, що оточує майбутню зірку. Частина в першу чергу прилеглої речовини диска падає на зірку, що утворюється, під дією сили тяжіння. Газ і пил, що залишився в диску і має надмірний момент обертання, поступово охолоджується. Навколо протозірки формується газопиловий протопланетний диск.
2. Охолоджена речовина в диску стаючи більш плоскою, ущільнюючись, починає збиратися в невеликі згустки - планеті зималі, утворюючи рій мільярдів згустків розміром близько кілометра, які при своєму русі стикалися, руйнуючись і об'єднуючись. Найбільші збереглися - утворюючи планетні ядра, і з їх зростанням сила тяжіння, що збільшується, сприяла поглинанню близько розташованих планетезималей і притягненню навколишнього газу і пилу. Таким чином, через 50 млн. років утворилися гігантські газові планети. У центральній частині диска відбувався розвиток протозірки - стискається і розігріватися.
3. Через 100 млн. років протозірка перетворюється на зірку. Виникнення випромінювання нагріває хмару до 400К, утворюється зона випаровування і починається виштовхування водню і гелію на більш віддалену відстань, залишаючи поблизу більш важкі елементи і великі планетезималі (майбутні планети земної групи). У процесі гравітаційної диференціації речовини (поділу на важкі та легені) утворюється ядро ​​планети та її мантія.
4. У зовнішній, більш віддаленої від Сонця частини Сонячної системи 5 а. е. утворюється зона намерзання з температурою приблизно 50К і тут утворилися великі планетні ядра, які виявилися здатними утримати деяку кількість газу у вигляді первинної хмари. У ньому надалі сформувалося велика кількість супутників, та якщо з залишків кільця.
5. Місяць і супутники Марса (як і деякі супутники планет гігантів) колишні планети зималі (пізніше астероїди) утримані (захоплені) силами гравітації планет.
Ось ще одна з теорій утворення Сонячної системи :
Спочатку Сонце рухалося по орбіті навколо центру галактики в повній самоті.
Матеріальні тіла з ознаками планет, що входять нині до складу нашої сонячної системи також існували власними силами, без будь-якої зв'язку друг з одним, хоч і розташовувалися у відносній близькості від Сонця і переміщалися у одному з ним напрямі. Кожен з цих об'єктів, що знаходився на певній стадії розвитку, був оточений глибоким розрядженням, рівень якого залежав від розмірів небесного тіла. Найбільшою масою мало Сонце, що, природно, зумовлювало існування навколо нього найсильнішого розрядження. Тому саме туди були спрямовані найпотужніші потоки гравітаційної речовини, які, зустрівши на своєму шляху планети, починали повільно зрушувати їх до Сонця.
Першим у зону дії навколосонячної гравітації потрапив Меркурій. З наближенням до світила він починав відчувати з сонячного боку нестачу гравітаційних мас, необхідні власної еволюції, що змушувало його ухилятися від прямолінійного напрями й огинати Сонце стороною. Минувши останнє, Меркурій віддалявся від нього, але під натиском зустрічних потоків матерії змушений був повертати назад, знову і знову повторюючи поворотно-обертальні рухи навколо центру системи тіл, що утворюється, по своїй еліптичній орбіті, додаючи при цьому до навколосонячної порожнечі власне розрядження. Це виявляється у існуванні порожнечі як навколо самої планети, а й у її освіті протягом усього орбіти, якою рухається Меркурій.
Так почала створюватись наша Сонячна система.
Другий в оточенні Сонця з'явилася Венера, яка практично точно повторила долю Меркурія, зайнявши орбіту, що за ним слідувала. Своє відмінне від інших планет обертання навколо власної осі Венера набула у процесі свого формування, і ніяк не пов'язані з утворенням Сонячної системи.
Земля та інші матеріальні об'єкти, які мають супутниками, були залучені до орбітального руху навколо Сонця, вже маючи власну систему тіл.
Існуючий за Марсом пояс астероїдів, розташований на орбіті, раніше, безсумнівно, належав невеликій, що практично не обертається навколо осі, планеті Фаетон, що зруйнувалася близько 65 млн років тому. Аналогічну природу мають і кільця довкола деяких планет. Основна маса космічних об'єктів, що вибухнули, зібралася і рівномірно розподілилася по всьому орбітальному розрядженню, що утворився при їх обертанні до катастрофи.
Безперервний рух гравітаційних мас до центру Сонячної системи, як і раніше, не тільки змінює якісний стан останньої, а й переміщує до неї вільні матеріальні об'єкти, які мають у віддаленому майбутньому стати супутниками Сонця.
Так сформувалася наша Сонячна система, але процес її поповнення новими небесними тілами не завершився, він триватиме ще багато мільйонів років.
Але який вік Сонячної системи? Вчені встановили, що близько трьохсот мільйонів років Земля була крижаною кулею. У зв'язку з цим можна припустити, що в цей період температура Сонця була відносно невисокою і його енергії було недостатньо, щоб забезпечити на нашій планеті тепловий режим, який можна порівняти з нинішнім. Але подібне припущення зовсім неприйнятне, тому що навіть Марс, що знаходиться на значно більшій відстані від Сонця, ніж Земля, і отримує набагато менше теплової енергії, до такої низької температури так і не охолонув.
Більш правдоподібним виглядає пояснення феномена глобального зледеніння Землі тим, що вона тоді була дуже далеко від Сонця, тобто поза простором сучасної Сонячної системи. З цього випливає важливий висновок: триста мільйонів років тому Сонячної системи, як такої не існувало, Сонце рухалося просторами Всесвіту на самоті, у кращому разі, в оточенні Меркурія та Венери.
Таким чином, можна доказово стверджувати - приблизний вік Сонячної системи значно менший за триста мільйонів років!

