Введение
С давних времён люди мечтали полететь в неизвестный им
космос. С этой целью, век за веком многие учёные и не только, мечтали совершить
полёт в космическое пространство.
Много веков прошло с тех пор, когда был изобретен порох и
создана первая ракета, применявшаяся главным образом для увеселительных
фейерверков в дни больших торжеств.
Великая честь открыть людям дорогу к другим мирам выпала на
долю нашего соотечественника К. Э. Циолковского.
В 1911 году Циолковский произнес свои вещие слова:
“Человечество не останется вечно на Земле, но, в погоне за светом и
пространством, с начала робко проникнуть за пределы атмосферы, а затем завоюет
себе все около земное пространство”.
И только в середине двадцатого века наступила эра
космонавтики, начавшаяся с запуска на орбиту первого искусственного спутника.
Это был только первый шаг. После этого космонавтика начала развиваться быстрыми
темпами, в результате чего всего через несколько лет в космос были отправлены
уже первые живые существа – собаки Белка и Стрелка. 12 апреля 1961 года в
космос отправился первый человек. Это был наш соотечественник – Юрий Алексеевич
Гагарин. Весь мир запомнил его слова, произнесённые им перед полётом:
“Поехали”! Гагаринский полёт перевернул весь мир, дал надежду людям на будущее.
Гагарин и его последователи в течение сравнительно короткого периода времени
превратили космическое пространство в обычное рабочее место. Начали создаваться
новые космические корабли, к планетам солнечной системы стартовали
автоматические аппараты, на орбиту выводились космические станции, человек
вышел в открытый космос и побывал на Луне.
Орбита и расположение Солнца в галактике Млечный путь
Иллюстрация расположения Солнца в галактике Млечный путь / Wikimedia Commons
Солнце вместе со всей Солнечной системой вращается относительно центра Млечного пути, в котором располагается огромная черная дыра. Расстояние от нее до нашего светила составляет 26 тыс. св. лет. Один оборот Солнечная система совершает примерно за 225-250 млн лет. Скорость движения звезды относительно центра галактики составляет 225 км/с.
На сегодня Солнце располагается в рукаве Ориона. Нам повезло с расположением Солнечной системы в Млечном Пути. Дело в том, что скорость вращения нашей системы почти совпадает со скоростью вращения так называемых спиральных рукавов. Из-за этого наша система не попадает в них, хотя большинство других звезд периодически оказываются там. В спиральных рукавах очень сильное излучение, которое способно убить всё живое. Если бы Солнце находилось на другой орбите, оно периодически попадало бы в спиральные рукава, что приводило бы к «стерилизации» жизни на Земле.
Смена экваториального нахождения
Когда звезда располагается в зоне весеннего равноденствия, восхождение приравнивается к нулю. С каждым днём этот показатель увеличивается, и, в конце концов, равняется 90 градусов, в то время как склонение достигает своего максимального уровня, равного +23 градуса 26 минут. После этого наблюдается заметное увеличение прямого восхождения и полное уменьшение склонения. В итоге в области осеннего равноденствия значение равняется 180 градусов соответственно. После этого происходит увеличение прямого восхождения, а на пике зимнего солнцестояния показатель равняется 270 градусов. Склонение, в свою очередь, начинает равняться 23 градуса 26 минут. Затем оно идёт на возрастание.
Солнечное затмение
Такое событие, как затмение Солнца, всегда вызывало гамму чувств у невежественных людей, сопровождающихся ужасом и паникой. Находились и желающие «погреть на этом руки» и заработать авторитет предсказателей и ясновидцев. Но не только существа мыслящие, но и животные реагируют на появление темноты. Впрочем, в большинстве своём, воспринимая её как наступление ночи.
Интересно: Звезды и созвездия — описание, фото и видео
Солнечное затмение – схемы
Научное объяснение явлению простое: Луна закрывает Солнце. Происходит это только во время новолуния (примерное нахождение всех трёх небесных объектов на одной линии, да и то не всегда). Виды солнечных затмений с позиции земного наблюдателя:
- «Частное» – спутник закрывает светило частично.
- «Полное» – солнечный диск закрыт полностью.
- «Кольцеобразное» – конус отбрасываемой тени не достигает земной поверхности.
