Презентация на тему земля во вселенной. Исследование Тема: «Земля во Вселенной. Тема: Земля во Вселенной

Древним людям Земля казалась огромной. Поэтому и философы древности, размышляя об устройстве Вселенной, помещали Землю в ее центр. Все небесные тела, полагали они, вращаются вокруг Земли.

В современном мире, когда есть авиация и космические корабли, мысль о том, что наша планета вовсе не центр мироздания, никому не кажется крамольной.
Однако впервые эту идею высказал еще в III веке до н.э. Аристарх Самосский. К сожалению, почти все труды этого древнегреческого ученого утрачены и известны нам лишь в пересказе его современника Архимеда. Поэтому предположение о том, что Земля вращается вокруг Солнца (а не Солнце вокруг Земли), связывают обычно с именем польского астронома Николая Коперника, жившего в XV-XVI вв. Коперник расположил известные ему планеты Солнечной системы так: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер и Сатурн вращаются вокруг Солнца, а Луна – вокруг Земли. Но дальше за Сатурном Коперник поместил “сферу неподвижных звезд” – некую стену, замыкающую Вселенную. А предполагать, что находится за ней, Коперник не мог – для этого ему не хватало данных. Не стоит обвинять Коперника в близорукости, ведь телескоп, приблизивший к нам далекий космос, впервые использовал Галилей лишь сто лет спустя.

Современная наука знает, что наше Солнце – одна из бесчисленных звезд во Вселенной, не самая большая, не самая яркая, не самая горячая, более того, Солнце находится вдали от центра нашей Галактики – гигантского скопления звезд, к которым относится и Солнце. И в этом нам повезло. Ведь иначе на Землю обрушивались бы такие потоки космических лучей, что жизнь на ней едва возникла бы. Вокруг Солнца вращаются 9 крупных планет, малые планеты – астероиды, кометы и совсем мелкие “камушки” – метеорные тела. Все это вместе образует Солнечную систему.

Земля – одна из 9 планет. Не самая большая, но и не самая маленькая, не самая близкая к Солнцу, но и не самая далекая. Крупнейшая планета – Юпитер. Его масса в 318 раз больше земной. Но у Юпитера нет твердой поверхности, по которой можно было бы ходить. Самая далекая от Солнца планета – Плутон почти в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Его поверхность твердая, ходить по ней было бы легко – Плутон меньше Луны, притягивает к себе слабо. Вот только холодно там: температура на 200-240°C ниже точки замерзания воды. При таких условиях не только вода, но и большинство газов становятся твердыми. Зато на Венере, нашей ближайшей соседке, температура выше +450°C. Получается, что Земля – единственная пока планета во Вселенной, подходящая для жизни.

От Земли до Солнца около 150 млн км. Много это или мало? Сравним это расстояние с размерами Солнца и Земли. Диаметр Солнца меньше примерно в 100 раз, а диаметр Земли – в 10000 раз. Это значит, что если мы изобразим Солнце кружком диаметром 1 см (с монету достоинством в 1 рубль), то Землю нам придется нарисовать на расстоянии 1 м (на другом конце большого стола), причем она будет едва заметной точной.

Урок по окружающему миру, 2 класс

УМК: «Начальная школа 21 века»

Тип урока: урок-исследование

Тема: «Земля во Вселенной»

Цель : включить учащихся в исследовательский поиск по определению места нашей планеты Земля во Вселенной, формирование знаний о Солнечной системе, её составе, о месте Земли в Солнечной системе.

Девиз урока: «Ни шагу назад, ни шагу на месте, а только вперёд и только все вместе».

Ход урока:

1. 
   Организационный момент.

Начинается урок.

Но урок наш необычный,

Вам и мне не так привычный.

Мы исследовать сегодня

Будем новые миры.

Вы готовы, малыши?

Посмотрите все назад-

В классе гости сидят.

Вместе с нами вы готовы путешествовать?

Ну, что же, начинается урок.

Руки все на локоток.

1. 
   Сообщение темы и целей урока:

Девиз нашего урока:

Дети. «Ни шагу назад, ни шагу на месте, а только вперёд и только все вместе».

Учитель. Тема урока: «Земля во Вселенной» . Как вы думаете, что мы сегодня будем исследовать?

Дети. Космос, звёзды, планеты, небесные тела.

Учитель. Посмотрите на доску. Что вы можете сказать об этих словах? (малая родина, родная сторона, Красное Эхо, Отчизна, Отечество, Россия, планета Земля).

На доске карточки со словами. Дети расставляют их по кругам, обосновывая свой ответ.

Красное Эхо

Родная сторона

Малая родина

Отечество

Планета Земля

Дети.

1. 
   Красное Эхо, родная сторона, малая родина – это маленькое место на планете, где человек родился, вырос, где он живёт, учится, где пустил свои корни. Это синий круг.
2. 
   Отечество, Отчизна, Россия – это большая наша страна. Красный круг.
3. 
   Планета Земля – это дом нашей Родины, а значит и наш, всех жителей планеты Земля.

Ученик . Читает стихотворение «Я песнь о Родине пою».

Я песнь о Родине пою

И о любви я к ней взываю,

Живущих всех в моём краю,

Что Красным Эхом называют.

О малой родине своей

В стихах и книгах не расскажешь.

Я только знаю, что земли

На свете нет милей и краше!

В лесу я знаю все тропинки.

Мой дедушка их показал,

Из детства ясную картинку:

Грибы и ягоды мне собирал.

Знакомил с жителями леса,

С его душевной тишиной.

Мне не забыть картины детства

О родине моей родной!

В любом углу, в любом конце

Любовь, как эхо раздаётся.

И песнь о Родине своей

Звучит в сердцах у красноэховцев!

Учитель . Мы очень любим свою малую родину. Но сегодня на уроке мы будем говорить о нашем общем человеческом доме, планете Земля.

Земля такая милая, родная для всего человечества планета. Много мы знаем о ней? Чего не знаем – ещё больше. Очень много тайн своих планета Земля раскрывает неохотно. В значительной степени потому, что тайны планеты земля, так сказать, не только её личные, это тайны Космические, тайны Вселенной. Человек всегда стремится постичь мир, в котором он живёт, ответить на вопросы: «Что такое Вселенная? Из чего состоит Космос?». А вы как думаете?

Дети. Вселенная – это космос, весь мир, планеты и звёзды.

Учитель. У каждого из вас своё видение Вселенной. Давайте обратимся к её Величеству Астрономии . (слово открывается на доске). Что это за наука?

Дети . Это наука о космических телах, о Вселенной, о планетах, о звёздах.

Учитель . С древности музой астрономии считается Урания. Эта Муза олицетворяет силу созерцания, она зовет покинуть нас внешний хаос, в котором существует человек и погрузиться в созерцание величественного бега звезд, который является отражением судьбы. Это сила познания, сила, которая тянет к таинственному, тянет к высокому и прекрасному - к Небу и Звездам. (на доске открывается рисунок Урании, в одной руке держит свиток звёздных слов, в другой - значение слова астрономия). Название науки «астрономия» произошло от двух греческих слов – «астрон»- звезда и «номос»-закон. При этом под звездой понималось любое светило, так что Солнце, Луна, кометы то же попадали в сферу интереса астрономии. Астрономия самая древняя из наук. Первых астрономов называли звездочётами. Известно, что даже пещерные люди наблюдали звёздное небо, так как на стенах пещер, где они жили, найдены рисунки звёзд, созвездий. (учитель переодевается). Кто я?

Дети . Звездочёт, астроном.

Учитель. Тогда вы сегодня на уроке будете юными астрономами. Кто это?

Дети . Астрономы – люди, которые изучают планеты и звёзды, Вселенную, Космос.

Учител ь. Так давайте начнём изучать. Ведь наша планета часть Вселенной. Представьте, что мы учёные- астрономы. Перед ответственным путешествием у нас с вами пройдёт научная конференция.

Тысячи лет подряд человек, глядя в ночное небо, познавал пространство и его законы: почему Солнце похоже на вечно горящий костёр, как оно перемещается по небу; почему звёзды восходят в одном и том же месте горизонта, а вот луна меняет свои точки восхода и захода. Законы неба познавали в разные столетия мореплаватели и земледельцы, скотоводы и охотники. Астрологи по звёздам определяли судьбу человека и целых государств. Каждый примечал для себя что -то своё, развивая свой ум и воображение. Ведь недаром говорят: кто ничего не знает, поверит во всё. Так чтобы этого с вами не случилось, ответьте мне на один вопрос: какая самая большая сила на земле?

Дети . Знания.

Учитель. Людей всегда волновал вопрос: одни ли мы во Вселенной? Что изобрели люди для познания Вселенной?

Дети . Телескоп.

