Главная / Рефераты / Рефераты по астрономии

Реферат: Цивилизации во Вселенной


Вступление
НАУЧНЫЕ ОСНОВАНИЯ СУЩЕСТВОВАНИЯ ЖИЗНИ И ЦИВИЛИЗАЦИЙ ВО ВСЕЛЕННОЙ
В настоящее вpемя вся совокупность наук человеческой цивилизации позволяет сделать неопpовеpжимый вывод о возможности и большой веpоятности существоания жизни, в том числе pазумной, в подходящих для этого местах Вселенной, в частности в нашей Галактике.
Физика и астpофизика устоновили факт тождественности физических законов во всей видимой части Вселенной. Астpономия показала, что
Солнце и наша Галактика по pазличным паpаметpам являются pядовыми,
"сpедними" объектами Вселенной сpеди множества подобных.
Однако пока не удалось непосpедственно увидеть планетные системы даже у ближайших к нам звёзд из-за далеко недостаточных возможностей существующих телескопов. В настоящее вpемя, по видимому, получены лишь косвенные указания на существование у ближайших звёзд планетных систем. Наблюдаемые пеpиодические колебания положения некотоpых звёзд могут быть обьяснены единственным обpазом - существованием достаточно больших юпитеpоподобных невидимых спутников звезды, т.е. планет.
Для того чтобы возникла жизнь, необходимо наличие опpеделённых атомов. Все живое состоит в основном из водоpода, кислоpода, азота, углеpода и незначительного количества более тяжёлых элементов от фосфоpа и кальция до железа. Эти элементы, как сейчас установлено астpофизикой, возникли в недpах пеpвичных звёзд, состоящих из водоpода и гелия. Элементы тяжелее водоpода обpазовывались в недpах звёзд пеpвичного поколения пpи их сжатии благодоpя вспыхивавшей теpмоядеpной pеакции. Затем следовали взpыв, сбpос оболочки звезды и обpазование звезд втоpичного поколения с планетами вокpуг них, что пpивело к созданию множества мест, богатых необходимыми элементами и их соединениями.
Оpганические соединения на обpазовавшихся планетах могли возникать в ходе последующего теплового пpоцесса в истоpии pазвития планет. Суть этого пpоцесса в pазогpеве недp планеты вследствие pадиоактивного pаспада уpана, тоpия, калия-40 и в выносе на повеpхность гоpячих pасплавленных масс. Взаимодействие с водой могло пpивести к обpазованию сложных оpганических соединений, послуживших основой для возникновения живой клетки.
Вопpос пpоисхождения оpганических соединений получил новое освещение, когда совpшенно неожиданно pадиоастpономические методы позволили обнаpужить в туманностях около 50 pазличных, в том числе оpганических, соединений, содеpжащих более десятка атомов в молекуле.
Были обнаpужены соединения, являющиеся основой белков живых оpганизмов. Есть основание полагать, что в этих туманностях идет интенсивное звёздообpазование и вполне возможно, что обpазуются планеты с уже подготовленными оpганическими соединениями, котоpые вовсе не обязательно должны pазpушаться в пpоцессе конденсации планет.
Космология довольно надёжно установила пути эволюции вещества во
Вселенной от нуклесинтеза тяжёлых атомов до обpазования неоpганических соединений. Но науке пока совеpшенно не ясен пеpеход от неживых оpганических соединений к живым, т.е. способным к самовоспpоизведению по опpеделённому pецепту - генетическому коду. Этот пеpеход к высшей оpганизации вещества остаётся тёмным местом в цепи общей эволюции матеpии.
Сказанное об эволюционном pазвитии вещества во Вселенной по совpеменным пpедставлениям можно изобpазить в схематическом виде: _
Элементаpные частицы ( Ядpа ( Атомы ( Молекулы ( Макpомолекулы (
Микpобы ( Колонии микpобов ( Оpганизмы ( Социальные стpуктуpы.
Все изложенные аpгументы совpеменной науки в пользу существования множества обитаемых миpов пpиведены ниже:
Наука Факты
Физика Тождественность физических и химичиских
Астpономия законов
Химия во Вселенной.
Астpономия Оpдинаpность Солнца, Галактики. Большое
количество солнцеподобных звёзд во Вселенной.

Обилие двойных звёзд, косвенные изменения,
указывающие на существование внесолнечных
планет.
РадиоастpонОбилие оpганических соединений, обнаpуженных
омия как в нашей Галактике, так и дpугих
галактиках.
Химия Откpытие химической эволюции Вселенной.
Космология
Биология Существование закономеpной биологической
эволюции, эволюционное возникновение земной
цивилизации
Часть I
ПОИСК ЖИЗНИ В СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЕ
Меркурий
Меркурий – самая близкая к Солнцу планета, и весь свой путь по орбите вокруг Солнца он проходит всего за 88 дней. Меркурий – самая маленькая из всех планет, не считая Плутона. Поверхность этого небольшого мирка достаточно горяча, чтобы расплавить олово и свинец. На Меркурии почти нет атмосферы. В прошлом, возможно, там и были какие-то газы, но теперь все давно выкипело под воздействием жгучих лучей Солнца. Однако Меркурию все же удается захватывать некоторое количество газовых струй водорода и гелия, которые вырываются из Солнца. Кроме того, раскаленные, как печь, твердые породы выделяют атомы натрия. Так что очень тонкий атмосферный слой все же имеется, и состоит он, главным образом из натрия с небольшими добавками гелия и водорода.
В отсутствие воздуха и облаков составление прогнозов погоды на Меркурии было бы делом весьма несложным: невыносимая жара днем, а в полярных областях ледяной холод по ночам.
В 1974 и 1975 гг. космическим кораблем «Маринер-10» было сделано свыше
10000 снимков поверхности Меркурия. На лучших фотографиях видны кратеры и трещины на поверхности, ширина которых не превосходит 100 м. «Маринер-10» произвел фотосъемки почти половины всей планеты. Её поверхность изрыта кратерами, очень похожими на лунные.
Венера

Венера подходит к Земле ближе, чем какая-либо другая планета. Но плотная, облачная атмосфера не позволяет непосредственно видеть ее поверхность.