- «Полное кольцеобразное» или «гибридное» – два наблюдателя в разных точках одновременно видят один из видов солнечных затмений.
Солнечное затмение Наблюдение данного явления позволило совершить ряд важных открытий и рассмотреть корону и атмосферу Солнца. Что в обычных условиях, крайне затруднено. Кстати, само зрелище не балует землян частотой своего появления. Регулярность появления события составляет: 237-мь раз за век.
Что такое Солнечная система?
Если говорить кратко, Солнечная система — это совокупность небесных тел, движущихся вокруг Солнца. Что это за тела?
Все эти объекты движутся вокруг Солнца по орбитам, удерживаемые на них силой притяжения светила. (Это та же самая сила, которая возвращает нас на землю, когда мы прыгаем вверх. Ее еще называют гравитацией или тяготением.)
В пределах Солнечной системы сила притяжения Солнца преобладает по сравнению с силой притяжения окружающих космических объектов — звезд, звездных скоплений, галактик. Можно сказать, что Солнечная система это царство Солнца — оно занимает центральное место, а все перечисленные выше объекты, как на привязи, ходят вокруг нашей родной звезды.
Что такое зенит?
Зенитом называют наивысшую точку на небосводе, то есть, когда говорят о том, что солнце в зените — это значит, что светило расположено прямо по вертикали над головой наблюдающего. Солнечные лучи в таком случае падают перпендикулярно к поверхности земли — под прямым углом. Так что, если предметы не отбрасывают тени — это значит, что солнце в зените.
Однако данное определение в разговорной речи применяется в отношении положения солнца, которое только условно можно назвать зенитом. Благодаря особенностям небесных тел и их положения в космическом пространстве относительно друг друга, падать под углом, равным 90°, лучи Солнца будут далеко не на каждую часть Земли.
Точка, находящаяся на этой же отвесной прямой, что и зенит, но в противоположном ее направлении — ниже линии горизонта, называется надиром.
Состав Солнечной системы
Давайте чуть подробнее посмотрим, из чего состоит Солнечная система.
Солнце
Центральным объектом Солнечной системы является Солнце. Это единственная звезда в нашей системе, самое крупное и массивное тело. Масса Солнца составляет 99,86% от массы всех объектов Солнечной системы. Другими словами, наша родная звезда примерно в 1000 раз «тяжелее» всех планет, вместе взятых!Солнце представляет собой огромный шар раскаленного газа, который излучает свет и тепло. Именно благодаря Солнцу на Земле создаются благоприятные условия для развития жизни.
Планеты
Следующие за Солнцем крупные объекты — планеты. На сегодняшний день известно восемь больших планет. Это темные шарообразные тела, отражающие свет Солнца. Земля — одна из планет Солнечной системы, не самая большая, но и не самая маленькая.
Шесть из восьми планет имеют спутники. У Земли один крупный спутник — Луна. Марс имеет два очень маленьких спутника, а вот у Юпитера уже около 80 спутников! Правда из них только четыре похожи по своим размерам на Луну, остальные гораздо меньше. Свыше 80 спутников имеет планета Сатурн. Еще около 40 спутников на двоих имеют Уран и Нептун.
Планеты относительно крупные объекты, хотя по сравнению с Солнцем они невелики. Самая большая планета Солнечной системы, Юпитер, примерно в 10 раз меньше Солнца в диаметре.
Что еще входит в состав Солнечной системы?
Разнообразная мелочь — тела размером от сотых долей миллиметра до 2-3 тысяч километров. Самые крупные их представители — астероиды и кометы.
Астероиды
Астероиды — сравнительно небольшие твердые тела диаметром от нескольких сот метров до сотен километров. Иногда их называют малыми планетами. (Не путать с карликовыми!) Бо́льшая часть астероидов имеет неправильную форму. Как и планеты, астероиды сами не светятся, а только отражают солнечный свет. Хотя астероиды встречаются в разных местах Солнечной системы, подавляющее их большинство собрано между орбитами Марса и Юпитера, в так называемом поясе астероидов.
Кометы
Кометы — небольшие космические тела размером с город. По своему строению кометы похожи на огромные комья снега, покрытые твердой оболочкой из пыли и силикатов.