Ученик. Для наблюдения неба в 1609 году итальянский учёный Галилео Галилей (на доске портрет и рисунок телескопа) создал первый телескоп. Телескоп, созданный Галилеем, давал очень нечёткое изображение и увеличивал всего в 30 раз. Но и этого было достаточно, чтобы сделать множество открытий. Первым делом Галилей увидел множество звёзд, которые никто не мог увидеть невооружённым глазом. Планеты в телескоп выглядели не звёздочками, а маленькими кружочками. Зато луна выглядела не как диск, а как шар, и одна половина её была в тени. Галилей даже различил на луне горы - кратеры. По величине теней от лунных гор он сумел вычислить их высоту. Это был переворот в науке о Вселенной.

Учитель . Как же возникла Вселенная?

Ученик. Учёные считают, что Вселенная произошла в результате огромной вспышки, названной Большим Взрывом. Они полагают, что Вселенная непрерывно расширяется. Это означает, что громадное скопление звёзд называемые Галактиками, движутся всё дальше и дальше друг от друга.

Учитель. А каковы были последствия этого взрыва?

Дети . Этот взрыв произошёл более 15 миллиардов лет тому назад. В результате взрыва появилось бесчисленное количество звёзд и других небесных тел.

Учитель . Каких? (на доске открываются картинки).

Дети.

1. 
   Наша Вселенная сильно засорена каменными ледяными обломками. Кометы и астероиды вращаются по орбите вокруг Солнца. Метеоры - космический мусор, сгорающий в атмосфере.
2. 
   Метеориты – каменные или железные осколки космического мусора, которые падают на поверхность земли. Большинство метеоритов разрушаются в результате ударов об землю, но после падения крупных метеоритов образуются кратеры, позволяющие оценить их размеры.
3. 
   Кометы похожи на шары. Очень большие. Состоят из камней и частиц пыли, скреплённые льдом.
4. 
   Есть комета, которая часто подходит к Солнцу и становится видимой с Земли - комета Галлея.
5. 
   Астероиды – или «маленькие планеты» представляют собой каменные или металлические небесные тела.

А сейчас давайте подведём итог первой части конференции. Заполняем свои звёздные карты. (На партах у детей звёзды с заданием-тестом. Дети самостоятельно заполняют тест и по готовности поднимают звезду.)

Проверка. (учитель читает вопросы, дети поднимают звёзды)

Учитель . А сейчас совершим путешествие в прошлое . В древности люди считали, что земля находится в центре Вселенной, а вокруг неё вращаются Солнце, Луна, другие планеты. Даже сейчас мы говорим: «Солнце садится, Солнце восходит». Давайте представим небольшой город Торунь, на реке Висле, что находится в Польше. 19 февраля 1473 года в этом городе родился будущий великий учёный Николай Коперник.

Ученик . Я- Николай Коперник. Моё увлечение – астрономия. Я не пропустил ни одной звёздной ночи, наблюдая за движением звёзд. Земля – не центр Вселенной, как считал Птолемей- греческий учёный. Я утверждаю, что все планеты вращаются вокруг Солнца. (показывает на макете) Земля, вращаясь вокруг Солнца, совершает полный оборот вокруг него за один год. Благодаря этому происходит смена времён года. Кроме того, земля вращается вокруг своей оси, совершая полный оборот за одни сутки. Поэтому, в течение суток на Земле день чередуется с ночью. Об этом я написал в книге: «О вращении небесных тел». Солнце и движущиеся вокруг него небесные тела составляют Солнечную систему. В Солнечную систему входят 9 планет, в том числе и Земля. Все они движутся вокруг светила по своим орбитам.

Учитель . А чем Земля отличается от других планет Солнечной системы?

Ученик. Это единственная планета, на которой есть жизнь.

Учитель. Спасибо великому учёному, разгадавшему величайшую тайну Вселенной. Так каково же значение Солнца? Мы проводили опыт с растениями. Каков результат?

Дети. Солнце даёт нашей планете необходимое количество тепла и света.

Учитель . Любим мы солнышко. Сколько поговорок сложил народ о солнце. Назовите их.

Дети . Солнце встало – всем принесло радость.

Солнце встаёт, так и день настаёт.

Солнце, как родная матушка, никогда не обидит.

Учитель. Недаром славяне поклонялись богу Солнца – Хоросу. Что вы о нём знаете?

Дети . Он жил на востоке и каждое утро разъезжал по небу на колеснице, запряжённой огнедышащими лошадьми.

Учитель. Солнце – ближайшая к Земле Звезда. Звезда – старушка. Чтобы лучше узнать о Солнце и его семье, давайте покинем наш класс и отправимся в гости к Вселенной. Вероятно, в Космосе есть и другие цивилизации. О чём мы должны помнить?

Дети. Мы не должны нарушать покой во Вселенной.

Учитель . Давайте выберем средство передвижения. Посмотрите на доску. (таблица)

От Земли до Солнца:

Бег- 4000 лет.

На автомобиле-200 лет

На самолёте-20 лет

На ракете «Светлячок»-5 секунд.

Самое длительное путешествие начинается с первого шага. Сделаем его. Наденем наши скафандры. 5,4,3,2,1….. Закрыли глаза. Мы уже в гостях у звёзд. (звучит музыка, танцуют девочки-звёзды, учитель читает стихотворение С.Есенина).

Третий слайд.

ЗВЕЗДЫ С.Есенин

Звездочки ясные, звезды высокие!

Что вы храните в себе, что скрываете?

Звезды, таящие мысли глубокие,

Силой какою вы душу пленяете?

Частые звездочки, звездочки тесные!

Что в вас прекрасного, что в вас могучего?

Чем увлекаете, звезды небесные,

Силу великую знания жгучего?

И почему так, когда вы сияете,

Маните в небо, в объятья широкие?

Смотрите нежно так, сердце ласкаете,

Звезды небесные, звезды далекие!

Выступают звёзды:

1. 
   Считают, что человек стал человеком, когда взглянул на звёздное небо и удивился…
2. 
   Звёзды бывают самые разные: великаны и лилипуты, голубые и жёлтые, очень горячие и более холодные.
3. 
   Голубые и белые звёзды самые горячие.
4. 
   Жёлтые звёзды – тёплые.
5. 
   А оранжевые и красные – наиболее холодные. Но даже самые холодные звёзды горячее любого раскаленного металла.

1. 
   Нашу семью возглавляет Солнце. Это громаднейший раскалённый шар. Если представить, что Солнце – арбуз, то рядом с ним Земля будет выглядеть как ягода смородина.
2. 
   Если представить, что можно сделать гигантские весы и на одну их чашу положить Солнце, то на другую чашу нужно положить 330 тысяч таких планет, как Земля. (дети показывают картинки).

Пятый слайд.

Учитель. Внимание, ребята, «Чёрная дыра». А что такое «Чёрная дыра»?

Дети . Отверстие во Вселенной, в Космосе.

Учитель . Это область пространства времени, ни один объект не может выбраться из неё. Но если мы решим космические задачи, то может нам это удастся.

Блиц-опрос.

Шестой слайд.

Седьмой слайд.

Как назывался его корабль? (Восток)

Восьмой слайд.

Кто первым вышел в открытый космос? (Леонов)

Девятый слайд.

Первая собака – космонавт. (Лайка)

Десятый слайд.

Кто построил первый космический корабль? (Королёв)

Учитель. Опасность миновала. Пора знакомится со звёздной семьёй.

Одиннадцатый слайд.

Перед нами парад планет. Какая самая близкая к Солнцу планета? Хотите, я вам расскажу сказку об этой планете.

Меркурию не повезло. Он родился близко от Солнца. Он летал, летал вокруг Солнца, а Солнце жарило и жарило его своими горячими лучами. Меркурий плакал, но слёзы его в виде облаков сразу высыхали от жары. И тогда Меркурий стал просить другие планеты: «Эй, кто- нибудь, заберите от меня этот жар, я же не могу в такую жару родить жизнь». И тогда отозвались Земля, Венера, Марс. Они сказали Меркурию: «Давай нам свой жар». Но детки, которые родятся у нас, будут считать тебя своим папой. Так и получилось. Детки на нашей Земле, у кого папа Меркурий, горячие, подвижные, непоседливые, крутятся, как будто у них солнышко за пазухой. Есть у нас такие детки в классе?

Итак, парад планет. (У детей в руках макеты планет, на обратной стороне макета написан адрес планеты во Вселенной)

Двенадцатый слайд.

Меркурий. Я – самая близкая планета к Солнцу. Меньше Земли. У меня твёрдая, каменная поверхность. Я – непоседа, очень быстро двигаюсь вокруг Солнца, в три раза быстрее, чем Земля. Днём на мне жарко, а ночью ужасный холод. У меня слабая атмосфера. Спутников нет. Мой адрес:

Куда: Вселенная

Город Галактика

Район Солнечная система

Первая Кольцевая улица

Тринадцатый слайд.

