Загальна геохімічна характеристика планети Земля та її геосфер:

Земля у Сонячній системі та Всесвіті

ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ С. Є. Шнюков

Лекція 8

В хорошо исследованной области пространства, на расстояниях до 1500 Мпк, находится неск. миллиардов звёздных систем - галактик. Таким

образом, наблюдаемая область Вселенной (её наз. также Метагалактикой) - это прежде всего мир галактик. Большинство галактик входит в состав групп и скоплений, содержащих десятки, сотни и тысячи

членов.

Наша галактика - Млечный Путь (Чумацький шлях). Уже древние греки называли Наша галактика - Млечный Путь (Чумацький шлях). Уже древние греки называли его galaxias, т.е. молочный круг. Уже первые наблюдения в телескоп, его galaxias, т.е. молочный круг. Уже первые наблюдения в телескоп, проведенные Галилеем, показали, что Млечный Путь – это скопление очень проведенные Галилеем, показали, что Млечный Путь – это скопление очень далеких и слабых звезд.далеких и слабых звезд.

В начале ХХ века стало очевидным, что почти все видимое вещество во Вселенной сосредоточено в В начале ХХ века стало очевидным, что почти все видимое вещество во Вселенной сосредоточено в гигантских звездно-газовых островах с характерным размером от нескольких килопарсеков до нескольких гигантских звездно-газовых островах с характерным размером от нескольких килопарсеков до нескольких десятков килопарсек (1 килопарсек = 1000 парсек ~ 3∙103 световых лет ~ 3∙1019 м). Солнце вместе с десятков килопарсек (1 килопарсек = 1000 парсек ~ 3∙103 световых лет ~ 3∙1019 м). Солнце вместе с окружающими его звездами также входит в состав спиральной галактики, всегда обозначаемой с заглавной окружающими его звездами также входит в состав спиральной галактики, всегда обозначаемой с заглавной буквы: Галактика. Когда мы говорим о Солнце, как об объекте Солнечной системы, мы тоже пишем его с буквы: Галактика. Когда мы говорим о Солнце, как об объекте Солнечной системы, мы тоже пишем его с большой буквы.большой буквы.

Южная часть Млечного ПутиЮжная часть Млечного Пути

Спиральная галактика NGC1365: примерно так выглядит наша Галактика сверхуСпиральная галактика NGC1365: примерно так выглядит наша Галактика сверху

Галактики

Галактики

Спиральная галактика NGC891: примерно так выглядит наша Галактика сбоку. Размеры Спиральная галактика NGC891: примерно так выглядит наша Галактика сбоку. Размеры Галактики: – диаметр диска Галактики около 30 кпк (100 000 световых лет), – толщина – около Галактики: – диаметр диска Галактики около 30 кпк (100 000 световых лет), – толщина – около 1000 световых лет. Солнце расположено очень далеко от ядра Галактики – на расстоянии 8 1000 световых лет. Солнце расположено очень далеко от ядра Галактики – на расстоянии 8 кпк (около 26 000 световых лет).кпк (около 26 000 световых лет).

Центральная, наиболее Центральная, наиболее компактная область компактная область Галактики называется Галактики называется ядром. В ядре высокая ядром. В ядре высокая концентрация звезд: в концентрация звезд: в каждом кубическом парсеке каждом кубическом парсеке находятся тысячи звезд. находятся тысячи звезд. Если бы мы жили на планете Если бы мы жили на планете около звезды, находящейся около звезды, находящейся вблизи ядра Галактики, то на вблизи ядра Галактики, то на небе были бы видны небе были бы видны десятки звезд, по яркости десятки звезд, по яркости сопоставимых с Луной. В сопоставимых с Луной. В центре Галактики центре Галактики предполагается предполагается существование массивной существование массивной черной дыры. В кольцевой черной дыры. В кольцевой области галактического области галактического диска (3–7 кпк) диска (3–7 кпк) сосредоточено почти все сосредоточено почти все молекулярное вещество молекулярное вещество межзвездной среды; там межзвездной среды; там находится наибольшее находится наибольшее количество пульсаров, количество пульсаров, остатков сверхновых и остатков сверхновых и источников инфракрасного источников инфракрасного излучения. Видимое излучения. Видимое излучение центральных излучение центральных областей Галактики областей Галактики полностью скрыто от нас полностью скрыто от нас мощными слоями мощными слоями поглощающей материи.поглощающей материи.

Галактики

Вид на Вид на Млечный Путь Млечный Путь с с воображаемой воображаемой планеты, планеты, обращающейсобращающейся вокруг я вокруг звезды звезды галактического галактического гало над гало над звездным звездным диском.диском.

Галактики

Сонце - Сонце - рядовая звезда нашей Галактики. рядовая звезда нашей Галактики. Поэтому такие проблемы, как источники Поэтому такие проблемы, как источники энергии С., его строение, образование энергии С., его строение, образование спектра, явл. общими для физики Солнца спектра, явл. общими для физики Солнца и других звёзд. Для земного наблюдателя и других звёзд. Для земного наблюдателя уникальность С. состоит в том, что это уникальность С. состоит в том, что это ближайшая к нам и единственная пока ближайшая к нам и единственная пока звезда, поверхность которой можно звезда, поверхность которой можно подвергнуть детальному изучению.подвергнуть детальному изучению.

Сонце - рядовая звезда нашей Галактики.

В начале нашего столетия выдающиеся В начале нашего столетия выдающиеся астрономы датчанин Герцшпрунг и астрономы датчанин Герцшпрунг и

американец Ресселл , что существует американец Ресселл , что существует зависимость между светимостью звезд зависимость между светимостью звезд

и их спектральным классом. и их спектральным классом. Положение звезды на диаграмме Положение звезды на диаграмме зависит от ее массы, возраста и зависит от ее массы, возраста и

химического состава. Со временем химического состава. Со временем выявился глубокий физический смысл выявился глубокий физический смысл

расположения звезд на диаграмме, и расположения звезд на диаграмме, и стали понятными передвижения звезд стали понятными передвижения звезд

по диаграмме в зависимости от по диаграмме в зависимости от возраста (эволюционные треки). возраста (эволюционные треки).

Классы звезд: Классы звезд: 1) главную последовательность; 1) главную последовательность;

2) красные гиганты; 2) красные гиганты; 3) горизонтальная ветвь; 3) горизонтальная ветвь; 4) асимптотическую ветвь 4) асимптотическую ветвь

сверхгигантов; сверхгигантов; 5)последовательность белых 5)последовательность белых

карликов; карликов; Наиболее населенной является главная Наиболее населенной является главная

последовательность, следующие последовательность, следующие группы - белые карлики и гиганты.группы - белые карлики и гиганты.

Зірки: Схематическое представление наиболее населенных областей на диаграмме Герцшпрунга-Ресселла

Главная последовательность (ГП) - Главная последовательность (ГП) - наиболее населенная область на наиболее населенная область на

диаграмме Гецшпрунга - Рессела (ГР). диаграмме Гецшпрунга - Рессела (ГР). Основная масса звезд на диаграмме ГР Основная масса звезд на диаграмме ГР

расположена вдоль диагонали на расположена вдоль диагонали на полосе, идущей от правого нижнего полосе, идущей от правого нижнего

угла диаграммы в левый верхний угол. угла диаграммы в левый верхний угол. Эта полоса и называется главной Эта полоса и называется главной

последовательностью.последовательностью.Нижний правый угол занят холодными Нижний правый угол занят холодными

звездами с малой светимостью и звездами с малой светимостью и малой массой, начиная со звезд малой массой, начиная со звезд порядка 0.08 солнечной массы, а порядка 0.08 солнечной массы, а

верхний левый угол занимают горячие верхний левый угол занимают горячие звезды, имеющие массу порядка 60-100 звезды, имеющие массу порядка 60-100

солнечных масс и большую солнечных масс и большую светимость (вопрос об устойчивости светимость (вопрос об устойчивости звезд с массами больше звезд с массами больше 60-120Мsun60-120Мsun

остается открытым, хотя, по-видимому, остается открытым, хотя, по-видимому, в последнее время имеются в последнее время имеются

наблюдения таких звезд).наблюдения таких звезд).Фаза эволюции, соответствующая главной Фаза эволюции, соответствующая главной

последовательности, связана с последовательности, связана с выделением энергии в процессе выделением энергии в процессе

превращения водорода в гелий, и так как , и так как все звезды ГП имеют один источник все звезды ГП имеют один источник

энергии, то положение звезды на энергии, то положение звезды на диаграмме ГР определяется ее массой диаграмме ГР определяется ее массой

и в малой степени химическим и в малой степени химическим составом.составом.

Основное время жизни звезда проводит на Основное время жизни звезда проводит на главной последовательности и главной последовательности и

поэтому главная последовательность - поэтому главная последовательность - наиболее населенная группа на наиболее населенная группа на

диаграмме ГР (до 90% всех звезд лежат диаграмме ГР (до 90% всех звезд лежат на ней).на ней).

Зірки: Головна послідовність

Красные гиганты - это звезды, в Красные гиганты - это звезды, в ядре которых уже ядре которых уже

закончилось горение закончилось горение водорода. Их ядро состоит из водорода. Их ядро состоит из гелия, но так как температура гелия, но так как температура

ядерного горения гелия ядерного горения гелия больше, чем температура больше, чем температура

горения водорода, то гелий горения водорода, то гелий не может загореться. не может загореться.