Снимки, сделанные с помощью радара, демонстрируют очень большое разнообразие кратеров, вулканов и гор. Температура поверхности достаточно высока, чтобы расплавить свинец, а когда-то на этой планете, возможно, имелись обширные океаны.
Венера – вторая от Солнца планета, имеющая почти круговую орбиту, которую она обходит за 255 земных суток на расстоянии 108 млн. км от Солнца.
Поворот вокруг оси Венера совершает за 243 земных дня – максимальное время среди всех планет. Вокруг своей оси Венера вращается в обратную сторону, то есть в направлении, противоположном движению по орбите. Такое медленное, и притом обратное, вращение означает, что если смотреть с Венеры, солнце восходит и заходит всего лишь два раза за год, поскольку венерианские сутки равны 117 нашим. Венера подходит к Земле на расстояние 45 млн. км – ближе, чем любая другая планета.
По своим размерам Венера лишь немного меньше Земли, и масса у нее почти такая же. По этим причинам Венеру иногда называют близнецом или сестрой
Земли. Однако поверхность и атмосфера этих планет совершенно различны. На
Земле есть реки, озера, океаны и атмосфера, которой мы дышим. Венера – обжигающе горячая планета с плотной атмосферой, которая была бы губительной для человека.
Атмосфера Венеры крайне жаркая и сухая. Температура на поверхности достигает своего максимума примерно у отметки 480(С. В атмосфере Венеры содержится примерно в 105 раз больше газа, чем в атмосфере Земли. Давление этой атмосферы у поверхности очень велико, в 95 раз выше, чем на Земле.
Космические корабли приходится конструировать так, чтобы они выдерживали сокрушительную, раздавливающую силу атмосферы. В 1970 первый космический корабль, прибывший на Венеру, смог выдержать страшную жару лишь около часа
– этого как раз хватило, чтобы послать на Землю данные об условиях на поверхности. Российские летательные аппараты, совершившие посадку на Венеру в 1982 году, послали на Землю цветные фотографии с изображением острых скал.
Благодаря парниковому эффекту, на Венере стоит ужасная жара. Атмосфера, представляющая из себя плотное одеяло из углекислого газа, удерживает тепло, пришедшее от Солнца. В результате скапливается такое количество тепловой энергии, что температура атмосферы гораздо выше, чем в духовке. На
Земле, где количество углекислого газа в атмосфере невелико, природный парниковый эффект повышает температуру на 30(С. а на Венере парниковый эффект поднимает температуру еще на 400(. Изучая физические последствия сильнейшего парникового эффекта на Венере, мы хорошо представляем те результаты, к которым может привести накапливание излишков тепла на Земле, вызываемое растущей концентрацией углекислого газа в атмосфере из-за сжигания ископаемого топлива – угля и нефти.
4,5 миллиарда лет назад, когда Земля только сформировалась, она тоже имела очень плотную атмосферу из углекислого газа – точно так же, как и
Венера. Этот газ, однако, растворяется в воде. Земля была не такой горячей, как Венера, поскольку она дальше от Солнца; в результате дожди вымывали углекислый газ из атмосферы и направляли его в океаны. Из раковин и костей морских животных возникали горные породы, такие, как мел и известняк, в состав которых входит углерод и кислород. Кроме того, углекислый газ извлекался из атмосферы нашей планеты и при образовании угля и нефти.
В атмосфере Венеры не очень много воды, а вследствие парникового эффекта температура атмосферы превышает точку кипения воды вплоть до высоты около
50 км. Возможно, когда-то в прошлом на Венере были океаны, но если и были, они давно уже выкипели.
Поверхность Венеры покрыта сотнями тысяч вулканов. Есть несколько очень больших: высотой 3 км и шириной 500 км. Но большая часть вулканов имеет 2-3 км в поперечнике и около 100 м в высоту. Излияние лавы на Венере происходит значительно дольше, чем на Земле. Венера слишком горяча для того, чтобы там были лед, дожди или бури, поэтому там не происходит существенных атмосферных воздействий (выветривания). А значит, вулканы и кратеры почти не изменились с тех пор, как они образовались миллионы лет назад. На фотографиях Венеры, сделанных с «Магеллана» (1990), мы видим такой древний ландшафт, какого не увидишь на Земле, - и все-таки он моложе, чем на многих других планетах и лунах.
По-видимому, Венера покрыта твердыми породами. Под ними циркулирует раскаленная лава, вызывающая напряжение тонкого поверхностного слоя. Лава постоянно извергается из отверстий и разрывов в твердых породах. Кроме того, вулканы все время выбрасывают струи мелких капелек серной кислоты. В некоторых местах густая лава, постепенно сочась, скапливается в виде огромных луж шириной до 25 км. В других местах громадные пузыри лавы образуют на поверхности купола, которые затем опадают.
На Земле геологам не просто выяснить историю нашей планеты, поскольку под действием ветра и дождя горы и долины постоянно подвергаются эрозии. Венера очень интересует ученых по той причине, что ее поверхность подобна древним ископаемым пластам. Детали ее ландшафта, обнаруженные «Магелланом», имеют возраст в сотни миллионов лет.
Вулканы и потоки лавы сохраняются в неизменном виде на этой сухой планете, мир которой – ближайший к нашему.
Марс
Поверхность Марса, подобно поверхности Земли, изменялась под действием погодных факторов, воды и льда. В этом ныне сухом мире когда-то, возможно, текли реки. Над пустынным ландшафтом громоздятся колоссальные вулканы, самые большие во всей Солнечной системе. В тех местах, где поверхность дала трещины, расстилаются широкие долины. Как и на Луне, на Марсе имеется множество кратеров. Эти очертания поверхности сформировались в древние времена, около 3,8 млрд лет назад, когда поверхность лун и планет подвергалась бомбардировке метеоритами.
Марс – это следующая за Землей планета, если считать от Солнца, и единственный, кроме Луны, космический мир, которого уже можно достичь при помощи современных ракет. Для космонавтов это путешествие длинной в 4 г. могло бы явиться следующим рубежом в исследовании космического пространства.