Венера. Вторая от Солнца планета – Венера. Поверхность на ней каменистая. У этой планеты есть плотная атмосфера, но она состоит из углекислого газа, которым ни люди, ни животные дышать не могут. На Венере невыносимая жара, 500 градусов. Спутников нет. На небе эта планета видна, как самая яркая звёздочка голубоватого цвета. Очень красивая и привлекательная. Мой адрес:

КУДА: Вселенная

Город Галактика

Район Солнечная система

Вторая Кольцевая улица

Четырнадцатый слайд.

Земля. Я – Земля. Я рада приветствовать вас, дети мои. А что вы знаете обо мне?

Учитель. Дорогая наша планета, тебя приветствует второй класс Красноэховской школы. Мы любим тебя и хотим спеть о тебе песню. (дети поют песню «Шесть континентов». Мальчик выступает в роли учителя. Запевает. Дети поют припев.)

Пятнадцатый слайд.

Марс. Марс – четвёртая планета. Она вдвое меньше Земли. Год на Марсе длится в два раза больше земного. У Марса есть атмосфера, но состоит она из углекислого газа. Поверхность Марса покрыта оранжево-красной пылью, которая позволяет увидеть планету, как красивую звезду. Солнце греет хуже. Лето холоднее, чем на Земле, а зима – суровее. Два спутника: Фобос(страх) и Деймос(ужас). Мой адрес в Солнечной системе:

Куда: Вселенная

Город Галактика

Район Солнечная система

Четвёртая Кольцевая улица

Шестнадцатый слайд.

Юпитер. Пятая от Солнца планета – Юпитер. Это громадный шар, состоящий из жидкого водорода, самого лёгкого газа на свете, но его так много, что эта планета самая тяжёлая планета изо всех. Спутников – шестнадцать. От Солнца планета далеко, поэтому там царит вечная зима.

Мой адрес:

Куда: Вселенная

город Галактика

Район Солнечная система

Пятая Кольцевая улица

Семнадцатый слайд.

Сатурн . Шестая планета – огромный Сатурн. Он расположен далеко от Солнца, поэтому температура его очень низкая. Сатурн – газовая планета. Это планета желтоватого цвета. Её окружают удивительные кольца, состоящие из ледяных глыб и камней. Спутников 17.

Мой адрес:

Куда: Вселенная

Город Галактика

Район Солнечная Система

Шестая кольцевая улица

Восемнадцатый слайд.

Уран. Уран расположен за Сатурном. Эта планета вращается лёжа на боку. Потому к Солнцу обращён то один, то другой бок. Размер этой планеты гораздо больше Земли. И она тоже состоит из газов. Удалённость от Солнца не позволяет нагреть эту планету. Спутников- 11. Мой адрес:

Куда: Вселенная

Город Галактика

Район Солнечная Система

Восьмая Кольцевая улица

Девятнадцатый слайд.

Нептун. Нептун- восьмая от Солнца планета. Она кажется тёмно-голубой, потому что тоже состоит из газа метана, который горит в наших плитах. Вокруг планеты в разные стороны движутся облака. Спутников- 8. Мой адрес:

Куда: Вселенная

Город Галактика

Район Солнечная Система

Восьмая Кольцевая улица

Двадцатый слайд.

Плутон.

Плутон- самая маленькая планета Солнечной системы.

Мой адрес:

Куда: Вселенная

Город Галактика

Район Солнечная Система

Девятая Кольцевая улица

Учитель . Закончился парад планет. Пора домой. Земля вызывает. Какой вывод мы сделаем для себя?

Дети. 1.Ах, как часто, глядя в поднебесье,

Мы мечтаем покорить пространство.

И, как юным астронавтам, в одночасье

На других планетах оказаться.

2 . Удивляться их могуществу, величью,

Раскрывать секрет небесной выси.

И, конечно же, ловить себя на мысли:

Им с Землёю нашей не сравниться!

Учитель. С какими богатствами мы вернёмся на Землю?

(на доске большой конверт для тестов- звёзд, творческие проекты детей )

Дети : Мы увозим с собой звёздные знания.

И в конце нашего путешествия звёзды устроили вам шествие созвездий. (Дети читают на карточках, положенных перед уроком на парты):

Созвездия:

Снег январский на дороге, Солнце светит в Козергоге.

В феврале день подлиннее, Солнце светит в Водолее.

В марте много снежных глыб, Солнце где-то среди Рыб.

В мае Солнышко в Тельце , жди веснушек на лице.

В июне Солнце в Близнецах , фанту дети пьют в кустах.

В июле к Раку ходит Солнце, луч блестит в твоём оконце.

Август школы открывает, Лев за Солнце убегает.

За окном засентябрит, Дева Солнце пригласит.

В октябре по мненью сов, Солнце светит из Весов .

В ноябре на небосклоне сияет Солнце в Скорпионе.

В декабре, как сорванец, за Солнце прячется Стрелец.

Учитель. А какое созвездие знают даже маленькие дети?

Дети. Большая и Малая Медведица.(на стене созвездие)

Учитель . А какую звезду знают все на свете?

Дети . Полярную.

Учитель. Во время полёта проведём блиц- опрос. 5,4,3,2,1…

1. 
   Самая большая планета. Юпитер.
2. 
   Самая маленькая. Плутон.
3. 
   У этой планеты 17 спутников. Сатурн.
4. 
   Огромное раскалённое космическое тело. Солнце.
5. 
   Самая близкая к Солнцу планета. Меркурий.
6. 
   Бирюзово- синий газовый шар. Нептун .
7. 
   Эта планета вращается вокруг Солнца лёжа на боку. Уран.
8. 
   Светящиеся газовые шары, подобные Солнцу. Звёзды.
9. 
   Величина этой планеты равна величине Земли. Венера.
10. 
    Учёные считают, что на этой планете есть жизнь. Марс.
11. 
    Спутник Земли. Луна.
12. 
    Наука о космических телах. Астрономия.

Дети . Здравствуй, планета, здравствуй, земля.

Отныне мы дети твои и друзья.

Отныне мы вместе большая семья.

Мы дети твои, планета Земля!

Учитель. Ну и пора подвести итог нашей научной экспедиции. Рефлексия.

(Поём песню «В нашей Солнечной Системе»).Двадцать первый слайд.

Давайте сегодняшний день в нашем классе будет ежегодно отмечаться как День Земли.

На протяжении всей истории науки в круг интересов землеведения входили разработки представлений об окружающем человека мире - планете Земля, Солнечной системе, Вселенной. Первой математически обоснованной моделью мироздания была геоцентрическая система К.Птолемея (165-87 гг. до н.э.), которая правильно для того времени отображала доступную для непосредственного наблюдения часть мира. Только через 1500 лет утвердилась гелиоцентрическая модель Солнечной системы Н. Коперника (1473-1543).

Успехи физической теории и астрономии конца XIX в. и появление первых оптических телескопов привели к созданию представлений о неизменной Вселенной. Разработка теории относительности и ее приложение к решению космологических парадоксов (гравитационного, фотометрического) создали релятивистскую теорию Вселенной, которая первоначально была представлена А. Эйнштейном как статическая модель. В 1922-1924 гт. А.А. Фридманом были получены решения уравнений общей теории относительности для вещества, равномерно заполняющего все пространство (модель однородной изотропной Вселенной), которые показали нестационарность Вселенной - она должна расширяться или сжиматься. В 1929 г. Э.Хаббл обнаружил расширение Вселенной, опровергнув представление о ее незыблемости. Теоретические результаты А.А.Фридмана и Э.Хаббла позволили ввести понятие «начала» в эволюцию Вселенной и объяснить ее структуру.

В 1946-1948 гг. Г. Гамов разработал теорию «горячей» Вселенной, согласно которой в начале эволюции вещество Вселенной имело температуру и плотность, недостижимые экспериментально. В 1965 г. было открыто реликтовое микроволновое фоновое излучение, имевшее изначально очень высокую температуру, что экспериментально подтвердило теорию Г. Гамова.

Так расширялись наши представления о мире в пространственном и временном отношении. Если в течение длительного времени Вселенная рассматривалась как среда, включающая небесные тела различного ранга, то согласно современным представлениям, Вселенная - это упорядоченная система, развивающаяся однонаправленно. Наряду с этим возникло допущение, что Вселенная не обязательно исчерпывает понятие материального мира и возможно существуют другие Вселенные, где не обязательно действуют известные законы мироздания.

Вселенная

Вселенная - это окружающий нас материальный мир, безграничный во времени и пространстве. Границы Вселенной скорее всего будут раздвигаться по мере появления новых возможностей непосредственного наблюдения, т.е. они относительны для каждого момента времени.

Вселенная является одним из конкретно-научных объектов экспериментального исследования. Предполагается, что фундаментальные законы естествознания верны для всей Вселенной.

