Концепции строения, эволюционных процессов и зарождения структур в мире планет

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ    ЛИНГВИСТИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИМ. Н.А. ДОБРОЛЮБОВА

Факультет международных отношений, экономики и управления

РЕФЕРАТ

По курсу: «Концепции современного естествознания»

На тему:

«Концепции строения, эволюционных процессов и зарождения структур в мире планет»

Выполнил: студент 1 курса
СПЕЦИАЛЬНОСТИ
Информационная Безопасность
Никулин Артем

Руководитель:

кандидат технических наук, доцент Смирнов В.И.

Нижний Новгород 2012

Содержание

Введение. 3

Основы познания естественных наук. 4

Глава 1. Элементы планетной космогонии. 6

1.Происхождение солнечной системы.. 6

2.Теория Канта. 6

3.Небулярная теория Лапласа. 7

Глава 2. Самоорганизация при образовании планет и взаимодействии геосфер  11

Заключение. 14

Введение

За последние 300 лет было предложено несколько космогонических гипотез относительно ранней истории Солнечной системы. Нужно было объяснить: почему орбиты всех планет почти круговые и лежат почти в одной плоскости, совпадающей с экваториальной плоскостью Солнца; почему массы планет составляют 2 % массы Солнца, но обладают 98 % момента импульса Солнечной системы; почему направление обращения вокруг Солнца одинаково почти для всех планет и совпадает с направлением вращения Солнца и вращением вокруг собственных осей; почему все планеты делятся четко на две группы, отличающиеся физическими данными, и пр.

Основы познания естественных наук

В основе любого, в том числе и естественнонаучного, познания действительности лежит сложная творческая работа, включающая сочетающиеся сознательные и подсознательные процессы. О важной роли подсознательных процессов говорили многие выдающиеся ученые. В частности, Альберт Эйнштейн подчеркивал: «Нет ясного логического пути к научной истине, ее надо угадать некоторым интуитивным скачком мышления».

Особенности сознательных и подсознательных процессов творческой работы придают индивидуальный характер решению даже одной и той же естественнонаучной проблемы разными учеными. «И хотя представители различных школ считают свой стиль единственно правильным, разные направления дополняют и стимулируют друг друга; истина же не зависит от того, каким способом к ней приближаться» – так считал физик-теоретик А.Б. Мигдал (1911–1991).

Несмотря на индивидуальность решения научных задач, можно назвать вполне определенные правила научного познания действительности:

– ничего не принимать за истинное, что не представляется ясным и отчетливым;

– трудные вопросы делить на столько частей, сколько нужно для их разрешения; начинать исследование с самых простых и удобных для познания вещей и восходить постепенно к познанию трудных и сложных;

– останавливаться на всех подробностях, на все обращать внимание, чтобы быть уверенным, что ничего не опущено.

Данные правила впервые сформулировал Рене Декарт (1596–1650), выдающийся французский философ, математик, физик и физиолог. Они составляют сущность метода Декарта, который в одинаковой мере применим для получения как естественнонаучных, так и гуманитарных знаний.

    Многие авторитетные ученые видят важную роль именно естественнонаучных знаний, естественных наук в познании действительности. Так, английский физик Дж.К. Максвелл утверждал: «Что касается материальных наук, то они кажутся мне прямой дорогой к любой научной истине... Сумма знаний берет значительную долю своей ценности от идей, полученных путем проведения аналогий с материальными науками...»

Подводя итог, сформируем три основных положения теории естественнонаучного познания:

1. в основе естественнонаучного познания лежит причинно-следственная связь;

2. истинность естественнонаучных знаний подтверждается экспериментом, опытом (критерий истины);

3. любое естественнонаучное знание относительно.

Глава 1. Элементы планетной космогонии

1.Происхождение солнечной системы

         Вот уже два века проблема происхождения Солнечной системы волнует выдающихся мыслителей нашей планеты. Этой проблемой занимались, начиная от философа Канта и математика Лапласа, плеяда астрономов и физиков XIX и XX столетий.

