Экзосфера – самая верхняя, сильно разреженная часть атмосферы

Введение

 

Земля – колыбель человечества,

но нельзя же вечно жить в колыбели.

К.Э. Циолковский

 

Земля кажется нам такой огромной, такой надежной и так много значит для нас, что мы не замечаем ее второстепенного положения в семье планет, которых в солнечной системе девять. Наша земля находится на третьем месте по отдаленности от солнца и является наибольшей из планет земной группы.

Наверно, нет ни одного человека, который бы не согласился с утверждением о том, что Земля – планета уникальная. Для того чтобы понять уникальность нашей Земли нужно представить насколько хрупким создание является биологическая форма жизни.

Существование человека в естественном виде (голом) ограничено очень узким диапазоном температур и давления и всю из-за воды, которая является, наряду с углеродом, основой нашего организма.

Стоит только обратить внимание на богатый спектр микроэлементов, из которых состоит наше тело. На озоновый слой, окутавший Землю, который спасает человека от губительной космической радиации.

Только в отдельных областях Земли человек чувствует себя комфортно. Если поднять беззащитного человека на несколько километров над поверхностью Земли - он погибнет от холода. Опусти человека под воду в океане, и он погибнет.

На всех планетах солнечной системы жизнь для человека невозможна, если он не закован в броню скафандра. Противопоказан человеку и далекий космос. На просторах изученного космоса не обнаружено ни одной области, где мог бы существовать человек. Звезды солнечного типа не очень частое явление в космосе. Звезды, у которых есть планеты, обнаружены в космосе, но это ещё не факт, что среди этих планет есть похожие на Землю.

Все это обуславливает актуальность темы «Земля как планета солнечной системы. Проблемы целостного освоения Земли».

Целями и задачами данной работы является:

Дать представление о Земле и об ее свойствах

Выделить основные проблемы целостного освоения Земли

Сформулировать понятие – Солнечная система и выяснить какое место Земля занимает в солнечной системе.

Планета Земля представляет бесконечный феномен для удивления, наблюдения и научно-практического, прикладного и теоретического интереса, как со стороны обывателей, так и со стороны ученых и научных работников.

 

Планета Земля

Происхождение Земли

 

Земля - единственная планета, на которой в течение миллиардов лет развиваются различные формы жизни. Известно несколько гипотез о происхождении Земли. Почти все они сводятся к тому, что исходным веществом для формирования планет солнечной системы, в том числе и Земли, были межзвездная пыль и газы. Однако до сих пор нет однозначного ответа на вопросы: каким образом в составе планет оказался полный набор химических элементов таблицы Менделеева и что послужило толчком для начала конденсации газа и пыли в протосолнечную туманность.

Некоторые ученые предполагают, что появление разнообразий химических элементов связано не с внешним фактором-взрывом Сверхновой звезды в окрестностях будущей Солнечной системы. По-видимому, в недрах и газовой оболочки сверхновой звезды в результате ядерных реакций происходил синтез химических элементов (звездный нуклеосинтез).

Мощный взрыв своей ударной волной мог стимулировать начало конденсации межзвездной материи, из которой образовалось Солнце и протопланетный диск, в последствии распавшийся на отдельные планеты внутренней и внешней групп с поясом астероидов между ними. Такой путь начальной стадии формирования Солнечной системы называется катастрофическим, так как взрыв Сверхновой звезды - природная катастрофа. В масштабах астрономического времени подобные взрывы - не столь уж редкое явление - они происходят в среднем через несколько миллиардов лет.

Предполагается, что образованию планет из протоплазменного диска предшествовала промежуточная фаза формирования твердых и довольно крупных, до сотен километров в диаметре, тел, называемых планетезималями; последующее их скопление и соударение вызвало аккрецию (наращивание) планеты, которая сопровождалась изменением гравитационных сил.

Радиоактивным методом установлено, что возраст самых древних пород, найденных в земной коре, составляет около 4 млрд. лет. По оценкам некоторых ученых, формирование Земли длилось 5 - 6 млрд. лет. Но все это было не точно. И только лишь в ХХ веке удалось установить точный возраст нашей планеты. В этом помогли новые методы, связанные с изучением радиоактивных веществ и их распада. В настоящее время имеется достоверная информация о горных породах с возрастом до 4 млрд. лет. Однако известные наиболее древние отложения в Австралии соответствуют возрасту 4,2 - 4,3 млрд. лет.