Состояние Вселенной . Вселенная - это нестационарный объект, состояние которого зависит от времени. Согласно господствующей теории, в настоящее время Вселенная расширяется: большинство галактик (за исключением ближайших к нашей) удаляются от нас и друг относительно друга. Скорость удаления (разбегания) тем больше, чем дальше находится галактика - источник излучения. Эта зависимость описывается уравнением Хаббла:

где v - скорость удаления, км/с; R - расстояние до галактики, св. год; Н - коэффициент пропорциональности, или постоянная Хаббла, Н= 15×10 -6 км/(с×св. год). Установлено, что скорость разбегания возрастает.

Одним из доказательств расширения Вселенной служит «красное смещение спектральных линий» (эффект Доплера): спектральные линии поглощения в удаляющихся от наблюдателя объектах всегда смещаются в сторону длинных (красных) волн спектра, а приближающихся - коротких (голубых).

Спектральным линиям поглощения от всех галактик присуще смещение в красную сторону, а значит, имеет место расширение.

Плотность вещества Вселенной. Распределение плотности вещества в отдельных частях Вселенной различается более чем на 30 порядков. Самая высокая плотность, если не принимать во внимание микромир (например, атомное ядро), присуща нейтронным звездам (около 10 14 г/см 3), самая низкая (10 -24 г/см 3) - Галактике в целом. По данным Ф.Ю.Зигеля, нормальная плотность межзвездного вещества в пересчете на атомы водорода составляет одну молекулу (2 атома) в 10 см 3 , в уплотненных облаках - туманностях она достигает нескольких тысяч молекул. Если концентрация превышает 20 атомов водорода в 1 см 3 , то начинается процесс сближения, перерастающий в аккрецию (слипание).

Вещественный состав. Из общей массы вещества Вселенной только около 1/10 является видимым (светящимся), остальные 9/10 - невидимое (несветящееся) вещество. Видимое вещество, о составе которого можно уверенно судить по характеру спектра излучения, представлено в основном водородом (80-70%) и гелием (20-30%). Других химических элементов в светящейся массе вещества настолько мало, что ими можно пренебречь. Во Вселенной не обнаружено значительного количества антивещества, за исключением малой доли антипротонов в космических лучах.

Вселенная заполнена электромагнитным излучением, которое называют реликтовым, т.е. оставшимся от ранних стадий эволюции Вселенной.

Однородность, изотропность и структурность. Вглобальном масштабе Вселенная считается изотропной и однородной. Признаком изотропности, т.е. независимости свойств объектов от направления в пространстве, является равномерность распределения реликтового излучения. Самые точные современные измерения не обнаружили отклонений в интенсивности этого излучения в разных направлениях и в зависимости от времени суток, что одновременно свидетельствует о большой однородности Вселенной.

Другой особенностью Вселенной является неоднородность и структурность (дискретность) в малом масштабе. В глобальном масштабе в сотни мегапарсек вещество Вселенной можно рассматривать как однородную непрерывную среду, частицами которой являются галактики и даже скопления галактик. При более детальном рассмотрении отмечается структурированность Вселенной. Структурными элементами Вселенной являются космические тела, прежде всего звезды, образующие звездные системы разного ранга: галактика - скопление галактик - Метагалактика, Для них характерны локализация в пространстве, движение вокруг общего центра, определенная морфология и иерархия.

Галактика Млечного Пути состоит из 10 11 звезд и межзвездной среды. Она принадлежит к спиралевидным системам, которые имеют плоскость симметрии (плоскость диска) и ось симметрии (ось вращения). Сплюснутость диска Галактики, наблюдаемая визуально, свидетельствует о значительной скорости ее вращения вокруг оси. Абсолютная линейная скорость ее объектов постоянна и равна 220-250 км/с (возможно, что она возрастает для очень удаленных от центра объектов). Период вращения Солнца вокруг центра Галактики составляет 160-200 млн лет (в среднем 180 млн лет) и называется галактическим годом.

Эволюция Вселенной. В соответствии с моделью расширяющейся Вселенной, разработанной А.А.Фридманом на основании общей теории относительности А. Эйнштейна, установлено, что:

1) в начале эволюции Вселенная пережила состояние космологической сингулярности, когда плотность ее вещества равнялась бесконечности, а температура превосходила 10 28 К (при плотности свыше 10 93 г/см 3 вещество обладает неизученными квантовыми свойствами пространства-времени и тяготения);

2) вещество, находящееся в сингулярном состоянии, подверглось внезапному расширению, которое можно сравнить со взрывом («Большой взрыв»);

3) в условиях нестационарности расширяющейся Вселенной плотность и температура вещества убывают во времени, т.е. в процессе эволюции;

4) при температуре порядка 10 9 К осуществлялся нуклеосинтез, в результате которого произошла химическая дифференциация вещества и возникла химическая структура Вселенной;

5) исходя из этого Вселенная не могла существовать вечно и ее возраст определяют от 13 до 18 млрд лет.

Солнечная система

Солнечная система - это Солнце и совокупность небесных тел: 9 планет и их спутники (на 2002 г. их число составило 100), множество астероидов, комет и метеоров, которые вращаются вокруг Солнца или заходят (как кометы) в Солнечную систему. Основные сведения об объектах Солнечной системы содержат рис. 3.1 и табл. 3.1.

Таблица 3.1. Некоторые физические параметры планет Солнечной системы

Солнце представляет собой раскаленный газовый шар, в составе которого обнаружено около 60 химических элементов (табл. 3.2). Солнце вращается вокруг своей оси в плоскости, наклоненной под углом 7°15" к плоскости земной орбиты. Скорость вращения поверхностных слоев Солнца различна: на экваторе период обращения равен 25,05 суток, на широте 30° - 26,41 суток, в полярных областях - 36 суток. Источником энергии Солнца являются ядерные реакции, преобразующие водород в гелий. Количество водорода обеспечит сохранение его светимости на десятки миллиардов лет. На Землю поступает всего одна двухмиллиардная часть солнечной энергии.

Солнце имеет оболочечное строение (рис. 3.2). В центре выделяют ядро с радиусом примерно 1/3 солнечного, давлением 250 млрд атм, температурой более 15 млн К и плотностью 1,5×10 5 кг/м 3 (в 150 раз больше плотности воды). В ядре генерируется почти вся энергия Солнца, которая передается через зону излучения, где свет многократно поглощается веществом и излучается вновь. Выше располагается зона конвекции (перемешивания), в которой вещество приходит в движение вследствие неравномерности переноса тепла (процесс, аналогичный переносу энергии в кипящем чайнике). Видимая поверхность Солнца образована его атмосферой. Ее нижняя часть мощностью около 300 км, излучающая основную часть радиации, называется фотосферой. Это самое «холодное» место на Солнце с температурой, уменьшающейся от 6000 до 4500 К в верхних слоях. Фотосфера образована гранулами диаметром 1000- 2000км, расстояние между которыми от 300 до 600 км. Гранулы создают общий фон для различных солнечных образований - протуберанцев, факелов, пятен. Над фотосферой до высоты 14 тыс. км располагается хромосфера. Во время полных лунных затмений она видна как розовый нимб, окружающий темный диск. Температура в хромосфере увеличивается и в верхних слоях достигает нескольких десятков тысяч градусов. Самая внешняя и самая разреженная часть солнечной атмосферы - солнечная корона - простирается на расстояния в несколько десятков солнечных радиусов. Температура здесь превышает 1 млн град.

Таблица 3.2. Химический состав Солнца и планет земной группы, % (по А. А. Маракушеву, 1999)

Рис. 3.2. Строение Солнца

Планеты Солнечной системы подразделяют на две группы: внутренние, или планеты земной группы - Меркурий, Венера, Земля, Марс, и внешние, или планеты-гиганты - Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и Плутон. Предполагаемый вещественный состав планет показан на рис. 3.3.

Планеты земной группы. Внутренние планеты имеют относительно небольшие размеры, высокую плотность и внутреннюю дифференциацию вещества. Их отличает повышенная концентрация углерода, азота и кислорода, недостаток водорода и гелия. Для планет земной группы характерна тектоническая асимметрия: структура коры северных полушарий планет отличается от южных.

Меркурий - самая близкая к Солнцу планета. Среди планет Солнечной системы ее отличает самая вытянутая эллиптическая орбита. Температура на освещенной стороне составляет 325-437°С, на ночной - от -123 до -185°С. Американский космический корабль «Маринер-10» в 1974 г. обнаружил на Меркурии разреженную атмосферу (давление 10 -11 атм), состоящую из гелия и водорода в соотношении 50:1. Магнитное поле Меркурия в 100 раз слабее земного, что в значительной степени связано с медленным вращением планеты вокруг своей оси. Поверхность Меркурия имеет много общего с поверхностью Луны, но преобладает материковый рельеф. Наряду с похожими на лунные кратерами разных размеров отмечены отсутствующие на Луне эскарпы - обрывы, высотой 2-3 км и протяженностью в сотни и тысячи километров.

