Rambler's Top100 Service
Поиск   
 
Обратите внимание!   Зарегистрируйтесь на нашем сервере и Вы сможете писать комментарии к сообщениям Обратите внимание!
 
  Наука >> Междисциплинарные науки >> Космос >> Космические астрономические инструменты | Популярные статьи
 Посмотреть комментарии[1]  Добавить новое сообщение
 См. также

Популярные статьиСолнечно-земная физика

Научные статьиПоследний из могикан: Отто Людвигович Струве

Обзорные статьиО лженауке, ее последствиях и об ошибках в науке

НовостиМировая линия Гамова

Астрономическое прошлое и будущее земли

Н. А. Сахибуллин

Казанский государственный университет
Содержание

Введение

Будущее поколение будет рассматривать 80-90-е годы прошлого столетия как период, определивший развитие астрономии в XXI веке. Это действительно так, потому что именно в те годы были получены научные результаты, которым по значимости трудно найти аналоги в истории астрономии XX века. Тот период знаменателен еще тем, что астрономы стали серьезно ставить вопрос о будущем нашей Земли не только в гносеологическом плане, но и для обеспечения безопасности всего человечества. К сожалению, диапазон мнений, особенно в массовой прессе, по поводу возможной опасности очень широк — от откровенно панических до полного игнорирования проблемы. Поэтому мы попытаемся дать краткое изложение фактического состояния дел.

Общие представления о происхождении Земли и Солнца

Астрономы еще не выработали окончательного мнения о детальных процессах образования Солнечной системы, поскольку ни одна из гипотез не способна объяснить многие ее особенности. Но в чем почти все астрономы единодушны, так это в том, что звезда и ее планетная система образуются из единого газопылевого облака, причем этот процесс может быть объяснен известными законами физики [1]. Предполагается, что это облако имело вращение. В центре такого облака 4,7 млрд лет назад образовалось сгущение, которое вследствие закона всемирного тяготения начало сжиматься и притягивать к себе окружающие частицы. При достижении этим сгущением определенной массы в центре создаются большие температуры и давления, что приводит к выделению громадной энергии за счет термоядерных реакций превращения четырех протонов в атом гелия $4H^{+}\to He$. Объект в этот момент вступает в ответственную стадию своей жизни — стадию звезды.

Вращение облака приводит к появлению вращающегося диска около звезды. В тех областях, где среднее расстояние между частицами диска мало, происходит их столкновение, что вызывает образование так называемых планетезималей размером примерно в 1 км, а затем и планет около звезды. Образование Земли потребовало около 50 млн лет. Часть несконденсировавшегося вещества диска (твердые и ледяные частицы) при движении могла падать на поверхность планет. Для Земли этот процесс длился примерно 700 тыс. лет. В результате масса Земли постоянно увеличивалась и главное — пополнялась водой и органическими соединениями. Около 2 млрд лет назад начали появляться примитивные растения, а спустя 1 млрд лет образовалась нынешняя азотно-кислородная атмосфера. Около 200 млн лет назад появились простейшие млекопитающие, 4 млн лет назад на ноги встал австралопитек, а 35 тыс. лет назад появился непосредственный предок Homo sapiens.

Для нас главным является следующее: можно ли описанную схему опровергнуть или подтвердить наблюдениями, если проверить, в частности, такие ее следствия:

а) около молодых звезд должны быть обнаружены протопланетные диски;

б) около звезд, которые находятся на более поздней стадии развития, необходимо обнаружить планетные системы;

в) поскольку не все вещество протопланетного диска конденсируется в большие тела, особенно на периферии диска, то в Солнечной системе должны существовать остатки такого вещества.

Если бы данная статья писалась лет 30 назад, то автору трудно было бы найти такие подтверждения, так как существовавшие тогда телескопы и приемная аппаратура не могли зарегистрировать упомянутые выше объекты из-за их слабого блеска. И лишь в последнее десятилетие благодаря использованию космических телескопов, повышению точности астрономических измерений большинство предсказаний теории получили полное подтверждение.

Протопланетные диски. Поскольку в таких дисках есть пыль, то в излучении диска и звезды должен наблюдаться инфракрасный избыток цвета. Такие избытки обнаружены у нескольких звезд, в частности у яркой звезды северного полушария Веги. Для некоторых звезд Космическим телескопом им. Э. Хаббла были получены изображения таких дисков, например у многих звезд в туманности Ориона (рис. 1). Число открываемых дисков около звезд постоянно растет.

