Что представляла наша планета в прошлом. Далёкое прошлое нашей Земли
Представления древних о Земле опирались прежде всего на мифологические представления.
Некоторые народы считали, что Земля плоская и держится на трех китах, которые плавают и безбрежном всемирном океане. Следовательно, эти киты и были в их глазах основной основ, подножием всего мира.
Увеличение географических сведений связано прежде всего с путешествиями и мореплаванием, а также с развитием простейших астрономических наблюдений.
Древние греки
представляли себе Землю плоской. Такого мнения придерживался, например, древнегреческий философ Фалес Милетский, живший в VI веке до н.э.Землю он считал плоским диском, окруженным недоступным человеку морем, из которого каждый вечер выходят и в которое каждое утро садятся звезды. Из восточного моря в золотой колеснице поднимался каждое утро бог Солнца Гелиос (отождествленный позднее с Аполлоном) и совершал свой путь по небу.
Мир в представлении древних египтян: внизу — Земля, над ней — богиня неба; слева и справа — корабль бога Солнца, показывающий путь Солнца по небу от восхода до заката.
Древние индийцы представляли Землю в виде полусферы, которую держат четыре
слона. Слоны стоят на огромной черепахе, а черепаха на змее, которая, свернувшись кольцом, замыкает околоземное пространство.
Жители Вавилона представляли Землю в виде горы, на западном склоне которой находится Вавилония. Они знали, что к югу от Вавилона раскинулось море, а на востоке расположены горы, через которые не решались переходить. Поэтому им и казалось, что Вавилония расположена на западном склоне «мировой» горы. Гора эта окружена морем, а на море, как опрокинутая чаша, опирается твердое небо — небесный мир, где, как и на Земле, есть суша, вода и воздух. Небесная суша — это пояс 12 созвездий Зодиака: Овен, Телец, Близнецы, Рак, Лев, Дева, Весы, Скорпион, Стрелец, Козерог, Водолей, Рыбы. В каждом из созвездий Солнце ежегодно бывает приблизительно в течение месяца. По этому поясу суши движутся Солнце, Луна и пять планет. Под Землей находится бездна — ад, куда спускаются души умерших. Ночью Солнце проходит через это подземелье от западного края Земли к восточному, чтобы утром опять начать свой дневной путь по небу. Наблюдая заход Солнца за морской горизонт, люди думали, что оно уходит в море и восходит также из моря. Таким образом, в основе представлений древних вавилонян о Земле лежали наблюдения за явлениями природы, однако ограниченность знаний не позволяла правильно их объяснить.
Земля по представлению древних вавилонян.
Когда люди начали совершать далекие путешествия, постепенно стали накапливаться доказательства, что Земля не плоская, а выпуклая.
Великий древнегреческий ученый Пифагор
Самосский
(в VI веке до н. э.) впервые высказал предположение о шарообразности Земли. Пифагор оказался прав. Но доказать гипотезу Пифагора, и тем более определить радиус земного шара удалось значительно позже. Считается, что эту идею
Пифагор заимствовал у египетских жрецов. Когда об этом знали египетские жрецы, можно только догадываться, поскольку они в отличие от греков скрывали свои знания от широкой публики.
Сам же Пифагор, возможно ещё опирался на свидетельства простого моряка Скилака Кариандского, который в 515 году до н.э. сделал описание своих плаваний по Средиземноморью.
Знаменитый древнегреческий ученый Аристотель
(IV в. до н.
э.)
первым использовал для доказательства шарообразности Земли наблюдения за лунными затмениями. Вот три факта:
- тень от Земли, падающая на полную Луну, всегда круглая. Во время затмений Земля бывает повернута к Луне разными сторонами. Но только шар всегда отбрасывает круглую тень.
- Корабли, удаляясь в море от наблюдателя, не постепенно теряются из виду за счёт далёкого расстояния, а почти мгновенно как бы "тонут", исчезая за линией горизонта.
- некоторые звёзды можно увидеть только из определённых частей Земли, а для других наблюдателей они не видны никогда.
Клавдий Птолемей (2 в. н. э.) - древнегреческий астроном, математик, оптик, теоретик музыки и географ. В период с 127 по 151 год жил в Александрии, где проводил астрономические наблюдения. Он продолжил учение Аристотеля относительно шарообразности Земли.
Он создал свою геоцентрическую систему мироздания и учил, что все небесные тела движутся вокруг Земли в пустом мировом пространстве.
