Гіпотези утворення Сонячної системи
До складу Сонячної системи входять 9 планет. Кожна з них - це особливий, унікальний світ, вивчення якого є одним із завдань астрономії. Спостерігаючи за планетами із Землі, вдалося встановити їхні розміри та масу, періоди обертання навколо Сонця та наявність атмосфери, хімічний склад та умови на поверхні. Розвиток космонавтики дозволив вивчити планети та їхні супутники за допомогою безпілотних міжпланетних станцій, які обладнанні телевізійною, радіолокаційною апаратурою та іншими пристроями. Отримана у такий спосіб інформація значно розширила, поповнила та уточнила наші знання про планети. Дослідження Сонячної системи тривають.
Доволі важливим є питання утворення Сонячної системи. Намагаючись пояснити її закономірності, вчені висувають гіпотези про її походження. Згідно з гіпотезою, що належить О. Ю. Шмідту ( 1891 - 1956 ), Сонячна система почала формуватися близько 5 млрд років тому. Із газопилової хмари, що повільно оберталася, дуже швидко - за сотні років - утворилося Протосонце, яке внаслідок гравітаційного стискання нагрівалося. Проти планетна хмара оберталася все швидше, набуваючи форму диска, у центрі якого містилось Сонце. Молода зоря продовжувала розжарюватись, і під дією тиску її світила легкі хімічні елементи ( Н, Не ) розсіювались не периферію протопланетного диска, а важчі залишалися ближче до центра. Таким чином частинки газу та пилу об’єднувалися в невеликі холодні тверді тіла - планетезималі ( від англійського planet - планети, infinitesimal - нескінченно мала величина ) . Масивніші планетезималі збільшувались за рахунок налипання на них дрібніших. Таким чином речовина протопланетного диска зібралася у згустки, з яких і сформувалися планети, їхні супутники, астероїди , комети. Поблизу Сонця утворилися планети з важких хімічних елементів, а віддалені планети складаються переважно за водню та гелію. Сильне гравітаційне поле Юпітера - зараз там пояс астероїдів. Формування планет тривало 100 млн. років, стільки ж часу розігрівалося, стискуючись. Сонце до початку термоядерних реакцій у його надрах.
Дана гіпотеза сьогодні вважається найобгрунтованішою, бо пояснює те, що у Сонячній системі:
· усі планети мають приблизно колові орбіти, що лежать майже в одній площині ( виняток Плутон );
· планети обертаються навколо Сонця в одному напрямку;
· маса Сонця становить 99,87% усієї маси системи;
· за фізичними властивостями планети поділяють на дві групи;
· переважна більшість супутників планет рухається у площинах їхніх екваторів у тому ж напрямі, що й планети.
Перевірити достовірність даної гіпотези поки ще важко. Крім Сонячної системи, астрономам лише недавно вдалося виявити планетні системи біля інших зір. Дані спостережень поможуть остаточно сформулювати теорію походження планетних систем, зокрема Сонячної.
2. Склад Сонячної системи та її загальна характеристика
За фізичними характеристиками планети поділяють на дві групи:
· планети земної групи ( Меркурій, Венера, Земля, Марс );
· планети - гіганти ( Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун ).
Плутон займає особливе місце, він має властивості, притаманні гігантам, хоча за розмірами є найменшою планетою Сонячної системи.
Усі планети земної групи мають тверду поверхню і велику середню густину. Вони відносно повільно обертаються навколо своєї осі й мають мало ( або не мають узагалі ) супутників. Для планет - гігантів характерними є значні розміри та швидке осьове обертання. У них нема твердої поверхні, але є багато природних супутників та кільця. Планети земної групи складаються в основному з важких хімічних елементів ( Fe, Si, O ), планети - гіганти - переважно з легких ( Н, Не ).
Усі великі планети Сонячної системи оточені атмосферою - шаром газів, що утримуються біля поверхні планет їх гравітацією. Розмірами, масою та розташуванням планети визначається густина та склад її атмосфери. У Меркурія, наприклад, вона надзвичайно розріджена, а в Юпітері дуже густа. У складі атмосфери планет - гігантів переважають водень, гелій, аміак, метан. Це зумовлено тим, що при утворенні Сонячної системи з газопилової хмари важкі елементи залишилися біля Сонця, а водень і гелій перемістилися на периферію.
