Развитие представлений о строении Вселенной презентация

Астрономия 53-101

Схема 50. Развитие представлений о строении Вселенной Основные идеи и достижения Идея о гелиоцентрической системе Теория Солнца и Луны система Геоцентрическая теория Определение радиуса Земли и Солнца Определения главных астрономических постоянных Гелиоцентрическая система Идея бесконечности Вселенной Открытие пятен на Солнце, фаз Венеры, гор на Луне, 4 спутников Юпитера Законы движения планет Законы небесной механики Звездно-космогоническая теория развития космической материи Определение расстояния до звезд Гипотеза о возникновении солнечной системы

Идея о внутриатомной природе источников звездной энергии Теория звездной природы галактик Открытие зависимости между абсолютной звёздной величиной и спектальным классом звёзд Модель расширяющейся Вселенной Теория горячей Вселенной Открытие квазаров Открытие пульсаров

Схема 51. Современные космологические теории эволюции Вселенной (основные теории)

Схема 52. Современные космологические модели Вселенной (основные модели Вселенной)

Схема 53. Современные космологические модели Вселенной (стандартная модель эволюции Вселенной) Основные этапы космической эволюции:        Начальное состояние Вселенной: первоначальное сингулярное, т.е. сверхплотное состояние вещества 93 -33 Вселенной составляло 10 г/см , а ее первоначальный размер составлял 10 см. В сингулярном состоянии Вселенная представляла собой микрообъект ничтожно малых масштабов.        Этап Большого взрыва: от первоначального сингулярного состояния Вселенная перешла к расширению в результате Большого взрыва (около 20 млрд. лет назад). В результате Большого взрыва образовалась не только материя, но и само пространство - время. «Снаружи» не было ничего, даже пустого пространства, куда мог бы расширяться Большой взрыв.        Этап первичного ядерного синтеза: образование нейтральных атомов из свободных электронов и новорожденных атомов.        Этап формирования галактики: возникновение и эволюция звезд различных масс, в которых путем различного вида ядерных реакций создавались в разных пропорциях легкие, средние и тяжелые элементы.        Подтверждение данной теории: расширение Вселенной - разбегающиеся галактики (красное смещение); реликтовое излучение фотонов и нейтрино, образовавшихся в ранней горячей стадии расширения Вселенной

Схема 54. Современные космологические модели Вселенной (альтернативные космологические теории)

Схема 55. Космическая шкала времени От первоначального сингулярного состояния Вселенная перешла к расширению в результате Большого взрыва

Схема 56. Космическая шкала времени (продолжение)

Схема 57. Галактики

Схема 58. Структура галактик

Схема 59. Классификация галактик

Активные галактики

Схема 61. Космический круговорот вещества в галактике

Схема 62. Модель Галактики и Метагалактики ГАЛАКТИКА (Млечный Путь - звездная система, содержащая до 1011 звезд, к которой принадлежит Солнечная система)

Метагалактика в этом масштабе: • расстояние до туманности Андромеды будет 6 м (реальное ее удаление 1,5 млн. световых лет); • расстояние до центральной части скопления галактик в Деве, куда входит и наша местная система галактик будет 120 м, причем такого же порядка будет размер самого скопления (реальное удаление 50 млн. световых лет); • расстояние до радиогалактики Лебедь - А будет 2,5 км; • расстояние до радиогалактики ЗС-295 будет 25 км ... (реальное ее удаление 5 млрд, световых лет). Скорость удаления радиогалактики Лебедь - А около 17 тыс. км/сек, радиогалактики ЗС-295 около 138 тыс. км/сек Метагалактика в этом масштабе: • расстояние до туманности Андромеды будет 6 м (реальное ее удаление 1,5 млн. световых лет); • расстояние до центральной части скопления галактик в Деве, куда входит и наша местная система галактик будет 120 м, причем такого же порядка будет размер самого скопления (реальное удаление 50 млн. световых лет); • расстояние до радиогалактики Лебедь - А будет 2,5 км; • расстояние до радиогалактики ЗС-295 будет 25 км ... (реальное ее удаление 5 млрд, световых лет). Скорость удаления радиогалактики Лебедь - А около 17 тыс. км/сек, радиогалактики ЗС-295 около 138 тыс. км/сек Реальные размеры Метагалактики около 20 млрд, световых лет