Одна із сучасних теорій освіти Землі

4. Планети в інших зірок (екзопланети)в Вікіпедії
Думки про існування інших світів висловлювалися ще давньогрецькими філософами: Лівкіпп, Демокріт, Епікур. Також думка про існування у зірок інших планет висловив у 1584 Джордано Бруно (1548-17.02.1600, Італія). Станом на 24.04.2007 року відкрито 219 позасонячних планет у 189 планетних системах, 21 численна планетна система. Перша екзопланета відкрита в 1995 році у зірки 51 Pegasi, що знаходиться в 14,7 пк від нас астрономами Женевської обсерваторії. Мішель МАЙОР(M. Mayor) та Дідьє КВЕЛОЦЬ(D. Queloz).
Професор астрономії Каліфорнійського університету у Берклі Джеффрі Марсі(Geoffrey Marcy) та астроном Пол Батлер(Paul Butler) з Університету Карнегі оголосили 13 червня 2002 року про відкриття планети класу Юпітера, яка звертається навколо своєї зірки на відстані приблизно рівну тому, на якому наш Юпітер облітає Сонце. Зірка 55 Cancri віддалена від Землі на відстані 41 світлового року і відноситься до типу сонцеподібних зірок. Відкрита планета віддалена від зірки на. 5,5 астрономічні одиниці (Юпітер на 5,2 астрономічні одиниці). Період її звернення становить 13 років (для Юпітера – 11,86 років). Маса – від 3,5 до 5 мас Юпітера. Так вперше за 15 років спостережень міжнародній команді "мисливців за планетами в інших зірок" вдалося виявити планетарну систему, що нагадує нашу. Нині відомо таких систем сім.
За допомогою орбітального телескопа Hubble студент Університету Пенсільванії Джон Дебес(John Debes), який працював над проектом пошуку зірок в інших системах, на початку травня 2004 р. вперше в історії сфотографував планету в іншій системі, розташовану на відстані приблизно 100 світлових років від Землі, підтвердивши спостереження на початку 2004 року телескопом VLT (Чилі). і вперше отриману фотографію супутника у зірки 2M 1207 (червоний карлик). Його масу оцінюють у 5 мас Юпітера, а радіус орбіти у 55 а. е.

Будинки:

Закономірність у розподілі відстаней планет від Сонця виражається емпіричною залежністю а. е., яке називають правилом Тіціуса-Боде.Її не пояснює жодна з існуючих космогонічних гіпотез, але цікаво, що в таблиці, що її ілюструє, явно не вписується Плутон. Можливо це також одна з причин рішення МАС ( які покладено визначення планети?) про виключення Плутона з-поміж великих планет? [У визначення планети включено три положення: 1) обертається навколо Сонця; 2) достатньо велика (більше 800 км) і масивна (вище 5x1020 кг), щоб прийняти кулясту форму; 3) поряд з її орбітою немає тіл порівнянних розмірів. Ця причина також підходить, тому що в поясі Койпера є тіла за своїми розмірами перевершують Плутон.]

