Das Sonnensystem, seine Struktur
Das Universum (Raum) ist die ganze Welt um uns herum, grenzenlos in Zeit und Raum und unendlich mannigfaltig in Formen, die von ewig bewegender Materie eingenommen werden. Die Unendlichkeit des Universums kann zum Teil in einer klaren Nacht mit Milliarden unterschiedlicher Größen von leuchtenden flackernden Punkten im Himmel, die ferne Welten darstellen, vorgestellt werden. Die Lichtstrahlen mit einer Geschwindigkeit von 300 000 km / s aus den entferntesten Teilen des Universums erreichen die Erde in etwa 10 Milliarden Jahren.
Wissenschaftlern zufolge wurde das Universum vor 17 Milliarden Jahren durch den "Urknall" gebildet.
Es besteht aus Sternhaufen, Planeten, kosmischem Staub und anderen kosmischen Körpern. Diese Körper bilden Systeme: Planeten mit Satelliten (zum Beispiel das Sonnensystem), Galaxien, Metagalaxie (ein Galaxienhaufen).
Die Galaxie (spätgriechisch. Galaktikos - milchig, milchig, aus dem Griechischen Gala - Milch) ist ein ausgedehntes Sternensystem, das aus einer Vielzahl von Sternen, Sternhaufen und Assoziationen, Gas- und Staubnebeln, sowie einzelnen im interstellaren Raum verstreuten Atomen und Atomen besteht.
Im Universum gibt es viele Galaxien unterschiedlicher Größe und Form.
Alle von der Erde aus sichtbaren Sterne sind Teil der Milchstraße. Sein Name ist darauf zurückzuführen, dass die meisten Sterne in einer klaren Nacht in Form der Milchstraße zu sehen sind - weißlich verschwommene Streifen.
Insgesamt enthält die Milchstraße etwa 100 Milliarden Sterne.
Unsere Galaxie ist in ständiger Rotation. Die Geschwindigkeit seiner Bewegung im Universum beträgt 1,5 Millionen km / h. Wenn Sie unsere Galaxie von der Seite ihres Nordpols betrachten, dann verläuft die Rotation im Uhrzeigersinn. Die Sonne und die nächsten Sterne machen 200 Millionen Jahre lang eine vollständige Revolution um das Zentrum der Galaxie. Dieser Zeitraum wird als galaktisches Jahr angesehen.
In Größe und Form ähnelt sie der Milchstraße, der Andromeda-Galaxie oder dem Andromeda-Nebel, der etwa 2 Millionen Lichtjahre von unserer Galaxie entfernt ist. Das Lichtjahr ist die Strecke, die das Licht für ein Jahr zurücklegt, ungefähr gleich 10 13 km (die Lichtgeschwindigkeit beträgt 300 000 km / s).
Um das Studium der Bewegung und Position von Sternen, Planeten und anderen Himmelskörpern zu klären, wird der Begriff der Himmelskugel verwendet.
Abb. 1. Die Hauptlinien der Himmelskugel
Die himmlische Sphäre ist eine imaginäre Kugel von beliebig großem Radius, in deren Zentrum ein Beobachter ist. Die Sterne, die Sonne, der Mond, die Planeten werden auf die Himmelskugel projiziert.
Die wichtigsten Linien auf der Himmelskugel sind: vertikale Linie, Zenit, Nadir, Himmelsäquator, Ekliptik, Himmelsmeridian, usw. (Abb. 1).
Eine steile Linie ist eine gerade Linie, die durch das Zentrum der Himmelskugel verläuft und mit der Richtung der Lotlinie am Beobachtungsort übereinstimmt. Für den auf der Erdoberfläche befindlichen Beobachter verläuft die vertikale Linie durch den Erdmittelpunkt und den Beobachtungspunkt.
Die steile Linie schneidet die Oberfläche der Himmelskugel an zwei Punkten - Zenit, über dem Kopf des Betrachters und Nadir - an der diametral gegenüberliegenden Stelle.
Ein großer Kreis der Himmelskugel, dessen Ebene senkrecht zur Lotlinie steht, wird mathematischer Horizont genannt. Er teilt die Oberfläche der Himmelskugel in zwei Hälften: für den Beobachter sichtbar, mit der Spitze im Zenit und unsichtbar, mit der Spitze im Nadir.