Поскольку больше нет Поскольку больше нет выделения энергии в ядре, выделения энергии в ядре, оно перестает находиться в оно перестает находиться в

состоянии гидростатического состоянии гидростатического равновесия и начинает равновесия и начинает

быстро сжиматься и быстро сжиматься и нагреваться под действием нагреваться под действием сил гравитации. Так как во сил гравитации. Так как во время сжатия температура время сжатия температура ядра поднимается, то оно ядра поднимается, то оно

поджигает водород в поджигает водород в окружающем ядро тонком окружающем ядро тонком

слое (начало горения слое (начало горения слоевого источника).слоевого источника).

Зірки: Червоні гіганти

Внешние слои звезды расширяются и остывают. Более холодная звезда становится краснее, однако из-за своего огромного радиуса ее светимость возрастает по сравнению со звездами главной последовательности. Сочетание невысокой температуры и большой светимости, собственно говоря, и характеризует звезду как красного гиганта. На диаграмме ГР звезда движется вправо и вверх и занимает место на ветви красных гигантов.

В начале нашего столетия выдающиеся В начале нашего столетия выдающиеся астрономы датчанин Герцшпрунг и астрономы датчанин Герцшпрунг и

американец Ресселл , что существует американец Ресселл , что существует зависимость между светимостью звезд зависимость между светимостью звезд

и их спектральным классом. и их спектральным классом. Положение звезды на диаграмме Положение звезды на диаграмме зависит от ее массы, возраста и зависит от ее массы, возраста и

химического состава. Со временем химического состава. Со временем выявился глубокий физический смысл выявился глубокий физический смысл

расположения звезд на диаграмме, и расположения звезд на диаграмме, и стали понятными передвижения звезд стали понятными передвижения звезд

по диаграмме в зависимости от по диаграмме в зависимости от возраста (эволюционные треки). возраста (эволюционные треки).

Классы звезд: Классы звезд: 1) главную последовательность; 1) главную последовательность;

2) красные гиганты; 2) красные гиганты; 3) горизонтальная ветвь; 3) горизонтальная ветвь; 4) асимптотическую ветвь 4) асимптотическую ветвь

сверхгигантов; сверхгигантов; 5)последовательность белых 5)последовательность белых

карликов; карликов; Наиболее населенной является главная Наиболее населенной является главная

последовательность, следующие последовательность, следующие группы - белые карлики и гиганты.группы - белые карлики и гиганты.

Зірки: Схематическое представление наиболее населенных областей на диаграмме Герцшпрунга-Ресселла

Когда в ядре звезды выгорает Когда в ядре звезды выгорает весь гелий, звезда переходит весь гелий, звезда переходит в стадию сверхгигантов на в стадию сверхгигантов на

асимптотическую горизонтальную ветвь

и становится красным или и становится красным или желтым сверхгигантом. желтым сверхгигантом.

Сверхгиганты отличаются от Сверхгиганты отличаются от обычных гигантов, также обычных гигантов, также

гиганты отличаются от звезд гиганты отличаются от звезд главной последовательности. главной последовательности.

Зірки: Надгіганти

Дальше сценарий эволюции отличается для звезд с Дальше сценарий эволюции отличается для звезд с M*<8Мsun M*<8Мsun ии M*>8Мsun. M*>8Мsun. Звезды Звезды сс M*<8Мsun M*<8Мsun будут иметь вырожденное углеродное ядро, их оболочка рассеется (будут иметь вырожденное углеродное ядро, их оболочка рассеется (планетарная туманность), а ядро превратится в ), а ядро превратится в белый карлик. Звезды с . Звезды с M*>8МsunM*>8Мsun будут эволюционировать дальше. Чем массивнее звезда, тем горячее ее ядро и будут эволюционировать дальше. Чем массивнее звезда, тем горячее ее ядро и тем быстрее она сжигает все свое топливо.Далее –колапс и взрів тем быстрее она сжигает все свое топливо.Далее –колапс и взрів Сверхновой типа II

В начале нашего столетия выдающиеся В начале нашего столетия выдающиеся астрономы датчанин Герцшпрунг и астрономы датчанин Герцшпрунг и

американец Ресселл , что существует американец Ресселл , что существует зависимость между светимостью звезд зависимость между светимостью звезд

и их спектральным классом. и их спектральным классом. Положение звезды на диаграмме Положение звезды на диаграмме зависит от ее массы, возраста и зависит от ее массы, возраста и

химического состава. Со временем химического состава. Со временем выявился глубокий физический смысл выявился глубокий физический смысл

расположения звезд на диаграмме, и расположения звезд на диаграмме, и стали понятными передвижения звезд стали понятными передвижения звезд

по диаграмме в зависимости от по диаграмме в зависимости от возраста (эволюционные треки). возраста (эволюционные треки).

Классы звезд: Классы звезд: 1) главную последовательность; 1) главную последовательность;

2) красные гиганты; 2) красные гиганты; 3) горизонтальная ветвь; 3) горизонтальная ветвь; 4) асимптотическую ветвь 4) асимптотическую ветвь

сверхгигантов; сверхгигантов; 5)последовательность белых 5)последовательность белых

карликов; карликов; Наиболее населенной является главная Наиболее населенной является главная

последовательность, следующие последовательность, следующие группы - белые карлики и гиганты.группы - белые карлики и гиганты.

Зірки: Схематическое представление наиболее населенных областей на диаграмме Герцшпрунга-Ресселла

Характерное время Характерное время рассасывания планетарной рассасывания планетарной туманности - порядка туманности - порядка нескольких десятков тыс. нескольких десятков тыс. лет. Ультрафиолетовое лет. Ультрафиолетовое излучение центрального ядра излучение центрального ядра заставляет туманность заставляет туманность флюоресцировать. флюоресцировать.

Зірки: Планетарні туманості

Планетарная туманность является Планетарная туманность является сброшенными верхними слоями сброшенными верхними слоями сверхгиганта. Свечение обеспечивается . Свечение обеспечивается возбуждением газа ультрафиолетовым возбуждением газа ультрафиолетовым излучением центральной звезды. излучением центральной звезды. Туманность излучает в оптическом Туманность излучает в оптическом диапазоне, газ туманности нагрет до диапазоне, газ туманности нагрет до температуры порядка 10000 К.температуры порядка 10000 К. Из них Из них формируются білі карлики та нейтронні формируются білі карлики та нейтронні зірки.зірки.

Зірки: Планетарні туманості Ниже приведены фотографии, наглядно показывающие разлетание

вещества в планетарной туманности (туманность "Улитка" ).

Зірки: Планетарні туманості Ниже приведены фотографии, наглядно показывающие разлетание

вещества в планетарной туманности (туманность "Улитка" ).

Зірки: Білі карлики

• Считается, что белые карлики - это обнажившееся ядро звезды, находившейся до сброса наружных слоев на ветви сверхгигантов. Когда оболочка планетарной туманности рассеется, ядро звезды, находившейся до этого на ветви сверхгигантов, окажется в верхнем левом углу диаграммы ГР. Остывая, оно переместится в верхний угол диаграммы для белых карликов. Ядро будет горячее, маленькое и голубое с низкой светимостью - это и характеризует звезду как белый карлик.

• Белые карлики состоят из углерода и кислорода с небольшими добавками водорода и гелия, однако у массивных сильно проэволюционировавших звезд ядро может состоять из кислорода, неона или магния. Белые карлики имееют чрезвычайно высокую плотность(106 г/cм3). Ядерные реакции в белом карлике не идут.

• Белый карлик находится в состоянии гравитационного равновесия и его давление определяется давлением вырожденного электронного газа. Поверхностные температуры белого карлика высокие - от 100,000 К до 200,000 К. Массы белых карликов порядка солнечной (0.6 Мsun - 1.44Msun). Для белых карликов существует зависимость "масса-радиус", причем чем больше масса, тем меньше радиус. Существует предельная масса, так называемый предел Чандрасекхара,выше которой давление вырожденного газа не может противостоять гравитационному сжатию и наступает коллапс звезды, т.е. радиус стремится к нулю. Радиусы большинства белых карликов сравнимы с радиусом Земли.

Зірки: Нейтронні зірки

• Не всегда из остатков сверхгиганта формируется белый карлик. Судьба остатка сверхгиганта зависит от массы оставшегося ядра. При нарушении гидростатического равновесия наступает гравитационный коллапс (длящийся секунды или доли секунды) и если Мядра<1.4Мsun, то ядро сожмется до размеров Земли и получится белый карлик. Если 1.4Мsun<Мядра<3Мsun, то давление вышележащих слоев будет так велико, что электроны "вдавливаются" в протоны, образуя нейтроны и испуская нейтрино. Образуется так называемый нейтронный вырожденный газ.

• Давление нейтронного вырожденного газа препятствует дальнейшему сжатию звезды. Однако, по-видимому, часть нейтронных звезд формируется при вспышках сверхновых и является остатками массивных звезд взорвавшихся как Сверхновая второго типа. Радиусы нейтронных звезд, как и у белых карликов уменьшаются с ростом массы и могут быть от 100 км до 10 км. Плотность нейтронных звезд приближается к атомной и составляет примерно 1014г.см3.

