Метеорити., кратери, астроблеми.

Якщо метеорне тіло має значний розмір і масу, то воно може не зруйнуватися в атмосфері повністю. У цьому випадку на поверхню Землі випадає його залишок, який називається метеоритом. У більшості випадків маса метеорита за час польоту в атмосфері дуже зменшується. Від сильного опору повітря метеорит нерідко розколюється і з гуркотом випадає на Землю у вигляді уламків. (Сіхоте–Алінський метеорний дощ — 12 лютого 1947 р. в уссурійську тайгу впало близько 30 тон залізних фрагментів метеороїда, зруйнованого на висоті 9 км від поверхні Землі. Це склало близько третини його початкової маси).

При падінні на поверхню Землі метеорита утворюються ударні або вибухові кратери. Ударні кратери утворюються при невеликих швидкостях падіння тіл (до 4 км/с), і метеорити, залежно від міцності ґрунту, знаходяться або на поверхні, або на деякій глибині. Наприклад, Сіхоте–Алінський метеорит, уламки якого утворили невеликі кратери, або метеорит Гоба (60 тонн, Південно–західна Африка), який практично не заглибився і знайдений на поверхні.

Дуже великі метеорити (масою десятки і сотні тисяч тонн) при великій швидкості падіння на Землю (більше 4 км/с) вибухають і утворюють вибухові метеоритні кратери, що нагадують місячні. При цьому, як правило, повністю випаровується не лише сам метеорит, а й значна маса ґрунту. Яскравим прикладом є Аризонський кратер діаметром 1200 м і завглибшки 175 м. Метеорит, що утворив цей кратер, мав масу не менше 200 тис. тонн і діаметр 100 м.

Сліди у вигляді метеоритних кратерів на поверхні нашої планети отримали назву астроблеми («зоряні рани»). На поверхні нашої планети зараз відомо близько 200 «викопних» вибухових кратерів віком від десятків до сотень млн. років. На сьогодні вони змінили свій зовнішній вигляд, а виявляють їх за знімками з космосу та методами геологічних досліджень. Найстаріші і найбільші астроблеми: кратер Садбері в Канаді (діаметр 200 км, вік 1,8 млрд років) і кратер Вредефорд в Південній Америці (діаметр 200 км, вік 2 млрд років). На території України відомо сім таких вибухових утворень — астроблем. Найдавніша — Іллінецька астроблема (Вінницька область). її вік близько 400 млн років, глибина кратера 700 м. Початковий діаметр цієї астроблеми становив 7 км. Нині вона має менші розміри — її діаметр дорівнює 3,2 км.

Залежно від хімічного складу метеорити поділяються на залізні, кам'яні та залізно–кам'яні.

Залізні метеорити (5 %) складаються переважно з нікелистого заліза. В земних гірських породах природний сплав заліза з нікелем не трапляється.

Кам 'яні метеорити мають вкраплення нікелистого заліза, тому космічні камені, як правило, важчі від земних. Виділяють кам'яні хондрити (85 %) і кам'яні ахондрити (7 %). Характерною ознакою хондритів (від гр. «хондрос» — «зерно») є наявність всередині них маленьких кулястих залізно–магнієвих включень у вигляді зерен.

Залізно–кам 'яні метеорити (2 %) — це шматки нікелистого заліза з невеликими кам'яними включеннями.

Вважається, що метеорити є осколками малих планет — астероїдів, які утворюються, коли орбіти астероїдів перетинають орбіту Землі. Припускається, що речовина метеоритів являє собою первинну речовину з часів утворення Сонячної системи, її вік близько 4,6 млрд. років.

6. Формування нашої планетної системи.

Теорія, яка розглядає походження Сонячної системи, має пояснювати такі факти:

• Орбіти всіх планет лежать практично у площині екліптики;

• Планети рухаються навколо Сонця по орбітах, близьких до колових;

• Напрямок обертання планет навколо Сонця однаковий для всіх планет і збігається з напрямком обертання Сонця і власним обертанням планет (окрім Венери та Урана); у тому ж напрямку, що і планети навколо Сонця, обертається навколо них більшість їхніх супутників;

• середня відстань планет від Сонця підлягає правилу Тиціуса—Боде;

• 99,86 % маси Сонячної системи припадає на Сонце і лише 0,14 % на планети, тоді як планетам належить 98 % моменту загальної кількості руху Сонячної системи;

• планети поділяються на дві групи, різко відмінні між собою за середньою густиною, хімічним складом, розмірами і внутрішньою будовою.