Сила тяжести на Марсе составляет две пятых земной. Красная планета имеет тонкий слой разреженной атмосферы, состоящей в основном из углекислого газа с чуть заметной примесью кислорода и воды. Марс проходит по своей орбите вокруг Солнца за два наших года. Времена года на Марсе очень похожи на земные. В зимние периоды астрономы наблюдают ледяные шапки, образующиеся в северном и южном полушариях. А летом пыльные бури поднимают сильнейшие пыльные бури по всей планете.
Отчасти Марс похож на Землю, но на нем значительно холоднее. Возможность жизни на Марсе давно уже пленяла воображение людей. В 1897 г. английский писатель Г. Дж. Уэллс написал роман «Война миров», где высказывалось предположение о существовании марсиан и о возможности захвата ими Земли.
Уэллс написал свою книгу под впечатлением созданных несколькими астрономами схематических карт Марса, на которых четко прослеживались прямые линии, пересекающие всю планету. В 1980-х во Флагстафе, Аризона (США), Персиваль
Лоуэлл создал целую серию рисунков Марса, на которых были видны многочисленные тонкие прямые линии. В то время высказывалось предположение, что эти линии являются каналами, которые используются для транспортировки воды из полярных областей в засушливые пустыни!
Некоторые из наиболее простых растительных и животных организмов Земли могли бы выдерживать колебания температуры на Марсе. Летом в полдень на экваторе температура поверхности может подниматься немного выше точки замерзания воды. Однако большую часть времени температура поверхности значительно ниже нуля, и тем не менее климат там не намного более суров, чем на Аляске или в Антарктиде. В тонком слое атмосферы Марса содержится много углекислого газа, немного азота и совсем незначительное количество кислорода и воды. Сходство состава атмосфер Марса и Земли дало некоторым ученым основание полагать, что на Марсе могут существовать примитивные формы жизни.
Научно-фантастические описания Марса как планеты, населенную высокоразвитыми организмами, в 1960-х гг. утратили всякую правдоподобность.
Американский космический зонд «Маринер-4» сделал первые четкие снимки поверхности крупным планом. На них мы видим безжизненный мир, испещренный кратерами. В 1975 г. ученые США запустили два космических корабля «Викинг».
Каждый из них нес и орбитальный, и посадочный комплексы, которые сфотографировали Марс во всех деталях. Почти все, что мы теперь знаем о
Марсе, получено во время этих исследований, продолжавшихся более четырех лет. Камеры посадочных комплексов «Викингов» не обнаружили никаких признаков растений или животных, а в ходе химических экспериментов не удалось найти тех видов молекул, которые имеют отношение к жизни. Однако, хотя в настоящее время Марс считается почти наверняка безжизненным миром, без дальнейших исследований мы не можем с уверенностью утверждать, что там и прежде никогда не существовало примитивных форм жизни.
На Северном и Южных полюсах Марса лежат ледяные шапки. Зимой планета становится настолько холодной (-100(С), что углекислый газ, находящийся в его атмосфере, замерзает до твердого состояния, образуя, так называемый сухой лед. Некоторое количество обычного водяного льда там тоже, возможно, имеется. В течение Марсианского года, ледяные шапки на полюсах то растут, то уменьшаются. При замерзании и оттаивании грунта возникли кольцевые образования, похожие на дюны. Разреженная атмосфера Марса содержит кристаллы водяного льда, и «Вояджер» заметил в ней редкие облака. Однако даже если бы вся атмосферная вода выпала на планету в виде дождя, она покрыла бы ее поверхность слоем всего в 0,01 мм толщиной. Облака над Землей содержат воду, которая могла бы образовать слой толщиной в несколько сантиметров.
Сегодня на Марсе нет ни рек, ни морей, но в прошлом, вероятно, их было очень много. На снимках, сделанных «Викингом», хорошо видны старые русла.
Посреди широких рек, ныне сухих, имеются острова. Глубокие ущелья долины
Маринер и тонкие очертания сухих долин были некогда прорезаны текущей водой. Ученые считают, что поверхностные воды хранятся в виде захороненных в грунте ледяных глыб, особенно в полярных областях. Климатические условия, подобные тем, которые на Земле имеются в зоне тундры, на Марсе, вероятно, широко распространены.
Марс претерпел значительные климатические изменения. Атмосфера Марса богата углекислым газом, который должен был удерживать тепло, идущее от
Солнца. Мощные извержения вулканов тоже могли вносить свою лепту в глобальное разогревание Марса. Многочисленные свидетельства говорят о том, что в далеком прошлом Марс был более теплой и влажной планетой, на которой, возможно, имелись условия для возникновения жизни. Однако сегодня на Марсе температура повсюду ниже точки замерзания воды.
Человечество всегда волновал вопрос о том, есть ли жизнь на Марсе. И поэтому кульминационным шагом в изучении Марса был проект «Викинг», готовившийся более 10 лет.
По словам руководителей проекта, задачей номер один был поиск жизни.
Вообще говоря, информация, которая была собрана о Марсе еще до «Викингов», не противоречила возможности существования здесь простейших форм жизни.
Однако уточнение природных условий планеты, которое входило в состав экспедиции, имело огромное значение не только для решения поставленной
«сверхзадачи».
«Викинги» выполнили множество экспериментов, среди которых одним из главных было фотографирование марсианской поверхности. Снимки, сделанные с орбитальных аппаратов и непосредственно с посадочного модуля, содержат очень ценную информацию. Например, перед выбором места посадки «Викингов» были тщательно исследованы участки планеты площадью около 4,5 миллиона квадратных километров. Это позволило получить новые сведения о поверхности
Марса.
С помощью масс-спектрометрического анализа удалось определить химический и изотопный состав атмосферы Марса. Главный ее компонент – углекислый газ.
Аргона около 1,5 процента, азота около 2 процентов, обнаружены следы кислорода, озона и окиси углерода.
Эксперименты «Викингов» по поиску жизни на Марсе делятся на две группы.
Первая – анализ проб грунта на присутствие в нем органических молекул.
Эти опыты проводили при помощи бортового хроматомасс-спектрометра весьма высокой чувствительности: многие соединения выявляются этим прибором даже в том случае, если присутствуют в пробе в количестве, меньше, чем одна часть на миллиард.
Он представляет собой хроматографическую разделительную колонку, соединенную со входом в ионный источник миниатюрного масс-спектрометра.
