Концепции современного естествознания

самостоятельно. В новом поколении все неудачно организованные капельки

погибали, а наиболее совершенные участвовали в дальнейшей эволюции материи.

Так в процессе возникновения жизни происходил естественный отбор

коацерватных капелек. Рост коацерватов постепенно ускорялся. Причем научные

данные подтверждают, что жизнь возникла не в открытом океане, а в шельфовой

зоне моря или в лагунах, где были наиболее благоприятные условия для

концентрации органических молекул и образования сложных макромолекулярных

систем.

В конечном итоге усовершенствование коацерватов привело к новой форме

существования материи — к возникновению на Земле простейших живых существ.

Вообще, исключительное разнообразие жизни осуществляется на единообразной

биохимической основе: нуклеиновые кислоты, белки, углеводы, жиры и

несколько более редких соединений типа фосфатов.

Основные химические элементы, из которых построена жизнь, — это

углерод, водород, кислород, азот, сера и фосфор. Очевидно, организмы

используют для своего строения простейшие и наиболее распространенные во

Вселенной элементы, что обусловлено самой природой этих элементов.

Например, атомы водорода, углерода, кислорода и азота имеют небольшие

размеры и образовывают устойчивые соединения с двух и трехкратными связями,

что повышает их реакционную способность. А образование сложных полимеров,

без которых возникновение и развитие жизни вообще невозможны, связано со

специфическими химическими особенностями углерода.

Сера и фосфор присутствуют в относительно малых количествах, но их

роль для жизни особенно важна. Химические свойства этих элементов дают

возможность образования кратных химических связей. Сера входит в состав

белков, а фосфор — составная часть нуклеиновых кислот.

Первые живые организмы

Строение первых живых организмов хотя и было гораздо совершеннее, чем у

коацерватных капелек, но все же оно было несравненно проще нынешних живых

существ. Естественный отбор, начавшийся в коацерватных капельках,

продолжался и с появлением жизни. В течение долгого времени строение живых

существ все более улучшалось, приспособлялось к условиям существования.

Вначале пищей для живых существ были только органические вещества,

возникшие из первичных углеводородов. Но с течением времени количество

таких веществ уменьшилось. В этих условиях первичные живые организмы

выработали в себе способность строить органические вещества из элементов

неорганической природы — из углекислоты и воды. В процессе

последовательного развития у них появилась способность поглощать энергию

солнечного луча, разлагать за счет этой энергии углекислоту и строить в

своем теле из ее углерода и воды органические вещества. Так возникли

простейшие растения — сине-зеленые водоросли. Остатки сине-зеленых

водорослей обнаруживаются в древнейших отложениях земной коры.

Другие живые существа сохранили прежний способ питания, но пищей им

стали служить первичные растения. Так возникли в своем первоначальном виде

животные.

На заре жизни и растения, и животные были мельчайшими одноклеточными

существами, подобными живущим в наше время бактериям, сине-зеленым

водорослям, амебам. Большим событием в истории последовательного развития

живой природы стало возникновение многоклеточных организмов, т. е. живых

существ, состоящих из многих клеток, объединенных в один организм.

Постепенно, но значительно быстрее, чем раньше, живые организмы становились

все сложнее и разнообразнее.

С образованием сложных ультра молекулярных систем (пробионтов)

включающих нуклеиновые кислоты, белки ферменты и механизм генетического

кода, появляется жизнь на Земле. Пробионты нуждались в различных химических

соединениях — нуклеотидах, аминокислотах и др. Из-за низкой степени

генетической информации, пробионты обладали достаточно ограниченными

возможностями. Дело в том, что они использовали для своего роста готовые

органические соединения, синтезированные в ходе химической эволюции, и если

бы жизнь на своем раннем этапе существовала только в форме одного вида

организмов, то первичный бульон был бы достаточно быстро исчерпан.

Однако благодаря тенденции к приобретению большого разнообразия

свойств, и в первую очередь, к возникновению способности синтезировать

органические вещества из неорганических соединений с использованием

солнечного света, этого не произошло.

В начале следующего этапа образуются биологические мембраны-органеллы,

ответственные за форму, структуру и активность клетки. Биологические

мембраны построены из агрегатов белков и липидов, способных отграничить

органическое вещество от среды и служить защитной молекулярной оболочкой.

Предполагается, что образование мембран могло начаться еще в процессе

формирования коацерватов. Но для перехода от коацерватов к живой материи

были необходимы не только мембраны, но и катализаторы химических процессов

— ферменты или энзимы. Отбор коацерватов усиливал накопление белково-

подобных полимеров, ответственных за ускорение химических реакций.