Планеты около звезд. Чтобы наблюдать традиционными методами планеты около звезд, необходимо создать телескопы очень больших диаметров — порядка сотни метров. Создание таких телескопов — это совершенно безнадежное дело как с технической, так и с финансовой точки зрения. Поэтому астрономы нашли выход из положения, разработав косвенные методы обнаружения планет. Известно, что два гравитационно связанных тела (звезда и планета) вращаются вокруг общего центра тяжести. Такое движение звезды можно установить лишь на основе чрезвычайно точных методов наблюдений. Такие методы на основе современной технологии были разработаны в самые последние годы, и для знакомства с ними мы отсылаем читателя к статье А.М. Черепащука [2].

С использованием этих методов сразу же наблюдали около 700 звезд. Результат превзошел самые лучшие ожидания. К концу января 2001 года открыты 63 планеты у 50 звезд. Основные сведения о планетах можно найти в статье [2].

Открытие трансплутоновых комет. В 1993 году были открыты объекты 1992QB и 1993FW, расположенные за пределами орбиты Плутона. Это открытие может иметь большие последствия, так как оно подтвердило существование на дальней периферии нашей Солнечной системы на расстоянии более 50 а.е. так называемого пояса Койпера и далее облака Оорта, где сосредоточились сотни миллионов комет, сохранившихся в течение 4,5 млрд лет и являющихся остатками того вещества, которое не смогло сконденсироваться в планеты.

Астрономическое прошлое Земли

После своего образования Земля прошла долгий путь развития. Было установлено, что естественный ход ее развития нарушался вследствие определенных геологических, климатических или биологических причин, приводящих к исчезновению растительности и животного мира. Причины большей части этих кризисов учеными объясняются как океаническими явлениями (понижение солености океанов, изменение химического состава в сторону увеличения токсичных элементов в водах океана и т.д.), так и земными явлениями (парниковый эффект, вулканическая деятельность и т.д.). В 50-х годах XX века делали попытки объяснить некоторые кризисы и астрономическими факторами — на основе многих астрономических явлений, зарегистрированных наблюдателями и описанных в исторических документах. Следует отметить, что за период в 2000 лет (c 200 года до н.э. по 1800 год н.э.) в различных источниках было зафиксировано 1124 важных астрономических факта, часть из которых можно связать с кризисными явлениями.

В настоящее время существует мнение, что кризис, имевший место 65 млн лет назад, когда исчезли рифовые кораллы и вымерли динозавры, был вызван столкновением крупного небесного тела (астероида) с Землей. Долгое время астрономы и геологи искали подтверждение этого явления, пока не обнаружили большой кратер на полуострове Юкатан в Мексике диаметром в 300 км. Подсчеты показали, что для создания такого кратера был необходим взрыв, эквивалентный 50 млн т тротила (или 2500 атомных бомб, упавших на Хиросиму; взрыв 1 т тротила соответствует выделению энергии в 4 · 1016 эрг). Такая энергия могла бы выделиться при столкновении с астероидом размером в 10 км и имевшим скорость в 15 км/с. Этот взрыв поднял в атмосферу пыль, которая полностью затмила Солнце, что привело к понижению температуры Земли с последующим вымиранием живого. Оценка возраста этого кратера привела к цифре в 65 млн лет, что совпадает с моментом одного из биотических кризисов в развитии Земли.

Далее в 1994 году астрономы предсказали теоретически, а затем и пронаблюдали столкновение кометы Шумейкеров-Леви с Юпитером. Были ли подобные столкновения комет с Землей? Согласно американскому ученому Массе, за последние 6 тыс. лет подобные столкновения были. Особенно катастрофическим было падение кометы в океан около Антарктиды в 2802 году до н.э.

Таким образом, все изложенное выше приводит к следующим заключениям:

· астрономы имеют надежные подтверждения имеющимся представлениям о прошлом развитии Солнечной системы;

· это позволяет вполне определенно судить о будущем Солнечной системы. В частности, некоторые описанные явления ставят серьезный вопрос: несет ли Космос опасность для будущего нашей Земли?

Астрономическое будущее Земли

Из изложенного ясно, что наибольшие неприятности для человечества могут вызвать движущиеся малые небесные тела. Рассмотрим, насколько велик шанс столкновения.