Начальный участок колонки связан с печкой, в которой сжигаются пробы марсианского грунта. При сжигании сложных органических соединений обычно образуются летучие вещества – нитрилы, альдегиды, бензол и другие достаточно простые продукты. Попадая все вместе в хроматографичекую колонку, они разделяются по времени выхода из этой колонки, и поэтому масс- спектрометр анализирует не сложную смесь веществ, а индивидуальные простые соединения, спектры которых хорошо известны.
Руководители программы «Викинг» исходили из естественного предположения, что, если жизнь на поверхности марса существует, ей должны сопутствовать достаточно сложные органические соединения. Действительно, на Земле мы всегда встречаем продукты деградации и метаболизма микрофлоры, и поэтому органические остатки на поверхности нашей планеты встречаются практически повсеместно. Но очень чувствительный прибор на «Викингах» не обнаружил в грунте никаких органических молекул. Была зафиксирована лишь вода в совсем малых дозах, 0,1-1 процент.
Казалось, вопрос решен: Марс – биологически мертвая планета. Но тут на
Землю стала поступать информация, получаемая в результате других экспериментов, чисто биологических. Этих экспериментов было три.
Первый состоял в изучении фотосинтетического усвоения предполагаемой марсианской микрофлорой меченых молекул углекислоты и окиси углерода (14СО2 и 14СО). Пробы грунта поместили в небольшую камеру. В камере смонтировали миниатюрный осветитель, имитирующий солнечный свет, а внутрь вместо марсианского воздуха вводили 14СО2 и 14СО. Авторы этого эксперимента предполагали, что, если в пробе грунта содержатся микроорганизмы, под действием солнечного света они могут усваивать 14СО2 и 14СО, включая в молекулы клеточного вещества радиоуглерод из газовой фазы.
После пребывания на свету образцы грунта нагревали. Сначала при нагревании и продувке инертным газом удалялись все исходные и сорбинированные газы. Затем температура повышалась до 600 градусов Цельсия, и происходило пиролитическое разложение гипотетических марсианских микроорганизмов, при котором должна была бы выделяться усвоенная ими углекислота с радиоуглеродом. Для фиксации этого меченного радиоуглерода служил счетчик радиоактивности, который и зарегистрировал исходный сигнал.
Контрольный образец, прошедший предварительную обработку дал отрицательный результат.
Во втором эксперименте изучали хорошо известный для земных условий факт
«дыхания грунта». Если взять образец грунта и увлажнить его, процессы жизнедеятельности организмов в этом образце как бы усиливаются, активнее выделяются газы: азот, углекислота, кислород. Пробы «Викингов» зарегистрировали выделение из увлажненной пробы кислорода и углекислоты.
В третьем опыте к пробе грунта добавлялась питательная жидкая среда, содержащая меченые радиоактивные соединения – аминокислоты, лактат и прочие. Этот метод широко используют микробиологи для изучения обмена веществ у земной микрофлоры. Микроорганизмы, усваивая эти соединения, окисляют их до углекислоты, которая радиоактивна, так как содержит 14С. На
«Викингах» счетчики радиоактивности зарегистрировали рост числа импульсов, что может свидетельствовать о присутствии в пробе микрофлоры.
Те же самые процедуры, о которых было сказано выше, дублировались на образцах, предварительно нагретых до 170 градусов Цельсия. Если в этих пробах и была жизнь, построенная по земному образцу, она погибла бы при нагревании. Значит, все процессы обмена и усвоения не должны были происходить, и соответственно нельзя в этом случае было ожидать сигналов от датчиков во всех трех биологических экспериментах.
Интересно то, что сигналы от датчиков в опытах с предварительно простерилизованным при температуре 170(С образцом отсутствовали.
Итак, на лицо было противоречие. Хотя кривые, фиксирующие выделение
14СО2, и не похожи на те, которые получаются на Земле, но рост количества меченой углекислоты очевиден, и вся серия биологических экспериментов как будто не согласуется с хроматомасс-спектрометрическим анализом.
Попробуем разобраться в этом противоречии. Здесь открываются, по крайней мере, две возможности. Первая состоит в том, что следует принять вывод: жизни на марсе нет (по крайней мере, в местах посадки «Викингов»).
В этом случае результаты биологических экспериментов могут быть объяснены следующим образом: меченые соединения были окислены до 14СО2 чисто неорганическим путем. При отсутствии на Марсе защитного озонового слоя, его поверхность, грунт подвержены сильному ультрафиолетовом облучению, способному изменить свойства минералов и сделать их катализаторами, ускоряющими химические реакции. Подобные опыты проводились в земных лабораториях и результаты были схожими с марсианскими.
Вторая возможность – сделать вывод, что жизнь на марсе есть.
Но как тогда отнестись к результатам хроматомасс-спектрометрии?
Объяснение может быть найдено и тут.
Если концентрация клеток в марсианском грунте низка, например как у нас в
Антарктиде, то тогда хроматомасс-спектрометры «Викингов» могли «не почувствовать» этих клеток. А биологические тесты? Они нацелены на изучение результатов длительного процесса, когда даже одна клетка может заметно изменить состав питательной среды. Но ведь результатирующая кривая выходит на плато, что означает прекращение жизнедеятельности.
Смоделировать это можно следующим образом: марсианские микроорганизмы находились в анабиозе. После того как они «проснулись» в посадочном модуле
«Викинга» в условиях земной питательной среды, они начали поглощать незнакомую пищу. Началось выделение 14СО2 в газовую фазу. Но пища оказалась неприемлемой для инопланетной микрофлоры. Произошло отравление, и марсианские микроорганизмы погибли. Рост меченой углекислоты прекратился.
Как мы видим, интерпретация результатов может быть взаимоисключающей.
В последнее время Национальный совет исследований США, тщательно проанализировав результаты «Викингов», пришел к выводу, что нет никаких доказательств жизни на Марсе. «Мы считаем поиск внеземной жизни в Солнечной системе законченным», - пишется в заключении совета.
Юпитер.