• Ничто не может помешать дальнейшему сжатию ядра, имеющего массу, превышающую 3Мsun. Такая суперкомпактная точечная масса называется черной дырой.

Зірки: Наднові зірки

• Сверхновые - звезды, блеск которых увеличивается на десятки звездных величин за сутки. В течение малого периода времени взрывающаяся сверхновая может быть ярче, чем все звезды ее родной галактики.

• Существует два типа cверхновых: Тип I и Тип II. Считается, что Тип II является конечным этапом эволюции одиночной звезды с массой М*>10±3Мsun. Тип I связан, по-видимому, с двойной системой, в которой одна из звезд белый карлик, на который идет аккреция со второй звезды Сверхновые Типа II - конечный этап эволюции одиночной звезды.

Сонце - Сонце - рядовая звезда нашей рядовая звезда нашей Галактики. . Поэтому такие проблемы, как источники Поэтому такие проблемы, как источники энергии С., его строение, образование энергии С., его строение, образование спектра, явл. общими для физики Солнца спектра, явл. общими для физики Солнца и других звёзд. Для земного наблюдателя и других звёзд. Для земного наблюдателя уникальность С. состоит в том, что это уникальность С. состоит в том, что это ближайшая к нам и единственная пока ближайшая к нам и единственная пока звезда, поверхность которой можно звезда, поверхность которой можно подвергнуть детальному изучению.подвергнуть детальному изучению.

Сонце - рядовая звезда нашей Галактики.

В начале нашего столетия выдающиеся В начале нашего столетия выдающиеся астрономы датчанин Герцшпрунг и астрономы датчанин Герцшпрунг и

американец Ресселл , что существует американец Ресселл , что существует зависимость между светимостью звезд зависимость между светимостью звезд

и их спектральным классом. и их спектральным классом. Положение звезды на диаграмме Положение звезды на диаграмме зависит от ее массы, возраста и зависит от ее массы, возраста и

химического состава. Со временем химического состава. Со временем выявился глубокий физический смысл выявился глубокий физический смысл

расположения звезд на диаграмме, и расположения звезд на диаграмме, и стали понятными передвижения звезд стали понятными передвижения звезд

по диаграмме в зависимости от по диаграмме в зависимости от возраста (эволюционные треки). возраста (эволюционные треки).

Классы звезд: Классы звезд: 1) главную последовательность; 1) главную последовательность;

2) красные гиганты; 2) красные гиганты; 3) горизонтальная ветвь; 3) горизонтальная ветвь; 4) асимптотическую ветвь 4) асимптотическую ветвь

сверхгигантов; сверхгигантов; 5)последовательность белых 5)последовательность белых

карликов; карликов; Наиболее населенной является главная Наиболее населенной является главная

последовательность, следующие последовательность, следующие группы - белые карлики и гиганты.группы - белые карлики и гиганты.

Зірки: Схематическое представление наиболее населенных областей на

диаграмме Герцшпрунга-Ресселла

Главная последовательность (ГП)Главная последовательность (ГП) - наиболее населенная область на - наиболее населенная область на

диаграмме диаграмме Гецшпрунга - Рессела (ГР).Гецшпрунга - Рессела (ГР).

Основная масса звезд на Основная масса звезд на диаграмме ГР расположена диаграмме ГР расположена

вдоль диагонали на полосе, вдоль диагонали на полосе, идущей от правого нижнего угла идущей от правого нижнего угла

диаграммы в левый верхний диаграммы в левый верхний угол. Эта полоса и называется угол. Эта полоса и называется

главной последовательностью.главной последовательностью.Фаза эволюции, соответствующая Фаза эволюции, соответствующая

главной последовательности, главной последовательности, связана с выделением энергии связана с выделением энергии

в процессе в процессе превращения водорода в гелий, и , и

так как все звезды ГП имеют так как все звезды ГП имеют один источник энергии, то один источник энергии, то

положение звезды на положение звезды на диаграмме ГР определяется ее диаграмме ГР определяется ее

массой и в малой степени массой и в малой степени химическим составом.химическим составом.

Основное время жизни звезда Основное время жизни звезда проводит на главной проводит на главной

последовательности и поэтому последовательности и поэтому главная последовательность - главная последовательность -

наиболее населенная группа на наиболее населенная группа на диаграмме ГР (до 90% всех диаграмме ГР (до 90% всех

звезд лежат на ней).звезд лежат на ней).

Заселеність головної послідовності

Мощность излучения Солнца - Мощность излучения Солнца - его его светимость L ≈ 3,86.1033 L ≈ 3,86.1033

эрг/с (3,86эрг/с (3,86××10102626 Вт), Вт), эффективная температура поверхности Тповерхности Тээ= 5780 К. = 5780 К.

Солнце относится к звёздам-Солнце относится к звёздам-карликам спектрального карликам спектрального класса G2. На диаграмме класса G2. На диаграмме

спектр - светимость спектр - светимость (диагр. (диагр. Герцшпрунга – Ресселла) )

Солнце находится в средней Солнце находится в средней части части

главной последовательности, , на которой лежат на которой лежат

стационарные звёзды, стационарные звёзды, практически не изменяющие практически не изменяющие своей светимости в течение своей светимости в течение

многих миллиардов лет.многих миллиардов лет.

Позиція Сонця у головній послідовності

Солнце - плазменный шар: Радиус Солнца R   = 6,96.1010 см, т.е. в 109 раз больше экваториального радиуса Земли;

Масса С. = 1,99.1033 г, т. е. в 333 000 раз больше массы Земли.

В С. сосредоточено 99,866% массы Солнечной системы.

Ср. плотность солнечного вещества 1,41 г/см8, что составляет 0,256 ср. плотности Земли (солнечное вещество содержит по массе свыше 70% водорода, свыше 20% гелия и ок. 2% др. элементов).

Вращение С. имеет дифференциальный характер: экваториальная зона вращается быстрее (14,4o за сутки), чем высокоширотные зоны (~10o за сутки у полюсов). Ср. период вращения С. 25,38 сут, скорость на экваторе ок. 2 км/с.

С. имеет 9 спутников-планет, суммарная масса к-рых составляет всего лишь 0,13% массы всей Солнечной системы.

Джерело енергії – синтез Джерело енергії – синтез гелію у межах так гелію у межах так

званого званого протон-протонного циклупротон-протонного циклу

(“стандартна модель”)(“стандартна модель”)

Сонце: джерело енергії та радіальний розподіл температури, щільності та маси

Сонце: внутрішня будова

Атмосферой Солнца называют три внешних слоя Солнца, расположенные выше Атмосферой Солнца называют три внешних слоя Солнца, расположенные выше конвективной зоныконвективной зоны, и состоящие (по числу атомов) в основном из водорода, , и состоящие (по числу атомов) в основном из водорода, 10% гелия, 1/1000 углерода, азота и кислорода и 1/10 000 металлов вместе со 10% гелия, 1/1000 углерода, азота и кислорода и 1/10 000 металлов вместе со всеми остальными химическими элементами.всеми остальными химическими элементами.

Атмосферу Солнца принято разделять на Атмосферу Солнца принято разделять на фотосферу, хромосферу и корону, которая переходит в солнечный ветер.

Сонце: атмосфера

ФотосфераФотосфера

Фотосфера (перевод с греческого "сфера света") - слой атмосферы Фотосфера (перевод с греческого "сфера света") - слой атмосферы звезды, кажущаяся поверхность Солнца, В фотосфере формируется звезды, кажущаяся поверхность Солнца, В фотосфере формируется доходящий до нас непрерывный спектр оптического излучения звезд. доходящий до нас непрерывный спектр оптического излучения звезд.

Толщина фотосферы Солнца - 300-400 км. Для Солнца температура в Толщина фотосферы Солнца - 300-400 км. Для Солнца температура в фотосфере уменьшается с высотой от 8000-10000 К до минимальной фотосфере уменьшается с высотой от 8000-10000 К до минимальной на Солнце температуры около 4300 К. на Солнце температуры около 4300 К.

Плотность фотосферы составляет от 10Плотность фотосферы составляет от 10-8-8 до 10 до 10-9-9 г/см г/смЗЗ (концентрация (концентрация частиц от 10<частиц от 10<1515 до 10 до 101616/см3), давление около 0.1 атм./см3), давление около 0.1 атм.

При таких условиях все атомы с небольшими потенциалами ионизации При таких условиях все атомы с небольшими потенциалами ионизации (например Na, K, Ca) оказываются ионизованными. Остальные (например Na, K, Ca) оказываются ионизованными. Остальные элементы, в том числе водород, энергия ионизации которого 13.6 эВ, элементы, в том числе водород, энергия ионизации которого 13.6 эВ, остаются преимущественно в нейтральном состоянии. Фотосфера - остаются преимущественно в нейтральном состоянии. Фотосфера - единственный на Солнце слой, где водород почти нейтрален. единственный на Солнце слой, где водород почти нейтрален.