Астероиды (или малые планеты). Основные характеристики этих объектов таковы: массы 1 — 1023 г, размеры 1 см — 1000 км, средние скорости при приближении к Земле 10 км/с, кинетическая энергия объектов 5 · 109 — 5 · 1030 эрг.

Астрономы установили, что в Солнечной системе число астероидов с диаметром больше 1 км около 30 тыс., меньших по размеру астероидов существенно больше — порядка сотни миллионов. Большая часть астероидов вращается по орбитам, расположенным между орбитами Марса и Юпитера, образуя так называемый пояс астероидов. Эти астероиды, естественно, не несут опасности столкновения с Землей.

Но несколько тысяч астероидов с диаметром более 1 км имеют орбиты, пересекающие орбиту Земли (рис. 2). Появление таких астероидов астрономы объясняют образованием зон неустойчивости в поясе астероидов. Приведем некоторые примеры.

Астероид Икар в 1968 году приблизился к Земле на расстояние 6,36 млн км. Если бы Икар столкнулся с Землей, то произошел бы взрыв, эквивалентный взрыву 100 Мт тротила, или взрыву нескольких атомных бомб. Другой астероид — 1991ВА диаметром в 9 м прошел 17 января 1991 года на расстоянии всего в 170 тыс. км от Земли. Нетрудно подсчитать, что разница во времени у Земли и астероида прохождения точки пересечения составляет всего 1,5 часа. Астероид 1994XM1 9 декабря 1994 года пролетел над территорией России на расстоянии всего в 105 тыс. км.

Существуют также примеры падения астероидов на поверхность Земли. Есть определенное мнение, что в 1908 году в Сибири произошло столкновение астероида диаметром 90 м с последующим взрывом, эквивалентным взрыву примерно 20 Мт тротила. Если бы это тело упало на три часа позже, то оно уничтожило бы Москву.

Используя данные об ударных кратерах на поверхности Земли, планет и их спутников, астрономы пришли к следующим оценкам:

· столкновения с крупными астероидами, которые могут привести к глобальным катастрофам в развитии Земли, происходят примерно раз в 500 тыс. лет;

· столкновения с малыми астероидами происходят чаще (каждые 300 лет), но последствия столкновений носят лишь локальный характер.

На основе орбит уже изученных астероидов астрономы составили список потенциально опасных известных астероидов, орбиты которых пройдут на критическом расстоянии от Земли до конца XXI века. Этот список насчитывает около 300 объектов, орбиты которых пересекают орбиту Земли. Самое близкое прохождение на расстоянии в 880 тыс. км ожидается у астероида Хатор в октябре 2086 года.

В целом же астрономы считают, что число опасных и пока не обнаруженных опасных астероидов примерно 2500. Именно эти таинственные странники и будут составлять главную опасность будущему Земли.

Кометы. Их типичные характеристики таковы: массы 1014–1019 г, размеры ядра 10 км, размеры хвоста 10 млн км, скорости движения 10 км/с, кинетическая энергия 1023–1028 эрг.

Кометы отличаются от астероидов своим строением: если астероиды представляют собой твердые глыбы, то ядра комет — это скопление "грязного льда". Кроме того, кометы в отличие от астероидов имеют протяженные газовые хвосты. Но прохождение Земли через такие хвосты не представляет какой-либо опасности из-за их низкой плотности. Например, при прохождении Земли через хвост кометы Галлея 18 мая 1910 года не было замечено каких-либо аномалий на поверхности Земли.

Но проблема опасности столкновения с ядром кометы стала очень актуальной после 1994 года в связи с падением различных частей кометы Шумейкеров-Леви на поверхность Юпитера. Возникшие при этом взрывы были оценены в величину, эквивалентную взрыву 60 000 Мт тротила, что равно взрыву нескольких миллионов атомных бомб, сброшенных на Хиросиму.

Астрономы подсчитали, что кометы проходят между Землей и Луной каждые 100 лет, а некоторые падают на Землю примерно раз в каждые 100 тыс. лет. Было также оценено, что в течение средней жизни человека вероятность столкновения с кометой равна 1/10 000.

Назад | Вперед


Посмотреть комментарии[1]
 Copyright © 2000-2015, РОО "Мир Науки и Культуры". ISSN 1684-9876 Rambler's Top100 Яндекс цитирования