Підручник з Природничих наук. 1 частина. 10 клас. Гільберг - Нова програма

Цей підручник можна завантажити у PDF форматі на сайті тут.

НАСТАВ ЧАС РОЗКРИТИ ТАЄМНИЦЮ НАРОДЖЕННЯ НАШОЇ СОНЯЧНОЇ СИСТЕМИ

Людям завжди було цікаво знати, як і коли утворилася Земля, планета на якій вони живуть. На цю тему існує багато наукових гіпотез та простих припущень. Одна з перших гіпотез про походження нашої планети і зовнішнього вигляду її поверхні була описана у двотомній праці Томаса Барнета «Священна теорія Землі», яка побачила світ у 1681 р. Проте мислення вчених у ті далекі часи ще не звільнилося від впливу традиційних уявлень давніх греків та біблейського міфу про створення світу, згідно якого Бог створив Сонце лише на четвертий день після формування Землі. Тому гіпотеза Томаса Барнета є швидше фантазією.

З розвитком природничих наук гіпотези походження Сонячної системи ставали все більш науково обґрунтованими, виходячи із спостережних на той час астрономічних даних, у першу чергу — особливостей руху планет.

Французький учений Жорж Бюффон (1707—1788) у своїй геологічній роботі «Теорія Землі» (1749) висунув гіпотезу утворення земної кулі як уламка, відірваного від Сонця внаслідок падіння на нього комети. Наша планета, будучи часткою Сонця, поступово охолоджується до самого центру.

Жорж Бюффон

У 1765 р. німецький філософ Іммануїл Кант (1724—1804) видав книгу «Загальна природна історія і теорія неба», у якій виклав свої погляди на походження Всесвіту і планет Сонячної системи. На думку І. Канта, Всесвіт утворився з первинної розсіяної матерії, яка заповнювала світовий простір. Частки, з яких складалася матерія, були неоднакової густини та сили тяжіння, вони були перемішані й утворили нерухомий хаос. Поступово сили взаємного притягання, що виникли між частинами, привели кам’яний хаос в рух. Результатом зіштовхування і злипання часток було утворення згустків, спочатку дрібних, потім крупніших. Зіштовхування згустків спричинило їхнє обертання. Зрештою з центрального згустку утворилося Сонце, а з великих бокових згущень, які притягнули до себе речовину екваторіальної туманності, — планети. Первинний стан планет і Сонця І. Кант вважав гарячим. З часом планети охололи.

Іммануїл Кант

У 1796 р. світ побачила книга французького математика та астронома П’єра-Симона Лапласа «Виклад системи світу», у якій була опублікована його космогонічна гіпотеза. Вона виявилася багато в чому схожою з гіпотезою Іммануїла Канта, хоча Лаплас не знав про її існування. Він припускав, що колись існувала величезна гаряча розріджена туманність. По мірі її охолодження і стиснення в центрі утворилося згущене ядро — зародок нинішнього Сонця. Внаслідок його обертання навколо осі розвинулася відцентрова сила, яка відштовхнула в екваторіальній площині частину речовини від вісі обертання. Кількість газових кілець, що відділилася від центрального згустку матерії, відповідала кількості планет Сонячної системи. Кільця були нестійкими. Речовина в них під впливом охолодження поступово згущувалася. Подібним чином Лаплас пояснює й утворення супутників планет.

П’єр-Симон Лаплас

Гіпотези Канта і Лапласа стали свого роду революційним переворотом у поглядах людей на походження оточуючого їх світу. Ці гіпотези вперше дали наукове пояснення утворенню Сонячної системи з газово-пилової матерії і корінним чином змінили метафізичне уявлення щодо вічності й незмінності. В науці їх гіпотеза отримала назву — небулярна (від лат. Nebula — туман).

Англійський учений Джеймс Гопвуд Джинс (1877—1946) висловив ідею, згідно з якою близько від Сонця пройшла зоря, внаслідок чого від Сонця вирвався газовий струмінь й утворив туманність з окремими згущеннями (вузлами) — протопланетами, що почали обертатися навколо Сонця. Згодом вони перейшли з газоподібного стану в рідкий, утворилася тверда кора. Припливна гіпотеза Джеймса Гопвуда Джинса добре пояснювала особливості розподілу щільності гірських порід внутрішніх планет Сонячної системи, а тому стала на деякий час популярною в науці.