Der Durchmesser, um den sich die Himmelskugel dreht, ist die Weltachse. Sie schneidet sich mit der Oberfläche der Himmelskugel an zwei Punkten - dem Nordpol der Welt und dem Südpol der Welt. Der Nordpol ist derjenige, von dem aus die Rotation der Himmelskugel im Uhrzeigersinn erfolgt, wenn man die Kugel von außen betrachtet.
Der große Kreis der Himmelssphäre, dessen Ebene senkrecht auf der Weltachse steht, wird der himmlische Äquator genannt. Er teilt die Oberfläche der Himmelskugel in zwei Hemisphären auf: die nördliche Hemisphäre mit dem Gipfel am Nordpol der Welt und die südliche mit dem Gipfel am Südpol der Welt.
Der große Kreis der Himmelssphäre, dessen Ebene eine vertikale Linie und die Weltachse durchläuft, ist ein himmlischer Meridian. Er teilt die Oberfläche der Himmelskugel in zwei Hemisphären, die östliche und die westliche Hemisphäre .
Die Schnittlinie zwischen der Ebene des Himmelsmeridians und der Ebene des mathematischen Horizonts ist die Mittagslinie.
Ekliptik (aus dem Griechischen. Ekiipsis - Sonnenfinsternis) - ein großer Kreis der Himmelskugel, entlang dem eine sichtbare jährliche Bewegung der Sonne, genauer gesagt, ihr Zentrum ist.
Die Ebene der Ekliptik ist in einem Winkel von 23 ° 26'21 "zur Ebene des Himmelsäquators geneigt.
Um die Lage der Sterne am Himmel leichter zu erinnern, kamen Menschen in der Antike auf die Idee, die hellsten von ihnen in die Sternbilder zu integrieren.
Gegenwärtig sind 88 Konstellationen bekannt, die die Namen von mythischen Charakteren (Herkules, Pegasus usw.), Tierkreiszeichen (Stier, Fische, Krebs usw.), Objekte (Waage, Lira usw.) tragen (Abb. 2).
Abb. 2. Sommer-Herbst-Konstellationen
Der Ursprung von Galaxien. Das Sonnensystem und seine einzelnen Planeten bleiben immer noch das ungelöste Geheimnis der Natur. Es gibt mehrere Hypothesen. Gegenwärtig wird angenommen, dass unsere Galaxie aus einer Gaswolke bestehend aus Wasserstoff gebildet wurde. Zu Beginn der Evolution der Galaxie wurden die ersten Sterne aus dem interstellaren Gas-Staub-Medium gebildet, und das Sonnensystem war vor 4,6 Milliarden Jahren.
Zusammensetzung des Sonnensystems
Die Gesamtheit der Himmelskörper, die sich als zentraler Körper um die Sonne bewegen, bildet das Sonnensystem. Es befindet sich fast am Rande der Milchstraße. Das Sonnensystem beteiligt sich an der Rotation um das Zentrum der Galaxie. Die Geschwindigkeit dieser Bewegung beträgt etwa 220 km / s. Diese Bewegung findet in Richtung des Sternbildes Cygnus statt.
Die Zusammensetzung des Sonnensystems kann in Form eines vereinfachten Schemas dargestellt werden, das in Abb. 3.
Über 99,9% der Masse der Materie des Sonnensystems fallen auf die Sonne und nur 0,1% - auf alle anderen Elemente.