За гіпотезою О. Шмідта, Сонячна система почала формуватися близько 5млрд років тому. Із газопилової хмари, що повільно оберталася, дуже швидко — за сотні років — утворилося Протосонце, яке внаслідок гравітаційного стискання нагрівалося. Протопланетна хмара оберталася все швидше, набуваючи форми диска, у центрі якого містилося Сонце. Молода зоря продовжувала розжарюватись, і під дією тиску її світла легкі хімічні елементи (Н, Не) розсіювалися на периферію протопланетного диска, а важчі залишались ближче до центра. Тим часом частинки газу та пилу об'єднувались в невеликі холодні тверді тіла — планетезималі (від англ. Planet – планети, infinitesimal – нескінченно мала величина). Масивніші планетезималі збільшувалися за рахунок налипання на них дрібніших. Таким чином, речовина протопланетного диска зібралася у згустки, з яких і сформувалися планети, їхні супутники, астероїди, комети. Поблизу Сонця утворилися планети з важких хімічних елементів, а віддалені планети складаються переважно з водню та гелію. Сильне гравітаційне поле Юпітера перешкодило утворенню великої планети між орбітами Марса та Юпітера — зараз там пояс астероїдів. Формування планет тривало 100млн. років, стільки ж часу розігрівалося, стискуючись, Сонце до початку термоядерних реакцій у його надрах.

Етапи формування планетного диска.

Виділяють три етапи формування протопланетного диска:

І. Початковий розмір газопилової хмари перевищував сучасний розмір планетної системи, а його хімічний склад відповідав складу міжзоряних туманностей — 99 % газу і 1 % пилових частинок розмірами від 0,1 мкм до 1 мм. При підвищенні температури протозорі нагрівається і диск, частинки пилу випаровуються, молекули газу розпадаються на атоми, атоми іонізуються, а розміри диска за рахунок турбулентності збільшуються до кількох десятків астрономічних одиниць.

Протосонце мало відчутне магнітне поле, яке при взаємодії з іонізованим газом гальмувало його власне обертання і прискорювало обертальний рух протопланетної речовини. Далі диск охолоджується, турбулентність стихає. При цьому відбувається конденсація — знову утворюються тверді пилові частинки. Основні ж космічні елементи — водень і гелій — залишаються у вигляді газу (для їх конденсації потрібні температури, близькі до абсолютного нуля). Цей етап тривав близько 1000 років.

II. Завершилось формування тонкого пилового шару — пилового субдиска. Далі частинки збільшуються у розмірах, зіштовхуються одна з одною, злипаються. І коли густина пилу стає вищою за густину газу в десятки разів, пиловий диск переходить у стан гравітаційної нестійкості, за якої навіть дуже маленькі згустки, що виникли випадково, не розсіюються, а, навпаки, з часом стають ще більшими.

III. Внаслідок обертання утворені згустки не можуть одразу стиснутись до густини твердих тіл. Але, зіштовхуючись один з одним, вони об'єднуються і все більше ущільнюються. В результаті утворюється рій допланетних тіл різного розміру — планетезималі.

8. Акумуляція планет.

Утворення планетезималей тривало десятки тисяч років. Подальше об'єднання їх у планети — набагато довший процес, який тривав сотні мільйони років.

Допланетний рій був складною системою великої кількості планетозималей. Всі вони, окрім однакової швидкості для тіл на однаковій відстані від Сонця, мали ще й власні швидкості з випадковим розподілом напрямків. Планетезималі зіштовхувались, дробились, і тільки найбільші серед них поступово збільшували свої маси за умови, що швидкість зіткнення не перевищувала 1 м/с.

Внутрішню частину Сонячної системи утворили планети земної групи. їхній ріст відбувався за відсутності легких газів за рахунок кам'янистих частинок і тіл, що містили в собі залізо та інші метали. Основна маса газів розсіялась із зони планет земної групи через видування їх сонячним вітром, який очистив від них і віддалені простори Сонячної системи. Планети-гіганти формувалися так: спочатку утворилося масивне ядро з кам'янистих та льодових планетезималей, потім поверх них нарощувались водно–гелієві оболонки шляхом захоплення газової атмосфери. Процес захоплення газу супроводжувався утворенням навколо планет–гігантів газопилових дисків, з яких пізніше утворилися супутники та кільця.

Особливості обертання навколо своїх осей Венери і Урана пояснюється тим, що в період «бурхливої юності» Сонячної системи ці планети пережили зустріч з дуже масивними планетезималями, такими, що енергії зіткнення виявилося достатньо для того, щоб Уран «покласти на бік», а у Венери змінити напрям обертання навколо осі на протилежний.

9. Утворення астероїдів і комет.

Оскільки загальна маса всіх астероїдів на перевищує 1/20 маси Місяця, то пояс астероїдів, подібно до кілець Сатурна, — це речовина, що не спромоглася стати планетою. О. Шмідт припустив, що процесові акумуляції завадило сусідство масивного Юпітера.