Сонце: атмосфера

Спектральные линии в гранулах и промежутках между ними смещены соответственно в синюю Спектральные линии в гранулах и промежутках между ними смещены соответственно в синюю и красную стороны. Это означает, что в средней части гранул подфотосферное солнечное и красную стороны. Это означает, что в средней части гранул подфотосферное солнечное вещество поднимается на поверхность, а на краях гранул стекает вниз. Скорость этих вещество поднимается на поверхность, а на краях гранул стекает вниз. Скорость этих движений составляет 1 - 2 км/с. Поэтому температура в центре гранул выше, чем на движений составляет 1 - 2 км/с. Поэтому температура в центре гранул выше, чем на периферии. "Глубина" гранул, по-видимому, достигает нескольких сотен - тысяч периферии. "Глубина" гранул, по-видимому, достигает нескольких сотен - тысяч километров. Грануляция фотосферы практически не зависит от гелиоцентрической километров. Грануляция фотосферы практически не зависит от гелиоцентрической широты и фазы цикла СА. широты и фазы цикла СА.

Сонце: атмосфера

Фотографии солнечного пятна. Фотографии солнечного пятна. По периферии - сетка гранулПо периферии - сетка гранул

ФотосфераФотосфераПоверхность Фотосферы Солнца покрыта Поверхность Фотосферы Солнца покрыта грануламигранулами. .

Размер гранул от 200 до 2000 км, Размер гранул от 200 до 2000 км, продолжительность их существования от 1 до 10 продолжительность их существования от 1 до 10 мин. Гранулы являются верхушками конвективных мин. Гранулы являются верхушками конвективных ячеек, расположенных в конвективной зоне. ячеек, расположенных в конвективной зоне.

ХромосфераХромосфера

Хромосфера Хромосфера обнаруживается при полном солнечном затмении как обнаруживается при полном солнечном затмении как тонкий окрашенный (розоватый) ободок вокруг Солнца. Отсюда тонкий окрашенный (розоватый) ободок вокруг Солнца. Отсюда и ее название.и ее название.

Толщина около 15*10Толщина около 15*103 3 км. Концентрация частиц в хромосфере км. Концентрация частиц в хромосфере ниже, чем в фотосфере, и уменьшается с высотой от 10ниже, чем в фотосфере, и уменьшается с высотой от 101414 до до 10101010/см/см33. .

Температура в хромосфере растет с высотой неравномерно: в Температура в хромосфере растет с высотой неравномерно: в нижней части - медленно,4500-4800 К, а в средней и верхней нижней части - медленно,4500-4800 К, а в средней и верхней частях - быстро, достигая на границе с короной в переходном частях - быстро, достигая на границе с короной в переходном слое значений 10слое значений 1066 К . В хромосфере по мере продвижения вверх К . В хромосфере по мере продвижения вверх последовательно ионизуются водород, гелий и др. химические последовательно ионизуются водород, гелий и др. химические элементы. элементы.

До высоты 1500 км лежит сравнительно плотная нижняя До высоты 1500 км лежит сравнительно плотная нижняя хромосфера, а выше простираются средний (1500-4000 км) и хромосфера, а выше простираются средний (1500-4000 км) и верхний слои, отличающиеся очень неоднородной структурой.верхний слои, отличающиеся очень неоднородной структурой.

Сонце: атмосфера

Солнечная коронаСолнечная корона Самая внешняя и очень разреженная часть атмосферы Солнца, продолжающаяся в виде Самая внешняя и очень разреженная часть атмосферы Солнца, продолжающаяся в виде

движущейся от Солнца плазмы - солнечного ветра (поток протонов и электронов) - в движущейся от Солнца плазмы - солнечного ветра (поток протонов и электронов) - в межпланетное пространство. межпланетное пространство.

Между хромосферой и короной находится Между хромосферой и короной находится переходная областьпереходная область, плотность в которой меняется , плотность в которой меняется от 10-12 до 10-15 г/см3 (концентрация частиц - от 10от 10-12 до 10-15 г/см3 (концентрация частиц - от 101212 до 10 до 1099/см/см33), а температура - от 1*10), а температура - от 1*1044 до до 1,5*101,5*1066 К. К.

Корону можно условно разделить на три зоны: внутреннюю (r < 1,3RC), среднюю (1,3 < r < 2,5 Корону можно условно разделить на три зоны: внутреннюю (r < 1,3RC), среднюю (1,3 < r < 2,5 RC ) и внешнюю (r > 2,5 RC ). RC ) и внешнюю (r > 2,5 RC ). Средняя температура короны 1,5*10Средняя температура короны 1,5*1066 К. С высотой температура короны меняется мало. К. С высотой температура короны меняется мало. Плотность короны у переходной области ~ 10-15 г/смПлотность короны у переходной области ~ 10-15 г/смЗ З (концентрация частиц 10(концентрация частиц 1088 см см-3-3), а на ), а на расстоянии 3RC плотность ~ 6*10расстоянии 3RC плотность ~ 6*10-19-19 г/см г/смЗЗ, (концентрация 4*10, (концентрация 4*1055 см см-3-3). ). По своему составу корональный газ сходен с фотосферным. Атомы почти полностью По своему составу корональный газ сходен с фотосферным. Атомы почти полностью лишены всех своих электронов, т.е. корона представляет собой практически полностью лишены всех своих электронов, т.е. корона представляет собой практически полностью ионизированную плазму.ионизированную плазму.Структура короны сложна, и включает крупные образования, удаляющиеся от Солнца в Структура короны сложна, и включает крупные образования, удаляющиеся от Солнца в виде "лучей". Плотность вещества в них на порядок выше, чем в окружающей короне.виде "лучей". Плотность вещества в них на порядок выше, чем в окружающей короне.

Сонце: атмосфера

Излучение Солнца Излучение Солнца возникает в тонком возникает в тонком поверхностном слое - поверхностном слое - фотосфере (1/2000  R ≈ (1/2000  R ≈ 350 км). Хромосфера и 350 км). Хромосфера и корона практически корона практически свободно пропускают свободно пропускают непрерывное оптич. непрерывное оптич. излучение излучение фотосферы. фотосферы. Фотосфера испускает Фотосфера испускает непрерывное непрерывное тепловое излучение примерно как примерно как абсолютно чёрное тело, , нагретое до 6000 К. нагретое до 6000 К.

Сонце: розповсюдженість хімічних елементів

Верхняя часть фотосферы, хромосфера и корона Верхняя часть фотосферы, хромосфера и корона прозрачны для частот непрерывного спектра. прозрачны для частот непрерывного спектра. Однако в некоторых частотах, определяемых Однако в некоторых частотах, определяемых строением присутствующих атомов, эти слои строением присутствующих атомов, эти слои непрозрачны. непрозрачны.

Поэтому в спектре появляются линии Поэтому в спектре появляются линии поглощения (поглощения (фраунгоферовы линии). Сейчас отождествлено свыше 30 000 таких линий более чем 70 хим. Элементов и достоверно оценена их распространенность.

Наиболее обилен водород, атомов гелия в ~10 Наиболее обилен водород, атомов гелия в ~10 раз меньше, атомов всех других элементов - раз меньше, атомов всех других элементов - меньше тысячной доли числа атомов меньше тысячной доли числа атомов водорода. В областях с меньшими водорода. В областях с меньшими температурами (~ 4000-5000 К) образуются температурами (~ 4000-5000 К) образуются простейшие молекулы: СН, CN и др.простейшие молекулы: СН, CN и др.

Сонце: розповсюдженість хімічних елементів

Встановлено мВстановлено максімуми аксімуми H, He H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.Z.Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!) (Si, O !!!)

та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).

Сонце: розповсюдженість хімічних елементів

H, He

C, O, Mg, Si

Fe

Li

Zr BaPt, Pb

(число атомом на 106 атомов Si)

До складу Сонячної системи, крім Сонця, входять:

1) планети та їх супутники

2) астероїди

3) малі тела пояса Койпера

4) комети

5) метеорні тіла

6) міжпланетний (космічний) пил

7) соняшний вітер

Перш ніж розглянути ці складові частини Сонячної системи треба нагадати

астрономічні одиниці виміру відстані:

СВЕТОВОЙ ГОДСВЕТОВОЙ ГОД, , light year (light year (св. г.св. г., , lyly)) — внесистемная — внесистемная единица длины, равная , равная расстоянию, которое преодолевает свет за расстоянию, которое преодолевает свет за год. Более точно, это расстояние, которое . Более точно, это расстояние, которое проходит проходит фотон в вакууме, не испытывая влияния гравитационных полей, за один в вакууме, не испытывая влияния гравитационных полей, за один тропический год, отнесённый к , отнесённый к эпохе 1900,0 (он равен по определению 31 556 925,9747  1900,0 (он равен по определению 31 556 925,9747 секунды СИ). Учитывая, что ). Учитывая, что скорость света в вакууме равна 299 792 458 м/с, световой год в вакууме равна 299 792 458 м/с, световой год равен 9 460 528 177 426,82 км (то есть примерно 9,5 равен 9 460 528 177 426,82 км (то есть примерно 9,5 триллионов километров). километров).

