Галактика и солнечная система. 
Форма и размеры земли

1. Понятие о Галактике

Земля — одна из планет Солнечной системы. Сама же Солнечная система является частью Галактики. Таким образом, Галактика — это звездная система, в которую входит Солнце и его планеты.

Галактика — система Млечного пути — космическая система, включающая более 100 млрд. звезд различных типов, звездных скоплений, газовых и пылевых туманностей, отдельных атомов и частиц, газа, пыли и другого межзвездного вещества.

Большая часть компонентов Галактики занимает объем линзообразной формы. Ее поперечник составляет около 100 тысяч световых лет, а толщина в центре — около 12 тысяч световых лет. Центральная плоскость Галактики образует галактический экватор. Ядро Галактики мало доступно для наблюдения. Однако известно, что в нем находится скопление наиболее массивных звезд. Солнечная система находится далеко от центра Галактики, на расстоянии в 30 тысяч световых лет. От центральной области по галактической плоскости отходят спиральные ветви. Спиральная структура — характерное свойство Галактики.

Вращение Галактики происходит вокруг оси симметрии против часовой стрелки, если смотреть с северного полюса мира. Солнечная система совершает полный оборот вокруг центра Галактики примерно за 180 млн. лет. Это время называется галактическим годом. С галактическим годом связана ритмика некоторых явлений в географической оболочке (горообразование, движение литосферных плит и т. д.).

Галактика имеет неоднородное строение и состоит из ряда подсистем. Солнечная система — одна из подсистем Галактики — состоит из планет земной группы и планет-гигантов.

2. Солнце. Понятие о солнечной атмосфере

СОЛНЦЕ — раскаленная звезда. Диаметр Солнца составляет 1 392 000 км. Средняя плотность — 1,41 г/см3. Солнце имеет следующий состав: 70% его массы приходится на водород, 29% - на гелий и около 1% - на все другие элементы. Солнце вращается в ту же сторону, что и вся Галактика.

Источником энергии, излучаемой Солнцем, служат ядерные реакции превращения атомов водорода в гелий, а в центре, кроме того, углеродный цикл. Температура на поверхности Солнца составляет около 6 000 0 К.

Понятие о солнечной атмосфере. Внешние слои, излучение которых мы наблюдаем, называются солнечной атмосферой. Она состоит из следующих трех слоев: 1) фотосфера, 2) хромосфера, 3) солнечная корона.

Фотосфера — это непосредственно видимая поверхность Солнца. Ее мощность составляет примерно 100−300 км. На фотосфере имеются солнечные пятна, т. е. области относительного повышения температуры.

Хромосфера — газовый слой, простирающийся до высоты 14 тыс. км. В хромосфере наблюдаются хромосферные вспышки и выбросы длительностью в несколько минут. Полагают, что температура в это время значительно выше средней. Во время хромосферных вспышек существенно усиливается ультрафиолетовое излучение, влияющее на атмосферу и магнитное поле Земли. На краю солнечного диска наблюдаются протуберанцы — облака из святящихся раскаленных газов в виде струй и фонтанов высотой в сотни тысяч километров.

Солнечная корона — наиболее высокие слои атмосферы Солнца, которые простираются до высоты в несколько радиусов Солнца от его внешнего края. Из солнечной короны постоянно происходит радиальное истечение плазмы со скоростью 300−400 км/ сек. Распространение плазмы в межпланетное пространство называется солнечным ветром и представляет собой поток протонов и электронов. Солнечный ветер достигает и Земли, а это значит, что наша планета находится в области солнечной короны. Жизнь на Земле должна быть изолирована от губительного действия корпускулярной радиации. Защитную функцию выполняет магнитосфера Земли.

Солнечная активность — совокупность физических изменений, происходящих на Солнце. Солнечная активность подвержена определенной ритмике. Годы максимальной активности сменяются годами спокойного Солнца. Современной наукой достоверно установлено существование так называемого 11-летнего цикла солнечных пятен с длиной интервалов между последовательными максимумами и минимумами от 6 до 17 лет.

11-летней цикличностью обладают количество пятен на Солнце, площадь факелов, частота вспышек, мощность и число протуберанцев, форма солнечной короны. Причина цикличности солнечной активности до сих пор полностью не выяснена. Однако считается, что она связана с магнетизмом Солнца. Магнитное поле Солнца, в общем довольно слабое, периодически усиливается. Причинами усиления могут быть изменения конвекционных движений внутреннего вещества в связи с неодинаковой скоростью вращения экваториальных и среднеширотных полос Солнца. Изменения солнечной активности влияют на циркуляцию земной атмосферы и тем самым на погоду и климат Земли.