Вчені довели, що в межах зони астероїдів легкі речовини присутні в газоподібному стані, тоді як на відстані Юпітера пролягає межа конденсації водяної пари. Це призвело до того, що ріст допланетних тіл в зоні Юпітера прискорився: згущення (переважно льодяні) були більше, ніж в зоні астероїдів, і тверді тіла росли набагато стрімкіше. А далі Протоюпітер, набравши маси, своїм гравітаційним збуренням не дав сформуватися планеті у поясі астероїдів. До того ж, він змінив орбіти деяких
астероїдів так, що вони стали рухатися по витягнутих, а не колових орбітах, перетинаючи орбіти Марса, Землі і навіть Венери та Меркурія.

Періодичні комети за сучасними уявленнями приходять до Сонця із поясу Койпера та хмари Оорта. Всі інші комети — це льодяні планетезималі, закинуті планетами–велетнями в період формування планетної системи на відстань 100– 150тис. а.о, де вони утворюють велетенську і дуже розріджену кометну хмару Оорта. Кометна речовина під час руху комет поблизу Сонця поповнює міжпланетний простір пилом та газом, який вимітається сонячним вітром за її межі.

Запитання для самоконтролю:

1. Поясніть у загальних рисах природу комет?

2. Що ви знаєте про астероїди?

3. Що таке метеори та метеорні потоки?

4. Які типи метеоритів ви знаєте?

5. Назвіть закономірності будови нашої планетної системи.

6. У чому полягають основні етапи формування протопланетного диска?

7.Що вам відомо про планету Фаетон?

8.Який вік нашої планетної системи?

ЛЕКЦІЯ №9

План лекції.

1.Основні відомості про Сонце.

2.Будова Сонця.

3.Атмосфера Сонця.

4.Джерела енергії Сонця

5.Сонячна активність та її вплив на Землю.

Література. Л4 (ст. 85–89); Л5 (ст.112–122)

1. Основні відомості про Сонце.

Зоря Сонце – центральне тіло Сонячної системи. Знаючи відстань Земля–Сонце (1а.о. = 150млн км) і кутовий радіус Сонця г = 16', можна знайти його лінійний радіус R_c = 700 000 км. Радіус Сонця в 109 разів перевищує радіус Землі.

Маса Сонця М = 1,989 • 10³⁰ кг, що у 333 тис. разів більша за масу Землі. Середня густина сонячної речовини р = 1,4 г/см³, що в 4 рази менша від середньої густини Землі, проте у зовнішніх шарах зорі густина в мільйони разів менша, а в центрі – у сотні разів більша (152 т/м³).

Сонце випромінює енергію в усьому діапазоні довжин електромагнітних хвиль: від γ-випромінювання до радіохвиль. Світність Сонця (тобто потужність випромінювання) L = 3,85 • 10²⁶ Вт. Щоб краще уявити цю величину, зауважимо, що при сучасному розвитку електроенергетики людство лише за 10млн років змогло б виробити таку кількість електроенергії, яку випромінює Сонце за 1с.

Температура Сонця визначається за характеристиками випромінювання на поверхні Сонця. Вона має нерівномірний розподіл по поверхні та різні значення для різних ділянок спектра, але в середньому вона дорівнює 6 000К.

Хімічний склад Сонця встановили, досліджуючи його спектри поглинання та випромінювання. Неперервний спектр Сонця містить понад 10 000 ліній поглинання, які називаються фраунгоферовими. Під час повного сонячного затемнення, коли зникає створений поверхнею Сонця неперервний спектр, темні фраунгоферові лінії поглинання змінюються яскравими лініями випромінювання гарячого газу хромосфери. 1814 р. німецький фізик Й. Фраунгофер описав 570 ліній поглинання хімічних елементів. 1857 р. німецькі фізики Г.Кірхгоф і Р.Бунзен порівняли довжини хвиль фраунгоферових ліній з досліджуваними в земних лабораторіях довжинами хвиль і ототожнили близько десяти хімічних елементів. Але справжнім тріумфом астрофізики стало відкриття нового хімічного елементу — гелію. Спостерігаючи спектр Сонця, англійський астроном Джозеф Лок'єр 1868 р. виявив у ньому яскраву жовту лінію поблизу лінії натрію .Невідомий елемент, якому належала ця лінія, отримав назву гелій, тобто «сонячний». І лише 1895 р. гелій було знайдено на Землі при дослідженні спектрів окремих мінералів.

Загалом у спектрі Сонця виявлено лінії 72 хімічних елементів, визначено їхню відносну кількість.. Встановлено, що нині 70 % маси Сонця становить водень, 28 % — гелій, кількість інших важких елементів не перевищує 2 %.

Обертання Сонця. Регулярні спостереження поверхні Сонця, зокрема, за положенням на ній окремих деталей, привели до висновку, що Сонце обертається навколо своєї осі в тому ж напрямку, що і планети навколо нього, тобто проти годинникової стрілки, якщо розглядати цей рух з боку Північного полюса світу. Кутова швидкість його обертання зменшується з віддаленням від екватора. Так, сидеричний період обертання Сонця на екваторі становить 25 діб, а біля полюсів — 30 діб.