Рис. 3.3. Строение и предполагаемый вещественный состав планет (по Г. В.Войткевичу): а - земной группы: 1, 2, 3 - силикатное, металлическое, сульфидметаллическое вещества соответственно; б - гигантов: 1 - молекулярный водород; 2 - металлический водород; 3 - водяной лед; 4 - ядро, сложенное каменным или железокаменным материалом

Масса Меркурия составляет 1/18 массы Земли. Несмотря на небольшие размеры, Меркурий имеет необычайно высокую плотность (5,42 г/см 3), близкую к плотности Земли. Высокая плотность указывает на наличие горячего, и вероятно, расплавленного, металлического ядра, на которое приходится около 62% массы планеты. Ядро окружено силикатной оболочкой мощностью около 600 км. О химическом составе поверхностных пород и недр Меркурия можно судить лишь по косвенным данным. Отражательная способность меркурианского реголита свидетельствует о том, что он состоит из тех же пород, которые слагают лунный грунт.

Венера оборачивается вокруг своей оси еще медленнее (за 244 земных дня), чем Меркурий, причем в обратном направлении, поэтому Солнце на Венере восходит на западе и заходит на востоке. Масса Венеры составляет 81% земной массы. Вес предметов на Венере только на 10% меньше их веса на Земле. Полагают, что кора планеты маломощная (15-20 км) и ее основная часть представлена силикатами, сменяющимися на глубине 3224 км железным ядром. Рельеф планеты расчлененный - горные цепи высотой до 8 км чередуются с кратерами диаметром в десятки километров (максимально до 160 км) и глубиной до 0,5 км. Обширные выровненные пространства покрыты каменистыми россыпями остроугольных обломков. Вблизи экватора обнаружена гигантская линейная впадина длиной до 1500 км и шириной 150 км при глубине до 2 км. Венера не имеет дипольного магнитного поля, что объясняют ее высокой температурой. На поверхности планеты температура равна (468+7)°С, а на глубине, очевидно, - 700-800°С.

Для Венеры характерна очень плотная атмосфера. На поверхности атмосферное давление составляет не менее 90-100 атм, что соответствует давлению земных морей на глубине 1000 м. По химическому составу атмосфера состоит в основном из диоксида углерода с примесью азота, водяных паров, кислорода, серной кислоты, хлористого и фтористого водорода. Считают, что атмосфера Венеры примерно соответствует земной на ранних этапах ее становления (3,8-3,3 млрд лет назад). Облачный слой атмосферы простирается с высоты 35 км до 70 км. Нижний ярус облаков на 75-80% состоит из серной кислоты, кроме того, присутствуют плавиковая и соляная кислоты. Находясь на 50 млн км ближе Земли к Солнцу, Венера получает в два раза больше тепла, чем наша планета - 3,6 кал/(см 2 ×мин). Эту энергию аккумулирует углекислая атмосфера, обусловливающая огромный парниковый эффект и высокие температуры венерианской поверхности - горячей и, по-видимому, сухой. Космическая информация свидетельствует о своеобразном свечении Венеры, что, вероятно, объясняется высокими температурами поверхностных пород.

Для Венеры характерна сложная динамика облаков. Вероятно, на высоте около 40 км существуют мощные полярные вихри и сильные ветры. У поверхности планеты ветры слабее - около 3 м/с (очевидно, из-за отсутствия значительных перепадов приповерхностной температуры), что подтверждается отсутствием пыли в местах посадок спускаемых аппаратов станций «Венера». Плотная атмосфера долгое время не позволяла судить о породах венерианской поверхности. Анализ естественной радиоактивности изотопов урана, тория и калия в грунтах показал результаты, близкие к земным базальтам и частично гранитам. Поверхностные породы обладают намагниченностью.

Марс расположен на 75 млн км дальше от Солнца, чем Земля, поэтому марсианские сутки длиннее земных, а солнечной энергии к нему поступает в 2,3 раза меньше по сравнению с Землей. Период обращения вокруг оси почти как у Земли. Наклон оси к плоскости орбиты обеспечивает смену сезонов года и наличие «климатических» поясов - жаркого экваториального, двух умеренных и двух полярных. В связи с малым количеством поступающей солнечной энергии контрасты тепловых поясов и сезонов года выражены слабее земных.

Плотность атмосферы Марса в 130 раз меньше, чем Земли и равна всего 0,01 атм. В состав атмосферы входят диоксид углерода, азот, аргон, кислород, пары воды. Суточные колебания температуры превышают 100°С: на экваторе днем - около 10-20°, а на полюсах - ниже -100°С. Большие различия температуры наблюдаются между дневной и ночной сторонами планеты: от 10-30 до -120°С. На высоте около 40 км Марс окружен озоновым слоем. Для Марса отмечено слабое дипольное магнитное поле (на экваторе оно в 500 раз слабее земного).

Поверхность планеты изрыта многочисленными кратерами вулканического и метеоритного происхождения. Перепады высот в среднем составляют 12-14 км, но огромная кальдера вулкана «Никс Олимпикс» (Снега Олимпа) поднимается на 24 км. Диаметр ее основания равен 500 км, а кратера - 65 км. Некоторые вулканы являются действующими. Особенность планеты - наличие огромных тектонических трещин (например, каньон Маринер длиной 4000 км и шириной 2000 км при глубине до 6 км), напоминающих земные грабены и морфоскульптуры, соответствующие речным долинам.

На снимках Марса видны участки, имеющие светлую окраску («материковые» районы, сложенные, очевидно, гранитами), желтый цвет («морские» районы, сложенные, очевидно, базальтами) и белоснежный облик (ледниковые полярные шапки). Наблюдения за полярными районами планеты установили изменчивость очертаний ледяных массивов. По предположениям ученых, ледниковые полярные шапки сложены замерзшим диоксидом углерода и, возможно, водяным льдом. Красноватый цвет поверхности Марса обусловлен, вероятно, гематитизацией и лимонитизацией (окислением железа) горных пород, которые возможны при наличии воды и кислорода. Очевидно, они поступают изнутри при прогревании поверхности в дневное время или с газовыми эксгаляциями, которые растапливают мерзлоту.

Исследование горных пород показало следующее соотношение химических элементов (%): кремнезем - 13-15, оксиды железа - 12-16, кальций - 3-8, алюминий - 2-7, магний - 5, сера - 3, а также калий, титан, фосфор, хром, никель, ванадий. Грунт Марса по составу сходен с некоторыми земными вулканическими породами, но обогащен соединениями железа и обеднен кремнеземом. Органических образований на поверхности не обнаружено. В приповерхностных слоях планеты (с глубины 50 см) грунты скованы вечной мерзлотой, простирающейся вглубь до 1 км. В недрах планеты температура достигает 800-1500°С. Предполагают, что на небольшой глубине температура должна составлять 15-25°С, а вода может находиться в жидком состоянии. В этих условиях могут существовать простейшие живые организмы, следы жизнедеятельности которых пока не найдены.

Марс обладает двумя спутниками - Фобосом (27х21х19 км) и Деймосом (15x12x11 км), которые, очевидно, являются осколками астероидов. Орбита первого проходит в 5000 км от планеты, второго - в 20 000 км.

В табл. 3.2 показан химический состав планет земной группы. Из таблицы видно, что для Меркурия характерны самые высокие концентрации железа и никеля и самые низкие кремния и магния.

Планеты-гиганты. Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун заметно отличаются от планет земной группы. В планетах-гигантах, особенно в ближайших к Солнцу, сосредоточен полный момент количества движения Солнечной системы (в единицах Земли): Нептун - 95, Уран - 64, Сатурн - 294, Юпитер - 725. Удаленность этих планет от Солнца позволила им сохранить значительное количество первичного водорода и гелия, потерянных планетами земной группы под воздействием «солнечного ветра» и из-за недостаточности собственных гравитационных сил. Хотя плотность вещества внешних планет невелика (0,7-1,8 г/см 3), объемы и массы их огромны.

Самой крупной планетой является Юпитер, по объему в 1300 раз, а по массе более чем в 318 раз превосходящий Землю. За ним следует Сатурн, масса которого в 95 раз превышает массу Земли. В этих планетах сосредоточено 92,5% массы всех планет Солнечной системы (71,2% у Юпитера и 21,3% у Сатурна). Замыкают группу внешних планет два близнеца-гиганта - Уран и Нептун. Важной особенностью является наличие у этих планет каменных спутников, что, вероятно, свидетельствует об их внешнем космическом происхождении и не связано с дифференциацией вещества самих планет, сформированных сгущениями преимущественно в газообразном состоянии. Многие исследователи считают, что центральные части этих планет твердые.

Юпитер с характерными пятнами и полосами на поверхности, которые параллельны экватору и имеют изменчивые очертания, является самой доступной для исследования планетой. Масса Юпитера лишь на два порядка меньше солнечной. Ось почти перпендикулярна к плоскости орбиты.