АСТРОНОМИЧЕСКАЯ ЕДИНИЦААСТРОНОМИЧЕСКАЯ ЕДИНИЦА, , astronomical unit (astronomical unit (а.еа.е., ., auau)) — —

внесистемная, исторически сложившаяся единица измерения расстояний. внесистемная, исторически сложившаяся единица измерения расстояний. 1 а.е. = 1 а.е. = 149 597 870.610 км 149 597 870.610 км ~~ 150 млн. км 150 млн. км.. Астрономическая единица приблизительно равна Астрономическая единица приблизительно равна среднему расстоянию между среднему расстоянию между Землёй и и Солнцем ( (большая полуось орбиты Земли равна равна 1,000 000 036 406 а.е. Применяется в основном для измерения расстояний между объектами 1,000 000 036 406 а.е. Применяется в основном для измерения расстояний между объектами Солнечной системы, , внесолнечных систем , а также между компонентами , а также между компонентами двойных звёзд..

ПАРСЕКПАРСЕК, , parsecparsec ((пкпк, , pcpc )) —— единица расстояния в астрономии, равная 206 265 единица расстояния в астрономии, равная 206 265 астрономическим единицам (а.е.), или 3,258 светового года, или 3,086астрономическим единицам (а.е.), или 3,258 светового года, или 3,086××10101313 км. км.

Для измерения внегалактических расстоянийДля измерения внегалактических расстояний и используются также кратные единицы: спользуются также кратные единицы: килопарсек (1 кпк = 1000 пк), (1 кпк = 1000 пк), мегапарсек (1 Мпк = 10 (1 Мпк = 1066 пк), пк), гигапарсек (1 Гпк = 10 (1 Гпк = 1099 пк). пк). Миллипарсеки (мпк = 0.001 пк) применяются редко. Миллипарсеки (мпк = 0.001 пк) применяются редко.

1 пк 1 пк = = 206 265 206 265 а. е. = = 3,08568×103,08568×101616 м = = 3,2616 3,2616 световых лет

Астрономічні одиниці виміру відстані:

Паралла� кс (Паралла� кс (греч. «смена, чередование») — изменение видимого положения объекта «смена, чередование») — изменение видимого положения объекта относительно удалённого фона в зависимости от положения наблюдателя.относительно удалённого фона в зависимости от положения наблюдателя.Зная расстояние между точками наблюдения (Зная расстояние между точками наблюдения (DD - - базабаза) и угол смещения, можно определить ) и угол смещения, можно определить

расстояние до объектарасстояние до объекта по формуле по формуле ((для малых угловдля малых углов)): : L = D/L = D/αα,, где угол α выражен в радианах. Параллакс используется в где угол α выражен в радианах. Параллакс используется в геодезии и и астрономии для для измерения расстояния до удалённых объектов. На явлении параллакса основано измерения расстояния до удалённых объектов. На явлении параллакса основано бинокулярное зрение..

Название ПАРСЕКНазвание ПАРСЕК происходит от происходит от параллакс угловой секунды и обозначает расстояние до объекта, годичный тригонометрический параллакс которого равен одной угловой секунде. Согласно другому эквивалентному определению, парсек — это такое расстояние, с которого средний радиус земной орбиты (равный 1 а. е.), перпендикулярный лучу зрения, виден под углом одна угловая секунда (1″).

Величина угла, выраженная в радианах Величина угла, выраженная в радианах (безразмерная величина !), равна отношению (безразмерная величина !), равна отношению длины дуги окружности к длине её радиуса, длины дуги окружности к длине её радиуса, Очевидно, 180° = π. Отсюда вытекает Очевидно, 180° = π. Отсюда вытекает тривиальная формула пересчёта из тривиальная формула пересчёта из градусов, минут и секунд в радианы и градусов, минут и секунд в радианы и наоборот.наоборот.

α[рад] = (π / 180) × α[°] α[рад] = (π / 180) × α[°] α[°] = (180 / π) × α[рад] α[°] = (180 / π) × α[рад]

где: α[рад] — угол в радианах, α[°] — угол в где: α[рад] — угол в радианах, α[°] — угол в градусах.градусах.1 рад = 57.2957795°1 рад = 57.2957795°

Астрономічні одиниці виміру відстані:

•1 1 астрономическая единица составляет 4,85×10−6 парсека; составляет 4,85×10−6 парсека;

•По состоянию на По состоянию на ноябрь 2005, космический аппарат «, космический аппарат «Вояджер-1» (запуск – 1977 г.) » (запуск – 1977 г.) находится на расстоянии от Солнца 0,00047 пк = 0,47 мпк (~15 млрд. км); находится на расстоянии от Солнца 0,00047 пк = 0,47 мпк (~15 млрд. км);

•Диаметр Диаметр облака Оорта около 0,6 пк; около 0,6 пк;

•Расстояние от Солнца до ближайшей звезды (Расстояние от Солнца до ближайшей звезды (Проксима Центавра) составляет примерно ) составляет примерно 1,3 парсека; 1,3 парсека;

•Расстояние до центра Расстояние до центра нашей Галактики — около 8 килопарсек, диаметр Галактики — около 8 килопарсек, диаметр Галактики приблизительно 30 кпк; приблизительно 30 кпк;

•Расстояние до Расстояние до туманности Андромеды 0,77 мегапарсека; 0,77 мегапарсека;

•Ближайшее крупное скопление галактик, Ближайшее крупное скопление галактик, скопление Девы, находится на расстоянии 18 Мпк; , находится на расстоянии 18 Мпк;

•До горизонта наблюдаемой До горизонта наблюдаемой Вселенной — около 4 Гпк (если измерять расстояние — около 4 Гпк (если измерять расстояние пройденное регистрируемым на Земле светом) или около 24 Гпк (если оценивать пройденное регистрируемым на Земле светом) или около 24 Гпк (если оценивать современное - с учетом расширения Вселенной - расстояние до тех объектов, которые это современное - с учетом расширения Вселенной - расстояние до тех объектов, которые это излучение испустили).излучение испустили).

•1 а.е. 1 а.е. ~~ 500 световым секундам, то есть свет доходит от Солнца до Земли примерно за 500 500 световым секундам, то есть свет доходит от Солнца до Земли примерно за 500 секунд.секунд.

Планеты - небесные тела, движущиеся вокруг Солнца в его гравитац. поле. Масса П. слишком Планеты - небесные тела, движущиеся вокруг Солнца в его гравитац. поле. Масса П. слишком мала для того, чтобы внутри её могли протекать характерные для звёздных недр мала для того, чтобы внутри её могли протекать характерные для звёздных недр ядерные реакции. В Солнечной системе 9 планет. Планеты обнаружены и у других звезд.. В Солнечной системе 9 планет. Планеты обнаружены и у других звезд.

Інші складові частини Сонячної системи: планети

ЗовЗовнішні зони нішні зони Сонячної системиСонячної системи

Інші складові частини Сонячної системи: планети

Планеты делятся на 2 группы: Планеты земного типа (Меркурий, Венера, Земля, Марс) и планеты-гиганты (Юпитер,

Сатурн, Уран, Нептун). О Плутоне известно очень мало, но, по-видимому, он ближе по своему строению к П. земной группы. Особое положение занимает Луна. Хотя она явл. спутником Земли, отношение её массы к массе Земли велико (1/81) и есть основание рассматривать систему Земля - Луна как двойную планету. Двойной планетой является Плутон, имеющий массивный спутник Харон (в 2,5 раза меньший).

П.-гиганты имеют многочисленные семейства спутников. Юпитер, Сатурн и Уран, кроме того, обладают кольцами, состоящими из множества мелких тел.

Інші складові частини Сонячної системи: планети

Інші складові частини Сонячної системи: планети

Различия П.-гигантов и П. земной группы: П.-гиганты значительно больше по размерам и массе, меньше по плотности, быстрее вращаются. 98% суммарной массы П. Солнечной системы. Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца. Это верно и для др. П. земной группы.

Інші складові частини Сонячної системи: планети

Третий закон Кеплера: Квадраты периодов обращений планет вокруг Солнца пропорциональны кубам больших полуосей их эллиптических орбит.

Открыт немецким астрономом Иоганном Кеплером в начале XVII века.

Інші складові частини Сонячної системи: планети

В 1766-1772 гг. Иоганном Тициусом и Иоганном Боде, предложено, так называемое правило Тициуса – Боде, выражающее средние расстояния планет от Солнца как:

а = 0,1∙(3∙2n–2 + 4) а.е.,где n = 1 для Меркурия, 2 для Венеры, 3 для Земли и так далее. В полученном ряду цифр место для шестой планеты отсутствовало. В 1781 году был открыт Уран. Формула для него предсказывала 19,6 а.е. Действительное значение среднего расстояния составило 19,19 а.е.

Большие полуоси орбит планет хорошо следуют правилу Тициуса – Боде. Красным выделен теоретический график, синим – реальные размеры орбит.

Обратить внимание Обратить внимание на положение пояса на положение пояса астероидов !!!астероидов !!!

Інші складові частини Сонячної системи: астероїди

Астероиды – тела размером 1-1500 км, у них нет Астероиды – тела размером 1-1500 км, у них нет атмосферы и гидросферы. Форма астероидов атмосферы и гидросферы. Форма астероидов самая разнообразная: от шаровой до самая разнообразная: от шаровой до сигарообразной. сигарообразной.