И все же мы до сих пор довольно далеки от решения этой проблемы. Но за последние три десятилетия прояснился вопрос о путях эволюции звезд. И хотя детали рождения звезды из газово-пылевой туманности еще далеко не ясны, мы теперь четко представляем, что с ней происходит на протяжении миллиардов лет дальнейшей эволюции.

Переходя к изложению различных космогонических гипотез, сменявших одна другую на протяжении двух последних столетий, начнем с гипотезы великого немецкого философа Канта и теории, которую спустя несколько десятилетий независимо предложил французский математик Лаплас. Предпосылки к созданию этих теорий выдержали испытание временем.

2.Теория Канта

На протяжении многих веков вопрос о происхождении Земли оставался монополией философов, так как фактический материал в этой области почти полностью отсутствовал. Первые научные гипотезы относительно происхождения Земли и солнечной системы, основанные на астрономических наблюдениях, были выдвинуты только лишь в XVIII веке. С тех пор не переставали появляться все новые и новые теории, соответственно росту наших космогонических представлений. Первой в этом ряду была знаменитая теория, сформулированная в 1755 году немецким философом Иммануилом Кантом. Кант считал, что солнечная система возникла из некой первичной материи, до того свободно рассеянной в космосе. Частицы этой материи перемещались в различных направлениях и, сталкиваясь друг с другом, теряли скорость. Наиболее тяжелые и плотные из них под действием силы притяжения соединялись друг с другом, образуя центральный сгусток - Солнце, которое, в свою очередь, притягивало более удаленные, мелкие и легкие частицы. Таким образом, возникло некоторое количество вращающихся тел, траектории которых взаимно пересекались. Часть этих тел, первоначально двигавшихся в противоположных направлениях, в конечном счете, были втянуты в единый поток и образовали кольца газообразной материи, расположенные приблизительно в одной плоскости и вращающиеся вокруг Солнца в одном направлении, не мешая друг другу. В отдельных кольцах образовывались более плотные ядра, к которым постепенно притягивались более легкие частицы, формируя шаровидные скопления материи; так складывались планеты, которые продолжали кружить вокруг Солнца в той же плоскости, что и первоначальные кольца газообразного вещества.

3.Небулярная теория Лапласа

В 1796 году французский математик и астроном Пьер-Симон Лаплас выдвинул теорию, несколько отличную от предыдущей. Лаплас полагал, что Солнце существовало первоначально в виде огромной раскаленной газообразной туманности (небулы) с незначительной плотностью, но зато колоссальных размеров.

Эта туманность, согласно Лапласу, первоначально медленно вращалась в пространстве. Под влиянием сил гравитации туманность постепенно сжималась, причем скорость ее вращения увеличивалась. Возрастающая в результате центробежная сила придавала туманности уплощенную, а затем и линзовидную форму. В экваториальной плоскости туманности соотношение между притяжением и центробежной силой изменялось в пользу этой последней, так что, в конечном счете, масса вещества, скопившегося в экваториальной зоне туманности, отделилась от остального тела и образовала кольцо. От продолжавшей вращаться туманности последовательно отделялись все новые кольца, которые, конденсируясь в определенных точках, постепенно превращались в планеты и другие тела солнечной системы. В общей сложности от первоначальной туманности отделилось десять колец, распавшихся на девять планет и пояс астероидов - мелких небесных тел. Спутники отдельных планет сложились из вещества вторичных колец, оторвавшихся от раскаленной газообразной массы планет.

Вследствие продолжавшегося уплотнения материи температура новообразованных тел была исключительно высокой. В то время и наша Земля, по П. Лапласу, представляла собой раскаленный газообразный шар, светившийся подобно звезде. Постепенно, однако, этот шар остывал, его материя переходила в жидкое состояние, а затем, по мере дальнейшего охлаждения, на его поверхности стала образовываться твердая кора. Эта кора была окутана тяжелыми атмосферными парами, из которых при остывании конденсировалась вода. Поскольку наука не располагала в то время более приемлемыми объяснениями, у этой теории было в XIX веке множество последователей.

