Александр Петелин - Естествознание

• Название: Естествознание
• Автор: Александр Петелин
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 2015
• ISBN: 978-5-91134-417-7

В учебнике изложены основные современные представления о Вселенной, ее образовании, строении и будущем. Рассмотрено строение нашей галактики и Солнечной системы. Приведены сведения о строении Земли. В отдельных разделах даны краткие сведения по физике и химии.

Вторая часть учебника посвящена биологии и экологии в широком смысле этого понятия. Затронуты вопросы экосистем, учения академика Вернадского о биосфере.

Книга написана живым и очень доступным языком, снабжена интересным иллюстративным материалом. Она предназначена для обучения по курсу «Естествознание» в колледжах гуманитарного профиля, а также может быть полезна преподавателям средних учебных заведений. Надеемся, что широкий круг любознательных молодых читателей тоже сможет почерпнуть в ней немало интересного.

---

Горные хребты на Луне по большей части носят привычные земные названия – Альпы, Карпаты, Алтай, Кавказ. Большинство лунных хребтов имеют несколько сотен километров в длину при высоте до 3 км. Чаще всего лунный рельеф изобилует многочисленными кольцевыми горами, или лунными кратерами. Их названия соответствуют именам известных ученых – кратеры Коперника и Циолковского. Многие лунные кратеры имеет огромные размеры; лунный кратер Шиккард имеет поперечник более 200 км. Некоторые лунные кратеры являются центрами, от которых радиально расходятся системы светлых лучей, тянущихся иногда на сотни и тысячи километров. Космические лунные зонды показали, что светлые лучи часто представляют собой скопление мелких кратеров, образовавшихся, по всей видимости, при выбросе вещества из центрального большого кратера.

Происхождение различных форм лунного рельефа продолжает анализироваться учеными. Но общие тенденции процесса формирования лунной поверхности в целом понятны. Все время своего существования лишенная атмосферы Луна подвергалась непрерывному метеоритному обстрелу. При отсутствии торможения метеоритов в газовой среде, как это происходит в земных условиях, небесные камни со скоростями не менее 5 км/с ударялись о лунную поверхность. Происходили взрывы, при которых выделялось большое количество энергии. Тем большее, чем больше скорость и масса метеорита. При скоростях более 10 км/c взрывные эффекты возрастали в сотни и тысячи раз. Есть основания предполагать, что в далеком прошлом метеоритная бомбардировка Луны была более интенсивной, чем в настоящее время. Следствием метеоритной бомбардировки является образование лунных кратеров.

Количество падающих на Луну метеоритов зависит от их размеров, чем они меньше, тем они многочисленнее. Микрометеориты, имеющие массу меньше 1 г, сталкиваются с Луной практически непрерывно. В результате таких столкновений на Луне сформировался тонкий пемзообразный поверхностный слой. Наряду с влиянием метеоритов лунная поверхность подвергается постоянному воздействию солнечного ультрафиолетового излучения, которое не ослабляется поглощением в газовой атмосферной среде и также участвует в формировании самого поверхностного слоя Луны.

Вместе с тем, кроме внешних факторов воздействия на лунную поверхность, следует учитывать и влияние внутренних сил. Похожие на гладкие поверхности лунные моря напоминают обширные лавовые потоки. Гофрированная, как бы пенистая поверхность каменных валов позволяет предположить, что они представляют собой застывшие края лавовых потоков. В некоторых местах лунной поверхности видно, как лава обтекала препятствия на своем пути. Часть центральных горок лунных кратеров имеют выраженные «жерла». Возможно, они являются лунными вулканами? Несколько раз российские и американские астрономы наблюдали выделение газов из некоторых лунных кратеров, что классифицировалось ими как лунные извержения (рис. 12). Поэтому полагают, что вулканическая деятельность на Луне продолжается.

Химические анализы лунных пород проводились непосредственно аппаратами на поверхности Луны и в земных лабораториях, где исследовались образцы, доставленные с Луны в возвращаемых модулях лунных кораблей. Результаты этих анализов показали, что набор химических элементов в лунных образцах тот же, что и в земных изверженных вулканических породах. Однако за счет прямого влияния метеоритного вещества лунные породы обогащены титаном, цирконием и другими металлами, реже встречающимися в вулканических породах Земли.

Рис. 12. Кратер Аристарх и долина Штерера. Разлом лунной коры. Здесь наиболее часто видно в телескоп свечение газов, выделяющихся из недр Луны

Многое в природе и строении Луны остается пока невыясненным. Но это и понятно, ее непосредственное изучение началось совсем недавно. Оно продолжается со все нарастающей скоростью. Надеемся, что и будет продолжаться в самом ближайшем будущем. Так что есть реальный шанс совсем скоро узнать много нового о Луне.