Сучасні теорії внутрішньої будови небесних тіл, а також планетарна космогонія, як вихідна, експериментальна база для оцінок віку небесних тіл, використовують результати досліджень віку гірських порід, сонячного нейтрино або інших даних, отриманих при вивченні зовнішнього шару небесного тіла.

Так як на підставі моделі вихрової космогонії небесні тіла створювалися шляхом накопичення космічної матерії, то звідси випливає - кожен внутрішній шар повинен мати власний вік, що перевищує вік зовнішнього шару цієї планети або зірки. Отже, за даними досліджень зовнішніх порід або будь-яких випромінювань, що виходять від цих порід, неможливо оцінювати вік внутрішньої речовини або небесного тіла в цілому.

На підставі вихрової гравітації та створення небесних тіл, припустимо визначати вік планет простим розподілом маси планети до відповідного щорічного приросту маси цієї планети.

З урахуванням вищевикладеного вік Землі становить - 15,6 млрд. років.

ТЕМНА МАТЕРІЯ

Як відомо, у середині минулого століття при вивченні будови галактики було виявлено невідповідність розподілу зірок розподілу гравітаційного потенціалу.

Наукова думка розділилася на дві групи.

Деякі вчені стверджували, що теорія гравітації Ньютона, створена на основі спостережень за планетами в сонячній системі, не вірна в більших астрономічних масштабах

Більшість дослідників зійшлися на думці, що частина матерії (30%) не випромінює фотони, тому її не видно. Але саме ця матерія врівноважує гравітаційний потенціал у галактиці. Невидима матерія дістала назву темної матерії.

Вочевидь, що теорія вихрової гравітації не відчуває труднощів у пояснення цього астрономічного «парадоксу», оскільки сила всесвітньої гравітації залежить немає від мас зірок, лише від швидкості вихрового обертання і градієнта тиску галактичного ефіру. Величину вихрової гравітації в будь-якій галактиці можна визначити відповідно до гол. 2.1. Отримане значення сили гравітації повністю врівноважує відцентрові сили зірок і тим самим відпадає необхідність використання гіпотетичної темної матерії.

Вік Землі визначають різними способами. Найточніший із них полягає у визначенні віку гірських порід. Він полягає у підрахунку відношення кількості радіоактивного урану до кількості свинцю, що перебувають у цій породі. Справа в тому, що свинець є кінцевим продуктом мимовільного розпаду урану. Швидкість цього процесу відома точно і змінити її не можна ніякими способами. Чим менше урану залишилося і чим більше свинцю накопичилося в породі, тим більший її вік. Найдавніші гірські породи у земній корі мають вік кілька мільярдів років. Земля загалом виникла, очевидно, дещо раніше, ніж земна кора. Вивчення скам'янілих залишків тварин та рослин показує, що за останні сотні мільйонів років випромінювання Сонця суттєво не змінилося. За оцінками вік Сонця становить близько 5 млрд. років. Сонце старше за Землю

Є зірки, які набагато молодші, ніж Земля, наприклад - гарячі надгіганти. За темпом витрати енергії гарячими надгігантами можна будувати висновки про тому, що можливі запаси їх енергії дозволяють їм витрачати її так щедро лише короткий час. Значить, гарячі надгіганти молоді - їм 106-107 років.

Молоді зірки перебувають у спіральних гілках галактики, як і газові туманності, з яких виникають зірки. Зірки, що не встигли розвіятися з гілки, молоді. Виходячи з гілки, вони старіють.

Зірки кульових скупчень, за сучасною теорією внутрішньої будови та еволюції зірок, найстаріші. Їм може бути більше 10-10 років Зрозуміло, що зіркові системи - галактики повинні бути старшими, ніж зірки, з яких вони складаються. Вік більшості з них має бути не менше ніж 10 10 років

У зірковому Всесвіті відбуваються не лише повільні зміни, а й швидкі, навіть катастрофічні. Наприклад, за час порядку року звичайна на вигляд зірка спалахує, як «наднова» (§ 24.3), і приблизно за той самий час її яскравість спадає.