Результатом життєдіяльності земної флори є значний уміст кисню в атмосфері нашої планети. В газових оболонках інших планет кисню дуже мало.
Атмосфера відіграє дуже важливу роль у тепловому балансі планети. Наприклад, водяна пара та вуглекислий газ земної атмосфери дуже сильно поглинають теплове проміння, захищаючи поверхню планети від охолодження. Іншими словами, атмосфера створює парниковий ефект, підвищуючи середню температуру на Землі на 30 - 40 0С. Атмосфера Венери значно щільніша за Земну і складається переважно з вуглекислого газу ( 96 % ). Це дуже підсилює парниковий ефект на цій планеті.
3. Планета Земля - загальна характеристика
Земля - третя від Сонця і п’ята за величиною планета Сонячної системи. За сучасними космогонічними уявленнями, її вік становить близько 4,6 млрд років. Земля рухається навколо Сонця по еліптичній орбіті, середній радіус якої 149,6 млн км. Планета також здійснює осьове обертання, результатом якого є її тиск (екваторіальний радіус Землі на 21,38 км більший за полярний ). Тому форма Землі, хоч і дуже близька до кулястої, не є такою. Поверхня нашої планети має форму геоїда. Відомо, що прискорення вільного падіння на різних широтах різне - від 9,78 м/с2 на полюсах.
Земля - єдина планета Сонячної системи, яка має гідросферу ( на якій вода існує в рідкому стані ). 70,8% поверхні нашої планети ( 361 млн км 2) покриті водою, Середня глибина Світового океану дорівнює 3900 км. Величезна кількість води, питома теплоємкість якої висока, запобігає різким добовим та сезонним перепадам температури на планеті. Світовий океан є колискою життя на Землі.
149 млн км 2 ( 29,2 % поверхні Землі ) займає суходіл. На Землі є 6 материків і значна кількість островів. Євразія - найбільший материк ( 37 % суходолу ) , Австралія - найменший. Домінуючим видом рельєфу материків є рівнини. Гори, а особливо високі, займають незначну частину поверхні планети. Материк Антарктида повністю вкритий льодовиком. У льодовику сконцентрована більша частина прісної води Землі. Якби лід повністю розтанув, рівень Світового океану піднявся б на 60 м.
Земна поверхня відносно молода. Протягом останніх 500 років ( за астрономічними мірками - це мало ) ерозія і тектонічні процеси зруйнували майже всі сліди ранньої геологічної поверхні ( зокрема, метеоритні кратери ).
Безпосереднє вивчення надр планети неможливе, бо навіть найглибші свердловини завглибшки близько 15 км, що на 425 разів менші за радіус Землі. Джерелом інформації про внутрішню будову планети є сейсмологія - наука про поширення пружних хвиль у Землі. Використовуючи сейсмічні методи, а також вивчаючи вулканічні викиди, вдалося зазирнути у глибини нашої планети. Встановлено, що Земля має шарувату будову і складається з ядра, мантії та літосфери.
4. Літосфера, гідросфера та атмосфера Землі
Тверду оболонку Землі літосферою ( від грецького літос - камінь ), або корою ( див рис.1 ).
Рис. 1 Будова Землі
Товщина земної кори не однакова: під материками вона становить 35 - 65 км, а під океанічним дном - 6 - 8 км. Верхній шар земної кори складається переважно з оксидів кремнію, алюмінію, заліза та лужних металів. Середній шар кори гранітний, а нижній сформований із базальтів. Під океанами гранітного прошарку у корі нема. Літосфера складається з 8 величезних літосферних плит, які дуже повільно переміщуються. Найбільша - Тихоокеанська плита - рухається найшвидше - 9,3 см/рік. Межі плит є областями підвищеної сейсмічної та вулканічної активності.
Під корою залягає мантія. Вона складається з базальтів і силікатів, які перебувають розплавленому, але дуже в’язкому стані. Межа між корою та мантією, на якій різко зростає густина називається поверхнею Мохоровичича ( А. Мохоровичич ( 1857 - 1936 ) - югославський учений ). На глибині 120 - 250 км під материками та 60 - 400 км під океанами розташований шар мантії, який називають астеносферою ( від грецького астенес - слабкий ). Речовина астеносфери, як і усієї мантії, близька до плавлення, але в’язкість її низька. Літосферні плити ніби плавають в атмосфері.