 

Тем не менее, древнейшие породы по составу и структуре не отличаются от аналогичных пород более молодых геологических эпох. Поэтому у нас нет доказательств того, что обнаруженные древнейшие породы возникли одновременно с образованием Земли как планеты. Первичная земная кора, которая в известной степени соответствовала бы дате завершения образования Земли, была уничтожена под действием внешних (ветра, воды, живых организмов) и внутренних (магматической деятельности, переплавления, метаморфизма) геологических агентов.

Следовательно, на основании данных о возрасте древнейших минералов и горных пород можно сделать вывод, что возраст Земли превышает 4 млрд. лет, и до этой даты наша планета прошла определенный, хотя и неизвестный путь развития.

На возраст Земли также указывают данные исследования метеоритов - твердых тел Солнечной системы. Они относятся к наиболее изученным космическим объектам и несут ценную информацию. Исследования показывают, что возраст как железных, так и каменных метеоритов совпадает и составляет примерно 4,5 - 4,6 млрд. лет.

Схожие данные получены и при исследовании лунных пород. Образцы этих пород были доставлены на Землю, с помощью космических станций «Луна» и экипажами американских космических кораблей «Аполлон». Оказалось, что возраст самых древних лунных образцов совпадает с возрастом самой Луны и составляет 4 – 4,5 млрд. лет. Значит, первичная лунная кора возникла вскоре образования Луны, и отдельные участки этой коры сохранились до сегодняшнего дня.

Такое совпадение данных для разных тел Солнечной системы не может считаться случайным, поэтому делается вывод о возрасте нашей планеты, равном примерно 4,5 млрд. лет. К этому времени завершается формирование нашей планеты.

Ранняя история Земли, как и других планет, включает ранние фазы эволюции – фазу аккреции (рождения), фазу расплавления внешней сферы земного шара и фазу первичной коры (лунную фазу).

Фаза аккреции представляла собой непрерывное выпадение на растущую Землю все большего количества тел, укрупняющихся своем полете при соударениях между собой, а также в результате притяжения к ним более удаленных мелких частиц. При этом на Землю падали и самые крупные объекты – планетезималии, достигавшие в своём поперечнике многих километров. В фазу аккреции, которая длилась около 17 млн. лет (правда, некоторые исследователи увеличивают этот срок до 400 млн. лет), Земля приобрела примерно 95% современной массы.

Фаза расплавления внешней сферы Земли наступила в промежутке 4 – 4,6 млрд. лет назад. В это время произошла общепланетарная химическая дифференциация вещества Земли, которая привела к формированию центрального ядра и обволакивающей его мантии. Позже образовалась и земная кора.

Лунная фаза - это время остывания расплавленного вещества поверхности Земли из-за излучения тепла в космос и ослабевания метеоритной бомбардировки. Так образовалась первичная кора базальтового состава. Одновременно шло образование гранитного слоя материковой коры. Правда, механизм этого процесса до сих пор не ясен[1].

Строение земли

 

Гидросфера – водная оболочка Земли, - покрывает земной ша на 70% его поверхности. К гидросфере относится Мировой океан и воды суши.

Самое большое скопление воды на поверхности Земли – это Мировой океан. Он является основным водохранилищем нашей планеты. Испаряющаяся с его поверхности влага переносится ветрами и, выпадая в виде осадков, орошает землю, питают реки, подземные воды и горные ледники. Общий объем воды в океанских бассейнах – 1370 млн. км.3 Мировой океан делится материками и островами на отдельные океаны, моря, проливы и заливы.

В Мировом океане зародилась жизнь. В частности, растительность, возникшая в нем, обогатила атмосферу кислородом и сделала ее пригодной для жизни животных. Уже более трех миллиардов лет происходит эволюция организмов. Они непрерывно поглощают необходимые для жизни растворенные в воде вещества и создают из них сложные органические соединения. Морские животные и растения обладают удивительной способностью: они накапливают в своих организмах взятые из воды медь, цинк, ванадий, железо и другие элементы. Это приводит к тому, что их концентрация в тканях организмов в сотни и тысячи раз выше, чем в морской воде. Во всех природных газах в растворенном состоянии содержатся азот, кислород, углекислый и другие газы. Количество газов, способных растворяться в морской воде, зависит от ее солености. Чем больше соленость и выше температура, тем меньше газов растворяется в морской воде, и наоборот.