В результаті вона, ймовірно, перетворюється на крихітну зірку, що складається з нейтронів і обертається з періодом порядку секунди і швидше (нейтронну зірку). Її щільність зростає до густини атомних ядер (10 16 кг/м), і вона стає найпотужнішим випромінювачем радіо- та рентгенівських променів, які, як і її світло, пульсують з періодом обертання зірки. Прикладом такого пульсара, як їх називають, служить слабка зірочка в центрі крабоподібної радіотуманності, що розширюється ($ 24.3). Залишків спалахів наднових зірок у вигляді пульсарів і радіотуманностей, подібних до Крабовидної, відомо вже багато.

Питання про походження Сонячної системи має вирішуватися разом із проблемою походження та розвитку зірок. Мабуть, її важко вирішити правильно без знання того, як формуються та розвиваються галактики.

У більшості сучасних підручників, енциклопедій та довідників вік Сонця оцінюється у 4,5-5 мільярдів років. Ще стільки ж йому приділяється, щоб «догоріти».

У першій половині XX століття розвиток ядерної фізики досяг такого рівня, що стало можливим розраховувати на ефективність різних термоядерних реакцій. Як було встановлено наприкінці 30-х років, за фізичних умов, що існують у центральній області Сонця та зірок, можуть відбуватися реакції, що призводять до об'єднання чотирьох протонів (ядер атома водню) у ядро ​​атома гелію. В результаті такого об'єднання звільняється енергія і, як випливало з розрахунків, цим шляхом забезпечується свічення Сонця протягом мільярдів років. У зірок-гігантів, які витрачають своє ядерне пальне (протони) більш марнотратно, час життя має бути набагато коротшим, ніж у Сонця - всього десятки мільйонів років. З цього було в ті ж роки зроблено висновок про народження таких зірок і в наш час. Щодо зірок меншої маси, подібних до Сонця, багато астрономів продовжували дотримуватися думки, що всі вони, як і Сонце, утворилися мільярди років тому.

Наприкінці 40-х В.А. Амбарцумян використав зовсім інший підхід до проблеми визначення віку зірок. Він ґрунтувався на наявних на той час великих спостережних даних про розподіл зірок різних типів у просторі, а також на результатах власних досліджень динаміки зірок, тобто їх рухів у гравітаційному полі, створюваному всіма зірками Галактики.
В.А. Амбарцумяном були зроблені на зазначеній основі два найважливіші не тільки для астрофізики, але і для всього природознавства:

1. Зіркоутворення в Галактиці продовжується і зараз.
2. Народження зірок відбувається групами.

Ці висновки не залежать ні від припущень про механізм утворення зірок, який у ті роки не був встановлений із впевненістю, ні від природи джерел зіркової енергії. Вони базуються на створеному В.А. Амбарцумяне відкриття нового виду зоряних скупчень, названих ним зірковими асоціаціями.

До виявлення зоряних асоціацій астрономам були відомі в Галактиці зіркові угруповання двох типів - відкриті (або розсіяні) скупчення та кульові скупчення. У відкритих скупченнях концентрація зірок не дуже значна, але все ж таки вони виділяються на тлі зоряного поля Галактики. Нагромадження іншого типу - кульове - відрізняється високим ступенем концентрації зірок і при недостатньо хорошій роздільній здатності представляється єдиним тілом. Таке скупчення складається із сотень тисяч зірок, які створюють досить сильне гравітаційне поле, яке утримує його від швидкого розпаду. Воно може існувати довгий час – близько 10 мільярдів років. У відкритому скупченні налічується кілька сотень зірок і, хоча воно є гравітаційно пов'язаною системою, цей зв'язок не дуже міцний. Скупчення може розпастись, як показали зроблені В.А. Амбарцумян розрахунки, за кілька сотень мільйонів років.

Вчені з НАСА з безпрецедентною точністю визначили вік нашого Всесвіту. За оцінкою астрономів, він становить 13,7 мільярда років, а перші зірки засвітили через 200 мільйонів років після Великого Вибуху. З цього моменту Всесвіт безперервно розширюється, розпорошується та охолоджується… аж до повного небуття.