Результаты отбора фиксировались в строении нуклеиновых кислот. Система

успешно работающих последовательностей нуклеотидов в ДНК

усовершенствовалась именно путем отбора. Возникновение самоорганизации

зависело как от исходных химических предпосылок, так и от конкретных

условий земной среды. Самоорганизация возникла как реакция на определенные

условия. При самоорганизации отсеивалось множество различных неудачных

вариантов, до тех пор, пока основные черты строения нуклеиновых кислот и

белков не достигли оптимального соотношения с точки зрения естественного

отбора.

Благодаря предбиологическому отбору самих систем, а не только отдельных

молекул, системы приобрели способность совершенствовать свою организацию.

Это был уже следующий уровень биохимической эволюции, который обеспечивал

возрастание их информационных возможностей. На последнем этапе эволюции

обособленных органических систем сформировался генетический код. После

образования генетического кода эволюция развивается вариациями. Чем дальше

она продвигается во времени, тем многочисленнее и сложнее вариации.

Однажды возникнув, жизнь стала развиваться быстрыми темпами показывая

ускорение эволюции во времени. Так, развитие от первичных пробионтов до

аэробных форм потребовало около 3 млрд лет, тогда как с момента

возникновения наземных растений и животных прошло около 500 млн лет; птицы

и млекопитающие развились от первых наземных позвоночных за 100 млн лет,

приматы выделились за 12-15 млн лет, для становления человека потребовалось

около 3 млн лет.

Заключение

Истинная основа жизни образовалась в результате появления клетки, в

которой биологические мембраны объединили отдельные органеллы в единое

целое.

Первые клетки были примитивны и не имели ядра. Но такие клетки

существуют и в настоящее время. Удивительно, ведь они появились более 3

млрд. лет назад.

Первые клетки были прообразом всех живых организмов: растений,

животных, бактерий. Позже, в процессе эволюции, под воздействием

дарвиновских законов естественного отбора клетки совершенствовались и

появились специализированные клетки высших многоклеточных, растений и

животных — метафитов и метазоа.

В качестве объединяющей зависимости между химической эволюцией

переходящей затем в биохимическую и биологическую эволюцию можно привести

следующую:

1. атомы

2. простые молекулы

3. сложные макромолекулы и ультра молекулярные системы (пробионты)

4. одноклеточные организмы.

Итак, живой мир сотворен. На это потребовалось более 3 миллиардов лет,

и это было самым трудным. Не поддается перечислению огромное количество

вариантов развития исходных углеродных соединений. Однако самым важным был

результат – возникновение жизни на Земле.

Несмотря на важность знаний, относительно условий, причин и процессов

появления жизни на Земле в наше время НТП многие не уделяют этому должного

внимания. Хотя для всех должно быть очень ясно, что жизнь, окружающая нас,

формировалась в течение такого гигантского периода времени, который просто

неподвластен нашему сознанию. И только поэтому, тот ущерб, который уже был

нанесен всему живому за прошедший век, пока еще не привел к необратимым

последствиям. Однако, благодаря НТП человек сам, не осознавая того, создает

все более опасные для всего живого изобретения. И, к сожалению, никто не

знает, какое из них будет последним….

А ведь мы часть живого мира, на создание которого потребовались

миллиарды лет. Думаю, есть о чем задуматься.

Наша ближайшая звезда - Солнце

Общие сведения о Солнце

Введение

Солнце играет исключительную роль в жизни Земли. Весь органический мир

нашей планеты обязан Солнцу своим существованием. Солнце - не только

источник света и тепла, но и первоначальный источник многих других видов

энергии (энергии нефти, угля, воды, ветра).

Издавна у разных народов Солнце было объектом поклонения. Его считали

самым могущественным божеством. Культ непобедимого Солнца был одним из

самых распространённых (Гелиос – греческий бог Солнца, Аполлон – бог Солнца

у римлян, Митра – у персов, Ярило – у славян и т. д.). В честь Солнца

воздвигали храмы, слагали гимны, приносили жертвы. Ушло в прошлое

религиозное поклонение дневному светилу. Сейчас учёные исследуют природу

Солнца, выясняют его влияние на Землю, работают над проблемой применения

практически неиссякаемой солнечной энергии.

Солнце – это наша звезда. Изучая Солнце, мы узнаём о многих явлениях и

процессах, происходящих на других звёздах и недоступных непосредственному

наблюдению из-за огромных расстояний, которые отделяют нас от звёзд.

Эволюция Солнца и Солнечной системы

Возраст Солнца примерно равен 4.5 миллиарда лет. С момента своего

рождения оно израсходовало половину водорода содержащегося в ядре. Оно

будет продолжать "мирно" излучать следующие 5 миллиардов лет или около того

(хотя его светимость возрастет примерно вдвое за это время). Но, в конце

концов, оно исчерпает водородное топливо, что приведет к радикальным

переменам, что является обычным для звезд, но увы приведет к полному

уничтожению Земли (и созданию планетарной туманности).