Кислород, растворенный в океанской воде, берется из воздуха или является результатом фотосинтеза растений, произрастающих под водой. Вода в океане не стоит на месте, а все время перемещается. Эти перемещения осуществляются течениями. Поверхность океанов и морей постоянно покрыта волнами. Высота волны измеряется от подошвы до гребня по вертикали, длина – от одного гребня до другого. Волны, следующие одна за другой, имеют, как правило, разную высоту. Последняя зависит от многих причин, в частности, от наложения одних волн на другие. Различают волны ветровые, цунами и барические. Первые из них возникают при ветре. Особенно большие волны вызывают штормы и ураганы, когда скорость ветра достигает 25 и 35 м/с соответственно. В открытом океане ветровые волны достигают высоты 18-20м.

В гидросферу Земли входят также реки и озера. Реки содержат примерно 1200 км3 воды, она меняется в них в среднем 30 раз в год. Горные реки начинаются иногда от нижних краев ледников. Некоторые реки вытекают из озер.

Важной оболочкой Земли является так же атмосфера. Атмосфера Земли представляет собой газовое образование, которое окутывает нашу планету сплошной оболочкой. Верхняя граница атмосферы лежит на высоте более 2000 км. Граница эта выражена нечетко, так как с высотой газы разрежаются и переходят в мировое пространство постепенно. Атмосфера Земли образована смесью газов, влаги и частиц пыли. Сухой воздух вблизи поверхности Земли содержит 78,09% азота, 20,95% кислорода, 0,93% аргона, 0,03% углекислого газа. На долю всех остальных газов вместе взятых приходится всего лишь 0,01%. К этим газам относятся водород, гелий, криптон, ксенон, радон, йод и др. Атмосфера сохраняет тепло солнечных лучей, защищает животный и растительный мир от вредного воздействия солнечных ультрафиолетовых и космических лучей.

Установлено, что по вертикали атмосфера неоднородна. С высотой изменяется не только атмосферное давление, плотность и температура воздуха, но и электрическое состояние атмосферы. Поэтому в атмосфере выделяют несколько сфер с различными физическими свойствами. К числу этих сфер относятся: тропосфера, стратосфера, мезосфера, термосфера (или ионосфера), экзосфера.

Тропосфера простирается от поверхности Земли до высоты 8-12 км в умеренных и высоких широтах до 16-17 км – в тропической и экваториальной зонах Высота верхней границы тропосферы во внетропических широтах изменяется по сезонам: летом она несколько выше, чем зимой.

В тропосфере находится почти весь водяной пар. Поэтому только в тропосфере возникают облака и выпадают дожди, снег, крупа и град, наблюдаются грозы, ливни, метели, гололед и т.д. Характерная особенность тропосферы – понижение температуры в среднем на 6 С на каждый километр высоты.

Над тропосферой находится стратосфера. Ее нижняя граница расположена на высотах 8-17 км, а верхняя – 50-55 км. Стратосфера характеризуется возрастанием температуры с высотой: в экваториальной зоне от - 40 С, а в полярных зонах от - 80 С – до температур, близких к 0 С. Слой воздуха, отделяющий тропосферу от стратосферы, называют тропопаузой. Это сравнительно тонкий слой атмосферы, измеряемый десятками и сотнями метров.

Выше стратосферы до высот 80 км находится мезосфера. В ней температура с высотой падает и у верхней границы составляет - 80 С. Здесь иногда (чаще летом) возникают тонкие облака. Переходный слой между стратосферой и мезосферой называют стратопаузой.

Между высотами 80 км и 800 км располагается термосфера. В термосфере газы находятся большей частью в атомарном состоянии. Под действием ультрафиолетового и корпускулярного излучений Солнца, обладающих большой энергией, от нейтральных атомов и молекул воздуха отщепляются электроны. Атомы и молекулы, потерявшие по одному или несколько электронов, приобретают положительные заряды, а свободные электроны снова присоединяются к нейтральным атомам или молекулам и наделяют их своим отрицательным зарядом. Такие положительно и отрицательно заряженные атомы и молекулы называются ионами. Газы, получившие электрический заряд, называются ионизированными. Учитывая способность газов термосферы ионизироваться, ее называют также ионосферой.

 

Солнечная система

 

Солнце

 

Солнце это небесное тело, расположенное в центре Солнечной сис - темы. Это самая близкая к Земле звезда Галактики. Оно имеет шарообразную форму и состоит из раскалённых газов. Диаметр Солнца составляет 1 392 000 км, что в 109 раз больше диаметра Земли. На поверхности Солнца температура около 6000°С, а в центральной его части достигает 15 000 000°С.

