Биологический каталог




Лекции по экологии

Автор О.В.Богданкевич

ть размеры звезд в десятки и сотни тысяч раз.

Так, например, диаметр Солнца — 700 тыс. км, а диаметр первичного газопылевого облака может быть существенно больше размеров всей Солнечной системы, а это почти 6 млрд км, т. е. в 8,5 тыс. раз больше. Следовательно, больше и вероятность таких столкновений.

Как мы помним, столкновения звезд в галактике происходят не чаще, чем один раз в миллиард лет. Если по тем же формулам газовых законов пересчитать частоту столкновения звезд с огромной газовой туманностью диаметром в 10 млрд км, то мы получим, что число таких столкновений во всей галактике составляет один раз в 104-105 лет.

За 1010 лет существования галактики произошло примерно 105-106 таких столкновений. А так как всего звезд в галактике порядка 1011, то значительная их часть (от ста тысяч до миллиона) может иметь планетные системы. Не так уж и мало. Есть над чем задуматься при поисках планет, подобных Земле. По Джинсу выходило, что таких возможностей не более 10.

И все-таки в последнее время большинство астрофизиков вновь склоняются к старой доброй идее Канта.

Основные аргументы следующие.

Несмотря на существенно большую, чем в теории Джинса, вероятность образования планетных систем, теория Шмидта все-таки приводит к выводу о довольно случайном характере возникновения планетных систем, а стало быть, и нашего появления в этом мире.

Успехи астрофизики за последние полвека дали в руки ученых целый ряд очень серьезных аргументов в пользу теории вполне закономерного образования планетных систем вокруг рождающихся звезд.

По мере накопления данных о ширине спектральных линий в спектрах излучения звезд различных спектральных классов выяснилась одна очень интересная особенность.

По доплеровскому уширению линий в спектрах водорода и гелия оказалось возможным определить поверхностную скорость вращения звезд, а так как массы звезд астрономы умели определять давно, то оказалось возможным определить и их собственные моменты количества движения.

Анализ этих данных показал, что скорости вращения звезд сильно разнятся.

Оказалось, что быстрее всего вращаются звезды «ранних» спектральных классов О и В, а небольшие звезды спектральных классов от F до М вращаются очень медленно или их скорости вращения так малы, что их не удается измерить. Результаты этих наблюдений приведены в табл. 5.1.

Таблица 5.1

Скорость вращения,

км/с Процент звезд, скорость вращения которых попадает в заданный интервал

Спектральный класс О, В А F0-F2 F5-F8 G, К, М

0-50 0 22 30 80 100

50-100 0 24 50 20 0

100-150 0 22 15 0 0

150-200 1 22 4 0 0

200-250 3 9 1 0 0

250-300 18 1 0 0 0

300-500 78 0 0 0 0

Из таблицы видно, что «зрелые» звезды спектральных классов F5-M, куда попадает и наше Солнце (G2), вращаются очень медленно или не вращаются вовсе (с точностью до ошибки измерений, которая не превосходит несколько десятых км/с). Скорость вращения Солнца на экваторе равна 2 км/с.

Интересной особенностью вращения звезд вокруг своей оси является то, что их скорость вращения изменяется скачком при переходе к классу F5.

Возникает предположение, что у звезд поздних спектральных классов куда то девается первоначальный момент количества движения. Их что-то сильно тормозит.

Основные идеи для разрешения этого парадокса были высказаны в работах известного шведского физика, основоположника магнитной гидродинамики Ханнеса Альвена, который сформулировал условия о «вмороженности» магнитного поля в плазму и возможности электродинамического (пондеромоторного) взаимодействия между различными частями плазмы. За работы в области магнитогидродинамики в 1970 г. ему была присуждена Нобелевская премия, а Академия наук СССР наградила его золотой медалью Ломоносова — высшей научной наградой Академии.

Мы здесь не имеем возможности вникать в детали теории. Но суть разрешения парадокса с распределением момента состоит в том, что в результате действия центробежных сил на стадии отделения протопланетных сгустков от быстро вращающейся материнской звезды у нее уже существует магнитное поле, силовые линии которого связывают эти сгустки с материнской звездой. Возникает некое подобие пращи, которая раскручивается за счет момента материнской звезды, передавая его формирующимся планетным сгусткам. Возможно также и возникновение вторичных колец, точнее, спиралей, из которых формируются спутники планет. Чем больше момент звезды, тем быстрее она вращается, тем, следовательно, больше и ее магнитное поле. Это же относится и к формированию спутников у планет. У планет-гигантов вроде Юпитера и Сатурна число спутников значительно превышает число спутников у планет земной группы: Венера — 0, Земля — 1, Марс — 2, Юпитер — 16, Сатурн — 17, Уран — 15 и Нептун — 2.

Скачок в распределении моментов материнских звезд в спектральном классе F 5 находит свое объяснение в температурной зависимости возникновения механизма маг-нитогидродинамического взаимодействия между звездой и протопланетными сгустками.

