Строение Солнечной системы

Солнечная система — планетная система, включающая в себя центральную звезду — Солнце — и все естественные космические объекты, обращающиеся вокруг Солнца. Она сформировалась путём гравитационного сжатия газопылевого облака примерно 4,57 млрд лет назад.

Большая часть массы объектов Солнечной системы приходится на Солнце; остальная часть содержится в восьми относительно уединённых планетах, имеющих почти круговые орбиты и располагающихся в пределах почти плоского диска — плоскости эклиптики. Общая масса системы составляет около 1,0014 M☉.

Четыре меньшие внутренние планеты — Меркурий, Венера, Земля и Марс (также называемые планетами земной группы) — состоят в основном из силикатов и металлов. Четыре внешние планеты —Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун (также называемые газовыми гигантами) — намного более массивны, чем планеты земной группы. Крупнейшие планеты Солнечной системы, Юпитер и Сатурн, состоят главным образом из водорода и гелия; внешние, меньшие Уран и Нептун, помимо водорода и гелия, содержат в составе своих атмосфер метан и угарный газ. Такие планеты выделяются в отдельный класс «ледяных гигантов». Шесть планет из восьми и три карликовые планеты имеют естественные спутники. Каждая из внешних планет окружена кольцами пыли и других частиц.

В Солнечной системе существуют две области, заполненные малыми телами. Пояс астероидов, находящийся между Марсом и Юпитером, сходен по составу с планетами земной группы, поскольку состоит из силикатов и металлов. Крупнейшими объектами пояса астероидов являются карликовая планета Церера и астероиды Паллада, Веста и Гигея. За орбитой Нептуна располагаются транснептуновые объекты, состоящие из замёрзшей воды, аммиака и метана, крупнейшими из которых являются Плутон, Седна, Хаумеа, Макемаке, Квавар, Орк и Эрида. В Солнечной системе существуют и другие популяции малых тел, такие как планетные квазиспутники и троянцы, околоземные астероиды, кентавры, дамоклоиды, а также перемещающиеся по системе кометы, метеороиды и космическая пыль.

Солнечный ветер (поток плазмы от Солнца) создаёт пузырь в межзвёздной среде, называемый гелиосферой, который простирается до края рассеянного диска. Гипотетическое облако Оорта, служащее источником долгопериодических комет, может простираться на расстояние примерно в тысячу раз дальше гелиосферы.

Тепловое поле Земли

Связано с тепловой энергией горных пород и его можно оценивать по температуре пород.

Источники тепла Земли:

1. Гравитационная дифференциация на ранних этапах развития земли

2. Радиоактивный распад в верхних оболочках Земли

3. Химические реакции в недрах Земли

4. Трение оболочек Земли в результате приливных и отливных явлений со стороны Луны.

5. Бомбардировка поверхности Земли кометами при падении которых разогреваются верхние оболочки земли.

Пояс постоянных температур – глубина от поверхности Земли, на которой не сказываются сезонные колебания температур.

Геотермический градиент – это изменение температуры с углублением от поверхности Земли на единицу длины. Средняя геотермическая ступень по земному шару составляет 3 градуса на 100м.

Геотермическая ступень – глубина, на которую нужно опуститься вниз, чтобы температура изменилась на 1 градус. Средняя геотермическая ступень составляет 33 метра.

Магнитное поле

Магнитное поле Земли связано с наличием в её недрах жидкого железо-никелевого ядра. Природа земного магнетизма – электромагнитная. В жидком внешнем ядре планеты при перемешивании вещества (конвекции) возникает система токовых петель (как витки электрических катушек), вращение Земли вызывает отставание в скорости вращения жидкого ядра по сравнению с твёрдым, что генерирует магнитное поле.

Если гравитационным полем обладают все планеты Солнечной системы, то магнитное поле имеется не у всех планет (Венера).

Магнитное поле действует на магнитные тела, в частности на магнитную стрелку компаса, которая располагается по силовым линиям магнитного поля.

Магнитный полюс не совпадает с географическим. поэтому магнитный меридиан тоже не совпадает с географическим.

Магнитное склонение (D) – угол между направлениями на географический и магнитный полюса. Величина этого угла меняется в разных районах. Склонение может быть восточным и западным.

Магнитное наклонение – угол наклона магнитной стрелки относительно горизонтальной поверхности. На полюсе угол равен 90, на экваторе 0.