Схема 63. Местная система галактик

Схема 65. Звездная система Млечный Путь - Галактика (общая характеристика) Диаметр Толщина Масса Масса газа и пыли от массы всех звезд Расстояние спиральных рукавов от центра Скорость вращения: на расстоянии 3000 св. лет от центра на расстоянии 6000 св. лет от центра на расстоянии 30000 св. лет от центра на расстоянии 100000 св. лет от центра Скорость освобождения: для центра Галактики над Солнцем для края Галактики

Схема 68. Звездная форма бытия космической материи Звезды«Звездная субстанция» составляет 97 % массы нашей Галактики Примечание: 1.       Граница между массами звезд и планет равна 0,02 массы Солнца, т.е. при массе меньше этой границы, термоядерной реакции не происходит (масса звезды Пласкетта = 90 массам Солнца) 2.       Простейшие звездные системы - кратные системы, состоящие из двух и более звезд;   -     «рассеянные» системы, состоящие из несколько сотен отдельных звезд; -     «шаровые» системы, состоящие из многих сотен тысяч звезд.

Схема 69. Виды звезд

Схема 70. Виды звезд (продолжение)

Схема 71. Общая характеристика звезд   Звезды (сверхгиганты -I, гиганты - III, карлики - V)

Схема 72. Общая эволюция звезд

Схема 73. Эволюция звезд (варианты развития) Варианты развития звезд: I. Звезды массой от 1 до 1,2 массы Солнца эволюционируют к белому карлику, который остывая, превращается в черного карлика II. Звезды с массой 2,0 массы Солнца эволюционируют к нейтронной звезде: последняя, если сможет захватить межзвездный па или вещество двойной звезды, превращается в черную дыру. Ш. Звезда с массой более 2,0 массы Солнца эволюционирует к черной дыре через коллапс звезды.

Схема 74. Внутризвездные процессы Процесс преобразования водорода в гелий в звезде: Солнце, как звезда главной последовательности, представляет собой сферическую массу раскаленной материи диаметром 1392000 км. Это кипящий котел, в котором при 13 млн. градусов по Цельсию водород, составляющий большую часть Солнца, теряет электроны и его ядра сталкиваются и сливаются воедино в цепочке ядерных реакций, дающих в результате гелий. Солнце, как звезда главной последовательности, находится в самой середине своего жизненного пути; примерно через 5,5 млрд. лет оно израсходует запас водорода и прекратит существование.

Схема 75. Гипотезы об образовании Солнечной системы

Схема 76. Гипотезы об образовании Солнечной системы (продолжение)

Схема 77. Модель Солнечной системы

Схема 78. Общая характеристика Солнца

Схема 80. Годовое движение Земли вокруг Солнца

Схема 87. Атмосфера Земли

Схема 88. Атмосфера Земли (моделирование состава атмосферы) Моделирование состава атмосферы выявило сильную зависимость ее эволюции от расстояния между Землей и Солнцем: 1 . Если бы Земля оказалась ближе к Солнцу, то при повышенной массе атмосферы и значительном парниковом эффекте за счет накопления термодинамически активных газов (метан, углекислый газ и т.п.) мог бы создаться «разгоняющийся» в сторону разогревания тип атмосферы (пример планета Венера: быстрое накопление углекислого газа привело к сильному парниковому эффекту, это вызвало прекращение конденсации водяного пара в атмосфере, дождей и испарению первичного океана; в результате сильный разогрев поверхности, безводная суша и тяжелая углекислая атмосфера). 2. Если бы Земля находилась чуть дальше от Солнца, то на ранних стадиях формирования атмосферы и гидросферы проявился бы эффект «разгоняющегося» похолодания. При меньшем потоке солнечного тепла в сравнительно тонкой атмосфере водяной пар замерзал бы и выпадал в виде снега: в результате планета бы оледенела (температура на поверхности упала бы до - 90° С). Предполагается, что таким путем развивался Марс с его тонкой атмосферой и шапками оледенений на полюсах. Примечание: Зона, в которой на такой планете, как Земля, вода может существовать сразу в трех состояниях - жидком, твердом и газообразном, составляет очень узкую полосу вокруг Солнца. Ширина ее равна всего 0,06 расстояния Земли от Солнца, а граница полосы лежит в пределах 0,95 и 1,01 этого расстояния, т.е. смещение орбиты всего на 1% может погрузить Землю в вечную спячку под толстым слоен льда, а смещение на 5% - вызвать смертоносный для биосферы разогрев утяжеляющейся углекислой атмосферы.