В горячих молодых звездах магнитное поле не проникает глубоко под поверхность звезды из-за сильной ионизации водорода и не может обеспечить значительного маг-нитогидродинамического взаимодействия между звездой и ее протопланетной оболочкой.

При остывании звезды и переходе ее вдоль главной последовательности к более поздним спектральным классам степень ионизации водорода на поверхности уменьшается, но возникают конвективные потоки водорода внутрь звезды, где температура выше и, следовательно, выше степень ионизации.

Магнитное поле глубже проникает в недра звезды. При этом магнитные силовые линии «наматываются» на внешние оболочки звезды, усиливая полный магнитный поток между звездой и отслоившейся от нее оболочкой, которая под воздействием центробежной силы постепенно превращается в плоскую раскручивающуюся протопла-нетную спираль.

Эта улучшенная модель Канта-Лап л аса, над разработкой которой потрудилось большое число астрофизиков различных стран, не связывает образование планетных систем ни с какими случайностями.

Образование не только планет, но и системы их спутников, эта модель связывает с естественным ходом эволюции звезд.

Модель академика Шмидта, в ее современном виде, вовсе не следует считать альтернативной. Работает и та, и другая, только число планет, образовавшихся в результате случайных столкновений звезд и газопылевых образований гораздо меньше, чем возникших путем закономерной эволюции звезд. А таких звезд в нашей галактике накопилось уже, по-видимому, несколько миллиардов.

И тем не менее есть два очень важных следствия, которые различны в этих двух гипотезах, но существенны для понимания того, как образовалась наша планетная система и что будет с ней и ее звездой в будущем.

Если все происходило так, как это предполагал Кант, то это значит, что и Солнце, и его планетная система образовались из одного и того же протопланетного вещества и они практически ровесники, а элементный состав их должен быть одинаковым или близким.

Если же Солнечная система образовалась так, как это предполагал Отто Юльевич Шмидт, то возраст Солнца и планет может сильно разниться. Солнце может быть существенно старше, чем его планетная система, и состав планет и Солнца может (но не обязательно должен) быть разным.

Оба этих обстоятельства очень существенны для понимания процессов эволюции как Солнца, так и планетной системы и у геофизиков, по-моему, пока нет единства взглядов на эти проблемы.

Изотопический символ Tl РЪ Bi Ро Rn Ra Th Pa U

202

80 82 84 86 88 90 92 Атомный номер

Рис. 5.1. Радиоактивная цепочка распада в семействе U. Данная цепочка заканчивается изотопом свинца 208Pbs2

Возраст нашей Земли как уже сформировавшейся планеты с твердой кристаллической оболочкой, называемой корой, геологи установили довольно точно, с ошибкой всего в 5-10 %.

Это было сделано по масспектроскопическим измерениям относительного содержания различных дочерних продуктов радиоактивного распада изотопов урана-238, урана-235 и тория-232.

Рассмотренные на рис. 5.1 5.3 цепочки радиоактивных превращений с известными периодами полураспадов приводят на конечной стадии к образованию различных изотопов свинца, что позволяет довольно точно учесть первоначальное содержание свинца в изучаемой породе, которое может не быть связано с радиоактивными цепоч3 О. В. Богданкевич

ками урана, а было привнесено при конденсации коры из протовещества.

Кроме урана и тория, в земной коре присутствуют еще несколько радиоактивных элементов, которые также

235 231

227q 223 ? S

§ 219

к

|

211 207 203

Изотопический символ Ti Pb Bi Ро Rn Ra Ac Th Pa U

Pa 7i

Th A V

Ra f

Rn

Po

Bi r t i j Ac С

A Pb- 207

щ p

8 0 8 2 8 4 8 6 8 8 9 0 9

Атомный номер

Рис. 5.2. Радиоактивная цепочка распада в семействе 235U. Данная цепочка заканчивается изотопом свинца 207Pbg2

используются для определения возраста горных пород и вместе с уран-ториевым методом дают хорошо сопоставимые результаты.

Исходные радиоактивные элементы, используемые для определения возраста древних пород, приведены в табл. 5.2.

Наиболее древние горные породы коры — граниты были обнаружены на Кольском полуострове. Их возраст определен в 3,3-3,4 млрд лет. Однако геологи считают, что это могут быть не самые древние первичные породы. Они могут представлять собой результат эволюционной переработки первичного вещества и их возраст указывает

204

80 82 84 86 88 90 Атомный номер

Рис. 5.3. Радиоактивная цепочка распада в семействе 232Th. Данная цепочка заканчивается изотопом свинца 206Pbs2

лишь на время их кристаллизации. Не исключено, что тектонические процессы и ранний вулканизм вынесли эти породы на поверхность из мантии.

В Южной Атлантике имеется группа утесов, сложенных из основных пород, аналогичных тем, из которых

состоит мантия Земли. Их возраст составляет 4,5 млрд лет. Таким образом, 4,5 млрд лет — это

страница 10
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

Скачать книгу "Лекции по экологии" (1.97Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(26.09.2017)