Юпитер – не твердая планета. В отличие от четырех твердых планет, ближе других расположенных к Солнцу, Юпитер представляет собой огромный газовый шар. Есть и еще три газовых гиганта, которые еще более удалены от Солнца:
Сатурн, Уран и Нептун. По своему химическому составу эти газовые планеты очень похожи на Солнце и сильно отличаются от твердых внутренних планет
Солнечной системы. Атмосфера Юпитера, например, на 85 процентов состоит из водорода и примерно на 14 процентов – из гелия. Хотя сквозь облака Юпитера мы не можем видеть никакой твердой, каменистой поверхности, но глубоко внутри планеты водород находится под таким давлением, что приобретает некоторые черты металла.
Юпитер вращается вокруг своей оси исключительно быстро – он делает один оборот за 10 часов. Скорость вращения настолько высока, что планета выпячивается вдоль экватора. Такое быстрое вращение является, кроме того, причиной очень сильных ветров в верхних слоях атмосферы, где облака вытягиваются длинными красочными лентами.
Большая часть атмосферы Юпитера оказалась бы губительной для людей. В дополнение к преобладающим газам – водороду и гелию – там содержится также метан, ядовитый аммиак, водяные пары и ацетилен. Такое место показалось бы зловонным. Этот газовый состав похож на солнечный.
В белых облаках содержатся кристаллы замерзшего аммиака и водяного льда.
Коричневые, красные и синие облака, возможно, обязаны своим цветом химическим веществам, подобным нашим красителям, или сере. Через наружные слои атмосферы бывают видны грозовые молнии.
Активный облачный слой довольно тонок, он составляет менее одной сотой радиуса планеты. Ниже облаков температура постепенно повышается. И хотя на поверхности облачного слоя она равна - 160(С, опустившись сквозь атмосферу всего на 60 км, мы обнаружили бы такую же температуру, как и на поверхности
Земли. А еще немного глубже температура уже достигает точки кипения воды.
В глубине Юпитера материя начинает вести себя довольно необычным образом.
Хотя нельзя исключить, что в центре планеты имеется небольшое железное ядро, но все же наибольшая часть глубинной области состоит из водорода.
Внутри планеты водород под огромным давлением из газа превращается в жидкость. На все более и более глубоких уровнях давление продолжает повышаться из-за колоссального веса вышележащих слоев атмосферы.
На глубине около 100 км расположен безбрежный океан жидкого водорода.
Ниже 17 000 км водород оказывается сжат настолько сильно, что его атомы разрушаются. И тогда он начинает вести себя как металл, в этом состоянии он легко проводит электричество. Электрический ток, протекающий в металлическом водороде, создает сильное магнитное поле. Юпитер выделяет больше энергии, чем получает ее от Солнца. Измерения, проведенные космическими кораблями, показали, что Юпитер излучает примерно на 60 процентов больше тепловой энергии, чем получает от солнечного излучения.
Считается, что дополнительное тепло поступает из трех источников: из запасов тепла, оставшихся еще со времен образования Юпитера, из энергии, высвобождающейся в процессе медленного сжатия, сокращения планеты, и, наконец, из энергии радиоактивного распада. Это тепло, однако, не возникает в результате превращения водорода в гелий, как бывает в звездах. В действительности, даже самые маленькие звезды примерно в 80 раз массивнее
Юпитера. Это означает, что в других «солнечных системах» могут существовать планеты и крупнее нашего Юпитера, хотя и меньше, чем звезда.
Семейство 16 лун Юпитера представляет собой как бы Солнечную систему в миниатюре, где Юпитер выполняет роль Солнца, а его луны – роль планет.
Самая большая луна – Ганимед, ее диаметр равен 5262 км. Она покрыта толстой коркой льда, лежащей поверх каменистого ядра. Имеются многочисленные следы метеоритных бомбардировок, а так же свидетельства столкновения с гигантским астероидом 4 миллиарда лет назад.
Каллисто по величине почти не уступает Ганимеду, и вся ее поверхность густо усеяна кратерами. Это самый темный по цвету из всех спутников
Юпитера.
У Европы самая светлая поверхность. На одну пятую Европа состоит из воды, которая образует на ней ледяной панцирь толщиной в 100 км. Это ледяное покрытие так же сильно отражает свет, как облака Венеры.
Из всех лун наиболее живописна Ио, которая вращается в наибольшей близости к Юпитеру. Цвет Ио совершенно необыкновенный - это смесь черного, красного и желтого. Такая удивительная окраска объясняется тем, что из недр
Ио было извергнуто большое количество серы. Съемочные камеры «Вояджера» показали на Ио несколько действующих вулканов. Они выбрасывают фонтаны серы на 200 км ввысь над поверхностью. Серная лава вылетает наружу со скоростью
1000 метров в секунду. Некоторое количество этого лавового вещества вырывается из поля тяготения Ио и образует кольцо, опоясывающее Юпитер.
Поверхность Ио молода. Мы можем судить об этом по тому, что на ней почти нет метеоритных кратеров. Орбита Ио проходит менее чем в 400 000 км от
Юпитера. Поэтому Ио подвергается возмущаещему действию огромных приливных сил. Постоянное чередование растягивающих и сжимающих приливов внутри Ио порождает интенсивное внутреннее трение. Благодаря этому внутренние области остаются горячими и расплавленными, несмотря на огромное удаление Ио от
Солнца.
Сатурн
Орбита Сатурна расположена почти в десять раз дальше от Солнца, чем орбита Земли. Это означает, что Сатурн получает всего одну сотую количества того тепла и света, что достается Земле. Следовательно, это холодный мир, его облачная система, его ветры очень похожи на аналогичные явления на
Юпитере. Путешествие Сатурна по орбите вокруг Солнца занимает 29,5 лет.
Оборот вокруг собственной оси он совершает за 10 часов. Из-за такого быстрого вращения шар Сатурна как бы сплюснут у полюсов и раздут вдоль экватора.
Сатурн в 95 раз массивнее Земли, он является второй по величине планетой солнечной системы. Подобно Юпитеру, Сатурн почти целиком состоит из водорода и гелия и имеет в своей атмосфере зоны облаков аммиака. Скорость ветра на Сатурне достигает 1800 км/час на экваторе, что вчетверо больше самых сильных ветров Юпитера и в 20 раз превосходит силу ветра сильнейшего шторма на Земле. По сравнению с Юпитером, черты поверхности Сатурна выражены очень слабо. Иногда можно увидеть белые пятна, но и они крайне редки.