Точки зрения Канта и Лапласа в ряде важных вопросов резко отличались. Кант исходил из эволюционного развития холодной пылевой туманности, в ходе которого сперва возникло центральное массивное тело - будущее Солнце, а потом планеты, в то время как Лаплас считал первоначальную туманность газовой и очень горячей с высокой скоростью вращения. Сжимаясь под действием силы всемирного тяготения, туманность, вследствие закона сохранения момента количества движения, вращалась все быстрее и быстрее. Из-за больших центробежных сил от него последовательно отделялись кольца. Потом они конденсировались, образуя планеты.

Таким образом, согласно гипотезе Лапласа, планеты образовались раньше Солнца. Однако, несмотря на различия, общей важной особенностью является представление, что Солнечная система возникла в результате закономерного развития туманности. Эти две теории взаимно дополняли друг друга, поэтому и принято называть эту концепцию “гипотезой Канта-Лапласа”.

Однако эта теория сталкивается с трудностью. Наша Солнечная система, состоящая из девяти планет разных размеров и масс, обладает особенностью: необычное распределение момента количества движения между центральным телом - Солнцем и планетами.

Момент количества движения есть одна из важнейших характеристик всякой изолированной от внешнего мира механической системы. Именно как такую систему можно рассмотреть Солнце и окружающие его планеты. Момент количества движения можно определить как “запас вращения” системы. Это вращение складывается из орбитального движения планет и вращения вокруг осей Солнца и планет.

Львиная доля момента количества движения Солнечной системы сосредоточена в орбитальном движении планет-гигантов Юпитера и Сатурна.

С точки зрения гипотезы Лапласа, это совершенно непонятно. В эпоху, когда от первоначальной, быстро вращающейся туманности отделилось кольцо, слои туманности, из которых потом сконденсировалось Солнце, имели (на единицу массы) примерно такой же момент, как вещество отделившегося кольца (так как угловые скорости кольца и оставшихся частей были примерно одинаковы), так как масса последнего была значительно меньше основной туманности «протосолнца», то полный момент количества движения кольца должен быть много меньше, чем у «протосолнца». В гипотезе Лапласа отсутствует какой-либо механизм передачи момента от «протосолнца» к кольцу. Поэтому в течение всей дальнейшей эволюции момент количества движения «протосолнца», а затем и Солнца должен быть много больше, чем у колец и образовавшихся из них планет. Но этот вывод противоречит с фактическим распределением количества движения между Солнцем и планетами.

Для гипотезы Лапласа эта трудность оказалась непреодолимой.

 

Глава 2. Самоорганизация при образовании планет и взаимодействии геосфер

До недавнего времени считалось, что можно рассматривать моря, леса, горы, атмосферу не только отдельно друг от друга и от всего живого мира, но и по частям или слоям. Тесная взаимосвязь между ними делает такой подход подчас бессмысленным, требует единого подхода. В какой-то степени это следствие успехов аналитического естествознания. В. И. Вернадский, разрабатывая модель биосферы, неоднократно отмечал, что Гете мыслил синтетически, не признавая возможности деления природы на части и считая, что ее можно изучать как целое. И Вернадский внес количественные оценки в качественную модель Гете. Для описания природы (особенно в биологии и геологии) практически нельзя пользоваться моделями, которые «отрицают стрелу времени».

Окружающий нас мир, от элементарных частиц до галактик и биосферы, существенно далек от равновесия. В галактиках идет постоянный обмен веществом и излучением между звездами и межзвездными облаками. Внутри звезд протекают грандиозные неравновесные процессы, особенно сильные в пульсирующих звездах типа цефеид. В недрах звезд происходят мощные термоядерные реакции с выделением огромной энергии. На конечных стадиях жизни в звездах типа белых карликов вещество как бы конденсируется в одну гигантскую «молекулу», находящуюся в нижнем квантовом состоянии, резко уменьшающем энергетические потери. В нейтронных звездах возникает упорядоченное состояние вещества, которое похоже на явление сверхтекучести.