Джеймс Гопвуд Джинс

Упродовж ХХ ст. було запропоновано ще багато теорій, проте жодна зі спроб створити повноцінну теорію не увінчалася успіхом.

Коротко зупинимось на основних ідеях.

Отто Шмідт (1891—1956) — ідея про те, що Сонце захопило газово-пилову туманність, яка під тиском сонячного вітру сортувалася: легкі елементи були відкинуті на край Сонячної системи, а ближче до Сонця утримувалися порівняно важкі елементи. Далі під впливом сил тяжіння куски матерії зіштовхувалися, злипались і планети росли (такий процес називають акрецією).

Отто Шмідт

Сафонов Віктор Сергійович (1917—1999) розвинув ідею Отто Шмідта динамікою газо-пилового диску, що обертався навколо Сонця.

Англійський астроном Хойл Фред (1915—2001) висунув ідею, що Сонце було подвійною зорею, й ця друга зоря спалахнула надновою. Викинувши газову хмару залишок зорі покинув сонячну систему.

Хойл Фред

Камерон Алістер Грем Уолтер (1925—2005) американський астроном також стверджував, що вибух наднової зорі неподалік від хмари газу, з якої зароджувалася сонячна система вплинув на процес її формування.

Камерон Алістер Грем Уолтер

Остаточної відповіді, як відбулося зародження Сонячної системи ще немає. Відповідно до загальноприйнятої теорії спочатку була йонізована газова хмара, з якої під дією електромагнітних сил утворилося Сонце, і на певних відстанях від нього залишилися скупчення цього газу (мал. 10.22).

У газопиловому диску на якомусь етапі існування почався процес злипання окремих пилинок. Це привело до утворення спершу невеликих, а потім дедалі більших згустків, які, зіштовхуючись і злипаючись, утворили рій допланетних тіл різного розміру — планетезималей. Ці об’єкти стали будівельним матеріалом для планет, а найбільші планетезималі — їхніми «зародками».

Через високу температуру та видування летких елементів у центральній частині диска залишилися важкі тугоплавкі частинки — кам’янисті сполуки, залізо та інші метали. З них сформувалися планети земної групи. А у віддалених від Протосонця зонах, де залишалось багато газів і води, утворилися планети-гіганти та їхні супутники. Причому спочатку, як і в планетах земної групи, у них утворилися ядра з кам’янистих сполук і металів, поверх яких потім нарощувались воднево-гелієві оболонки.

Під час формування планет-гігантів процес випадання речовини (акреція) на планети супроводжувався утворенням навколо них газопилових дисків. Із цих дисків утворилися супутники та кільця.

Для пояснення перерозподілу моменту імпульсу між Протосонцем і планетами припускають, що Протосонце мало відчутне магнітне поле. Це поле, взаємодіючи з газом протопланетного диска, гальмувало власне обертання Протосонця і прискорювало обертання протопланетної речовини.

Особливості обертання Венери й Урана можна пояснити тим, що на початку існування Сонячної системи планети пережили зіткнення з дуже масивними планетезималями. Енергії зіткнення виявилось досить для того, щоб Уран «покласти на бік», а у Венери змінити напрямок обертання на протилежний.

Формування планетної системи відбувалося доволі швидко, від 100 млн до 500 млн р. Причому через особливості гравітаційної взаємодії швидкість формування планет майже не залежала від відстані до Сонця: близька до нього Земля наростила 98 % своєї маси за 10⁸ р., а більш віддалені Уран і Нептун — за 10⁹ р. Загальний вік нашої планетної сім’ї, визначений за зразками речовини метеоритів і місячного ґрунту, становить близько 4,6 млрд р.

Астероїди внутрішнього поясу та об’єкти поясу Койпера теж утворені з первинної речовини газопилової хмари, що через різні обставини не була увібрана великими планетами під час їхнього формування. Причому тверді кам’янисті тіла поясу астероїдів формувалися за орбітою Марса і їхня густина подібна до густини планет земної групи. А планетоїди поясу Койпера з великим вмістом льодів різного походження формувались у віддаленій зоні Сонячної системи і споріднені з карликовою планетою Плутон.