Титан
Самый крупный спутник Сатурна, Титан, по своей величине превосходит планету Меркурий. Астрономы считают, что эта луна состоит из равных количеств камня и ледяного льда. Но самым замечательным представляется тот факт, что у Титана есть толстый слой атмосферы, состоящий главным образом из азота с некоторой примесью метана (на Земле он встречается в виде природного газа). Никакая другая луна по всей Солнечной системе не имеет атмосферы. Атмосферное давление на Титане не намного больше, чем на Земле, зато температура – всего -180(С. при такой температуре метан существует как в виде газа, так и в виде жидкости, а так же – как твердое вещество – в зависимости от местных условий. Так что Титан в некотором смысле похож на
Землю: там может быть дождь, и снег, и океаны, и реки! Разница лишь в том, что все это состоит не из воды, а из метана.
Уран и Нептун
Уран состоит в основном из водорода и гелия, но одну седьмую его атмосферы составляет метан. Благодаря метану Уран выглядит синеватым.
Космический зонд «Вояджер-2» обнаружил в верхней атмосфере Урана всего несколько полосок облаков. Температура этой планеты равна примерно -220(С. в центре урана находится большое ядро, состоящее из камня и железа.
Собственная ось вращения Урана наклонена больше, чем на прямой угол, откуда следует, что его северный полюс находится ниже плоскости орбиты. Это уникальное явление во всей Солнечной системе. Свою орбиту вокруг Солнца
Уран обходит за 84 года. Времена года на этой планете, по всей видимости, очень необычны. Приблизительно в течение 20 лет северный полюс более или менее обращен к Солнцу, в то время как южный постоянно находится во тьме.
Астрономы предполагают, что в скоре после образования Солнечной системы, произошло столкновение Урана с другой большой планетой. Не исключено, что в результате Уран оказался опрокинутым набок.
Вокруг Урана вращается пять больших лун и десять маленьких. Самая удивительная из них – Миранда, около 500 км в поперечнике. Ее поверхность поражает разнообразием долин, ущелий и крутых скал. Кажется, что эта луна сплавлена из трех или четырех огромных каменных обломков. Возможно, они представляют собой остатки прежней луны, некогда столкнувшейся с астероидом, а теперь сумевшей вновь собрать воедино свои обломки.
«Вояджер-2» пронесся мимо Нептуна 24 августа 1989 г., после 12-летнего путешествия к этой планете, и добытые им сведения преподнесли нам многочисленные сюрпризы. Поскольку Нептун в 30 раз дальше от Солнца, чем
Земля, солнечный свет, достигающий его поверхности, чрезвычайно слаб, и температура на Нептуне равна -213(С. Однако здесь немного теплее, чем на
Уране, хотя Уран и ближе к Солнцу. Это объясняется тем, что у Нептуна имеется внутренний тепловой источник энергии, который дает в три раза больше тепла, чем планета получает от Солнца.
В атмосфере Нептуна имеют место разнообразные погодные явления. «Вояджер-
2» наблюдал там Большое Темное пятно, подобное, по-видимому, Большому
Красному пятну Юпитера. Есть там так же тонкие перистые облака. Некоторые из них состоят из замерзшего метана.
У Нептуна есть спутник, превосходящий по величине земную Луну: это
Тритон. Подобно Земле, Тритон имеет азотную атмосферу, а состоит он на семь десятых из твердой породы и на три десятых из воды. Вблизи южного полюса тритона «Вояджер-2» сделал снимки красного льда, а на экваторе он сфотографировал голубой лед из замерзшего метана.
На тритоне имеются громадные скалы, изрезанные водяным льдом, а так же бесчисленное количество кратеров. Нептун изменяет направление движения комет, попадающих в солнечную систему извне. Возможно, некоторые из них сталкивались с тритоном, и в результате этих соударений возникли его кратеры. На тритоне есть темные полосы вулканического происхождения. Ученые полагают, что лед, состоящий из замерзшей воды, метана и азота, был извергнут из глубин Тритона через вулканы.
Плутон и Харон
Нептун был открыт благодаря тому, что астрономы скрупулезно искали причину небольших отклонений в орбите Урана. Наблюдая в начале ХХ в. орбиту
Нептуна, ученые пришли к выводу, что, возможно, существует еще одна, еще более удаленная планета. Более 20 лет поиски не приносили результата.
Позднее, в 1930 г., молодой астроном из обсерватории Лоуэлла в Аризоне,
Клайд Томбо, сообщил об открытии в результате тщательных исследований очень слабо видимой планеты. Диаметр Плутона составляет 2324 км. Орбита Плутона сильно вытянута. Наиболее близкая к Солнцу точка орбиты Плутона находится на расстоянии 4425 миллионов километров, а наиболее удаленная – на расстоянии 7375 миллионов километров. Самые отчетливые снимки, показавшие луну Харон, которая вращается вокруг Плутона, были сделаны космическим телескопом «Хаббл». Плутон отделяет от Харона менее 20000 км, и они похожи скорее на пару планет-близнецов. По подсчетам астрономов масса Плутона составляет 0,0022 от массы Земли.
Плутон – холодная планета. Зимой температура его поверхности равна
-230(С. При наибольшем приближении Плутона к Солнцу, когда он тем не менее в 30 раз дальше от Солнца, чем Земля, температура на Плутоне поднимается до
-200(С. Солнце с Плутона выглядит просто как довольно яркая звезда – но все- таки диск, а не светящаяся точка. Слой атмосферы на Плутоне очень тонок, и зимой она, вероятно, примерзает к поверхности планеты. Толстый слой водяного и метанового льда покрывает каменное ядро. Плутон не похож на планеты типа Земли, которые имеют более высокую плотность и содержат железо и никель. Кардинально отличается Плутон и от своих ближайших соседей, газовых гигантов.
Безбрежное одиночество
Результаты поисков жизни в Солнечной системе пока ни к чему не привели.