Юпитер обладает мощной атмосферой и сильным магнитным полем (в 10 раз сильнее земного), что определяет наличие вокруг планеты мощных радиационных поясов из протонов и электронов, захваченных магнитным полем Юпитера из «солнечного ветра». Атмосфера Юпитера, кроме молекулярного водорода и гелия, содержит разнообразные примеси (метан, аммиак, окиси углерода, пары воды, молекулы фосфина, цианистого водорода и др.). Присутствие этих веществ, возможно, является следствием ассимиляции разнородного материала из Космоса. Расслоенная водородно-гелиевая масса достигает мощности 4000 км и, вследствие неравномерного распределения примесей, образует полосы и пятна.

Огромная масса Юпитера предполагает наличие мощного жидкого или полужидкого ядра астеносферного типа, которое может быть источником вулканизма. Последнее, по всей вероятности, объясняет существование Большого Красного Пятна, наблюдения за которым ведутся с XVII в. При наличии полужидкого или твердого тела-ядра на планете должен быть сильный парниковый эффект.

По мнению некоторых ученых, Юпитер выполняет в Солнечной системе роль своеобразного «пылесоса» - его мощное магнитно-гравитационное поле перехватывает блуждающие во Вселенной кометы, астероиды и другие тела. Наглядным примером явился захват и падение на Юпитер кометы «Шумейкер-Леви-9» в 1994 г. Сила притяжения оказалась настолько большой, что комета раскололась на отдельные обломки, которые со скоростью свыше 200 тыс. км/ч врезались в атмосферу Юпитера. Каждый взрыв достигал мощности в миллионы мегатонн, а наблюдатели с Земли видели пятна взрывов и расходящиеся волны возбужденной атмосферы.

На начало 2003 г. число спутников Юпитера достигло 48, треть из которых имеет собственные имена. Для многих из них характерно обратное вращение и малые размеры - от 2 до 4 км. Четыре самых крупных спутника - Ганимед, Каллисто, Ио, Европа - носят название Галилеевых. Спутники сложены твердым каменным материалом, видимо, силикатного состава. На них обнаружены действующие вулканы, следы льда и, возможно, жидкостей, в том числе воды.

Сатурн, «окольцованная» планета, представляет не меньший интерес. Его средняя плотность, рассчитанная по видимому радиусу, очень низкая - 0,69 г/см 3 (без атмосферы - около 5,85 г/см 3). Мощность атмосферного слоя оценивается в 37-40 тыс. км. Отличительной особенностью Сатурна является кольцо, расположенное выше облачного слоя атмосферы. Его диаметр составляет 274 тыс. км, что почти вдвое больше диаметра планеты, мощность - около 2 км. По наблюдениям с космических станций установлено, что кольцо состоит из ряда мелких колец, находящихся на разном расстоянии друг от друга. Вещество колец представлено твердыми обломками, очевидно, силикатных пород и ледяных глыб размером от пылинки до нескольких метров. Атмосферное давление на Сатурне в 1,5 раза больше земного, а средняя температура поверхности около -180°С. Магнитное поле планеты по напряженности почти вдвое меньше земного, а его полярность противоположна полярности земного поля.

Вблизи Сатурна обнаружено 30 спутников (по состоянию на 2002 г.). Самый далекий из них - Феба (диаметр ПО км) находится в 13 млн км от планеты и оборачивается вокруг нее за 550 дней. Самый близкий - Мимас (диаметр 195 км) располагается в 185,4 тыс. км и совершает полный оборот за 2266 час. Загадкой является присутствие углеводородов на спутниках Сатурна, а возможно, и на самой планете.

Уран. Ось вращения Урана расположена почти в плоскости орбиты. Планета обладает магнитным полем, полярность которого противоположна земной, а напряженность меньше земной.

В плотной атмосфере Урана, мощность которой 8500 км, обнаружены кольцевые образования, пятна, вихри, струйные течения, что свидетельствует о неспокойной циркуляции воздушных масс. Направления ветров в основном совпадают с вращением планеты, но в высоких широтах их скорость увеличивается. Зеленовато-голубой цвет холодной атмосферы Урана может быть обусловлен наличием радикалов [ОН - ]. Содержание гелия в атмосфере достигает 15%, в нижних слоях обнаружены метановые облака.

Вокруг планеты обнаружены 10 колец шириной от нескольких сотен метров до нескольких километров, состоящих из частиц около 1 м в диаметре. Внутри колец движутся каменные глыбы неправильной формы и диаметром 16-24 км, названные спутниками-«пастухами» (вероятно, это астероиды).

Среди 20 спутников Урана пять выделяются значительными размерами (от 1580 до 470 км в диаметре), остальные - менее 100 км. Все они похожи на астероиды, захваченные гравитационным полем Урана. На шаровидной поверхности некоторых из них замечены гигантские линейные полосы - трещины, возможно, следы скользящих ударов метеоритов.

Нептун - самая удаленная от Солнца планета. Облака атмосферы образованы в основном метаном. В верхних слоях атмосферы наблюдаются потоки ветра, несущегося со сверхзвуковой скоростью. Это означает существование в атмосфере градиентов температуры и давления, вызванных, видимо, внутренним разогревом планеты.

Нептун имеет 8 каменных спутников, три из которых значительных размеров: Тритон (диаметр 2700 км), Нерида (340 км) и Протей (400 км), остальные меньше - от 50 до 190 км.

Плутон - самая дальняя из планет, открыта в 1930 г., не принадлежит к планетам-гигантам. Его масса в 10 раз меньше земной.

Быстро вращаясь вокруг оси, Плутон имеет сильно вытянутую эллиптическую орбиту, и потому с 1969 по 2009 г. он будет находиться ближе к Солнцу, чем Нептун. Этот факт может быть дополнительным доказательством его «непланетной» природы. Вполне вероятно, что Плутон принадлежит к телам из пояса Койпера, открытого в 90-х годах XX в., который является аналогом пояса астероидов, но за орбитой Нептуна. В настоящее время обнаружено около 40 таких тел диаметром от 100 до 500 км, очень тусклых и почти черных, с альбедо 0,01 - 0,02 (у Луны альбедо - 0,05). Плутон, возможно, одно из них. Поверхность планеты, очевидно, ледяная. У Плутона есть единственный спутник Харон диаметром 1190 км, с орбитой, проходящей в 19 тыс. км от него и периодом обращения 6,4 земных суток.

По характеру движения планеты Плутон исследователи предполагают наличие еще одной крайне удаленной и малой (десятой) планеты. В конце 1996 г. появилось сообщение о том, что астрономы из Гавайской обсерватории открыли состоящее из ледяных глыб небесное тело, которое вращается на околосолнечной орбите за пределами Плутона. Эта малая планета пока не имеет названия и зарегистрирована под номером 1996TL66.

Луна - спутник Земли, вращающийся от нее на расстоянии 384 тыс. км, чьи размеры и строение приближают его к планетам. Периоды осевого и сидерического вращения вокруг Земли почти равны (см. табл. 3.1), из-за чего Луна обращена к нам всегда одной стороной. Вид Луны для земного наблюдателя постоянно меняется в соответствии с ее фазами - новолуние, первая четверть, полнолуние, последняя четверть. Период полной смены лунных фаз называется синодическим месяцем, который в среднем равен 29,53 земных суток. Он не совпадает с сидерическим (звездным) месяцем, составляющим 27,32 суток, за который Луна делает полный оборот вокруг Земли и одновременно - оборот вокруг своей оси по отношению к Солнцу. В новолуние Луна находится между Землей и Солнцем и не видна с Земли. В полнолуние Земля находится между Луной и Солнцем и Луна видна как полный диск. С позициями Солнца, Земли и Луны связаны солнечные и лунные затмения - положения светил, при которых тень, отбрасываемая Луной, падает на поверхность Земли (солнечное затмение), или тень, отбрасываемая Землей, падает на поверхность Луны (лунное затмение).

Лунная поверхность представляет собой чередование темных участков - «морей», соответствующих плоским равнинам, и светлых участков - «материков», образованных возвышенностями. Перепады высот достигают 12-13 км, самые высокие вершины (до 8 км) расположены у Южного полюса. Многочисленные кратеры размером от нескольких метров до сотен километров имеют метеоритное или вулканическое происхождение (в кратере Альфонс в 1958 г. было обнаружено свечение центральной горки и выделение углерода). Интенсивные вулканические процессы, свойственные Луне на ранних этапах развития, сейчас ослаблены.