Схема 89. Концепции развития Земли

Схема 90. Геологическая история Земли (концепции движения материков) I Первая гипотеза мобнлнзма (А. Вагенер, 1912) В Карбоне (геологический период) существовал единый массив суши - Пангея. Пангея раскололась на Лавразию и Гондвану. 135 млн. лет назад Африка отделилась от Южной Америки, а 85 млн. лет назад Северная Америка - от Европы; 40 млн. лет назад Индийский материк столкнулся с Азией и появились Тибет и Гималаи. Основание: сходство очертаний материков, как частей расколовшегося когда-то единого праматерика Пангеи; эмпирическое обнаружение в конце 50-х годов расширения дна океана; сходство геологического строения, верхнепалеозойской флоры и фауны приатлантических континентов (особенно Африки и Южной Америки) II. Вторая гипотеза мобилизма (новая глобальная тектоника) Литосфера разбита на крупные гагаты, которые перемещаются по астеносфере (слой пониженной вязкости в верхней мантии Земли; вероятно, в ней происходит перетекание вещества, которое вызывает вертикальное и горизонтальное движение участков блоков литосферы) в горизонтальном направлении. Близ срединно-океанических хребтов литосферные плиты наращиваются за счет вещества, поднимающегося из недр, и расходятся в стороны. В глубоководных желобах одна плита подвигается под другую и поглощается мантией. Там, где одна плита сталкивается с другой плитой, образуются складчатые участки блоков литосферы

Схема 91. Геологическая история Земли (концепция эволюции океана и атмосферы) Модель эволюции океана и атмосферы1: • Океан и атмосфера - продукт дегазации вулканических лав, выплавлявшихся из верхней мантии Земли и формировавших земную кору • При плавлении мантия разделялась на легкоплавкую и тугоплавкую фракции • Первая представлена в основном базальтами с растворенными в них газами и водой. Как более легкая, она поднималась к поверхности и изливалась через жерла вулканов и трещины разломов, выбрасывая газы и пары воды, т.е. океан и первичная атмосфера образовались через вулканические жерла Основания: • Расчеты и эксперименты показали, что в расплавленном базальте (при t = 1000° С и давлении равном давлению на глубине 17-35 км под поверхностью Земли) наличие 7- 8% воды и 1% газов • За всю историю Земли вулканы выбросили 2,8625 г вещества, которое должно было выделить не менее 2*1024 г воды (сейчас в океане - 1,37 *1023 г) и 2,5*1023 г газов (сейчас масса атмосферы - 5,3*1021 г), т.е. материала с избытком хватило на сушу, океан и атмосферу

Схема 92. Геологическая история Земли (трансгрессия и регрессия океана)

Схема 93. Геологическая история Земли (ледниковая теория - гляциализм1)

Схема 94. Геологическая история Земли (ледниковые эпохи)

Схема 97. Геологическая история Земли (концепции возникновения ледниковых эпох1) 1 Ледниковая эпоха (ледннховье, гляцнал)- отрезок времени в геологической истории Земли, характеризующийся сильным похолоданием климата и развитием обширных материковых ледников. Ледниковые эпохи разделялись эпохами почти полного исчезновения льдов - межледниковьями (интергляциалами).

Схема 98. Геологическая история Земли (теории колебаний оледенений Земли)