Появление яркой кометы на вечернем небе — событие редкое и очень красивое. Фото: G. Brammer/ESO
Находясь вдали от Солнца, кометы практически незаметны, но когда они подлетают к звезде поближе, то разогреваются и начинают таять. Вокруг ядер образуется обширная атмосфера или ко́ма, состоящая из испарившихся с поверхности кометы газов, водяного пара и пыли. Часть атмосферы отталкивается назад под действием давления солнечного света и солнечного ветра, образуя хвост. У многих комет наблюдаются два хвоста одновременно — ионный (газовый) и пылевой.
Метеорные тела
Наиболее многочисленные объекты Солнечной системы — метеороиды или метеорные тела.
Это мелкие камни, песчинки, льдинки и даже пылинки, беспорядочно летающие тут и там, снующие между орбитами планет. Когда такой объект сталкивается с Землей, то, как правило, сгорает в высоких слоях атмосферы, не долетая до поверхности. Тогда мы наблюдаем в небе метеор или, как говорят в народе, «падающую звезду».
Метеорные тела имеют разное происхождение: часть из них образовалась в результате разрушения комет, другая при столкновении астероидов друг с другом, третья откололась от планет и их спутников при падении на них крупных метеоритов.
Как солнце изменяет свою высоту над горизонтом
Высота солнца над горизонтом не является постоянной величиной. Напротив, она всегда изменяется. Причина этого кроется в непрерывном движении планеты Земля вокруг звезды Солнце, а также вращении планеты Земля вокруг собственной оси. В результате день сменяет ночь, а времена года друг друга.
Территория между тропиками получает больше всех тепла и света, здесь день и ночь практически равны друг другу по продолжительности, а солнце находится в зените 2 раза в год.
Поверхность за полярным кругом получает всех меньше тепла и света, здесь существуют такие понятия, как полярные день и ночь, которые длятся около полугода.
Фотографиисфера
Эта «сфера света» — видимая поверхность нашей звезды, та, которую мы видим с нее (вы всегда должны использовать специальные фильтры, чтобы видеть непосредственно Солнце). Это очевидно, потому что Солнце не является твердым телом, а создано из плазмы (очень горячего, сильно ионизированного газа), поэтому у него нет реальной поверхности.
Фотосферу можно рассматривать в телескоп с фильтром. Похоже на блестящие гранулы на более темном фоне, яркость которых немного уменьшается к краям. Гранулы возникают из-за конвекционных потоков, о которых мы упоминали ранее.
Фотосфера до некоторой степени прозрачна, но затем материал становится настолько плотным, что сквозь него становится невозможно увидеть.
Теоретические проблемы
Проблема солнечных нейтрино
Ядерные реакции, происходящие в ядре Солнца, приводят к образованию большого количества электронных нейтрино. При этом измерения потока нейтрино на Земле, которые постоянно производятся с конца 1960-х годов, показали, что количество регистрируемых солнечных электронных нейтрино приблизительно в два-три раза меньше, чем предсказывает стандартная солнечная модель, описывающая процессы в Солнце. Это рассогласование между экспериментом и теорией получило название «проблема солнечных нейтрино» и более 30 лет было одной из загадок солнечной физики. Положение осложняется тем, что нейтрино крайне слабо взаимодействует с веществом, и создание нейтринного детектора, который способен достаточно точно измерить поток нейтрино даже такой мощности, как исходящий от Солнца — технически сложная и дорогостоящая задача.
Предлагалось два главных пути решения проблемы солнечных нейтрино. Во-первых, можно было модифицировать модель Солнца таким образом, чтобы уменьшить предполагаемую термоядерную активность (а, значит, и температуру) в его ядре и, следовательно, поток излучаемых Солнцем нейтрино. Во-вторых, можно было предположить, что часть электронных нейтрино, излучаемых ядром Солнца, при движении к Земле превращается в нерегистрируемые обычными детекторами нейтрино других поколений (мюонные и тау-нейтрино). Сегодня понятно, что правильным, скорее всего, является второй путь.