Магнитные аномалии – отклонения измеренного магнитного поля от расчётного.

Региональные аномалии связаны крупными неоднородностями в строении ядра.

Локальные аномалии связаны с наличием пород, содержащих большое количество магнетита.

Магнитосфера – объём околоземного пространства в пределах которго магнитное поле выше межпланетного. Магнитное поле убывает пропорционально кубу расстояния до Земли.

Со стороны Солнца магнитное поле прослеживается на 10 земных радиусов, с противоположной стороны оно убывает медленно и точная граница на зафиксирована.

Магнитопауза – переходная зона от магнитосферы к межпланетному магнитному полю.

Практическое значение магнитного поля в геологии

Глубина изучения Земли магнитными методами измеряется от метров до сотен метров и реже первых километров, в то время как глубина гравиметрических методов составляет километры, реже десятки километров.

Изучение магнитного поля проводится для:

- поисков месторождений полезных ископаемых

-изучения геологического строения на глубину

- палеомагнитных реконструкций и определения направлений перемещения литосферных плит.

Магнитные породы намагничиваются под воздействием поля Земли параллельно ему и сохраняют эту намагниченность.

Остаточная намагниченность древних горных пород указывает на иную ориентировку древних магнитных полей и инверсию магнитных полюсов.

9. Гравитационное поле

Гравитационным полем обладают все тела, имеющие массу покоя. Оно выражается в том, что материальные тела притягиваются друг к другу с сило: F=y(M*m)/R^2, где y – гравитационная постоянная, M – масса Земли, m – масса пробного тела, R – расстояние до центра масс.

В силу различия в полярном и экваториальном радиусах Земли сила тяжести на полюсе будет больше, чем на экваторе. Полярный радиус меньше, чем экваториальный.

Отклонение измеренного значения гравитационного поля от расчётного получило название гравитационной аномалии.

Гравитационные аномалии бывают региональные и локальные.

Виды гравитационных аномалий

Региональные гравитационные аномалии связаны с крупными плотностями неоднородностями в строении Земли: горные области имеют недостаток величины силы тяжести, океаническое дно – избыток.

Локальные гравитационные аномалии связаны с наличием отдельных слоёв или небольших геологических тел с большой или малой плотностью горных пород.

Изостазия

Для объяснения региональных гравитационных аномалий была предложена гипотеза изостазии (равновесия).

Английский астроном Эри (1855 г.) предположил, что земная кора состоит из блоков, имеющих одинаковою плотность, но разную глубину распространения. Блоки плавают в вязком подкорковом веществе и в соответствии с законом Архимеда должны погружаться на разную глубину.

По мнению Пратта, нижняя граница блоков находится на одинаковой глубине. Равновесие достигается за счёт различия в плотности пород: породы материков менее плотные, чем под океанами.

Современная гипотеза включает различия в плотности и глубине распространения материковых и океанических блоков.

Строение Солнечной системы

Солнечная система — планетная система, включающая в себя центральную звезду — Солнце — и все естественные космические объекты, обращающиеся вокруг Солнца. Она сформировалась путём гравитационного сжатия газопылевого облака примерно 4,57 млрд лет назад.

Большая часть массы объектов Солнечной системы приходится на Солнце; остальная часть содержится в восьми относительно уединённых планетах, имеющих почти круговые орбиты и располагающихся в пределах почти плоского диска — плоскости эклиптики. Общая масса системы составляет около 1,0014 M☉.

Четыре меньшие внутренние планеты — Меркурий, Венера, Земля и Марс (также называемые планетами земной группы) — состоят в основном из силикатов и металлов. Четыре внешние планеты —Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун (также называемые газовыми гигантами) — намного более массивны, чем планеты земной группы. Крупнейшие планеты Солнечной системы, Юпитер и Сатурн, состоят главным образом из водорода и гелия; внешние, меньшие Уран и Нептун, помимо водорода и гелия, содержат в составе своих атмосфер метан и угарный газ. Такие планеты выделяются в отдельный класс «ледяных гигантов». Шесть планет из восьми и три карликовые планеты имеют естественные спутники. Каждая из внешних планет окружена кольцами пыли и других частиц.