Конечно, возможно, жизнь на микробиологическом уровне все-таки существует, и мы еще не достаточно скрупулезно изучали планеты. Но в том, что разумной жизни возле Солнца нет, уже мало кто сомневается. Мы судим с точки зрения нашей земной эволюции вещества, и в последнее время выдвигались идеи о существовании альтернативных способов организации живого вещества.
Например, на кремниевой основе. Считалось, что только углерод с химической точки зрения может образовывать устойчивые большие полимерные молекулы, способные организовывать «кирпичики» живой материи. Сейчас ученые на этом не останавливаются и предлагают к рассмотрению кремний. Кремний – аналог углерода по таблице Менделеева. Он не может, как углерод, практически с любым веществом образовать устойчивый полимер. Для того чтобы построить органические цепочки на основе кремния, природе пришлось бы идти на большие ухищрения, но и такую возможность нельзя отсекать полностью. Особенно говоря о жизни на планетах-гигантах, или Плутоне. Верхние слои газовых планет – смесь химических веществ. Под влиянием ультрафиолета Солнца они разлагаются и органические образуют радикалы. Миллиарды лет такой эволюции могут привести к появлению особого класса веществ. Или не могут?.. Говоря о жизни вне пределов Земли, мы часто тычем «пальцем в небо», много гипотез так и умирают, не став теорией. Наука тоже эволюционирует. Прошло немало веков с тех пор, как человек первый раз стал целенаправленно изучать небо, открывать планеты и звезды. В космическом масштабе времени – это всего лишь миг. Вселенная молчит, люди хотят верить.
Часть II
НА ПРОСТОРАХ ГАЛАКТИКИ
Пыль
Пыль, находящаяся в Млечном Пути, - это звездная пыль. Наружные слои гигантских звезд уносятся в космическое пространство. Старые звезды взрываются и рассеивают в пространство атомы кислорода, углерода и железа.
Кремний и железо способны образовывать крошечные кристаллики, которые затем перемещаются в пространстве, обретая там покрытие из кислорода, углерода и азота. Эти маленькие крупинки представляют собой миниатюрные химические заводы. На поверхности пылевых частиц атомы, например, углерода и кислорода, прикрепляются друг к другу, образуют молекулы -–скажем, окиси углерода.
Межзвездные облака в основном состоят из водорода. В глубинах космоса они слишком холодны, чтобы светиться. Но иногда водородное облако окружает горячую звезду. И тогда туманность предстает перед нами в виде облака раскаленного газа. Звезда разогревает водород до тех пор, пока он не начинает светиться розовым светом. В Большом Магеллановом облаке находится огромная самосветящаяся туманность, излучающая розовый свет.
Вещество, находящееся в пространстве между звездами, называется межзвездной средой. Большая его часть сконцентрирована в спиральных рукавах
Млечного Пути. Температура межзвездного вещества колеблется от нескольких градусов выше абсолютного нуля до миллиона градусов в самых горячих газовых облаках. В спиральном рукаве галактики можно обнаружить около одного атома газа в кубическом сантиметре. В кубическом километре пространства оказалось бы несколько сотен пылинок. Таким образом, межзвездная среда очень сильно разрежена. Однако в плотных облаках концентрация вещества может быть в 1000 раз выше средней. Но и в плотном облаке на кубический сантиметр приходится всего несколько сотен атомов. Причина, по которой нам все же удается наблюдать межзвездное вещество, несмотря на столь сильную его разреженность, состоит в том, что мы видим его в большой толще пространства. В обычной спиральной галактике межзвездное вещество составляет от пяти до 10 процентов всей видимой материи.
Наша Солнечная система находится в той области Галактики, где плотность межзвездного вещества необычайно низка. Эта область называется Местным
«пузырем»; она простирается во все стороны примерно на 300 световых лет.
Возможно, что большая часть всего вещества, какое могло бы находиться вблизи Солнца, была унесена прочь под действием каких-то процессов. Одна из предложенных идей состоит в том, что когда-то давно в окрестностях
Солнечной системы произошел колоссальный взрыв нескольких больших звезд. И межзвездный газ был отброшен взрывной волной в отдаленные области космического пространства.
Самые массивные объекты млечного пути – это гигантские молекулярные облака. Их масса может превосходить массу Солнца в миллион раз. Туманность
Ориона – это всего лишь часть гигантского молекулярного облака, которое примерно в 500 раз массивнее нашего Солнца. В таинственных глубинах черных облаков астрономы обнаружили совершенно поразительный набор молекул. В этот космический материал входит вода аммиак и спирт. Имеется также муравьиная кислота – та самая, что бывает у кусачих муравьев, - а так же синильная кислота. Многие из этих молекул относятся к разряду органических, поскольку они содержат углерод.
Химия этих удивительных облаков на самом деле очень проста. Разные атомы можно представить себе как части некоего конструкторского набора. Углерод, водород, кислород, азот и другие атомы можно соединить вместе самыми разнообразными способами – так и получаются всевозможные молекулы, которые не разрушаются в облаке из-за его очень низкой температуры. Простые элементы могут соединиться и так, что получаются молекулы аминокислот и белков. На Земле эти же вещества, имеющиеся в природе, соединяются и образуют гигантские молекулы растительных и животных организмов.
Вокруг звезд
Каково место Солнца и окружающих его планет в нашей Галактике – огромном звездном скоплении, насчитывающем сотню миллиардов звезд? Ведь один из наиболее интригующих вопросов состоит в том, одиноко ли человечество во
Вселенной, или же есть шанс рано или поздно встретиться с братьями по разуму? Где, около каких звезд можно искать себе подобных?
Как далеко от Солнца могут находиться иные обитаемые миры?
Точных ответов ни на один из поставленных вопросов нет. Но для того чтобы попытаться хотя бы обсудить эти вопросы с научных позиций, нам надо поговорить о «содержимом» нашей Галактики и о том, как это «содержимое» возникло, об эволюционных процессах во Вселенной.
Итак, сначала галактик не было вообще, не было и звезд. Примерно за пятнадцать миллиардов лет до нынешнего времени Вселенная взорвалась и начала расширяться. До этого она находилась в сверхплотном состоянии, и мы сегодня не знаем, применимы ли законы физики для описания этого состояния.