Для того, чтобы имел место переход одного сорта нейтрино в другой — то есть происходили так называемые нейтринные осцилляции — нейтрино должно иметь отличную от нуля массу. В настоящее время установлено, что это действительно так. В 2001 году в нейтринной обсерватории в Садбери были непосредственно зарегистрированы солнечные нейтрино всех трёх сортов, и было показано, что их полный поток согласуется со стандартной солнечной моделью. При этом только около трети долетающих до Земли нейтрино оказывается электронными. Это количество согласуется с теорией, которая предсказывает переход электронных нейтрино в нейтрино другого поколения как в вакууме (собственно «нейтринные осцилляции»), так и в солнечном веществе («эффект Михеева — Смирнова — Вольфенштейна»). Таким образом, в настоящее время проблема солнечных нейтрино, по-видимому, решена.
Проблема нагрева короны
Над видимой поверхностью Солнца (фотосферой), имеющей температуру около 6000 К, находится солнечная корона с температурой более 1 000 000 К. Можно показать, что прямого потока тепла из фотосферы недостаточно для того, чтобы привести к такой высокой температуре короны.
Предполагается, что энергия для нагрева короны поставляется турбулентными движениями подфотосферной конвективной зоны. При этом для переноса энергии в корону предложено два механизма. Во-первых, это волновое нагревание — звук и магнитогидродинамические волны, генерируемые в турбулентной конвективной зоне, распространяются в корону и там рассеиваются, при этом их энергия переходит в тепловую энергию корональной плазмы. Альтернативный механизм — магнитное нагревание, при котором магнитная энергия, непрерывно генерируемая фотосферными движениями, высвобождается путём пересоединения магнитного поля в форме больших солнечных вспышек или же большого количества мелких вспышек.
В настоящий момент неясно, какой тип волн обеспечивает эффективный механизм нагрева короны. Можно показать, что все волны, кроме магнитогидродинамических альфвеновских, рассеиваются или отражаются до того, как достигнут короны, диссипация же альфвеновских волн в короне затруднена
Поэтому современные исследователи сконцентрировали основное внимание на механизм нагревания с помощью солнечных вспышек. Один из возможных кандидатов в источники нагрева короны — непрерывно происходящие мелкомасштабные вспышки, хотя окончательная ясность в этом вопросе ещё не достигнута
Зарождение и эволюционный процесс Солнечной системы
Наша система появилась 4.568 млрд. лет назад в следствии гравитационного коллапса масштабного молекулярного облака, представленного водородом, гелием и небольшим количеством более тяжелых элементов. Эта масса рухнула, что привело к стремительному вращению.
Большая часть массы собралась в центре. Температурная отметка росла. Туманность сокращалась, повышая ускорение. Это привело к сплющиванию в протопланетный диск с раскаленной протозвездой.
Графическое представление зарождения планет из солнечной туманности
Из-за высокого уровня кипения возле звезды в твердой форме могут существовать лишь металлы и силикаты. В итоге, появились 4 земных планеты: Меркурий, Венера, Земля и Марс. Металлов было мало, поэтому им не удалось увеличить свой размер.
А вот гиганты появились дальше, где материал был прохладным и позволил летучим ледяным соединениям оставаться в твердом состоянии. Льдов было намного больше, поэтому планеты кардинально увеличили свою масштабность, притянув огромное количество водорода и гелия в атмосферу. Остатки не смогли стать планетами и расположились в поясе Койпера или отошли к Облаку Оорта.
За 50 млн. лет развития давление и плотность водорода в протозвезде запустили ядерный синтез. Таким образом родилось Солнце. Ветер создал гелиосферу и разбрасывал газ и пыль в пространство.
Планеты земного типа Солнечной системы. Пропорции размеров соблюдены
Система пока остается в привычном состоянии. Но Солнце развивается и через 5 млрд. лет полностью трансформирует водород в гелий. Ядро рухнет, высвободив огромный энергетический запас. Звезда увеличится в 260 раз и станет красным гигантом.
Это приведет к гибели Меркурия и Венеры. Наша планета потеряет жизнь, потому что раскалится. В итоге, внешние звездные слои вырвутся в пространство, оставив после себя белый карлик, размером с нашу планету. Сформируется планетарная туманность.