Солнце — одинарная (одиночная) звезда, а не двойная (кратная), каких в нашей Галактике очень много. Эта особенность Солнца обеспечивает одинаковое нагревание планеты во всех точках орбиты, что имеет решающее значение для теплового и светового режима Земли, для становления и развития ее биосферы.

3. Понятие о Солнечной системе. Гипотезы, объясняющие происхождение Солнечной системы

Солнце, девять больших планет (Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон), спутники планет (Луна и др.), астероиды (малые планеты), кометы, метеориты и межпланетный газ Солнечную систему.

Около 99,8% массы Солнечной системы сосредоточено в Солнце. Солнечная система в общих чертах имеет такой же план строения, что и Галактика. Основные черты этого плана сводятся к следующему:

• 1. Все планеты находятся приблизительно в одной плоскости.
• 2. Обращение планет вокруг Солнца происходит в одну сторону — против часовой стрелки.
• 3. Размеры планет увеличиваются от начала (от Меркурия) к середине (к Юпитеру) и уменьшаются к внешнему краю системы (к Плутону).
• 4. Аномально мал Марс.

По своим физическим свойствам планеты Солнечной системы делятся на следующие две группы:

• -планеты типа Земли: Меркурий, Венера, Земля и Марс;
• -планеты-гиганты: Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун.

Вне этих групп остается Плутон — далекая, недостаточно изученная планета.

Гипотезы, объясняющие происхождение и развитие Солнечной системы. В современной научной литературе имеется множество теорий, объясняющих происхождение и развитие Солнечной системы. Однако наиболее обоснованными являются небулярная гипотеза Канта-Лапласа и космогоническая гипотеза Шмидта-Лебединского.

Небулярная гипотеза происхождения и развития Солнца и Солнечной системы в общих чертах была разработана выдающимся немецким философом и физико-географом И. Кантом в 1755 г. Согласно данной гипотезе, Солнце и планеты Солнечной системы образовались из некоторой разряженной, медленно вращавшейся туманности (небулы), состоявшей из газа и пыли. В центре этой туманности возникло Солнце, а на периферии — планеты. Эта теория для своего времени была достаточно правдоподобной. Но на уровне науки она не была детально разработанной. В 1796 и 1824 гг. французский ученый Лаплас математически доказал роль вращения в сгущении планет. Лаплас утверждал, что Солнце и другие планеты Солнечной системы образовались из горячего облака.

Космогоническая гипотеза происхождения и развития Солнца и Солнечной системы была разработана и обоснована отечественными учеными (О. Шмидт, Лебединский и др.) в 1950 г. Согласно этой теории, все тела Солнечной системы образовались из медленно вращавшегося газово-пылевого облака, в котором газ составлял свыше 90% общей массы. При движении в Галактике это протопланетное облако оказалось в таких условиях (гравитация, температура и др.), при которых нарушилось внутреннее равновесие массы облака и оно стало сжиматься. Первоначально хаотическое движение частиц стало упорядоченным; облако приобрело дискообразную и спиральную форму. В центре сконцентрировалась наибольшая масса, в ней повысилась температура и возникли ядерные реакции. Так образовалось Солнце. В меньшей периферийной массе образовались спиральные кольца, сгущение вещества которых привело к образованию планет. Полагают, что это произошло около 10 млрд. лет назад.

4. Форма и размеры Земли. Значение шарообразности Земли для географической оболочки

Представление о шарообразности Земли возникло в глубокой древности и обосновано в трудах таких древнегреческих философов-идеалистов, как Парменид, Платон и др. Значение шарообразности Земли для географической оболочки сводится к следующему:

• 1. Шаровая фигура при минимальном объеме концентрирует максимальную массу материи. Вещество планеты сжимается, внутри формируются центральное ядро и оболочки. Оболочечное строение Земли — одно из самых фундаментальных ее свойств. Внутри тела Земли господствуют силы тяготения, в литосфере — силы сцепления.
• 2. Специфическая форма каждой оболочки, в том числе географической оболочки, обусловливает бесконечность и единство географического пространства. Геологические, геофизические и географические процессы не имеют границ в первых двух измерениях (ширина и длина): для движения внутреннего вещества Земли, циркуляции океанической воды, воздушных масс и атмосферы, расселения живых организмов. Процессы географической оболочки могут быть правильно поняты только с учетом специфичности географического пространства.
• 3. Специфическую форму имеет и гравитационное поле Земли. Гравитационное (физическое) поле — это поле, создаваемое любыми физическими объектами. Через гравитационное поле осуществляется гравитационное взаимодействие тел.
• 4. Солнечные лучи на шаровую поверхность падают в разных широтах под разными углами. Это создает термическое поле Земли. Количество тепла от экватора к полюсам уменьшается; формируются термические пояса — жаркий, два умеренных и два холодных. Распределение тепла по земной поверхности — начальная и основная причина формирования климатов.
• 5. Шарообразная форма планеты обусловливает постоянное распределение ее на освещенную дневную и неосвещенную ночную половины. Вместе с вращением Земли вокруг оси это определяет суточную ритмику теплового режима географической оболочки.
• 6. Сферическая форма географического пространства вместе с его вращением определяют дифференциацию географической оболочки на географические пояса и зоны. Сферическая форма географической оболочки симметрична относительно плоскости экватора. Географические пояса северного полушария в общем зеркально повторяют соответствующие пояса южного полушария.

Земля-сфероид. Фигуры планет, в т. ч. Земли, создаются действием двух типов: во-первых, силами тяготения, которые формируют шаровую форму; во-вторых, силами центробежного осевого вращения, которые вызывают полярное сжатие (сплюснутость) и определяют ее сфероидальную форму. Величина отклонения сфероида от шара определяется скоростью вращения. Чем больше скорость вращения, тем больше полярное сжатие.

Земля по своей форме представляет типичный сфероид. У сфероида имеется две оси — экваториальная и полярная. Для земного сфероида в географии принято вычислять полуоси.

Экваториальный радиус Земли (большая полуось) составляет 6 378, 160 км.

Полярный радиус Земли (малая полуось) — 6 356, 777 км.

Экваториальное сжатие — 1: 30 000.

Отсюда выводится ряд других показателей размеров земного сфероида:

Длина меридиана — 40 068, 5 км.

Длина экватора — 40 075, 7 км.

Поверхность Земли — 510 200 600 км2.

Отклонение сфероида от шара относительно невелико — всего 21- 36 км. Для таких процессов, как распределение тепла, движение водных и воздушных масс, расселение растений и животных это не имеет существенного значения. Поэтому в географии этим отклонением можно было бы пренебречь. Но сферическая деформация отражается на тектонике земной коры и, следовательно, на рельефе.

Земля-геоид. В современной научной литературе форма Земли определяется термином «геоид», что буквально означает «форма Земли». Форма Земли сугубо индивидуальна и не совпадает ни с одной из известных математических фигур. Важно подчеркнуть, что в науке фигурой планеты называется не ее физическая поверхность с горами и равнинами на материках, а некоторая теоретическая — «уровенная» поверхность потенциала силы тяжести, т. е. такая поверхность, которая всюду перпендикулярна направлению силы тяжести или отвесу. Форма Земли и определяется именно как уровенная поверхность потенциала силы тяжести или как уровень воды в спокойных океанах и в воображаемых каналах на материках.

Вывод о том, что Земля — геоид, впервые был сделан на основании градусных измерений. Однако только при помощи искусственных спутников Земли удалось выявить и измерить отступление геоида от математического сфероида во всех точках поверхности, в т. ч. и на океанах. В результате специальных научных исследований было обнаружено, что Земля слегка грушеподобна. В средних широтах южного полушария поверхность геоида несколько (до 20 км) выше сфероида, на экваторе они совпадают, а в средних широтах северного полушария геоид ниже сфероида. Северный полюс приподнят на 15 км, южный опущен на 20 км, а вся Антарктида лежит на 30 км ниже эллипсоида.

Величина отступления геоида от сфероида в сравнении с размерами земного шара невелика, но она порождает внутренние напряжения в Земле, отражающиеся на локализации тектонических процессов и на рельефе.

Форма геоида объясняется распределением в ее теле тяжелых и относительно легких горных пород, поскольку с их плотностью связно значение силы тяжести. В местах скопления тяжелых пород (например, Антарктида) поверхность фигуры отступает к центру планеты, а там, где скопились породы меньшей плотности (Северный полюс, Северный Ледовитый океан) — отступает от центра.