Но уже через одну десятитысячную долю секунды после взрыва плотность вещества уменьшилась до плотности атомных ядер, то есть до 1014 граммов в кубическом сантиметре.
В это время температура вещества составляла тысячу миллиардов градусов. В мире были тогда лишь элементарные частицы и кванты света. Основная часть массы Вселенной на ранних этапах ее расширения приходилась на излучение, на свет.
По мере расширения Вселенная охлаждалась. Но даже когда «столбик термометра» опустился до десяти миллиардов градусов, атомы еще не могли образоваться: все вещество находилось в форме высокотемпературной плазмы.
Лишь примерно по истечении трех минут после Большого взрыва мы могли бы увидеть, что вещество Вселенной превратилось в атомы водорода и гелия, причем водорода было 70 процентов, а гелия – 30.
После этого на некоторое время вселенная «успокоилась», примерно на миллионы лет, пока температура не упала до 4 тысяч градусов Кельвина. Эти миллионы лет жизни вселенной получили название эры фотонной плазмы. С концом этой эры гелий и водород становятся нейтральными, плазма исчезает.
Вселенная еще достаточно горяча и однородна. Тем не менее, в ней появляются отдельные сгущения вещества. Не будем останавливаться на причинах появления возмущений в однородной Вселенной, тем более что сейчас нет единой точки зрения по этому поводу. Споры о происхождении галактик не утихают и сегодня. Но важно то, что именно спустя миллионы лет после
Большого взрыва началось «структурирование» Вселенной – образование галактик и звезд.
Наше Солнце родилось лишь 5 миллиардов лет назад, и уже не более чем через полтора миллиарда лет после рождения Солнца на одной из планет
Солнечной системы, на Земле, возникла жизнь.
Но ведь звезды, подобные Солнцу, начали рождаться в различных уголках нашей Галактики и раньше, чем наше светило. Означает ли это, что в
Галактике есть более старые цивилизации, чем земная, более мудрые? Если мы даем положительный ответ на этот вопрос, то почему мы не можем установить с ними контакт, почему космос молчит? А только ли около звезд подобных
Солнцу, может развиться и существовать жизнь?
Быть может, из сотни миллиардов звезд нашей Галактики можно выбрать более подходящие для жизни места, чем Солнечная система? Ведь все живое на Земле существует благодаря солнечному свету, а есть много звезд, которые светят гораздо ярче Солнца.
Став стабильной звездой, Солнце вступило на главную последовательность – дорогу жизни звезд. Для наших целей очень важно знать, сколько времени та или иная звезда находится в стабильном состоянии. Действительно, что толку, если около голубого гиганта есть планеты (хотя это и мало вероятно), на которых успела зародиться жизнь. Она обречена на гибель уже через миллион лет, поскольку яркие звезды живут очень мало в галактическом масштабе времени. И для этого нужно, чтобы звезда была в 30 раз тяжелее Солнца.
Но самое главное: очень и очень сомнительно, что миллион лет может образовываться планетная система. По современным оценкам для этого необходимо около сотни миллионов лет, а ведь и эти цифры ничтожны по сравнению с биологической шкалой времени, требующей, по крайней мере, миллиарда лет от чисто химической, молекулярной эволюции до возникновения первых клеток.
Итак, сверхмассивные звезды не годятся в качестве центрального светила, около которого могла бы развиваться какая-либо цивилизация. И не только цивилизация. Близ горячего гиганта не может зародиться жизнь, не успеет.
Ну а что будет, если звезда не столь тяжела, как сверхгигант? Посмотрим на жизнь звезды с массой около трех масс Солнца. Такая звезда в 60 раз ярче
Солнца, и время ее жизни порядка 600 миллионов лет. Казалось бы, если около этой звезды есть планеты, там, в принципе, могла бы возникнуть жизнь.
Хватило бы этой жизни времени, чтобы достигнуть стадии цивилизации? Кто знает! Нам дано судить о темпах эволюции лишь на основании одного примера – нашей земной жизни. Но представим себе на минуту, что около такой звезды возникла цивилизация. Какова будет ее судьба?
Ведь наша собственная жизнь теснейшим образом связана с жизнью Солнца, и жизнь любой другой цивилизации определена судьбой центрального светила.
Итак, звезда втрое тяжелее Солнца. В ней идут знакомые нам ядерные реакции превращения водорода в гелий. Поскольку звезда массивней Солнца, то и ядерные реакции должны идти интенсивнее, чтобы обеспечить достаточно высокие температуры, препятствующие сжатию звезды. Водород ядра выгорает, превращаясь в гелий, и температура ядра повышается примерно до 200 миллионов градусов.
При таких температурах в ядерной топке начинает гореть гелий, образуя ядра кислорода и неона. Температура продолжает повышаться, и, когда она достигает 600 миллионов градусов, начинаются ядерные реакции с участием неона. Эти реакции приводят к появлению магния и кремния. А когда в ядре звезды израсходуется весь неон, на сцене появляется кислород. К этому времени температура ядра еще больше повысилась, и в процессе ядерных реакций начинают образовываться никель и железо.
Температура в ядре ползет к полутора миллиардам градусов. Там все время вырабатывается энергия, противодействующая сжатию и повышающая температуру ядра. При достижении температуры в 2-5 миллиардов градусов образуется множество тяжелых элементов, и в их числе титан, ванадий, хром. Но главная составляющая ядра – железо.
Очень важно, что ядерные реакции приводят к образованию значительных количеств нейтрино. Именно эти частицы, свободно пронизывая тело звезды, уносят из ядра огромное количество энергии. Как только включается
«нейтринный холодильник», энергетические потери звезды становятся столь большими, что основную роль начинают играть силы гравитаци...

ВНИМАНИЕ!
Текст просматриваемого вами реферата (доклада, курсовой) урезан на треть (33%)!

Чтобы просматривать этот и другие рефераты полностью, авторизуйтесь  на сайте:

Ваш id: Пароль:

РЕГИСТРАЦИЯ НА САЙТЕ
Простая ссылка на эту работу:
Ссылка для размещения на форуме:
HTML-гиперссылка:



Добавлено: 2010.10.21
Просмотров: 900

При использовании материалов сайта, активная ссылка на AREA7.RU обязательная!