В Солнечной системе существуют две области, заполненные малыми телами. Пояс астероидов, находящийся между Марсом и Юпитером, сходен по составу с планетами земной группы, поскольку состоит из силикатов и металлов. Крупнейшими объектами пояса астероидов являются карликовая планета Церера и астероиды Паллада, Веста и Гигея. За орбитой Нептуна располагаются транснептуновые объекты, состоящие из замёрзшей воды, аммиака и метана, крупнейшими из которых являются Плутон, Седна, Хаумеа, Макемаке, Квавар, Орк и Эрида. В Солнечной системе существуют и другие популяции малых тел, такие как планетные квазиспутники и троянцы, околоземные астероиды, кентавры, дамоклоиды, а также перемещающиеся по системе кометы, метеороиды и космическая пыль.

Солнечный ветер (поток плазмы от Солнца) создаёт пузырь в межзвёздной среде, называемый гелиосферой, который простирается до края рассеянного диска. Гипотетическое облако Оорта, служащее источником долгопериодических комет, может простираться на расстояние примерно в тысячу раз дальше гелиосферы.

Гипотезы происхождения Солнечной системы, Земли и Луны.

Происхождение Галактики и Солнечной системы – одна из труднейших задач космогонии. Пока нет ни одной общепризнанной космогонической гипотезы, хотя вопросы их возникновения и развития имеют фундаментальное значение для многих наук о Земле.

По вопросу образования и эволюции Солнечной системы на протяжении трех последних веков высказывались разные гипотезы двух основных направлений. В одной из них развивались идеи одновременного образования Солнца и планет из общего облака диффузной космической материи (гипотеза И. Канта – из «холодных космогонии», 1755 г.; гипотеза П. Лапласа – из «горячих космогонии», 1796 г.). В пользу общности их происхождения говорит родство тел Солнечной системы: сходство их химического и изотопного состава, возраст, особенности движения и пр. В гипотезах другого направления образование Солнца отделяется от процесса формирования планет и их спутников (гипотезы Д. Джинса, Ф. Мультона и Т. Чемберлена и других ученых начала XX в.). К этой же группе относится и гипотеза академика О. Ю. Шмидта: захват Солнцем холодного газопылево-метеоритного облака и дальнейшая конденсация его в планеты и спутники. Им детально проработана модель образования планет, решен ряд вопросов динамического и механического характера.

Камнем преткновения космогонических гипотез является важнейшая особенность Солнечной системы – несоответствие массы и момента количества движения (МКД – произведения массы, скорости и расстояния от центра вращения) Солнца (ок. 98% и ок. 2%) и планет (ок. 2% и ок. 98%). Астрофизики швед X. Альвен и англичанин Ф. Хойл объясняют резкое торможение вращения Солнца передачей МКД от Солнца планетам через магнитное поле. Другой способ преодоления этого противоречия – допущение сильной конвективной турбулентности в протосолнечной туманности с выносом вещества и избытка МКД во внешние части системы.

Согласно В. Е. Хаину, наиболее вероятный «сценарий» образования Солнечной системы включает следующие этапы:

1) образование Солнца и уплотненной вращающейся околосолнечной туманности из межзвездного газопылевого облака, вероятно, под влиянием близкого взрыва «сверхновой» звезды;

2) эволюция Солнца и околосолнечной туманности с передачей электромагнитным или турбулентно-конвективным способом МКД от Солнца планетам;

3) конденсация «пыльной плазмы» в кольца вокруг Солнца, а материала колец в планетезимали (сгущения);

4) дальнейшая конденсация планетезималей в планеты;

5) повторение подобного процесса вокруг планет с образованием их спутников.

Внутренние планеты в процессе эволюции утратили летучие вещества из-за близости к Солнцу (нагрев, действие солнечного ветра) и состоят из железосиликатного каменного материала. Их атмосфера вторичного происхождения – продукт дегазации недр в процессе вулканизма.

Внешние планеты и их спутники состоят в значительной степени изо льда и замерзших легких газов – водорода, аммиака, метана и др.

Таким образом, согласно современным представлениям, Солнечная система образовалась из холодного газопылевого облака в результате его уплотнения. При этом считается бесспорным положение о том, что планеты не были раскаленными телами. Земля разогрелась постепенно, на более поздней стадии своего развития.

Причину разогрева видят в энергии дифференциации вещества Земли по плотности и радиоактивного распада.