У астероидов большие различия в составе У астероидов большие различия в составе поверхности, что подтверждается их поверхности, что подтверждается их способностью отражать свет: у одних способностью отражать свет: у одних астероидов коэффициент отражения лишь 3 %, астероидов коэффициент отражения лишь 3 %, что делает структуру их поверхности похожей на что делает структуру их поверхности похожей на свежевспаханный чернозем или новую свежевспаханный чернозем или новую автомобильную покрышку, тогда как у других он автомобильную покрышку, тогда как у других он приближается к 50 %, как если бы она была приближается к 50 %, как если бы она была покрыта меловыми отложениями. Так, покрыта меловыми отложениями. Так, поверхность астероида 52 Европа имеет поверхность астероида 52 Европа имеет альбедо всего 0,03, а Веста имеет альбедо 0,28. альбедо всего 0,03, а Веста имеет альбедо 0,28.

Периоды осевого вращения астероидов Периоды осевого вращения астероидов различаются в десятки раз: у некоторых малых различаются в десятки раз: у некоторых малых планет это часы, у других – сутки. планет это часы, у других – сутки.

В настоящее время известно более В настоящее время известно более 12 000 астероидов, однако их общее число 12 000 астероидов, однако их общее число оценивается в 30–50 тысяч. Считается, что оценивается в 30–50 тысяч. Считается, что число астероидов размером более 200 км число астероидов размером более 200 км порядка тридцати. Астероидов размером от порядка тридцати. Астероидов размером от 80 км до 200 км – порядка тысячи.80 км до 200 км – порядка тысячи.

Астероид Гаспра имеет Астероид Гаспра имеет неправильную форму. неправильную форму.

На фотографии зонда На фотографии зонда «Галилео» видны кратеры «Галилео» видны кратеры вплоть до 160 м в вплоть до 160 м в поперечнике. поперечнике.

Інші складові частини Сонячної системи: астероїди

Більшість астероїдів Більшість астероїдів зосереджена у «поясі зосереджена у «поясі астероїдів»: астероїдів»:

Местоположение Местоположение 8777 астероидов в 8777 астероидов в полночь 1 января полночь 1 января 2000 года. 2000 года.

Плотность астероидов Плотность астероидов обычно лежит в обычно лежит в пределах от 2 до пределах от 2 до 8 г/cм8 г/cм33. .

Інші складові частини Сонячної системи: астероїди

В 1804 году немецкий ученый Ольберс высказал знаменитую гипотезу о разрыве В 1804 году немецкий ученый Ольберс высказал знаменитую гипотезу о разрыве гипотетической планеты гипотетической планеты ФаэтонФаэтон между Марсом и Юпитером и образования между Марсом и Юпитером и образования астероидов – ее обломков. Однако эта гипотеза не подтвердилась. Подробные астероидов – ее обломков. Однако эта гипотеза не подтвердилась. Подробные математические расчеты показывают, что астероиды произошли от дробления не математические расчеты показывают, что астероиды произошли от дробления не одного, а нескольких тел большого размера.одного, а нескольких тел большого размера.

Большие полуоси орбит планет хорошо следуют правилу Тициуса – Боде. Красным выделен теоретический график, синим – реальные размеры орбит.

Обратить внимание Обратить внимание на положение пояса на положение пояса астероидов !!!астероидов !!!

Інші складові частини Сонячної системи: малі тіла поясу Койпера

В 1951 году Джерард Петер В 1951 году Джерард Петер Койпер, , нидерландский и американский астроном,нидерландский и американский астроном, высказал гипотезу о существовании высказал гипотезу о существовании резервуара малых тел за орбатой Нептуна - резервуара малых тел за орбатой Нептуна - пояса Койперапояса Койпера,. Первый объект ,. Первый объект расположенный на расстоянии 41 а.е., был расположенный на расстоянии 41 а.е., был открыт в 1992 году. В настоящее время открыт в 1992 году. В настоящее время открыто более 400 подобных объектов, открыто более 400 подобных объектов, размеры которых превышают 200 км, размеры которых превышают 200 км, находящихся далеко за орбитой Нептуна и находящихся далеко за орбитой Нептуна и Плутона. Плутона.

По современным оценкам, в поясе Койпера По современным оценкам, в поясе Койпера до 35 000 объектов размерами свыше до 35 000 объектов размерами свыше 100 км, а общая численность тел, по 100 км, а общая численность тел, по расчетам специалистов, оценивается в расчетам специалистов, оценивается в несколько миллиардов. Следовательно, несколько миллиардов. Следовательно, пояс Койпера имеет полную массу, в сотни пояс Койпера имеет полную массу, в сотни раз большую, чем пояс астероидов между раз большую, чем пояс астероидов между орбитами Марса и Юпитера.орбитами Марса и Юпитера.

Інші складові частини Сонячної системи: малі тіла поясу Койпера

Открытия таких крупных Открытия таких крупных объектов пояса Койпера объектов пояса Койпера лишний раз подтверждает, что лишний раз подтверждает, что Плутон (+Харон) – не девятая Плутон (+Харон) – не девятая планета Солнечной системы, а планета Солнечной системы, а лишь крупнейший объект пояса лишь крупнейший объект пояса Койпера. Однако, пока решено Койпера. Однако, пока решено сохранить за ним статус сохранить за ним статус планеты.планеты.

Інші складові частини Сонячної системи: малі тіла поясу Койпера

Вполне возможно, что принадлежность Плутона (+Харон) к числу объектов Вполне возможно, что принадлежность Плутона (+Харон) к числу объектов пояса Койпера объясняет его отклонение отпояса Койпера объясняет его отклонение от правила Тициуса – Боде. Однако, пока за Плутоном условно сохраняется статус девятой планеты Однако, пока за Плутоном условно сохраняется статус девятой планеты Солнечной системы, Солнечной системы,

Большие полуоси орбит планет хорошо следуют правилу Тициуса – Боде. Красным выделен теоретический график, синим – реальные размеры орбит.

Обратить внимание Обратить внимание на положение на положение Плутона !!!Плутона !!!

Інші складові частини Сонячної системи: комети

Кометы открывают ежегодно. В Кометы открывают ежегодно. В среднем их открывается около 20 в среднем их открывается около 20 в год. Доступно наблюдениям порядка год. Доступно наблюдениям порядка 50 комет, а за всю историю 50 комет, а за всю историю человечества наблюдалось около человечества наблюдалось около двух тысяч появлений комет двух тысяч появлений комет

Комета, названная в честь астронома Комета, названная в честь астронома Ричарда Уэста, открывшего ее в Ричарда Уэста, открывшего ее в 1975 году. Проходя возле Солнца, комета 1975 году. Проходя возле Солнца, комета стала одной из самых ярких за стала одной из самых ярких за последние несколько десятков лет. последние несколько десятков лет. Фотография сделана в марте 1976 года. Фотография сделана в марте 1976 года.

Інші складові частини Сонячної системи: комети

Источник комет:Источник комет:

В 1950 году голландский космогонист В 1950 году голландский космогонист Ян Оорт, проанализировав , проанализировав распределение орбит известных распределение орбит известных тогда комет, обнаружил, что большие тогда комет, обнаружил, что большие полуоси их первичных орбит полуоси их первичных орбит группируются к области, удаленной группируются к области, удаленной на расстояния более 200 000 а.е. Оорт на расстояния более 200 000 а.е. Оорт предположил, что Солнечная система предположил, что Солнечная система окружена гигантским облаком окружена гигантским облаком кометных тел, находящихся на кометных тел, находящихся на расстояниях от 20 000 до расстояниях от 20 000 до 200 000 а.е. . 200 000 а.е. .

Облако Оорта – гигантское – гигантское сферическое скопление кометного сферическое скопление кометного вещества. В сосредоточено около вещества. В сосредоточено около 10101212–10–101313 комет, обращающихся вокруг  комет, обращающихся вокруг Солнца на расстояниях от 3000 до Солнца на расстояниях от 3000 до 160 000 а.е., что составляет половину 160 000 а.е., что составляет половину расстояния до ближайших звезд. расстояния до ближайших звезд.

Под влиянием возмущений ближайших звезд некоторые кометы навсегда покидают Солнечную систему. Под влиянием возмущений ближайших звезд некоторые кометы навсегда покидают Солнечную систему. Другие, наоборот, по сильно вытянутым орбитам устремляются к Солнцу и благодаря резкому усилению Другие, наоборот, по сильно вытянутым орбитам устремляются к Солнцу и благодаря резкому усилению потока солнечной радиации становятся обычными кометами. Там, под действием тяготения планет-потока солнечной радиации становятся обычными кометами. Там, под действием тяготения планет-гигантов, они могут перейти на эллиптические орбиты.гигантов, они могут перейти на эллиптические орбиты.

Інші складові частини Сонячної системи: комети

Комета Галлея в небе над штатом Джорджия, США. (1986 г.).

Период обращения вокруг Солнца кометы Галлея 76 лет,

Для комет типичны элиптические орбиты:

Комета Галлея движется по эллиптической орбите в направлении, противоположном направлению вращения планет.

Інші складові частини Сонячної системи: кометиПри каждом сближении с Солнцем комета теряет некоторую часть своей массы в виде газа и пыли, выбрасываемых в голову и в хвост. При этом головы комет иногда достигают размеров, превышающих размеры Солнца, а хвосты имеют порой длину больше 1 а.е. Комета 1888 года имела хвост, размеры которого превосходили расстояние от Солнца до Юпитера!