Облако Оорта и за пределами Солнечной системы
Полагают, что это облако простирается на 2000-5000 а.е. и до 50000 а.е. от звезды. Внешний край может вытягиваться на 100000-200000 а.е. Облако делится на две части: сферическое внешнее (20000-50000 а.е.) и внутреннее (2000-20000 а.е.).
Во внешнем проживают триллионы тел с диаметром в километр и выше, а также миллиарды с шириной в 20 км. О массе нет точных сведений, но считают, что комета Галлея выступает типичным представителем. Общая масса облака – 3 х 1025 км (5 земель).
Расположение Облака Оорта
Если ориентироваться на кометы, то большая часть облачных тел представлена этаном, водой, монооксидом углерода, метаном, аммиаком и цианидом водорода. Население на 1-2% состоит из астероидов.
Тела из пояса Койпера и Облака Оорта именуют транс-нептунианскими объектами (ТНО), потому что расположены дальше орбитального пути Нептуна.
Жизненный цикл Солнца
Жизненный цикл Солнца. Изображение: Айсик Бендер / Wikimedia Commons
Возраст Солнца оценивается учеными в 4,5 млрд лет. Сформировалось оно из газопылевого облака, которое постепенно сжималось под действием собственной гравитации. Из этого же облака возникли планеты и почти все остальные объекты в Солнечной системе. Когда в центре сжимающегося облака плотность, а вместе с ней температура и давление выросли до критических значений, началась термоядерная реакция – так зажглось Солнце.
В ходе термоядерных реакций масса Солнца постепенно уменьшается. Каждую секунду 4 млн тон солнечного вещества преобразуется в энергию. Вместе с тем звезда разогревается. Каждый 1,1 млрд лет яркость Солнца увеличивается на 10%. Это значит, что ранее температура на Земле была значительно ниже, чем сейчас, а на Венере, возможно, была жидкая вода или даже жизнь (сейчас средняя температура на поверхности Венеры составляет 464° С). В будущем же яркость Солнца будет возрастать, что будет вести к росту температуры на Земле. Через 3,5 млрд лет яркость светила вырастет на 40%, и условия на Земле станут такими же, как и на Венере. С другой стороны, Марс также разогреется и станет более пригодным для жизни. Таким образом, в ходе эволюции звезды так называемая «зона обитаемости», постепенно удаляется от Солнца.
Постепенно из-за выгорания водорода ядро будет уменьшаться в размерах, а вся звезда в целом – увеличиваться. Через 6,4 млрд лет водород в ядре закончится, радиус звезды в этот момент будет больше современного в 1,59 раз. В течение 700 млн лет звезда расширится до 2,3 современных радиусов.
Далее рост температуры приведет к тому, что термоядерные реакции горения водорода запустятся уже не в ядре, а в оболочке звезды. Из-за этого она резко расширится, и ее внешние слои будут достигать современной земной орбиты. Однако к тому моменту светило потеряет значительную часть своей массы (28%), что позволит нашей планете перейти на более отдаленную орбиту. Солнце в этот период своей жизни, который продлится 10 млн лет, будет являться красным гигантом.
После из-за роста температуры в ядре до 100 млн градусов там начнется активная реакция горения гелия – «гелиевая вспышка». Радиус светила сократится до 10 современных радиусов. На выгорание гелия уйдет порядка 110 млн лет, после чего звезда снова расширится и станет красным гигантом, но эта стадия будет длиться уже 20 млн лет.
Из-за пульсаций, связанных с изменениями температуры Солнца, его внешние слои отделятся от ядра и образуют планетарную туманность. Само же ядро превратится в белый карлик – объект, чьи размеры будут сопоставимы размерами Земли, а масса будет равна половине современной солнечной массы. Далее этот карлик, состоящий из углерода и кислорода, будет постепенно остывать. Никаких термоядерных реакций в белом карлике идти не будет, поэтому со временем (за десятки млрд лет) он превратится в черный карлик – остывшую плотную массу вещества. На этом эволюция Солнца завершится.
Солнечные пятна
Это определенные зоны в области солнца. Они выглядят намного темнее окружающего пространства, так как в них находится мощное магнитное поле. Многие астрономы предполагали, что существует некая связь: активность солнца зависит от количества пятен. Выяснив, что взаимосвязь все-таки имеется, научные деятели обнаружили, что с увеличением их количества звезда становится ярче. Число пятен можно охарактеризовать числом Вольфа. Этот показатель применяет комбинированное количество таких мест с числом классов пятен.