Образцы верхнего слоя лунного грунта - реголита, взятые советскими космическими аппаратами и американскими астронавтами, показали, что на поверхность Луны выходят магматические породы основного состава - базальты и анортозиты. Первые характерны для «морей», вторые - для «материков». Низкая плотность реголита (0,8-1,5 г/см 3) объясняется его большой пористостью (до 50%). Средняя плотность более темных «морских» базальтов составляет 3,9 г/см 3 , а более светлых «континентальных» анортозитов - 2,9 г/см 3 , что выше средней плотности горных пород земной коры (2,67 г/см 3). Средняя плотность пород Луны (3,34 г/см 3) ниже средней плотности пород Земли (5,52 г/см 3). Предполагают однородное строение ее недр и, по-видимому, отсутствие значительного металлического ядра. До глубины 60 км лунная кора сложена теми же породами, что и поверхность. У Луны не обнаружено собственного дипольного магнитного поля.

По химическому составу лунные породы близки к земным и характеризуются следующими показателями (%): SiO 2 - 49,1 - 46,1; MgO - 6,6-7,0; FeO - 12,1-2,5; А1 2 О 3 - 14,7-22,3; CaO -12,9- 18,3; Na 2 O - 0,6-0,7; ТiO 2 - 3,5-0,1 (первые цифры для грунта лунных «морей», вторые - для материкового грунта). Близкое сходство пород Земли и Луны может указывать на то, что оба небесных тела образовались на сравнительно небольшом расстоянии друг от друга. Луна формировалась в околоземном «спутниковом рое» примерно 4,66 млрд лет назад. Основная масса железа и легкоплавких элементов в это время уже была захвачена Землей, что, вероятно, и определило отсутствие у Луны железного ядра.

Небольшая масса позволяет Луне удерживать лишь очень разреженную атмосферу, состоящую из гелия и аргона. Атмосферное давление на Луне равно 10 -7 атм в дневное и ~10 -9 атм в ночное время. Отсутствие атмосферы определяет большие суточные колебания температуры поверхности - от -130 до 180С.

Исследование Луны началось 2 января 1959 г., когда в сторону Луны стартовала первая советская автоматическая станция «Луна-1». Первыми людьми были американские астронавты Нейл Армстронг и Эдвин Олдрин, прилунившиеся 21 июля 1969 г. на космическом корабле «Аполлон-11».

Вселенная состоит из множества космических тел: звезд, планет и их спутников, астероидов, комет, метеорного вещества, космического газа и пыли. Галактика – скопление звезд (звездная система). Метагалактика – видимая часть Вселенной (1026 м, 100 млн. св. лет, 1022 звезд).

Солнце (диаметр - 1 390 000 км, масса - 1, 99∙ 1030 кг, состав: 71 % Н, 27 % Не, 2% N, C, O и др. , температура поверхности 6000 °С)

Солнечная энергия – движущая сила всех процессов, происходящих на Земле. Солнечная активность – совокупность физических процессов, происходящих на Солнце. Циклы солнечной активности – 11, 22, 8090, 900 лет. В периоды, когда солнечная активность максимальна, активизируются рост и развитие живых организмов, увеличивается социальная напряженность и количество заболеваний и т. п.

Планеты Солнечной системы Условно делят на две группы: Планеты земной группы (Меркурий, Венера, Земля, Марс) – имеют небольшой размер, но большую массу и плотность, мало спутников. Планеты-гиганты (Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун) – отличаются большими размерами, но небольшой массой и плотностью, имеют много спутников.

Луна – спутник Земли Радиус – 1738 тыс. км, Расстояние до Земли – 384 тыс. км. Масса – 1/81 массы Земли. Температура: от -170 до +300°С. Период осевого вращения Луны – 27, 3 земных суток (сидерический месяц). Влияние Луны: Период полной смены приливы и отливы лунных фаз (новолуние, (каждые 12 ч 25 мин); первая четверть, полнолуние, солнечные и лунные последняя четверть) – 29, 5 затмения. суток (синодический месяц). Лунные сутки – 24 ч 50 мин.

Форма и размеры Земли Эволюция представлений о форме Земли: Диск (древнее время) Шар (Аристотель, III век д. н. э.) Эллипсоид (Ньютон, XVII век) Геоид (наше время)

Доказательства шарообразной формы Земли Снимки из космоса. Градусные измерения земной поверхности. Лунные затмения (тень Земли видна в виде круга). При движении высокие предметы появляются из-за горизонта постепенно. При движении по меридиану меняется вид звездного неба. При поднятии вверх дальность видимого горизонта увеличивается. Освещение высоких предметов перед восходом и после захода Солнца. Кругосветные путешествия.

Размеры Земли Экваториальный радиус - 6 378 км Полярный радиус - 6 357 км Средний радиус – 6 371 км Величина полярного сжатия – 21 км Длина экватора - 40 075 км Длина полярного меридиана - 40 008 км

Следствия шарообразной формы Земли и ее размеров Шарообразная форма приводит к возникновению географической (широтной) зональности вследствие уменьшения угла падения солнечных лучей на земную поверхность от экватора к полюсам. Размеры и форма Земли позволяют удерживать атмосферу определенного состава и гидросферу, без которых невозможна жизнь.

В Писании говорится, что «Бог… создавший Землю, образовал ее для жительства» (Исаия 45:18) . Беспристрастное исследование планеты Земля убедит каждого студента в том, что за этим простым заявлением стоит огромное, потрясающее значение.

Земля

Одного мимолетного взгляда на планету Земля будет достаточно, чтобы понять, насколько она отличается от других известных нам планет. Даже если смотреть из космоса, планета Земля резко выделяется среди остальных семи планет нашей солнечной системы. Планета Земля отличается приятными ярко-голубым и белым цветами, тогда как все остальные планеты (а также их спутники) имеют непривлекательный красный, оранжевый или тускло-серый цвета. Более того, наша планета Земля – единственная из планет, вращающихся вокруг Солнца, на которой могла бы существовать и существует жизнь в известной нам форме.

Планета Земля состоит в основном из кислорода, железа, серы, кремния, магнезия, алюминия, кальция, водорода и никеля (вместе эти вещества составляют 98 % Земли). Остальные два процента включают более сотни других элементов. В отличие от любой другой планеты, планета Земля покрыта зеленой растительностью, огромнейшими зелено-голубыми океанами, на ней содержится более миллиона островов, сотни тысяч ручьев и рек, громадные массивы Земли, которые называются континентами, горы, ледниковые покровы и пустыни, которые придают Земле эффектное разнообразие цветов и текстур. Все другие известные планеты, если не принимать во внимание происходящих на них ужасных катастроф, в основном покрыты безжизненным слоем грунта или газа, который немного изменяется только благодаря слабому движению ветра или потоков воздуха. Совершенно бесплодная поверхность большинства планет разительно отличается от нашей планеты с ее яркими цветами – оттенками зеленого, голубого и белого, ведь поверхность всех других планет имеет тускло-серый или коричневый оттенок, и, зачастую, покрыта толстым слоем атмосферы.

В буквально каждой экологической нише поверхности нашей планеты можно найти какой-то из видов жизни. Даже в озерах чрезвычайно холодной Антарктики можно найти живых существ, с трудом различимых под микроскопом. В кусочках мха и лишайника обитают крохотные бескрылые насекомые и растут растения, цветущие каждый год. Жизнь на Земле присутствует везде – от самых верхних слоев атмосферы до дна океана, от самых холодных точек полюсов до самых жарких мест экватора. До сегодняшнего дня ни на одной другой планете не было найдено доказательств существования жизни.

Планета Земля имеет огромные размеры --8000 миль (12756 км) и обладает массой в 6.6 x 10 21 тонн. Планета Земля находится на расстоянии приблизительно в 93 миллиона миль от Солнца. Если бы Земля вращалась вокруг Солнца по своей орбите длиной в 584 миллионов миль быстрее, ее орбита стала бы более длинной, и Земля отдалилась бы от Солнца на большее расстояние. А если бы она слишком далеко отошла от небольшой обитаемой зоны, все виды жизни на Земле прекратили бы свое существование. Если бы планета Земля двигалась по своей орбите медленней, она бы приблизилась к Солнцу, что также привело бы к исчезновению жизни.

Путешествие Земли вокруг солнца, которое занимает 365 дней, 6 часов, 49 минут и 9.54 секунд (звездный год), всегда происходит с точностью до одной тысячной секунды! Если бы средняя годовая температура Земли изменилась хотя бы на несколько градусов, большинство форм жизни в конце-концов погибли бы от перегрева или замерзания. Такая перемена нарушила бы водно-ледный баланс, и другие важнейшие балансы, что привело бы к катастрофическим последствиям. Если бы планета Земля вращалась по своей оси медленнее, вся жизнь со временем вымерла бы либо от замерзания ночью (из-за недостатка солнечного тепла), либо от перегрева днем (из-за жары от солнца).