Солнце окружено атмосферой, которая состоит из слоёв:

- нижний слой носит название фотосфера, толщина которой 200-300 км. Всё видимое излучение Солнца исходит из этих слоёв. В фотосфере наблюдаются пятна и факелы. Пятна состоят из тёмного ядра и окружающей его полутени. Пятно может достигать в диаметре 200 000 км;

- хромосфера. Она простирается в среднем на 14 000 км над видимым краем Солнца. Хромосфера значительно прозрачнее фотосферы;

- солнечная корона. Это наиболее разреженная часть солнечной атмосферы. Её толщина равна нескольким радиусам Солнца, и наблюдать его можно только во время полного солнечного затмения.

На краю солнечного диска бывают видны протуберанцы - светящиеся образования из раскалённых газов. Размеры протуберанцев иногда достигают сотен тысяч километров, их средняя высота - от 30 до 50 тыс. км.

Масса Солнца в 333 тыс. раз больше массы Земли, а объём - в 1 млн.304 тыс. раз. Отсюда следует, что плотность Солнца меньше плотности Земли. В основном Солнце состоит их тех же химических элементов, что и Земля, но водорода на нашей планете меньше, чем на Солнце. Энергия, излучаемая Солнцем, огромна. На Землю попадает только ничтожная её доля, но она в десятки тысяч раз больше, чем могли бы выработать все электростанции мира. Почти всю эту энергию излучает фотосфера.

Наблюдения за поверхностью Солнца позволили установить, что оно вращается вокруг своей оси и полный оборот делает за 25,4 земных суток. Среднее расстояние от Земли до Солнца - 149,5 млн. км. Солнце вместе с Землёй и всей Солнечной системой движется в мировом пространстве в направлении к созвездию Лиры со скоростью 20 км/сек.

Свет от Солнца достигает Земли за 8 минут 18 секунд. Солнце играет очень большую роль в жизни нашей планеты - оно источник света и тепла на Земле.

Вокруг Солнца вращаются 9 боьших планет с их спутниками, множество малых планет и других небесных тел. Все они составляют систему небесных тел, называемую Солнечной системой. Диаметр этой системы около 12 млрд. км.

 

Звезды

 

Звёзды - это гигантские раскалённые газовые шары, испускающие огромное количество энергии. На поверхности звёзд господствуют температуры в тысячи и десятки тысяч градусов. В их недрах температура ещё выше, что в сочетании с высоким давлением приводит к возникновению ядерных реакций, в процессе которых вырабатывается звёздная энергия. Потоки этой энергии длительное время испускаются звездой в окружающее пространство. Если бы не сила тяготения, направленная к центру небесного тела, эти потоки могли бы взорвать звезду, но у подавляющегося большинства звёзд достигнуто полное равновесие между этими двумя силами, позволяющее звезде существовать долгое время.

Мир звёзд очень разнообразен. Среди них имеются гиганты, поперечный размер которых в тысячи раз превосходит размер Солнца, и карлики ничтожно малого размера. Некоторые звёзды излучают энергию гораздо более интенсивно, чем наше Солнце, другие же светят так тускло, что, если бы они оказались на месте Солнца, Земля погрузилась бы во мрак. Звёзды часто образуют скопления: они объединяются в пары, тройки, иногда в таком скоплении и больше звёзд. Гигантские группировки звёзд, насчитывающие миллионы объектов, называются галактиками. Звёздную систему, к которой принадлежит наше Солнце, принято называть Галактикой. Есть галактики-сверхгиганты, содержащие сотни миллиардов звёзд.

Ещё в древности наблюдатели разделили все звёзды на группы, которые называются созвездиями. В настоящее время небо разделено на 88 созвездий, названия многим из которых дали ещё древние греки, связывая их с различными легендами и мифами: созвездия Кассиопеи, Андромеды, Персея и другие.

Звёзды необычайно различны не только по размерам, но и по цвету. Среди них есть огромные красные холодные звёзды и горячие белые карлики. Плотность вещества больших звёзд очень мала, плотность же белых карликов так велика, что спичечная коробка их вещества может весить сотни тонн.

Самая яркая звезда в северном полушарии неба - Вега, а самая яркая звезда всего неба - Сириус.

Итак, гигантская звёздная система, содержащая миллиарды звёзд и образующая на небе картину Млечного Пути, является Галактикой, в которой мы живём. На расстоянии 25 тыс. световых лет от центра нашей Галактики располагается Солнце - звезда, играющая важную роль в жизни нашей планеты.