Мал. 10.22. Етапи утворення Сонячної системи

Відкриття інших планетних систем (екзопланет) навколо зір стало новим етапом у розвитку ідей щодо походження Сонячної системи. Астрономи отримали змогу порівнювати системи екзопланет. Але це порівняння виявило суттєві відмінності між Сонячною системою й виявленими екзопланетами біля інших зір. Наприклад, планети-гіганти (такі, як Юпітер) обертаються на дуже близьких відстанях від материнських зір (для порівняння, там, де в Сонячній системі рухаються Венера і Меркурій, а то й ще ближче!). Такі факти нинішня теорія формування Сонячної системи не пояснює. Ще одна проблема — зі спостережень молодих зір виявлено, що протопланетні диски існують не більш як 10 млн р., далі їхня речовина розсіюється. Але формування планет Сонячної системи, згідно з попередніми уявленнями, тривало сотні мільйонів років. Ось лише окремі проблеми, що виникли після відкриття планет біля інших зір.

Нині вивчення питань походження Сонячної системи виходить на новий рівень, бо завдяки новим телескопам і новим космічним місіям багато нового відкрилося про об’єкти Сонячної системи.

У 2005 р. колектив учених у складі Р. Гомеса, Х. Левісона, А. Морбіделлі і К. Циганіса розробили модель Ніцци (Nice model), за назвою міста у Франції, де вони її вперше обговорювали. Ця теорія пояснює утворення поясу Койпера, хмари Оорта та дивні орбіти Урана та Нептуна внаслідок так званої планетної міграції, тобто їх переміщення.

А що буде з нашою планетною системою далі? Згідно із сучасними уявленнями, вона існуватиме практично в такому ж вигляді, як нині, ще принаймні кілька мільярдів років. Її зміни пов’язують з еволюцією Сонця, що на сьогодні прорахувати досить складно. У дуже загальних рисах — на прикінцевій стадії еволюції Сонце перетвориться в червоний гігант, випарує Меркурій і Венеру, а Земля стане непридатною для життя.

ПОДУМАЙТЕ Й ВІДПОВІДАЙТЕ

1. Назвіть 2—3 характерні особливості будови Сонячної системи.

2. Чому з поверхні Землі ми бачимо тільки одну півкулю Місяця?

3. Чому поверхня Місяця значно густіше вкрита кратерами, ніж поверхня Землі?

4. Які планети обертаються навколо осі в протилежному порівняно із Землею напрямку?

5. На яких планетах відбувається зміна пір року?

6. Венера розташована далі від Сонця, ніж Меркурій. Однак температура на її поверхні вища, ніж на Меркурії. Поясніть чому.

7. Які особливості планет-гігантів?

8. Чому Юпітер можна вважати дуже схожим на зорю?

9. Від 1970-х автоматичні станції й самохідні апарати неодноразово сідали й успішно працювали на поверхні Венери й Марса. А на Меркурій посадок поки ще не було. Як ви вважаєте, чому?

10. Поясніть, чому на Місяці немає парникового ефекту.

11. Проаналізуйте наведені далі уривки літературних творів та з огляду на вивчене визначте, чи є вони науково коректними:

1) Падает сизый туман на долину, красное солнце зашло вполовину, и показался с другой стороны очерк безжизненно-белой луны. (М. Некрасов «Псове полювання»);

2) Ночь побледнела, и месяц садится за реку красным серпом. (І. Бунін «Жовтневий світанок»);

3) Письменників, у яких немає почуття гумору, мені шкода. Я їм співчуваю від щирого серця. Вони схожі на Місяць, у якого одна половина вічно в темряві. (Н. Думбадзе «З гумором не розлучайтеся!»);

4) «Луна-16», пробуривши свердловину в Морі Достатку — сухому морі на зворотному боці Місяця, — повернулася додому з пробою ґрунту. (М. Грібачев «Спонукає до роздумів»);

5) Ночь звенела стременами, волочились повода, и Меркурий плыл над нами — иностранная звезда. (М. Светлов «У розвідці»);