Die Hypothese von I. Kant (1775) - P. Laplace (1796) | Die Jeans-Hypothese (Anfang des 20. Jahrhunderts) | Die Hypothese von Akademiemitglied O. P. Schmidt (40er Jahre des XX Jahrhunderts) | Die Hypothese und das Kaliber von VG Fesenkov (30. des XX Jahrhunderts) |
Die Planeten wurden aus Gas-Staub-Materie (in Form eines glühenden Nebels) gebildet. Die Kühlung wird von einer Kompression und einer Erhöhung der Rotationsgeschwindigkeit einiger Achsen begleitet. Ringe erschienen am Äquator des Nebels. Die Substanz der Ringe wurde in heißen Körpern gesammelt und allmählich abgekühlt | Nachdem die Sonne einmal einen größeren Stern passiert hatte, zog ihre Anziehungskraft einen Strahl von glühender Substanz (Prominenz) aus der Sonne. Geformte Verdichtungen, von denen dann - der Planet | Eine Gasstaubwolke, die sich um die Sonne dreht, musste infolge der Kollision von Teilchen und ihrer Bewegung eine kontinuierliche Form annehmen. Die Teilchen sind zu Kondensationen verschmolzen. Die Anziehung kleinerer Partikel durch Verdickung sollte das Wachstum der umgebenden Substanz fördern. Die Kreisbahnen der Verdichtungen sollten fast kreisförmig geworden sein und fast in derselben Ebene liegen. Die Kondensationen waren die Embryonen von Planeten, die fast alles Material aus den Lücken zwischen ihren Bahnen absorbierten | Aus der rotierenden Wolke erschienen die Sonne selbst und die Planeten - aus den sekundären Kondensationen in dieser Wolke. Außerdem nahm die Sonne stark ab und kühlte sich auf den gegenwärtigen Zustand ab |
Abb. 3. Zusammensetzung des Sonnensystems
Die Sonne
Die Sonne ist ein Stern, ein riesiger glühender Ball. Sein Durchmesser ist 109 mal der Durchmesser der Erde, die Masse ist 330.000 mal größer als die Masse der Erde, aber die durchschnittliche Dichte ist klein - nur 1,4 mal die Dichte von Wasser. Die Sonne ist etwa 26.000 Lichtjahre vom Zentrum unserer Galaxie entfernt und dreht sich um sie herum. Sie macht eine Umdrehung für etwa 225-250 Millionen Jahre. Die Orbitalgeschwindigkeit der Bewegung der Sonne beträgt 217 km / s - somit überschreitet sie ein Lichtjahr über 1400 Erdjahre.
Abb. 4. Chemische Zusammensetzung der Sonne
Der Druck auf die Sonne ist 200 Milliarden Mal höher als der der Erdoberfläche. Die Dichte der Sonnenmaterie und der Druck nehmen schnell an Tiefe zu; Der Druckanstieg erklärt sich aus dem Gewicht aller darüberliegenden Schichten. Die Temperatur auf der Oberfläche der Sonne beträgt 6000 K und innerhalb von 13 500 000 K. Die charakteristische Lebensdauer eines Sterns vom Solartyp beträgt 10 Milliarden Fuß.
Tabelle 1. Allgemeine Informationen zur Sun
Gewicht, kg | 2 * 10 30 |
Durchmesser, m | 1.392 * 10 9 |
Durchschnittliche Dichte, kg / m 3 | 1400 |
Rotationsperiode, Tage | 25.380 |
Alter, Milliarden Jahre | Ungefähr 5 |
Die chemische Zusammensetzung der Sonne ist ungefähr dieselbe wie die der meisten anderen Sterne: etwa 75% sind Wasserstoff, 25% ist Helium und weniger als 1% sind alle anderen chemischen Elemente (Kohlenstoff, Sauerstoff, Stickstoff usw.) (Abb. ).
Der zentrale Teil der Sonne mit einem Radius von etwa 150.000 km wird als Solarkern bezeichnet . Dies ist die Zone der Kernreaktionen. Die Dichte der Materie ist hier etwa 150 mal höher als die Dichte von Wasser. Die Temperatur übersteigt 10 Millionen K (auf der Kelvin-Skala, in Grad Celsius 1 ° C = K - 273,1) (Abb. 5).
Über dem Kern, in Abständen von etwa 0,2-0,7 den Radius der Sonne von ihrem Zentrum entfernt, gibt es eine Zone der Übertragung von Strahlungsenergie. Die Energieübertragung erfolgt hier durch Absorption und Emission von Photonen durch separate Partikelschichten (siehe Abb. 5).
Abb. 5. Struktur der Sonne
Photon (aus dem Griechischen. Phos - Licht), ein Elementarteilchen, das existieren kann, das sich nur mit Lichtgeschwindigkeit bewegt.
Näher an der Oberfläche der Sonne findet eine Wirbelmischung des Plasmas statt und die Übertragung von Energie auf die Oberfläche findet statt
hauptsächlich durch die Bewegungen der Substanz selbst. Eine solche Methode der Energieübertragung wird Konvektion genannt, und die Schicht der Sonne, wo sie auftritt, ist eine konvektive Zone. Die Dicke dieser Schicht beträgt ca. 200.000 km.
Über der Konvektionszone befindet sich eine Sonnenatmosphäre, die ständig oszilliert. Hier breiten sich sowohl vertikale als auch horizontale Wellen mit Längen von mehreren tausend Kilometern aus. Die Schwankungen treten mit einer Dauer von etwa fünf Minuten auf.