 Явление самоорганизации было обнаружено в кольцах Сатурна — шестой по порядку от Солнца и второй по величине планете Солнечной системы. По массе она в 3 раза меньше Юпитера, так как ее плотность всего 0,7 г/см3, и состоит она в основном из водорода и гелия. Колец у Сатурна несколько, их толщина менее 3,5 км, а диаметр внешнего из них 275 тыс. км. Они охватывают планету по экватору, никогда не соприкасаясь с ее поверхностью, и вращаются вокруг нее под углом 27° к экватору, поэтому можно видеть кольца то с одной, то с другой стороны. Внутренние кольца вращаются с большей скоростью, чем внешние. Было установлено, что кольца — это плоская система из огромного числа мелких спутников планеты. Их спектры содержат линии, характерные для чистого льда и водяного инея. Среди 24 «настоящих» спутников Сатурна один из самых больших спутников в Солнечной системе по размерам и массе — Титан — имеет атмосферу, состоящую в основном из метана и водорода.

 Когда Гюйгенс догадался, что Сатурн окружен «тонким и плоским кольцом», это было столь неожиданно, что он зашифровал свою идею. Кольца Сатурна исследовал Ж.Д.Кассини (1675), установивший промежуток между кольцами А и В (щель Кассини), а его сын, Ж. Кассини, высказал идею метеоритного строения колец. Сквозь щели между тремя кольцами просвечивают звезды. И.Кант описал (1755) кольца как послойно вращающийся разреженный диск сталкивающихся частиц, который из-за этих соударений разбивается на узкие колечки. Исследования Лапласа по устойчивости колец продолжил Максвелл. Он показал, что кольцо не может быть плотным и привел уравнение (называемое сейчас дисперсионным), определяющее собственные частоты колебаний колец.

Магнитное поле Земли удерживает и перераспределяет потоки космических лучей. Эти области остро реагируют на магнитные бури, происходящие на Солнце. Исследователи земного геомагнетизма С.Чепмен и В.Ферраро показали (1940), что магнитное поле Земли начинает чувствовать воздействие внешнего потока заряженных частиц при плотностях, больших 104 м-3. Критическое значение плотности связано со скоростью частиц v простым соотношением: п = 6,8 • 10-11v (м-3), где v в (м с-1). Отсюда можно вычислить плотность и спокойного солнечного ветра (Е= 10 эВ, v= 104 м • с-1), п = 10-6 м-3, и возмущенного (Е = 103 эВ, v= 4,35 • 105 м • с-1), п = 10-5. Для солнечных космических лучей Е - 107 эВ, v= 4,35 • 105 м • с-1 и п = 3 • 10-1 м-3. Таким образом, плотность частиц в солнечном ветре заведомо превышает критическое значение, что имеет важные последствия для магнитосферы.

Заключение

Многообразие гипотез связано с тем, что планеты Солнечной системы достаточно сильно различаются между собой: Меркурий, Венера, Марс, Земля – твердые планеты; Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун – газообразные; Плутон – несформировавшаяся твердая планета.

Такое странное расположение планет, а также существование пояса астероидов между орбитами Марса и Юпитера (вероятно, это остатки еще одной планеты) и объясняет тот факт, что до сих пор отсутствует общепризнанная теория Солнечной системы, дающая непротиворечивые ответы на эти и другие вопросы.

Геосфера представляет совокупность иерархически связанных подсистем — ландшафтной оболочки, физико-географических стран, зональных областей, местностей и т. д. Взаимодействие абиотических (рельеф, распределение температур, освещенность, влажность) и биотических факторов определяет разнообразие свойств геосферы. Её целостность обусловлена слаженным взаимодействием всех подсистем.

Наша планета Земля по составу, состоянию слагающего вещества, физическим свойствам и протекающим в ней процессам неоднородна. Вообще, неоднородность - это главное свойство и движущая сила всей Вселенной, в том числе и нашей планеты.

Список литературы:

1.     Кравец А.С. Методология науки. Воронеж, 1991.

2.     Лешкевич Т.Г. Философия науки. Ростов-на-Дону, 1999.

3.     Соломатин В.А. История и концепции современного

4.     Маров М. Я. Планеты Солнечной системы. – М.: Наука, 1999 г.

5.     Уиппл Ф. Земля, Луна и Планеты – М.: Наука, 2002

6.     Дубнищева Т.Я. Концепции современного естествознания: учеб. пособие для студ.вузов, 2008