 

Планета солнечной системы

 

Планеты - это небесные тела, обращающиеся вокруг звезды. Они, в отличие от звёзд, не испускают света и тепла, а светят отражённым светом звезды, к системе которой принадлежат. Форма планет близка к шарообразной. В настоящее время достоверно известны только планеты Солнечной системы, но весьма вероятно наличие планет и у других звёзд.

Все планеты Солнечной системы подразделяются на две группы: внутреннюю, или земную (Меркурий, Венера, Земля, Марс) и внешнюю, или юпитерову (Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун). Планета Плутон ещё почти не исследована и не может быть отнесена ни к одной из групп.

Планеты внутренней группы обладают меньшей массой, меньшими размерами, большей плотностью, и вращаются вокруг Солнца они медленнее, чем планеты внешней группы.

Ближайшая к Солнцу планета - Меркурий. Она в 2,5 раза ближе к Солнцу, чем наша Земля. Весь путь по своей орбите Меркурий проходит за 88 суток. Планета медленно крутится вокруг своей оси, совершая один оборот за 158,7 земных суток. Диаметр планеты равен 4880 км.

С Земли Меркурий виден невооружённым глазом в лучах утренней или вечерней зари в виде светящейся точки, а в телескоп его можно увидеть в форме серпа или неполного круга. Солнце освещает всегда только одну сторону планеты, поэтому на ней всегда день и температура там достигает +300°С, а на другой стороне всегда ночь и температура там падает до - 70°С. Атмосфера Меркурия сильно разрежена и состоит из гелия с примесью аргона, неона, обнаружены там признаки углекислого газа. На Меркурии нет воды, в недрах планеты содержится много тяжёлых элементов. Спутников Меркурий не имеет.

Венера - это ближайшая к Земле планета Солнечной системы. Диаметр её 12 400 км, расстояние от Солнца 108 млн. км. Полный оборот вокруг Солнца она совершает за 243 земных суток. Кратчайшее расстояние от Земли до Венеры - 39 млн. км.

Атмосфера Венеры состоит их углекислого газа (97%), азота (2%), водяных паров, кислород содержится только в виде примесей (0,01%), есть ядовитые газы. Плотная атмосфера мешает охлаждению планеты ночью и сильному нагреву днём, поэтому температура в разное время суток на Венере практически одинаковая и составляет 500°С. Давление в 100 раз превышает давление у поверхности Земли. Научные исследования показали отсутствие на Венере магнитного поля и радиационных поясов, а также отсутствие спутников.

Земля - это третья планета Солнечной системы. Имеет форму, близкую к шарообразной. Радиус шара, равновеликого Земле, - 6371 км. Земля обращается вокруг Солнца и вращается вокруг своей оси. Вокруг Земли обращается один естественный спутник - Луна. Луна находится на расстоянии 384,4 тыс. км от поверхности нашей планеты. Периоды её обращения вокруг Земли и вокруг своей оси совпадают, поэтому Луна повёрнута к Земле только стороной, а другую с Земли не видны. Атмосферы у Луны нет, поэтому сторона, обращенная к Солнцу, имеет высокую температуру, а противоположная, затемнённая - очень низкую. Поверхность Луны неоднородна. Равнины и горные хребты на Луне пересечены трещинами.

Марс - четвёртая планета Солнечной системы - до Солнца расстояние измеряется в пределах от 200 до 250 млн. км. Период обращения планеты вокруг Солнца почти вдвое больше, чем период обращения Земли, - 1 год 11 месяцев. Между Марсом и Землёй много общего. На Марсе существуют тёплые пояса, сменяются времена года. Средняя температура Марса - 30°С. Атмосфера Марса сильно разрежена и содержит азот (72%), углекислый газ (16%), аргон (8%). Кислорода в ней не обнаружено, водяного пара очень мало. Поверхность Марса ровная, на ней выделяются " материки" и "моря". "Материки" - обширные пустыни, а относительно марсианских морей существуют разные мнения: полагают, что это низменные пространства, но, возможно, что это места выхода коренных пород. У Марса есть два небольших спутника: Фобос и Деймос, причём Фобос обращается вокруг Марса с большей скоростью, чем Деймос и сама планета.

Юпитер - самая большая планета Солнечной системы. Эта планета в два раза массивней, чем все остальные планеты вместе взятые. Диаметр Юпитера составляет 143 тыс. км. Юпитер больше Земли по объёму в 1300 раз. Юпитер вращается вокруг своей оси за 10 часов, а полный оборот вокруг Солнца делает за 12 земных лет. До настоящего времени неизвестно, какая у него поверхность - твердая или жидкая, наблюдается только газовая оболочка планеты. Атмосфера Юпитера состоит из водорода, гелия, метана и других газов. У него 14 спутников.