Солнце

Только одна миллиардная часть энергии, ежедневно производимой Солнцем, используется нашей планетой. Солнце обеспечивают ежедневно Землю энергией, сопоставимой с более 130 триллионов лошадиных сил. Хотя, по всей вероятности, во Вселенной существует несколько сотен миллиардов галактик, и в каждой из них насчитывается около 100 миллиардов звезд, на каждый атом припадает 333 литров пространства, и это значит, что пустое пространство занимает большую часть вселенной!

Если бы Луна была более крупной, или находилась бы ближе к Земле, это привело бы к возникновению цунами, которые заливали бы долины и разрушали горы. Ученые считают, что если бы континенты находились на одном уровне, вода покрыла бы всю поверхность суши на глубину более двух километров ! Если бы Земля находилась под наклоном не в 23°, а, скажем, в 90° по отношению к Солнцу, у нас бы не было четырех времен года. А без смены времен года жизнь на земле не могла бы существовать – полюса находились бы в вечных сумерках, а испаряющаяся из океанов вода относилась бы ветром на северный и южный полюс, и замерзала там. Со временем, в полярных регионах скопились бы громадные континенты из снега и льда, а остальная часть Земли стала бы сухой пустыней. В конце концов, океаны исчезли бы с лица Земли и прекратились бы дожди. Вес накопленного льда на полюсах заставил бы планету выпучиться по линии экватора, и, в результате, вращение Земли коренным образом изменилось бы.

Чудо воды

Еще один пример, который проиллюстрирует жестокие изменения, которые могли бы наступить из-за изменений под воздействием внешних условий – это существование воды. Планета Земля – единственная известная нам планета с таким огромным скоплением воды -70% ее поверхности покрыто океанами, озерами и морями, окружающими огромные массивы суши. Лишь на немногих планетах есть вода, и она содержится там либо в форме влаги, парящей в виде пара на поверхности, либо в виде льда – но нигде нет таких огромных массивов жидкости, как на Земле.

Вода уникальна тем, что она может поглощать огромное количество тепла и это не вызывает значительных изменений ее температуры. Коэффициент теплопоглощения воды в более чем в десять раз превышает коэффициент теплопоглощения стали. На протяжении дня водные массивы Земли поглощают огромное количество тепла, и таким образом, на земле сохраняется относительно прохладная температура. Ночью вода отдает большое количество тепла, поглощенного за день, что, вместе с атмосферными эффектами, не позволяет поверхности Земли замерзнуть за ночь. Если бы на Земле не было того огромного количества воды, существовали бы намного более резкие перепады дневных и ночных температур . Многие части поверхности Земли нагревались бы днем настолько, что на них можно было бы кипятить воду, и те же самые части замерзали бы ночью настолько, что на них можно было бы замораживать воду. Так как вода является превосходным стабилизатором температуры, присутствие огромных океанов является жизненно важным условием для существования жизни на нашей планете.

Однако переизбыток воды на Земле также мог бы создать проблему. Большинство материалов расширяются при нагревании и сужаются при охлаждении. Поэтому если взять два предмета одинакового размера и состоящих из одного материала, тот предмет, который будет более холодным, будет иметь большую плотность. Возможно, это и не кажется нам проблемой, но это могло бы стать серьезной проблемой в случае с водой, если бы не одна редкая аномалия.

Вода, как и почти все другие вещества, сужается при остывании, однако в отличие от буквально всех других веществ (редкими исключениями являются также резина и сурьма), она сужается при охлаждении до 4° Цельсия, а потом – удивительным образом расширяется до момента замерзания. Если бы вода продолжала охлаждаться так же, как и все другие вещества, она становилась бы более плотной, и, в результате, опускалась бы на дно океана. Более того, превращаясь в лед, вода также опускалась бы на дно океана. Со временем, дно океана все больше покрывалось бы льдом, в то время как вода на поверхности продолжала бы замерзать, опускаться и копиться на дне.

Таким образом, благодаря этой аномалии, лед, формирующийся в морях, океанах и озерах, остается на поверхности, где солнце нагревает его на протяжении дня, а теплая вода снизу помогает ему растаять летом. Благодаря этому процессу, а также эффекту Кориолиса, из-за которого возникают океанические течения, большая часть океана находится в форме жидкости и это дает возможность бесчисленному количеству существ обитать в воде и подтверждает, что истинно, «Господь премудростью основал землю, небеса утвердил разумом»; (Притчи 3:19) .

Чудо воздуха

На суше же происходит обратное. Воздух, находящийся вблизи поверхности Земли, нагревается энергией солнца, а после нагревания воздух становится менее плотным и поднимается вверх. В результате возле поверхности Земли поддерживается такая температура, при которой возможно существование жизни. Если бы воздух при нагревании сжимался и становился более плотным, температура возле поверхности Земли была бы просто невыносимой – при такой температуре большинство форм жизни не смогли бы прожить долгое время. Температура же в нескольких метрах над поверхностью наоборот была бы очень низкой и большинство форм жизни также не смогли бы прожить при ней долгое время. На земле была бы очень тонкая прослойка атмосферы, пригодной для жизни, но даже и в ней жизнь не смогла бы продержаться долгое время, так как растения и деревья, необходимые для поддержания жизни, находились бы в «холодной зоне». Таким образом, у птиц не было бы места для жизни, еды, воды или кислорода. Но благодаря тому, что воздух поднимается вверх при нагревании, на Земле возможно существование жизни.

Движение теплого воздуха вверх от поверхности Земли создает воздушные течения (ветер), которые также являются очень важной частью экологической системы Земли. Они уносят углекислый газ из местностей, где он вырабатывается в чрезмерных количествах (например, в городах) и переносят кислород в те места, где он необходим (например, в густозаселенные центры).

Смесь газов, которые содержатся в незагрязненной человеческой деятельностью атмосфере, просто идеальна для жизни . Если бы их соотношение значительно отличалось (к примеру, было бы 17% кислорода вместо 21%, или было бы слишком мало углекислого газа, или атмосферное давление было бы намного выше или ниже), жизнь на Земле прекратила бы свое существование. Если бы слой атмосферы был бы намного тоньше, миллионы метеоров, которые сжигаются, не достигая Земли, попадали бы на землю и несли с собой смерть, разруху и пожары.

Окружающая среда, пригодная для жизни: адаптация или сотворение?

Если благодаря эволюции возникают формы жизни, способные обитать в соответствующих условиях окружающей среды, то почему же жизнь не распространилась в равной мере везде? Планета Земля намного лучше приспособлена для жизни, чем любая другая планета, но даже большая часть Земли имеет либо слишком жаркий, либо слишком холодный микроклимат. Жизнь не может существовать как слишком глубоко под землей, так и слишком высоко над ее поверхностью. На расстоянии во многие тысячи километров от центра Земли до края ее атмосферы, существует лишь несколько метров окружающей среды, пригодной для обитания большинства форм жизни, и, таким образом, почти все живые создания вынуждены жить в этом промежутке. Хотя в нашей солнечной системе только планета Земля создана пригодной для обитания (Исаии 45:18 ), даже на Земле лишь тонкая прослойка атмосферы пригодна для жизни большинства форм жизни, с которыми мы лучше всего знакомы – это млекопитающие, птицы и рептилии.

И эта прослойка буквально изобилует различными формами жизни. По оценкам ученых, в одном акре обычной фермерской почвы глубиной в 15 см содержится несколько тонн живых бактерий, около тонны грибков, 90 кг простейших одноклеточных организмов, около 40 кг дрожжевых грибов и практически столько же водорослей.

Выводы

Эту экстремально тонкую грань между окружающей средой, в которой жизнь может существовать и средой, где она не может существовать, можно проиллюстрировать одним фактом. По оценке ученых, изменение средней мировой температуры всего на пять градусов со временем серьезно повлияло бы на существование жизни на Земле, а более значительные изменения температуры могли бы быть губительными для жизни.

Эти допустимые отклонения ничтожно малы, и даже если во всей вселенной есть еще и другие планеты, весьма маловероятно, что они пригодны для жизни, так как для существования жизни требуются весьма жесткие условия.

Вероятность того, что планета будет нужного размера, что она будет находиться на нужном расстоянии от звезды нужного размера, и что будут соблюдены и все остальные условия, описанные в этой статье, невероятно мала - даже если учесть, что, возможно, вокруг большинства звезд вращаются множество планет, как считают многие ученые. Математическая вероятность того, что все эти и другие важные условия существования создались по стечению астрономических обстоятельств, составляет примерно несколько миллиардов к одному!

Ссылки и примечания

1. Г. Гиллермо, Дж. В. Ричардз. Привилегированная планета: о том, как наша планета в космосе создана для открытий. Washington, DC: Regnery. 2004.
2. П.Д. Ворд, Д. Вроули. Редкая планета Земля: Почему сложная жизнь необычна для Вселенной. New York: Copernicus. 2000

* Благодарю за помощь в написании этой статьи доктора Девида Джонсона, профессором химии из университета Спринг Арбор, и Роберта Лейнга, президента лабораторий «Клин Флоу».