Эволюция Солнца:

A. На Солнце начинают идти ядерные реакции в ядре. Это называется

рождением звезды, до начала ядерных реакций объект называют протозвездой, и

в ядре еще слишком низкая температура для того, что бы началось ядерное

горение.

B. К этому времени, примерно половина водорода в ядре будет

преобразована в гелий. Это та ситуация в которой Солнце находится сейчас (с

момента рождения Солнца прошло примерно 4.5 миллиарда лет).

C. Водород в ядре практически полностью переработан, и начинается

горение водорода в слоевом источнике вокруг ядра. Это заставляет Солнце

раздуваться. Его радиус становится примерно на 40% больше, а светимость

удваивается.

D. Через полтора миллиарда лет, поверхность Солнца станет в 3.3 раза

больше чем сейчас, а температура опустится до 4300 градусов Кельвина. Если

глядеть с Земли, то Солнце будет выглядеть как большой оранжевый шар.

Однако главная проблема в том, что температура Земли при этом поднимется на

100 градусов и все моря испарятся, так что не останется наблюдателей этой

грандиозной картины. В последующие 250 миллионов лет радиус Солнца вырастет

в 100 раз, и его светимость возрастет более чем в 500 раз. Оно займет

практически пол неба на планете, которая когда-то была Землей.

E. Температура ядра возрастет так высоко, что начнет протекать реакция

превращения гелия в углерод. Возможно, этот процесс будет носить взрывной

характер и одна треть солнечной оболочки будет рассеяна в космосе.

Что случится после этого в настоящее время неизвестно. Солнце станет

ярче, и все внешние слои будут унесены в космос очень сильным солнечным

ветром. Это явление называют образованием планетарной туманности; примеры

таких объектов часто наблюдаются в космосе (внутри планетарной туманности

всегда есть звезда, ее породившая).

После этого останется практически только ядро бывшего Солнца, так

называемый белый карлик, имеющий массу в два раза меньшую, чем масса

современного Солнца, но с ненормально высокой плотностью вещества: 2 тонны

на кубический сантиметр. Этот белый карлик будет медленно остывать,

превращаться в черный карлик и это будет конец Солнца.

Вид Солнца в телескоп

Наблюдения Солнца требуют большой осторожности. Нельзя смотреть на

Солнце, не защитив глаза очень плотным (тёмным) светофильтром! Но даже со

светофильтром не рекомендуется смотреть на Солнце в школьный телескоп.

Лучше установить на окулярном конце телескопа экран с листом белой бумаги и

рассматривать изображение Солнца на экране. Это позволит увидеть на Солнце

тёмные пятна (Солнечные пятна) и светлые участки (факелы), которые заметнее

вокруг пятен вблизи края Солнечного диска. На современных обсерваториях для

наблюдения Солнца применяют телескопы специальных конструкций – солнечные

телескопы. Таким телескопам оснащена, например, Крымская Астрофизическая

Обсерватория.

Вращение Солнца

Если сравнить несколько последовательных фотографий Солнца, то можно

заметить, как меняется положение всех пятен на диске. Это происходит из-за

вращения Солнца. Солнце вращается не как твёрдое тело. Пятна, находящиеся в

близи экватора Солнца, опережают пятна, расположенные в средних широтах.

Следовательно, скорости вращения разных слоёв Солнца различны.

Экваториальные области делают один оборот вокруг оси Солнца за 25 земных

суток, а области вблизи полюсов Солнца – примерно за 30 суток. Линейная

скорость вращения на экваторе Солнца составляет 2 км./с. Наблюдения

показывают, что все пятна перемещаются от Восточного края к Западному.

Следовательно, Солнце вращается вокруг своей оси в направлении движения

планет вокруг него.

Положение Солнца в галактике

Солнце – центральное тело Солнечной системы, раскаленный плазменный

шар, типичная звезда-карлик спектрального класса G2.

. Расстояние от Солнца до центра галактики – 104пк~3/3*104 световых

лет

. Скорость движения Солнца вокруг центра Галактики – 250 км/с

. Период обращения Солнца вокруг центра Галактики - 2*108 лет

. Земной наблюдатель видит солнечный диск под углом 0,5°.

Характеристики Солнца

. Масса MS~2*1023 кг,

. RS~629 тыс км,

. V= 1,41.1027 м3, что почти в 1300 тыс. раз превосходит объем Земли,

. средняя плотность 1,41*103 кг/м,

. светимость LS=3,86*1023 кВт,

. эффективная температура поверхности (фотосфера) 5780 К,

. период вращения (синодический) изменяется от 27 сут на экваторе до

32 сут у полюсов,

. ускорение свободного падения 274 м/с2. (при таком огромном ускорении

силы тяжести человек массой 60 кг весил бы более 1,5 т.).