Сатурн - шестая планета Солнечной системы - во многом сходен с Юпитером. Он расположен от Солнца почти вдвое дальше, чем Юпитер. Сатурн относится также к планетам-гигантам. Диаметр его экватора составляет 120 тыс. км. Он совершает один оборот вокруг Солнца за 29,5 земных лет, а вокруг своей оси - за 10 часов 14 минут. Сатурн, как и другие планеты-гиганты, состоит из газов водорода и гелия, которые находятся в твёрдом состоянии из-за высокого давления. Также в атмосфере Сатурна обнаружены метан и аммиак. Температура на планете низкая, примерно - 145°С. Особенностью Сатурна являются плоские светящиеся кольца, опоясывающие планету вокруг экватора, не соприкасаясь с её поверхностью. У Сатурна 10 спутников.

Уран - расположен на седьмом месте в Солнечной системе. Он находится от Солнца на расстоянии вдвое большем, чем Сатурн. Период полного обращения Урана вокруг Солнца - более 84 земных лет. Он отличается от других планет тем, что движется как бы лежа на боку: плоскость его экватора перпендикулярна к плоскости орбиты. Вокруг своей оси Уран вращается за 10 часов 49 минут, но в обратном направлении по сравнению с другими планетами. Благодаря такому "лежащему" положению при обращении вокруг Солнца, на планете продолжительный полярный день и полярная ночь - примерно по 42 земных года. Только на узкой полосе вдоль экватора Солнце выходит через каждые 10 часов. Температура на Уране низкая, - 220°С. Установлено, что в атмосферу Урана входит водород, метан и гелий. У Урана 5 спутников.

Нептун - восьмая планета Солнечной системы. Она ещё более удалена от Солнца. Время её обращения вокруг Солнца - почти 165 земных лет, а период вращения планеты вокруг собственной оси составляет 15,8 часов. Атмосфера планеты, так же как и у других соседей Нептуна, состоит из водорода, метана и гелия. У Нептуна два спутника. Удалённость этой планеты от Земли существенно ограничивает возможность её исследования.

Плутон - самая далёкая планета Солнечной системы. Её расстояние от Солнца 5,9 млрд. км. Период обращения вокруг Солнца - 250 земных лет, а вокруг своей оси эта планета вращается около 6,4 земных суток за один оборот. Наличие атмосферы у Плутона не доказано. В 1978 году был обнаружен спутник Плутона, относительно яркий, но расположенный очень близко к планете. Плутон ещё очень мало изучен. Он был от - крыт только в 1930 году[4].

 

Астрофизическая опасность

 

Но, увы, не только столкновения несут в себе глобальные последствия для Земли. Отметим кратко лишь две возможные опасности, исходящие из дальнего космоса.

Будущая жизнь Солнца. Астрофизики могут рассчитать все этапы жизни звезды. Согласно расчетам, например, через 7,9 млрд лет Солнце превратится в красный сверхгигант, увеличив свой размер в 170 раз, поглотив при этом Меркурий. Нетрудно подсчитать, что на нашем небе Солнце будет выглядеть как красный шар, занимающий половину небесной сферы. В результате температура на Земле повысится, начнется интенсивное испарение океанов, из-за чего увеличится непрозрачность атмосферы, что вызовет так называемый парниковый эффект: Земля станет очень горячей.

Дальнейшее раздувание Солнца приведет к тому, что и Земля уже будет вращаться фактически внутри Солнца. Согласно этому сценарию, Земле уготовлена не очень приятная участь. Трение Земли и частиц газа Солнца будет уменьшать орбитальную скорость Земли, в результате Земля по спирали будет падать к центральным областям Солнца. Это приведет к тому, что Солнце нагреет Землю до чрезвычайно высоких температур, превратив ее в раскаленные скалы без всяких признаков наличия воды в океанах и, естественно, жизни.

Вспышки сверхновых. Другие звезды, которые имеют большую массу, чем Солнце, живут несколько иначе. На определенной стадии они могут взорваться, выделив при этом чудовищную энергию (астрономы называют такой процесс вспышкой сверхновой). Было выяснено, что имеются две причины таких вспышек.