Раніше астрофізики вважали, що нашому світу від 8 до 20 мільярдів років, потім зупинилися на діапазоні 12-15 мільярдів, залишаючи за собою право на 30% помилку. Нинішня оцінка має похибку 1%. Що ж до «періоду вагітності» у першої зірки, то його раніше припускали лежачим у межах від 500 мільйонів до мільярда років.
Ще цікавіший якісний склад речовини Всесвіту. Виявляється, лише 4% матерії складають атоми, на які поширюються відомі закони електромагнетизму та гравітації. Ще 23 відсотки складаються з так званої «темної речовини» (вчені мало що знають про її властивості). Ну а цілих 73% всього сущого - зовсім загадкова «темна енергія» або «антигравітація», що спонукає Всесвіт розширюватися. Виходить, що ми знаємо, що нічого не знаємо на 96%.
Доба була першою природною одиницею міри часу, що регулювала працю та відпочинок. Спочатку добу ділили на день та ніч, і лише багато пізніше на 24 години.

Зоряна доба визначається періодом обертання Землі навколо своєї осі щодо будь-якої зірки.
Справжній опівдні настає на різних меридіанах Землі в різний час, і для зручності прийнято угоду про розподіл земної кулі на часові пояси, які проходять через 15 градусів за довготою, починаючи з меридіана Грінвіча. Це – Лондонський меридіан 0 градусів довготи, і пояс названий нульовим (західноєвропейським).

Секунда - загальноприйнята одиниця часу, приблизно з періодом 1 с б'ється серце людини. Історично ця одиниця пов'язана з поділом діб на 24 год., 1 год – на 60 хв, 1 хв – на 60 с.

Атомна секунда - інтервал часу, протягом якого відбувається майже 10 млрд коливань атома Сs - (9192631830).

Календарем називається система звіту тривалих проміжків часу, у якій встановлено певний порядок рахунку днів у році та зазначено початок звіту.

Визначення віку за спектром

На перший погляд може здатися, що для визначення складу Сонця або зірки необхідно добути хоча б трохи їхньої речовини. Однак, це не так. Склад того чи іншого небесного тіла можна визначити, спостерігаючи за допомогою спеціальних приладів світло, що приходить до нас від нього. Цей метод називається спектральним аналізом та має велике значення в астрономії.
Суть цього можна усвідомити так. Поставимо перед електричною лампою непрозору перешкоду з вузькою щілиною, за щілиною – скляну призму, а трохи віддалік – білий екран. В електричній лампі світиться тверда металева нитка. Вирізаний щілиною вузький пучок білого світла, пройшовши крізь призму, розкладається на складові кольори і дає на екрані красиве кольорове зображення, що складається з ділянок різного кольору, що безперервно переходять один в одного, - це так званий світловий безперервний спектр, схожий на веселку. Вид спектру розжареного твердого тіла залежить немає від його складу, лише від температури тіла.
Інше положення має місце при світінні речовин у газоподібному стані. При світінні газів кожен із них світиться особливим, лише йому одному властивим світлом. При розкладанні цього світла за допомогою призми виходить набір кольорових ліній, або лінійний спектр, характерний кожному за даного газу (рис. 1). Таке, наприклад, свічення неону, аргону та інших речовин у газорозрядних трубках, або про лампах холодного світла.

Спектр заїзди. Фото: NASA

Спектральний аналіз заснований на тому, що кожну дану речовину можна відрізнити від решти спектру її випромінювання. При спектральному аналізі суміші декількох речовин щодо відносної яскравості окремих властивих кожній речовині ліній можна визначити відносний вміст тієї чи іншої домішки. При цьому точність вимірювань така, що дозволяє визначити наявність малої домішки, навіть якщо вона становить лише одну стотисячну частку загальної кількості речовини. Отже, спектральний аналіз не лише якісним, а й точним кількісним методом дослідження складу суміші.
Спрямовуючи на небо телескопи, астрономи досліджують характер руху зірок і склад випромінюваного ними світла. За характером руху небесних тіл визначають розміри зірок, їх масу тощо. буд. За складом світла, випромінюваного небесними тілами, з допомогою спектрального аналізу визначається хімічний склад зірок. Відносний вміст водню та гелію у досліджуваній зірці визначається шляхом порівняння яскравості спектрів цих речовин.

Оскільки розвиток зірки супроводжується безперервним перетворенням усередині водню на гелій, то чим старша зірка, тим менше в її складі водню і більше гелію. Знання їх відносного змісту дає змогу обчислити вік зірки. Однак цей розрахунок зовсім не простий, тому що в процесі еволюції зірок їхній склад змінюється, а маса зменшується. Тим часом швидкість, з якою в зірці йде перетворення водню на гелій, залежить від її маси та складу. Більше того, залежно від початкової маси та початкового складу ці зміни протікають з різною швидкістю та дещо різними шляхами. Таким чином, для того щоб правильно визначити вік зірки за величинами, що спостерігаються - світності, масі і складу, потрібно деякою мірою відновити історію зірки. Саме це робить все розрахунки досить складними, а їхній результат не дуже точним.