Самая яркая центральная часть головы кометы, кометное ядро представляет собой ледяную глыбу, состоящую из смеси замерзшей воды и замороженных газов с вкраплениями тугоплавких каменистых и металлических частиц, метеорного вещества. Главные компоненты – простые соединения водорода, кислорода, углерода и азота.

По данным АМС «Вега-1», «Вега-2», «Джотто». (1986)  По данным АМС «Вега-1», «Вега-2», «Джотто». (1986)  ядро кометы Галлея представляет собой космическое ядро кометы Галлея представляет собой космическое тело размером 14×7,5×7,5 км и массой 6∙10тело размером 14×7,5×7,5 км и массой 6∙101414 кг. Ядро  кг. Ядро кометы медленно вращается с периодом 53 часа. кометы медленно вращается с периодом 53 часа. Поверхность кометы очень темная, альбедо 0,04. Поверхность кометы очень темная, альбедо 0,04. Температура поверхности на расстоянии 0,8 а.е. была Температура поверхности на расстоянии 0,8 а.е. была около 360 К. В выбрасываемых струях были около 360 К. В выбрасываемых струях были обнаружены углекислый газ и пыль. Каждую секунду обнаружены углекислый газ и пыль. Каждую секунду возле перигелия комета выбрасывает 45 тонн газа и возле перигелия комета выбрасывает 45 тонн газа и 8 тонн пыли. 8 тонн пыли.

Ядро кометы Галлея, Ядро кометы Галлея, сфотографированное космическим сфотографированное космическим аппаратом «Джотто». Март 1986 года. аппаратом «Джотто». Март 1986 года.

Інші складові частини Сонячної системи: комети

Структура ядра Структура ядра

одной из комет. одной из комет.

Інші складові частини Сонячної системи: комети

Комета Шумейкеров–Леви-9 в 1992 году сблизилась с Юпитером и Комета Шумейкеров–Леви-9 в 1992 году сблизилась с Юпитером и была разорвана силой его тяготения, а в июле 1994 года ее осколки была разорвана силой его тяготения, а в июле 1994 года ее осколки

столкнулись с Юпитером, вызвав фантастические эффекты в столкнулись с Юпитером, вызвав фантастические эффекты в атмосфере планеты. атмосфере планеты.

Інші складові частини Сонячної системи: метеорити

Многие метеорные потоки являются периодическими. Это остатки Многие метеорные потоки являются периодическими. Это остатки разрушенных комет:разрушенных комет:

Метеорное тело – это фрагмент породы или скопление пыли в космическом пространстве. Поверхность Земли постоянно бомбардируется

небесными телами самых разных размеров. Метеором называется световое явление, возникающее на высоте от 80 км до 130 км от поверхности Земли при вторжении в земную атмосферу частиц – метеорных тел. Метеоры, достигшие

поверхности Земли называют метеоритами. Скорости движения метеорных тел различны – от 11 до 75 км/с. Кроме единичных, спорадических метеоров, можно наблюдать и метеорные потоки.

Інші складові частини Сонячної системи: метеорити

Железные метеоритыЖелезные метеориты (10 %) (10 %) Каменные метеориты Каменные метеориты (85 %) (85 %)

Железо-каменные Железо-каменные метеориты (5 %)метеориты (5 %)

МетеоритыМетеориты – фрагменты – фрагменты древнейшего вещества древнейшего вещества Солнечной системы. Солнечной системы. Сохраняет информацию о Сохраняет информацию о процессах образования процессах образования Солнца и планеты. Солнца и планеты.

Інші складові частини Сонячної системи: метеорити

Местоположение известных ударных

кратеров.

Метеоритный кратер в штате Аризона (США). Его диаметр составляет 1200 м, а глубина 175 м. Вал кратера поднят над окружающей пустыней на высоту около 37 м. Возраст кратера 5000 лет,

Інші складові частини Сонячної системи: метеорити

Редкий, почти курьезный случай:

этот автомобиль был поврежден ударом 12-килограммового метеорита.

Інші складові частини Сонячної системи: метеорити

Типичный лунный кратер:

Кратер Ван де Грааф шириной 243 км.

Кратеры обычны для многих планет и их спутников, особенно лишенных атмосферы

Інші складові частини Сонячної системи: міжпланетний (космічний) пил

Размеры пылинок в межпланетной среде 0,1–10 мкм.

Мелкие пылинки выметаются из Солнечной системы давлением солнечного ветра. Предполагается, что в облаке Оорта находится огромное количество пыли.

Более крупные частицы падают на Солнце за счет взаимодействия с сонечным светом (эффект Пойнтинга – Робертсона). Частица размером 2 мкм упадет на Солнце всего за 2000 лет.

Межпланетная пыль образуется за счет разрушение астероидов и комет. Концентрация межпланетного вещества на некотором расстоянии от Земли (то есть исключая околоземную составляющую) около 10–22 г/см3, что в 100–1000 раз выше плотности газопылевых межзвездных облаков. Общее количество пылевого вещества внутри орбиты Земли оценивается в 1018 кг, то есть примерно равно массе одного астероида.

Зодиакальный свет – одно из доказательств наличия пыли в космическом пространстве около Земли. Зодиакальный свет – светлая область, вытянутая вдоль эклиптики и наблюдаемая в экваториальных широтах Земли после захода Солнца или перед самым восходом. Зодиакальный свет – это эффект рассеяния солнечного света на межпланетной пыли.

Інші складові частини Сонячної системи: сонячний вітер

Солнечный ветер – это потоки разреженного газа и плазмы, истекающие из солнечной короны во всех направлениях. Солнечный ветер, в основном состоящий из протонов, альфа-частиц и электронов, удаляется от Солнца со скоростями 400–500 км/с (возле Земли). Взаимодействуя с магнитосферами и атмосферами планет, солнечный ветер искажает их форму, вызывает в них химические реакции, ионизацию газа и его свечениею

Інші складові частини Сонячної системи: сонячний вітер

Солнечный ветер «выдувает» вокруг Солнца каверну, свободную от межзвездной плазмы (гелиосферу), которая простирается за орбиту

Плутона; ее граница пока точно не установлена.

Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх складових Сонячної системи:

1) Земля та планети земної групи2) зовнішні планети

2) астероїди 3) малі тела пояса Койпера

4) комети

5) метеорні тіла 6) міжпланетний (космічний) пил

7) сонячний вітер

Підкреслені складові детально розглядаються у подальших лекціях

Загальна геохімічна характеристика планети Земля та її геосфер:

Метеорити, їх значення для геохімії, космічна розповсюдженість хімічних

елементів

ОСНОВИ ГЕОХІМІЇ С. Є. Шнюков

Лекція 9

Таким чином, ми зробили короткий огляд всіх складових Сонячної системи:

1) Земля та планети земної групи2) зовнішні планети

2) астероїди 3) малі тела пояса Койпера

4) комети

5) метеорні тіла 6) міжпланетний (космічний) пил

7) сонячний вітер

Підкреслені складові детально розглядаються у подальших лекціях

Метеорити: визначення

Метеорное тело – это фрагмент породы или скопление пыли в космическом пространстве.

Метеор – световое явление, возникающее на высоте от 80 км до 130 км от поверхности Земли при вторжении в земную атмосферу метеорных тел.

Метеорит – метеор, достигший поверхности Земли (обычно массой >10 г).

Скорости движения метеорных тел различны – от 11 до 75 км/с. Кроме единичных, спорадических метеоров, можно наблюдать и метеорные потоки. Многие метеорные потоки являются периодическими. Это остатки разрушенных комет.

Метеорити: джерело

«Пояс астероїдів»: положение 8777 астероидов 1 января 2000 года.

Пояс Койпера – обнаружено до 35 000 объектов размерами свыше 100 км, а общая численность – миллиарды (оценка). Их масса в сотни раз больше массы тел пояса астероидов.

Метеорити: падіння на Землю

Метеоритный кратер в штате Аризона (США). Диаметр - 1200 м, а глубина 175 м. Вал кратера поднят на высоту около 37 м. Возраст кратера 5000 лет, но он хорошо сохранился (пустыня). Всего на Земле найдено около 140 крупных кратеров.

Поверхность Земли постоянно

бомбардируется небесными телами

самых разных размеров.

Интенсивность выпадения:

1-10 тыс.т/сутки

Метеорити: зіткнення з іншими планетами

Фактически лишенный атмосферы

Меркурий по количеству кратеров – копия Луны.

Меркурій

ВенераВенера – планета с мощной атмосферой. Однако метеоритные кратеры – одна из ведущих морфоструктур поверхности.

На переднем плане метеоритный кратер диаметром 48 км. Трещины и складки образовались в результате удара.

Метеорити: зіткнення з іншими планетами

Інтенсивність бомбардування ~ Землі, але остання екранується атмосферою. (Приблизний аналог: Меркурій – Венера)

Венера

Атмосфера відсутня.

Тому для Місяця спостерігаються класичні наслідки метеоритного бомбардування - кратери різного розміру та багатьох генерацій.

Місяць

Місяць

Місяць

Метеорити: зіткнення з іншими планетами

Кратер на Фобосі Кратер на Фобосі

Залізний меторит на Залізний меторит на поверхні Марса. Ця поверхні Марса. Ця

випадкова знахідка після випадкова знахідка після короткого та локального! короткого та локального!