6) Почало темніти. Ясна, срібна Венера низько на заході вже сяяла з-за берізок... Лєвін вирішив почекати ще, поки видна йому нижче сучка берези Венера перейде вище його. (Л. Толстой «Анна Кареніна»);

7) Астрономи стверджують, що навіть на Марсі, цій червоній планеті, укритій розпеченим піском, є мохи та лишайники, є рослинність. (Ф. Квілічі «Пригода на шостому континенті»);

8) Уночі він завжди виходив з пивної на вулицю, розглядав зоряне небо, а, повернувшися до шинку, переходив від одного до іншого й повідомляв: «Сьогодні прекрасно світить Юпітер. Ти, хаме, навіть не знаєш, що у тебе над головою! Це така відстань, що якби тобою, мерзотнику, зарядити гармату й вистрілити, ти летів би до нього зі швидкістю снаряда мільйони й мільйони років.» (Я. Гашек «Пригоди бравого солдата Швейка»);

9) На небі тьмяно світив Чумацький Шлях, яскраво горіли сузір’я, іноді, як сірником по коробку, прокреслюють свій шлях метеорити. (В. Чівіліхін «Пам’ять»);

10) Это спутник плывет иль планета — сразу даже и не разглядишь. (А. Мухтар «Північ мовчки полоще колосся»);

11) Пішли далі. Вже Висожари (тобто Стожари) опускатися стали, до ранку недалеко. (Л. Толстой «Кавказький бранець»);

12) Над їхніми головами в синій безодні тягнувся всипаний золотим пилом Чумацький Шлях. Яскраво мерехтіли Близнюки, прямо над головою Діва несла воду на коромислі, а попереду відзначався Хрест. (П. Панч «Гомоніла Україна»);

13) Месяца свет электрический в море дрожит, извивается; силе подвластно магической море кипит и вздымается. (В. Брюсов «Місяця світло електричне»);

14) Август — месяц ливней звёздных! (М. Цвєтаєва «Серпень — айстри»);

15) Косматая звезда, спешащая в никуда из страшного ниоткуда. (М. Цвєтаєва «Комета»);

16) По яйцевидному пути летит могучая комета. О чем хлопочет пляской света? Что нужно в мире ей найти? Она встает уж много лет, свой путь уклончивый проводит, из неизвестного приходит, и вновь ее надолго нет. Как слабый лик туманных звезд, она вначале появленья — всего лишь дымное виденье, в ней нет ядра, чуть тлеет хвост. Но ближе к Солнцу — и не та. Уж лик горит, уж свет не дробен, и миллионы верст способен тянуться грозный след хвоста. Густеет яркое ядро, и уменьшается орбита. Комета светится сердито. Сплошной пожар — ее нутро. (К. Бальмонт «Комета»);

17) Мне всё открыто в этом мире — и ночи тень, и солнца свет, и в торжествующем эфире мерцанье ласковых планет. (М. Гумільов «Credo»);

18) На далекой звезде Венере Солнце пламенней и золотистей. На Венере, ах, на Венере на деревьях синие листья. (М. Гумільов «Надалекій зорі Венері»);

19) Никнуть, бліднуть ночі тіні, полотніє темний фльор — в величезному падінні, весь в огні, в самогорінні ріже небо метеор. То таємний дух творіння, провозвісник вищих сил палом власного горіння, жахом вільного падіння будить сонний небосхил. В темно-синьому просторі бризки-іскорки летять. А в небеснім вічнім хорі нерухомі ясні зорі блиском жаху миготять. (Грицько Чуприлка «Метеор»).

ПРАКТИЧНА ЧАСТИНА

ПРАКТИЧНІ РОБОТИ

1. Спостереження сузір’їв та пошук планет та зір (за допомогою Google SkyMap і/або аналогічних програм).

2. Складання порівняльної таблиці

Параметри	Планети
Параметри	Меркурій	Венера	Земля	Марс	Юпітер	Сатурн	Уран	Нептун
Тривалість доби (період обертання навколо вісі)
Кут нахилу площини екватора до площини екліптики
Тривалість року (період обертання навколо Сонця)
Відстань від Сонця в а. о.
Маса, відносно Землі
Діаметр, км
Густина, г/см³
Кількість супутників
Атмосфера
Магнітне поле
Прискорення вільного падіння, м/с²
Температура, К