Используя отличительные особенности в результатах, полученных от высокоточных приборов, в 2004 году группа Дикпати изобрела модель, которая подразумевала динамичный поток транспортировки магнитных скачков в различных слоях солнца. Принцип модели состоит в связи количества темных мест с током в конвекции светила и широтной скачкообразности солнца, вращающейся вокруг оси. Цикл проходит с промежутком 17-22 года. Именно он в этой модели становится своеобразной лентой, которая переносит солнечные пятна.
Таким образом, производя диагностику светила за все время существования планеты, можно учитывать, что повышенная активность солнца волнует астрономов до сих пор.
Солнце – типичная звезда
Итак, центр нашей Солнечной системы – Солнце – это классическая звезда: она намного крупнее и тяжелее даже самых больших планет, на 99% состоит из легких элементов, излучает тепло и свет в ходе происходящих на ее поверхности термоядерных реакций. Солнце не имеет орбиты и спутников, зато вокруг него вращаются восемь планет и прочие небесные тела, входящие в Солнечную систему.
Солнце для человека, наблюдающего за ним с Земли, не является маленькой точкой, как другие звезды. Мы видим Солнце как большой яркий диск, потому что оно расположено достаточно близко к Земле.
Если бы Солнце, как прочие видимые на ночном небе звезды, удалилось от нашей планеты на триллионы километров, мы видели бы его такой же крохотной звездочкой, какой видим сейчас другие звезды. В масштабах космоса расстояние между Землей и Солнцем – 149 миллионов километров – большим не считается.
По научной классификации Солнце относится к разряду желтых карликов. Его возраст – около пяти миллиардов лет, и светит оно ярким и ровным желтым светом. Почему свет Солнца жёлтый? Это обусловлено его температурой. Чтобы понять, как формируется цвет звезд, можно вспомнить пример с раскаленным железом: сначала оно краснеет, потом обретает оранжевый тон, затем – желтый.
Если бы можно было нагревать железо дальше, оно стало бы белым, а затем – голубым. Голубые звезды – самые горячие: температура на их поверхности составляет более 33 тысяч градусов.
Солнце относится к разряду желтых звезд. Интересно, что в пределах семнадцати световых лет, где расположены примерно полсотни звездных систем, Солнце – четвертая по яркости звезда.
Заключение
Практическую пользу освоения космоса я вижу, прежде всего, в
изучении климата, погоды, прогнозировании стихийных бедствий и предупреждении
их последствий (“Благодаря космосу мы больше знаем о нашей планете и что с ней
происходит”).
Поиск природных ресурсов, в том числе полезных ископаемых, и
на Земле, и в космосе, а также в поиске пригодных для обитания человека планет
(“Вдруг на Земле нельзя будет жить – часть людей переселят в космос”, “Знать
состав атмосферы, может, ресурсы на других планетах найдем”, “Изучая космос,
человечество откроет другие планеты и освоит полезные ископаемые на них”).
Сколько на планете осталось запасов нефти и газа?
Общие запасы нефти (разведанные и неразведанные) в мире составляют
приблизительно от 2500 до 3900 млрд. баррелей (около 400 млрд. тонн). Хватит
примерно на 40 лет, неразведанной — ещё на 10—50 лет.
Доказанные запасы газа в мире составляют около 173
триллионов кубических метров. Такого количества газа хватит примерно на 65 лет.
По топливно-энергетическим ресурсам наиболее велики в мире
запасы угля. Его геологические запасы, по отдельным оценкам, достигают 9-11
трлн.т.
Добыча железной руды в мире составляет около 800 млн.т. в
год. За последние годы добыча растет медленно, и по расчетам, известных запасов
хватит примерно на 250 лет.
Общие запасы медных руд определяются в 500 млн.т, из них
достоверные и вероятные 400 млн.т. Достоверных и вероятных запасов медных руд
хватит примерно на 33 года.
Моё мнение ресурсов на Земле хватить примерно на 150 — 200
лет, а где взять истощающиеся запасы как не в космосе на других планетах.