Die innere Schicht der Sonnenatmosphäre wird als Photosphäre bezeichnet. Es besteht aus hellen Blasen. Dies sind Granulate. Ihre Dimensionen sind klein - 1000-2000 km, und der Abstand zwischen ihnen ist 300-600 km. Auf der Sonne können gleichzeitig etwa eine Million Granula beobachtet werden, von denen jedes für einige Minuten existiert. Die Körner sind von dunklen Räumen umgeben. Wenn die Substanz in den Körnchen aufsteigt, so um sie - es fällt. Die Granula bilden einen allgemeinen Hintergrund, auf dem man solche großformatigen Formationen wie Fackeln, Sonnenflecken, Protuberanzen usw. beobachten kann.
Sonnenflecken sind dunkle Bereiche auf der Sonne, deren Temperatur im Vergleich zum umgebenden Raum verringert ist.
Sonnenfackeln heißen helle Felder, die Sonnenflecken umgeben.
Prominenz (vom lat. Protubero - Seegang) - dichte Kondensation von relativ kalten (im Vergleich zur Umgebungstemperatur) Substanzen, die durch ein Magnetfeld aufsteigen und über der Oberfläche der Sonne gehalten werden. Die Entstehung des Magnetfeldes der Sonne kann dazu führen, dass sich verschiedene Sonnenschichten mit unterschiedlicher Geschwindigkeit drehen: die inneren Teile drehen sich schneller; der Kern rotiert besonders schnell.
Protuberanzen, Sonnenflecken und Fackeln sind nicht die einzigen Beispiele für Sonnenaktivität. Es beinhaltet auch magnetische Stürme und Explosionen, die Flares genannt werden.
Über der Photosphäre befindet sich die Chromosphäre , die äußere Hülle der Sonne. Der Ursprung des Namens dieses Teils der Sonnenatmosphäre ist mit seiner rötlichen Farbe verbunden. Die Dicke der Chromosphäre beträgt 10-15 tausend km, und die Dichte der Materie ist hunderttausende Male kleiner als in der Photosphäre. Die Temperatur in der Chromosphäre steigt rasch an und erreicht in ihren oberen Schichten mehrere zehntausend Grad. Am Rand der Chromosphäre sind Spikula zu sehen, längliche Säulen aus kompaktiertem Leuchtgas. Die Temperatur dieser Strahlen ist höher als die Temperatur der Photosphäre. Spicules steigen zuerst von der unteren Chromosphäre auf 5000-10 000 km und fallen dann dorthin zurück, wo sie sterben. All dies geschieht mit einer Geschwindigkeit von etwa 20.000 m / s. Schlafen Cula lebt 5-10 Minuten. Die Anzahl der gleichzeitig auf der Sonne vorhandenen Nadeln beträgt etwa eine Million (Abbildung 6).
Abb. 6. Die Struktur der äußeren Schichten der Sonne
Die Chromosphäre ist umgeben von einer Sonnenkorona - der äußeren Schicht der Sonnenatmosphäre.
Die gesamte von der Sonne ausgestrahlte Energie beträgt 3,86 × 1026 W, und nur ein 2 Milliardstel dieser Energie wird von der Erde aufgenommen.
Die Sonnenstrahlung umfasst korpuskulare und elektromagnetische Strahlung. Korpuskulare Primärstrahlung ist ein Plasmastrom, der aus Protonen und Neutronen besteht oder auf andere Weise - ein Sonnenwind , der den erdnahen Raum erreicht und die gesamte Magnetosphäre der Erde umspült. Elektromagnetische Strahlung ist die Strahlungsenergie der Sonne. Es gelangt in Form von direkter und gestreuter Strahlung an die Erdoberfläche und sorgt auf unserem Planeten für ein thermisches Regime.
In der Mitte des XIX Jahrhunderts. Der Schweizer Astronom Rudolf Wolf (1816-1893) (Abbildung 7) berechnete den quantitativen Index der Sonnenaktivität, der weltweit als Wolfszahl bekannt ist. Nachdem er die Materialien der Sonnenfleckenbeobachtungen verarbeitet hatte, die bis zur Mitte des letzten Jahrhunderts anhäuften, konnte Wolf einen durchschnittlichen I-Jahreszyklus der Sonnenaktivität feststellen. Tatsächlich liegen die Zeitintervalle zwischen Jahren maximaler oder minimaler Wolfszahlen zwischen 7 und 17 Jahren. Gleichzeitig mit dem 11-jährigen Zyklus gibt es einen jahrhundertalten, genauer gesagt, einen 80-90-jährigen Zyklus der Sonnenaktivität. Unkoordinierte Überlappungen führen zu spürbaren Veränderungen der Prozesse in der geographischen Hülle der Erde.