Химический состав был определен из анализа солнечного спектра.

Оказалось, что на Солнце больше всего водорода, а затем гелия. Открыто там

много и других химических элементов (кислород, кальций, железо, магний,

натрий и др.), но все вместо они составляют очень малую долю по сравнению с

водородом. На Солнце не обнаружено никаких химических элементов, помимо

тех, которые имеются на Земле. Это указывает на то, что небесные тела

состоят из тех же веществ, что и Земля. Но на разных небесных телах

вещество может находиться в самых различных состояньях.

Корона во внутренней части представляет собой чрезвычайно разреженное

облако легких частичек, главным образом частичек электричества –

электронов, выделяющихся из нижележащих слоев. Все они быстро движутся в

разных направлениях, но преимущественно в сторону от Солнца. Скорость их

так же велика, как у газа при температуре до миллиона градусов. Во внешней

части короны к ним примешаны и частички пыли, которая носится в

межпланетном пространстве.

Строение Солнца

Внутренние слои Солнца

В центральной части Солнца находится источник его энергии, или, говоря

образным языком, та "печка", которая нагревает его и не дает ему остыть.

Эта область называется ядром. Под тяжестью внешних слоев вещество внутри

Солнца сжато, причем, чем глубже, тем сильнее. Плотность его увеличивается

к центру вместе с ростом давления и температуры. В ядре, где температура

достигает 15 млн. кельвинов, происходит выделение энергии.

Ядро имеет радиус не более четверти общего радиуса Солнца. Однако в его

объеме сосредоточена половина солнечной массы и выделяется практически вся

энергия, которая поддерживает свечение Солнца.

Существуют различные способы передачи энергии в зависимости от

физических условий среды, а именно: лучистый перенос, конвекция и

теплопроводность. Теплопроводность не играет большой роли в энергетических

процессах на Солнце и звездах, тогда как лучистый и конвективный переносы

очень важны.

Сразу вокруг ядра начинается зона лучистой передачи энергии, где она

распространяется через поглощение и излучение веществом порций света –

квантов.

Плотность, температура и давление уменьшаются по мере удаления от ядра,

и в этом же направлении идет поток энергии. В целом процесс этот крайне

медленный. Чтобы квантам добраться от центра Солнца до фотосферы,

необходимы многие тысячи лет: ведь, переизлучаясь, кванты все время меняют

направление, почти столь же часто двигаясь назад, как и вперед. Но когда

они, в конце концов, выберутся наружу, это будут уже совсем другие кванты.

Что же с ними произошло?

В центре Солнца рождаются гамма-кванты. Их энергия в миллионы раз

больше, чем энергия квантов видимого света, а длина волны очень мала. По

дороге кванты претерпевают удивительные превращения. Отдельный квант

сначала поглощается каким-нибудь атомом, но тут же снова переизлучается;

чаще всего при этом возникает не один прежний квант, а два или даже

несколько. По закону сохранения энергии их общая энергия сохраняется, а

потому энергия каждого из них уменьшается. Так возникают кванты все меньших

и меньших энергий. Мощные гамма-кванты как бы дробятся на менее энергичные

кванты – сначала рентгеновских, потом ультрафиолетовых и, наконец, видимых

и инфракрасных лучей. В итоге наибольшее количество энергии Солнце излучает

в видимом свете, и не случайно наши глаза чувствительны именно к нему.

Как мы уже говорили, кванту требуется очень много времени, чтобы

просочиться через плотное солнечное вещество наружу. Так что если бы

"печка" внутри Солнца вдруг погасла, то мы узнали бы об этом только

миллионы лет спустя.

На своем пути через внутренние солнечные слои поток энергии встречает

такую область, где непрозрачность газа сильно возрастает. Это конвективная

зона Солнца. Здесь энергия передается уже не излучением, а конвекцией.

Суть конвекции состоит в том, что огромные потоки горячего газа

поднимаются вверх, где отдают свое тепло окружающей среде, а охлажденный

солнечный газ опускается вниз. Похоже, что солнечное вещество кипит и

перемешивается, как вязкая рисовая каша на огне.

Конвективная зона начинается примерно на расстоянии 0,7 радиуса от

центра и простирается практически до самой видимой поверхности Солнца

(фотосферы), где перенос основного потока энергии вновь становится

лучистым. Однако по инерции сюда все же проникают горячие потоки из более

глубоких конвективных слоев. Xорошо известная наблюдателям картина

грануляции на поверхности Солнца является видимым проявлением конвекции.

Атмосфера Солнца

Фотосфера

Атмосфера Солнца начинается на 200-300 глубже видимого края солнечного

диска называют фотосферой. Поскольку их толщина составляет не более одной

трехтысячной доли солнечного радиуса, фотосферу иногда условно называют

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7