Проте для багатьох зірок відповідні виміри та розрахунки були зроблені. За даними А. Б. Північного у Сонці міститься водню 38 %, гелію 59 %, інших елементів 3 %, зокрема вуглецю та азоту близько 1 %. У 1960 р. Д. Ламбер на підставі даних про масу, світність і склад Сонця, а також детальних розрахунків передбачуваної його еволюції отримав значення віку Сонця, що дорівнює 12 * 109 років.
При вивченні історії розвитку небесних тіл немає ні необхідності, ні можливості стежити за якоюсь однією зіркою від її народження до її старості. Натомість можна вивчити багато зірок, що знаходяться на різних етапах свого розвитку. В результаті таких досліджень вдалося з'ясувати не лише сьогодення, але також минуле та майбутнє зірок і, зокрема, нашого Сонця.
Спочатку Сонце дуже марнотратно витрачало масу та енергію і порівняно швидко перейшло до свого сучасного стану, що характеризується спокійнішим і рівним існуванням, при якому відбуваються лише вкрай повільні зміни його світності, температури та маси. У цьому вже зрілому віці Сонце проіснує ще багато мільярдів років.

Потім через накопичення великої кількості гелію прозорість Сонця зменшиться і відповідно зменшиться його тепловіддача. Це призведе до ще більшого розігріву Сонця. На той час запаси водневого «пального» у Сонці майже вичерпаються, тому після порівняно нетривалого розгоряння Сонця почнеться відносно швидке його згасання. Втім, все це станеться з нашим Сонцем не скоро, не менше ніж за десяток мільярдів років.

Зустрічаються такі зірки, у яких вміст водню набагато більше, ніж у нашому Сонце, і навіть такі, у яких водню дуже мало. В. А. Амбарцумян, Б. А. Воронцов-Вельяминов і Б. В. Кукаркін показали, що в Галактиці є молоді зірки, наприклад ряд надгігантів, вік яких не перевищує всього одного або десяти мільйонів років, а також старі зірки, вік яких набагато більше віку нашого Сонця.

Наша Галактика є гігантським скупченням зірок, пов'язаних між собою силами тяжіння і таким чином об'єднаних в загальну систему. Відстань, що відокремлюють нас від Сонця та інших зірок, величезні. Тож їхнього виміру астрономи запровадили специфічні одиниці довжини. Відстань від Землі до Сонця отримало назву: астрономічна одиниця довжини. Як відомо, 1а. е. = 149,6 млн. км. Відстань, що світло проходить за один рік, називається світловим роком: 1 св. рік = 9,46 х10 12 км = 10 13 км. Відстань, на якій радіус земної орбіти видно під кутом в 1 секунду, названо секундним паралаксом або скорочено - парсек (пк). Таким чином, 1 пк = 3,26 св. року = 3,085 х10 13 км.

Наша Галактика має форму дуже плоского диска. У ній міститься близько 1013 зірок. Сонце – одна з них. Вся ця система повільно обертається, проте не як тверде тіло, а скоріше як тіло напіврідке, в'язке. Кутова швидкість обертання Галактики зменшується від її центру до периферії отже у 8 кілопарсеках від центру період обігу становить близько 212 мільйонів років, а районі Сонця, т. е. з відривом 10 кілопарсеків від центру, - 275 млн. років. Саме цей період зазвичай називають галактичним роком.
Очевидно, що вік Галактики слід визначати за найстарішими зірок, що входять до неї. У 1961 р. Р. Арп досліджував ряд найстаріших зірок. Для найстарішого розсіяного скупчення NGC 188 він отримав значення віку, що дорівнює 16х10 9 років, а в одного з найстаріших кульових скупчень М5 вік дорівнював 20х10 9 років. За оцінками Ф. Хойла та ін. вік деяких близьких до Сонця зірок: 8 Ерідана та u Геркулеса А, становить (10-15)х10 9 років.

В даний час вік Галактики вдалося визначити і іншими методами, і при цьому вийшли дещо інші результати. Розгляд цих методів і порівняння отриманих з допомогою результатів представляє великий інтерес і наведено далее.