Bereits 1936 wies AL Chizhevsky (1897-1964) auf die enge Verbindung vieler terrestrischer Phänomene mit Sonnenaktivität hin (Abbildung 8), die schrieb, dass die überwältigende Mehrheit der physikalischen und chemischen Prozesse auf der Erde das Ergebnis kosmischer Kräfte sind. Er war auch einer der Begründer einer solchen Wissenschaft wie Heliobiologie (aus dem Griechischen. helios - die Sonne) und untersucht den Einfluss der Sonne auf die lebende Materie der geographischen Hülle der Erde.
Abhängig von der Sonnenaktivität treten solche physikalischen Phänomene auf der Erde wie magnetische Stürme, die Polarlichtfrequenz, die Menge der ultravioletten Strahlung, die Intensität der Gewitteraktivität, Lufttemperatur, atmosphärischer Druck, Niederschlag, das Niveau von Seen, Flüssen, Grundwasser, Salzgehalt und Effizienz der Meere und andere
Das Leben von Pflanzen und Tieren ist mit der periodischen Aktivität der Sonne (es gibt eine Korrelation zwischen Sonnenzyklus und der vegetativen Periode in Pflanzen, Reproduktion und Migration von Vögeln, Nagetieren, etc.) sowie einer Person (Krankheit) verbunden.
Gegenwärtig wird die Beziehung zwischen solaren und terrestrischen Prozessen weiterhin mit künstlichen Erdsatelliten untersucht.
Planeten der irdischen Gruppe
Die Planeten sind neben der Sonne Teil des Sonnensystems (Abbildung 9).
In Bezug auf Größe, geographische Indizes und chemische Zusammensetzung des Planeten sind in zwei Gruppen unterteilt: die terrestrischen Planeten und Riesenplaneten. Zu den Planeten der irdischen Gruppe gehören Merkur , Venus , Erde und Mars . Über sie und wird in diesem Unterabschnitt diskutiert werden.
Abb. 9. Planeten des Sonnensystems
Die Erde ist der dritte Planet von der Sonne. Ein separater Abschnitt wird ihm gewidmet sein.
Fassen wir zusammen. Von der Position des Planeten im Sonnensystem hängt die Dichte der Materie des Planeten ab und unter Berücksichtigung seiner Dimensionen - und der Masse. Als
je näher der Planet an der Sonne ist, desto höher ist seine durchschnittliche Dichte an Materie. Zum Beispiel, in Merkur ist es 5,42 g / cm \ Venus - 5,25, die Erde - 5,25, Mars - 3,97 g / cm 3 .
Die allgemeinen Eigenschaften der terrestrischen Planeten (Merkur, Venus, Erde, Mars) sind in erster Linie: 1) relativ klein; 2) hohe Temperaturen an der Oberfläche und 3) hohe Dichte der Materie der Planeten. Diese Planeten drehen sich relativ langsam um ihre Achse und haben wenige oder gar keine Satelliten. In der Struktur der terrestrischen Planeten werden vier Hauptschalen unterschieden: 1) ein dichter Kern; 2) der Mantel bedeckt es; 3) Rinde; 4) leichte Gas-Wasser-Hülle (ohne Quecksilber). Spuren tektonischer Aktivität finden sich auf der Oberfläche dieser Planeten.
Die riesigen Planeten
Jetzt werden wir uns mit den Riesenplaneten vertraut machen, die auch in unserem Sonnensystem enthalten sind. Dies sind Jupiter , Saturn , Uranus , Neptun .
Die riesigen Planeten haben die folgenden allgemeinen Eigenschaften: 1) große Dimensionen und Masse; 2) schnell um die Achse rotieren; 3) haben Ringe, viele Satelliten; 4) die Atmosphäre besteht hauptsächlich aus Wasserstoff und Helium; 5) in der Mitte haben einen heißen Kern aus Metallen und Silikaten.
Sie werden auch unterschieden: 1) niedrige Temperaturen auf der Oberfläche; 2) niedrige Dichte der Materie von Planeten.