3.2.11. Земля

Наконец мы приблизились к Земле. Можем взглянуть на нее с космической точки зрения, как на планету Солнечной системы: выяснить, каково ее строение, планетарные параметры и свойства и многое другое. Ведь о Земле, наверное, известно намного больше, чем о планетах и других космических телах, которые находятся от нас на огромных расстояниях. Взглянем вначале на Землю из космоса, так легче получить общее представление. Тем более что взгляд из космоса сейчас вполне возможен – имеется большое количество фотографий Земли, сделанных с орбит искусственных спутников, из других точек околоземного пространства, с Луны и более отдаленных областей Солнечной системы (см. рис. 13, 14 на вкладке).

Посмотрим на рис. 14. Ничего неожиданного, голубая планета, темно-синие океаны, зеленовато-коричневые континенты, все узнаваемо, почти как на глобусе. Видны белые облака, закрывающие часть поверхности. Это наш космический дом. Чтобы понять, как он стал таким, каким мы его знаем, и как он устроен внутри, о чем мы знаем не так уж много, заглянем в прошлое. Постараемся представить себе волнующий момент в истории космоса – рождение Земли, а заодно и всех остальных планет Солнечной системы. Как судят об этом естественные науки? Имеются ли какие-либо основания описать процессы образования планет и объяснить, почему Солнечная система такая, какая она есть сейчас, почему Земля стала нашим домом? Детального ответа на все эти вопросы мы дать не сможем, исследования в этой области находятся в стадии развития, данные все время уточняются, появляются новые факты и новые мнения. Да и события эти происходили очень давно, в то время не было фото- и видеоаппаратуры, чтобы зафиксировать происходящее. Не было и самих наблюдателей! Но общая картина, как ее представляют себе ученые, существует. Она построена с помощью известных законов природы на основе имеющихся в распоряжении науки данных.

Самое начало, самый трудный для описания этап. Предполагается, что вначале вокруг уже существующего Солнца вращалось допланетное газопылевое облако – это гипотеза российского академика О. Ю. Шмидта, которая поддерживается большинством ученых, занимающихся этим вопросом. Анализ движения мелких частиц показал, что, вращаясь вокруг Солнца по различным, отличающимся друг от друга орбитам, частицы, которых было огромное множество, неизбежно сталкивались друг с другом. Это приводило к обмену между ними энергией, разогреву и к слипанию их в вакууме. В результате столкновения и слипания «усреднялись» параметры движения частиц, сближались орбиты. К слипшимся частицам присоединялись новые, образовывались сгустки, которые росли в размерах тем быстрее, чем больше становились. Это является следствием закона всемирного тяготения – чем больше (массивнее) тело, тем сильнее оно притягивает к себе другие тела. Так постепенно образовывались первичные зародыши планет. Чем крупнее они становились, тем ближе к круговым (вследствие «усреднения») становились их орбиты. Наклоны орбит также «усреднялись», что на следующем этапе привело к образованию планет, орбиты которых находятся почти в одной плоскости. И изменением формы орбит, и выравниванием плоскостей вращения вокруг Солнца также управлял закон всемирного тяготения.

В областях, близких к Солнцу, частицы, образовавшие планеты, сильно нагревались. Летучие легкие компоненты, входящие в их состав, – замерзшие газы – испарялись. Поэтому поблизости от Солнца образовались небольшие планеты, состоящие из тугоплавких тяжелых элементов, – Меркурий, Венера, Земля и Марс – планеты земного типа. В более далеких и в более холодных частях Солнечной системы легкие элементы, находящиеся первоначально в твердом состоянии, сохранились. Поэтому там образовались планеты-гиганты – Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, состоящие в основном из водорода и его соединений. Совсем далеко от Солнца, там, где вещества в газопылевом облаке оставалось уже немного, образовался небольшой Плутон, орбита которого не смогла прийти к оптимальному виду, так как за ним уже не было значительных масс для образования других тел. По поводу образования Плутона высказываются, правда, и другие предположения.

Модель О. Ю. Шмидта позволяет объяснить многие особенности строения Солнечной системы, в частности эмпирический (выведенный на основе наблюдений) закон планетных расстояний, связывающий радиус орбиты планеты с ее номером, отсчитывающимся в порядке удаления от Солнца. Возникновение систем спутников планет также удовлетворительно может быть объяснено процессом, аналогичным процессу образования самих планет.

Безусловно, остаются вопросы, которые не удается полностью решить в рамках одной, даже очень привлекательной гипотезы. В рождении Земли не все совершенно ясно.