періоду дослідження періоду дослідження планети марсоходами планети марсоходами

свідчить про значну свідчить про значну кількість метеоритної кількість метеоритної речовини на поверхні речовини на поверхні

планети.планети.

Фобос

Марс

Марс та його супутники

Фобос

Метеорити: зіткнення з іншими планетами

Юпітер:

Падение кометы Шумейкеров–Леви вызвало многокилометровые цунами в атмосфере. Инфракрасная съемка.

Огромные ударные

кратеры на поверхности.

Молодые кратеры имеют

светлое дно - обнажают

ледяную поверхность.

Зовнішні планети та їх супутники

Ганімед та Каллісто (супутники Юпітера)

Аналогичная картина – для многих Аналогичная картина – для многих спутников Внешних планетспутников Внешних планет

Метеорити: історія

Пояс астероїдів

1. Метеоритне бомбардування типове для всіх планет. Це наслідок нестабільності орбіт тіл у джерелах метеоритної речовини

2. З часом інтенсивність бомбардування зменьшувалась – завершення акреції

Таким чином:

Пояс Койпера та Облако Оорта

Метеорити: найбільші зареєстровані на Землі події

Деякі інші найкрупніші метеорити:

1. Гоба (ПЗ Африка) – 1920 р. – 60 т.

2. Кейп-Йорк (Гренландія) -1818 р. – 34 т.

3. Багія (Бразілія) – 1784 – 16 т.

Сихотэ-Алинь, Приморье (12 февраля 1947) . Масса метеорита на входе в атмосферу - 1000 тонн, выпавшего вещества - порядка 100 т. Масса собранного вещества (1986 г.) - более 27 т. Рассчитана доатмосферная траектория метеорита - он пришел из центральной части пояса астероидов.

Сіхоте-Алінський метеорит

Железные метеоритыЖелезные метеориты (10 %) (10 %) Каменные метеориты Каменные метеориты (85 %) (85 %)

Железо-каменные Железо-каменные метеориты (5 %)метеориты (5 %)

МетеоритыМетеориты – фрагменты – фрагменты древнейшего вещества древнейшего вещества Солнечной системы. Солнечной системы. Сохраняет информацию о Сохраняет информацию о процессах образования процессах образования Солнца и планеты. Солнца и планеты.

Метеорити: класифікація

Регмаглипты железных метеоритов.

Регмаглипты каменных метеоритов, напоминающая следы пальцев

Регмаглипты [Regmaglypts, Thumbprints] (от греч. rhegma —

трещина, царапина, рана и glyptos — вырезанный, изваянный),

характерные углубления на поверхностях метеоритов,

образующиеся в результате «сверлящего» действия земной

атмосферы (абляции) на метеориты во время их движения в атмосфере с

космическими скоростями.

Метеорити: класифікація (зовнішні ознаки)

Железные метеоритыЖелезные метеориты (10 %) (10 %)

Метеорити: класифікація

Рентгенівський спектр Рентгенівський спектр типового залізного типового залізного

метеоритаметеорита

Состоят из метал. фазы и рассеянных в ней зерен силикатов.

Главные компоненты – Fe (79-89%) и Ni (4-20%, среднее 10%). Акцессорные – троилит, графит и др.

Используются для создания геохимических моделей Земли и планет (исходные данные для оценок состава ядра)

Метеорити: класифікація

Состоят из металлической и силикатной фаз в примерно равных соотношениях.

Металлическая фаза аналогична железным метеоритам.

По составу силикатной части подразделяются на:

1. ПАЛЛАСИТЫ (оливин)

2. МЕЗОСИДЕРИТЫ (плагиоклаз, пироксен)

Железо-каменные

метеориты (5 %)

Метеорити: класифікація

Имеют преимущественно силикатный состав.

Подразделяются на:

1. ХОНДРИТЫ

2. АХОНДРИТЫ

Каменные Каменные

метеориты (85 %)метеориты (85 %)

Хондриты наиболее важны Хондриты наиболее важны для геохимии – для геохимии – рассмотрим подробно.рассмотрим подробно.

Ахондриты = результат Ахондриты = результат дифференциации первичного дифференциации первичного в-ва = магматические горные в-ва = магматические горные породы основного составапороды основного состава

Метеорити: класифікація

Хондриты подразделяются на типы :

1. Углистые хондриты (С1, С2, С3)

2. Обычные хондриты (LL, L, H, E)

Каменные метеориты (85 %)Каменные метеориты (85 %)

Хондриты

Углистые хондриты состоят из оливина (40), пироксена (30), никелистого железа (10-20), плагиоклаза (10), троилита (5-6%). Присутствуютсерпентин, хлорит, углистое в-во. Концентрации летучих компонентов и всех остальных элементов = концентрациям на Солнце.

Это позволяет использовать именно углистые хондриты для оценки космической распространенности элементов.

Кроме того – угл. хондриты - основа геохимических моделей Земли и планет земной группы. Их состав используется как основа для оценки состава примитивной мантии Земли.

Типичным примером углистого хондрита является метеорит Алленде является, представляющим наиболее примитивную из известных форму материи во вселенной. Одна из гипотез образования углистых хондритов заключается в том, что в "самом начале времен" частички межзвездной пыли слипались друг с другом, нагревались и образовывали породы, сходные с углистыми хондритами. Тип углистых хондритов "C3", к которому относится "Алленде", является одним из наиболее примитивных типов и характеризуется составом очень близким к валовому составу Солнечной Системы. До падения "Алленде", метеориты типа "C3" были очень редки (16 шт.)

Метеорити: класифікація

Типичный пример - метеорит Алленде, Мексика ( 8.02.1969).

Общий вес - несколько тонн. Две тонны обломков были собраны.

Метеорит Алленде - углистый хондрит (С3), представляющим наиболее примитивную из известных форму материи во вселенной.

Каменные Каменные метеориты (85 %)метеориты (85 %)

ХОНДРИТЫХОНДРИТЫ

Фотография петрографического шлифа метеорита Алленде.

Крупная хондра: ее центр представлен параллельными удлиненными кристаллами оливина, образующими колосниковую структуру. Пространство между удлиненными кристаллами представлено очень мелкозернистым агрегатом, который возможно первоначально являлся вулканическим стеклом. Мелкозернистая основная масса "Алленде" сложена железистым оливином. Общее содержание железа около 24 %, но при этом никелистое железо встречается в нем очень редко.

Метеорити: розповсюдженість елементів

Углистые хондритыУглистые хондриты

Распространенность химических элементов (число атомов ni на 106 Распространенность химических элементов (число атомов ni на 106 атомов Si) в CI-хондритах (Anders, Grevesse, 1989)атомов Si) в CI-хондритах (Anders, Grevesse, 1989)

Соотношения распространенности химических элементов (число атомов n i на Соотношения распространенности химических элементов (число атомов n i на 106 атомов Si ) на Солнце ( ns ) и в углистых ( CI ) хондритах ( n CI ) 106 атомов Si ) на Солнце ( ns ) и в углистых ( CI ) хондритах ( n CI )

Встановлено мВстановлено максімуми аксімуми H, He H, He та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням та закономірне зниження розповсюдженості з зростанням Z.Z.Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі Важливим є значне відхилення соняшної розповсюдженості від даних для Землі (Si, O !!!) (Si, O !!!)

та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).та дуже добра узгодженість з даними, які одержані для метеоритів (хондритів).

Сонце: розповсюдженість хімічних елементів

H, He

C, O, Mg, Si

Fe

Li

Zr BaPt, Pb

(число атомом на 106 атомов Si)

Метеорити: тектіти

Тектиты (от греч. tektós — Тектиты (от греч. tektós — расплавленный), стеклянные расплавленный), стеклянные природные тела зелёного, жёлтого природные тела зелёного, жёлтого или чёрного цвета, разнообразной или чёрного цвета, разнообразной формы и размеров, целиком формы и размеров, целиком оплавленные, обладающие оплавленные, обладающие характерной скульптурной характерной скульптурной поверхностью. поверхностью.

Состав: SiO2 —Состав: SiO2 — до 88,5%, Al2O3 — 20,5%, до 88,5%, Al2O3 — 20,5%, FeO — 11,5%. CaO — 8,5%; важно FeO — 11,5%. CaO — 8,5%; важно присутствие Ni и сравнительно с др. присутствие Ni и сравнительно с др. стеклами низкое содержание воды. стеклами низкое содержание воды.

Находки тектитов известны на всех Находки тектитов известны на всех континентах, исключая Антарктиду. континентах, исключая Антарктиду. Однако они встречаются только в Однако они встречаются только в палеоген-антропогеновых палеоген-антропогеновых отложениях или просто на отложениях или просто на поверхности Земли в областях, поверхности Земли в областях, исключающих их вулканическое исключающих их вулканическое происхождение.происхождение.

Две гипотезы образования: Две гипотезы образования: 1. Метеориты1. Метеориты2. Импактиты (образовались в результате падения на Землю метеоритов в основном из 2. Импактиты (образовались в результате падения на Землю метеоритов в основном из

земного вещества путём его переплавления (ударный метаморфизм).земного вещества путём его переплавления (ударный метаморфизм).