На последней стадии жизни у звезды прекращаются ядерные реакции и она превращается в плотный объект - белый карлик (БК). Но если около БК имеется соседняя звезда, то вещество этой звезды может перетекать на БК. При этом на поверхности БК опять начинаются термоядерные реакции, выделяющие громадную энергию. Такой механизм вспышки работает для сверхновых типа SNI.

Другой тип сверхновых (SNII) объясняется эволюцией звезды массы более десяти масс Солнца. Термоядерные реакции сопровождаются превращением водорода в более тяжелые элементы. На каждой стадии выделяется энергия, нагревающая звезду. Tеория предсказывает, что при достижении образования железа последовательность реакций прекращается. Внутренняя часть железного ядра в течение секунды сжимается. Когда внутренняя часть звезды достигает ядерных плотностей, она отскакивает от центра, сталкиваясь с еще коллапсирующей внешней частью ядра. Возникающая ударная волна разносит всю звезду. Выделяемая энергия за 1 с будет чудовищной, равной энергии, излученной 100 солнцами за 109 лет.

Некоторые астрономы (И.С. Шкловский и Ф.Н. Краcовский) полагали, что такой взрыв мог произойти у близкой к Солнцу звезды 65 млн лет назад. Согласно сценарию, описанному этими авторами, выброшенное вещество после взрыва через несколько тысяч лет достигло Земли. Оно содержало релятивистские частицы, которые при попадании в атмосферу Земли вызвали интенсивный поток вторичных космических частиц, которые при достижении поверхности Земли повысили радиоактивность в 100 раз. Это неизбежно привело бы к мутациям в живых организмах с последующим их исчезновением.

Вероятность глобального влияния на Землю такого взрыва в будущем зависит, во-первых, от того, насколько часто происходят вспышки сверхновых в нашей Галактике, и, во-вторых, от критического расстояния r до звезды. Основываясь на наблюдаемых данных, известный специалист по статистике звезд С. Ван дер Берг пришел к выводу, что за каждый 1 млрд лет в объеме нашей Галактики в 1 кпк3 происходят в среднем 150 000 вспышек сверхновых. Если взять за критическое расстояние до звезды в r = 10 световых лет, то легко получить, что, для того чтобы в объеме такого радиуса произошла одна вспышка, необходимо время в 60 млрд лет. Эта величина существенно больше возраста Земли. Таким образом, маловероятно, что биотические кризисы можно объяснить явлением вспышки. В будущем такая вспышка также не очень вероятна. Однако все же следует отметить, что приведенные рассуждения основаны на средних оценках. Для примера отметим, что звезда Бетельгейзе в созвездии Ориона может вспыхнуть через несколько тысяч лет. Другая звезда - h Car вспыхнет через 10 000 лет. К счастью, расстояния до них достаточно велики - 650 и 10 000 световых лет.

Гамма-вспышки. Около 30 лет назад астрономы с помощью спутниковых наблюдений установили, что в различных точках небесной сферы наблюдаются объекты, которые вспыхивают в гамма-диапазоне с длительностью вспышек от долей секунды до нескольких минут. Последние оценки расстояний до этих объектов свидетельствуют, что они располагаются далеко за пределами нашей Галактики. Это означает, что энергия излучения в гамма-диапазоне у этих объектов фантастически велика - порядка 1050-1052 эрг.

Наиболее распространенная гипотеза о механизме вспышек, предложенная С.И. Блинниковым и др., - это гипотеза о слиянии двух нейтронных звезд - последней стадии жизни двойной системы, состоявшей из двух массивных звезд. Расчеты астрофизиков показали, что при таком слиянии выделяется энергия, эквивалентная энергии излучения миллиарда галактик, подобных нашей.

Но такие пары нейтронных звезд могут существовать не только на космологическом расстоянии, но и внутри нашей Галактики. Астрофизики подсчитали, что в нашей Галактике одно слияние пары происходит каждые 2-3 млн лет. Сейчас надежно установлено наличие трех таких пар. Если одна из них (PSR B2127+11C) начнет сливаться, то последствия этого для Земли будут очень серьезны, правда, более чем через 220 млн лет. Прежде всего сильное гамма-излучение уничтожит озоновый слой атмосферы Земли. Но главное в том, что при вспышке образуются энергичные космические частицы, которые, достигнув атмосферы Земли, будут создавать вторичные космические частицы. Эти частицы дойдут до поверхности Земли и даже глубже, превратив ее в радиоактивное кладбище.

Все приведенные выше факты ставят главный вопрос.

 

Что делать?