На глибині 2900 км виявлений ризький стрибок густини речовини від 5560 кг/м 3 до 10100 кг/м3. Тут починається зовнішнє ядро. Його речовина електроподібна, дуже розжарена і перебуває під величезним тиском у стані дуже в’язкої рідини. Всередині зовнішнього ядра розташоване тверде внутрішнє ядро. Його радіус приблизно 1250 км. Ядро, імовірно, складається в основному із заліза та нікелю.
Беручи свердловини, вчені виявили що в корі на глибині 10 км температура сягає 180 0 С. Із глибиною температура, тиск та густина речовини зростають. У центрі ядра температура досягає 9000 0 С ( вища ніж на поверхні Сонця ), густина понад 15 000 кг/м 3, а тиск у 3,5 млн разу більший за нормальний атмосферний.
Переважна частина маси Землі зосереджена в мантії та ядрі. На літосферу, гідросферу разом припадає менше ніж 0.5 % земної маси ( див рис. 2 ).
Рис.2 Маса Землі
Основними хімічними елементами, з яких складається наша планета, є Fe, O, Si, Mg ( див. рис.3 ). Усі вони важкі, тому Земля має найбільшу середню густину в Сонячній системі - 5517 кг/м 3, що приблизно дорівнює густині мантії. Середня густина земної кори удвічі менша - 2700 кг/м 3, а ядро, відповідно, більш щільне.
Земля оточена атмосферою, 78% маси якої складає азот, 21 % кисень, а вміст решти газів малий. Вуглекислого газу в атмосфері зараз 0,03 %, але він відіграє дуже важливу роль, підтримуючи парниковий ефект. Досліджуючи газ, ізольований у порожнинах древніх грецьких порід, учені дійшли висновку, що земна атмосфера зазнала значних змін у процесі еволюції. Зокрема, 3,5 млрд років в атмосфері було близько 60 % вуглекислого газу, близько 40 % сполук сірки і зовсім мало аміаку, азоту та інертних газів.
Рис. 3 Хімічний склад Землі
Протягом перших 4 млрд років існування Землі вільного кисню в її атмосфері не було. В геологічних планетах знайдені речовини відповідного віку, які легко окислюються, але не окислені. Значна кількість кисню в атмосфері нашої планети зараз зумовлена життєдіяльністю рослинного світу протягом останніх 400 млн років.
Розрізняють кілька шарів атмосфери Землі. Найнижчий шар називають тропосферою. Тут зосереджено понад 80 % усієї маси повітряної оболонки Землі. На висоті 12 - 15 км тропосфера межує зі стратосферою. Температура газу там - 55 0С, а тиск усього 0,026 атм. У стратосфері на висоті 20 - 30 км над поверхнею планети є шар озону ( О3 0. Озон поглинає шкідливе короткохвильове ( 
) випромінювання Сонця. Результатом недбайливої діяльності людини є інтенсивне руйнування озонового шару. Верхні шари атмосфери, іонізовані сонячним промінням, називаються іоносферою. Сліди атмосфери простежуються до висоти майже 2000 км.
Навколо Землі існує магнітне поле. Електропровідна речовина зовнішнього ядра безперервно рухається. Потоки плазми у надрах планети і є тими струмами, навколо яких виникає земне магнітне поле. Його полюси з часом зміщуються. Простір навколо планети, у якому проявляється дія її магнітного поля, називають магнітосферою. З космічного простору у магнітосферу потрапляє значна кількість заряджених частинок ( протонів, електронів, 
- частинок ). Рухаючись по спіралях уздовж магнітних ліній поля, частинки утворюють радіаційний пояс. Залежно від енергії, частинки проникають на різну глибину магнітосфери, утворюючи в радіаційному поясі три зони ( три максимуми ). Біля магнітних полюсів Землі частинки радіаційного поясу потрапляють в іоносферу і бомбардують молекули повітря, унаслідок чого ті випромінюють світло. Так виникає полярне сяйво. Це мальовниче оптичне явище відбувається на висотах від 80 - 100 до 400 км, а іноді до 1000 - 1100 км. Потік частинок із Сонця ( сонячний вітер ) дуже впливає на форму магнітосфери, значно викривляючи її. Під час сонячної активності у просторі викидається значна кількість заряджених частинок із високими енергіями. Раптове посилення сонячного вітру спричиняє збурення магнітного поля Землі. Виникають такі звані магнітні бурі, під час яких погіршується радіорелейний зв'язок.