 

Ответ на этот вопрос применительно к малым телам Солнечной системы должен содержать два аспекта:

астрономический - необходимо заблаговременно открыть неизвестные и потенциально опасные объекты на как можно большем расстоянии от Земли, вычислить их точные орбиты и предсказать момент возможной опасности;

технический - необходимо принять решения и их реализовать, чтобы избежать возможного столкновения.

Для решения астрономической части сейчас создается сеть телескопов с диаметром около 2 м. Это позволит обнаружить примерно 90% опасных астероидов на расстоянии до 200 млн км и 35% опасных комет на расстоянии до 500 млн км. Поскольку скорости движения объектов порядка 10 км/с, то это позволит иметь резерв времени в несколько месяцев для принятия решения.

Точность теоретических расчетов орбит и моментов столкновений прежде всего определяется количеством установленных положений на небе опасных объектов. Эту задачу можно решить с помощью указанной выше сети телескопов. Далее при расчете орбит необходимо тщательно учесть возмущения в движении небесных тел, вызванные воздействием всех планет Солнечной системы. Эта проблема уже решена астрономами с высокой точностью.

Труднее всего учесть негравитационные силы, влияющие на движение объектов. Эти силы обусловлены многими причинами. Астероиды и кометы двигаются в материальной среде (межпланетная плазма, электромагнитное поле), испытывая при этом сопротивление. Они также испытывают влияние сил светового давления от Солнца. В результате тела могут отклониться от чисто кеплеровской орбиты, то есть вычисленной с учетом только гравитационного взаимодействия тела с Солнцем (и планетами).

Технический аспект проблемы более сложный, и имеются по существу пока три варианта. Один предусматривает уничтожение опасного объекта путем засылки на него ракеты с ядерной бомбой. Расчеты показали, что для уничтожения астероида диаметром в 1 км необходим взрыв в 4 " 1019 эрг. Но этот проект может принести непредсказуемые экологические последствия, связанные с засорением космоса ядерными отходами.

Есть вариант попытки отклонения движения объекта от своей естественной орбиты за счет сообщения ему дополнительного импульса, скажем за счет посадки на его поверхность ракеты с мощной энергетической установкой. На сегодня оба таких проекта пока трудноосуществимы: для этого необходимо иметь ракеты с большими массами и большими скоростями движения, чем имеются в настоящее время. Но в принципе это совсем не безнадежное дело для технологии XXI века.

Хотя астрофизическая опасность ожидает Землю в отдаленном будущем, уже сейчас имеются довольно интересные идеи избежать ее. Некоторые из них кажутся даже фантастическими. В одном варианте предлагается создать вокруг Земли щит, используя вещество астероидов или Луны. Например, масса астероида Церес вполне достаточна для создания диска около Земли толщиной в 1 км. Он вполне может экранировать потоки частиц и излучения от сверхновых и гамма-вспышек.

В заключение отметим, что нет оснований для апокалиптического фатализма. Человечество уже достигло достаточно высокого уровня науки и технологии, чтобы предугадать опасность. Мало того, оно уже находится на пороге создания эффективной системы защиты. Можно лишь надеяться, что человечество, осознав предстоящую опасность, предпримет усилия для дальнейшего развития науки и необходимой технологии вместо того, чтобы решать внутренние конфликты, бездумно расходуя свой интеллект и финансовые средства[6]..

 

Проблемы освоения Земли

 

Сегодня Землю изучают из космоса, посылают автоматические станции к другим планетам, сравнивают их природу с природой Земли и глубже познают ее как часть Вселенной. Так же создаются международные научные экспедиции, проводятся совещания, идет обмен научной информацией, но за все это время человеку так и не удалось целостно освоить землю. Даже в наш век, век информационных технологий, Земля полна для нас Таин и загадок.

Проникнуть в глубь земли человеку удалось всего на 12 – 15 км. Строятся тоннели, шахты для добычи полезных ископаемых, ведутся раскопки. И поэтому удалось изучить лишь ту часть литосферы, в которую нам удалось действительно проникнуть.

Очень скромно изучена мантия планеты. Дойти до ее глубины естественным путем невозможно и поэтому ученые могут исследовать ее во время извержения вулканов.

Так же плохо изучен океан. Не удается проникнуть на глубину более 200 км. Поэтому дно океана практически не исследовано.

Конечно используя самое совершенное оборудование человек удалось составить примерное представление о нашей планете. Но ведь примерное – это не точное.

Так почему же человеку до сих пор не удается целостно освоить Землю?