Впоследствии систему Птолемея признала христианская церковь.
Вселенная по представлению Птолемея: планеты вращаются в пустом пространстве.
Наконец, выдающийся астроном древнего мира Аристарх Самосский
(конец IV — первая половина III в. до н. э.) высказал мысль о том, что не Солнце вместе с планетами движется вокруг Земли, а Земля и все планеты вращаются вокруг Солнца. Однако в его распоряжении было очень мало доказательств.
И прошло еще около 1700 лет, прежде чем это удалось доказать польскому ученому Копернику.
История нашей планеты еще хранит в себе немало загадок. Ученые разных областей естествознания вложили свою лепту в изучение развития жизни на Земле.
Считается, что возраст нашей планеты составляет около 4,54 миллиарда лет. Весь этот временной промежуток принято делить на два основных этапа: фанерозой и докембрий. Эти этапы называются эонами или эонотемой. Эоны в свою очередь делятся на несколько периодов, каждый из которых отличается совокупностью изменений, происходивших в геологическом, биологическом, атмосферном состоянии планеты.
- Докембрий, или криптозой — это эон (временной промежуток развития Земли), охватывающий около 3,8 миллиардов лет. То есть, докембрий — это развитие планеты от момента образования, формирования земной коры, протоокеана и возникновения жизни на Земле. К концу докембрия на планете уже были широко распространены высокоорганизованные организмы с развитым скелетом.
Эон включает в себя еще две эонотемы — катархей и архей. Последний, в свою очередь, включает в себя 4 эры.
1. Катархей — это время образования Земли, но не было еще ни ядра, ни земной коры. Планета была еще холодным космическим телом. Ученые предполагают, что в этот период на Земле уже была вода. Катархей длился около 600 млн. лет.
2. Архей охватывает период в 1,5 млрд лет. В этот период на Земле еще не было кислорода, происходило формирование залежей серы, железа, графита, никеля. Гидросфера и атмосфера представляли собой единую парогазовую оболочку, которая плотным облаком окутывала земной шар. Солнечные лучи сквозь эту завесу практически не проникали, поэтому на планете царил мрак.2.1 2.1. Эоархей — это первая геологическая эра, которая длилась около 400 млн.лет. Важнейшее событие эоархея — формирование гидросферы. Но воды было еще мало, водоемы существовали отдельно друг от друга и пока не сливались в мировой океан. В это же время земная кора становится твердой, хотя астероиды еще бомбят Землю. На исходе эоархея образуется первый в истории планеты суперконтинент — Ваальбара.
2.2 Палеоархей — следующая эра, которая также длилась приблизительно 400 млн.лет. В этот период формируется ядро Земли, возрастает напряженность магнитного поля. Сутки на планете длились всего 15 часов. Зато повышается содержание кислорода в атмосфере за счет деятельности появившихся бактерий. Остатки этих первых форм палеоархейской эры жизни были найдены в Западной Австралии.
2.3 Мезоархей также длился около 400 млн.лет. В мезоархейскую эру нашу планету покрывал неглубокий океан. Участки суши представляли собой небольшие вулканические острова. Но уже в этот период начинается формирование литосферы и запускается механизм тектоники плит. В конце мезоархея наблюдается первый ледниковый период, во время которого на Земле впервые образуются снег и лед. Биологические виды по-прежнему пока представлены бактериями и микробными формами жизни.
2.4 Неоархей — завершающая эра архейского эона, длительность которой составляет около 300 млн. лет. Колонии бактерий в это время формирует первые на Земле строматолиты (известняковые отложения). Важнейшее событие неоархея - образование кислородного фотосинтеза.
II. Протерозой — один из длиннейших временных отрезков истории Земли, который принято делить на три эры. Во время протерозоя впервые появляется озоновый слой, мировой океан достигает практически современного объема. А после длительнейшего гуронского оледенения на Земле появляются первые многоклеточные формы жизни - грибы и губки. Протерозой принято делить на три эры, каждая их которых содержала по несколько периодов.
3.1 Палео-протерозой — первая эра протерозоя, которая началась 2,5 млрд. лет назад. В это время полностью формируется литосфера. А вот прежние формы жизни вследствие увеличения содержания кислорода практически вымерли. Этот период получил название кислородной катастрофы. К концу эры на Земле появляются первые эукариоты.
3.2 Мезо-протерозой длился приблизительно 600 млн.лет. Важнейшие события этой эры: формирование континентальных масс, образование суперконтинента Родиния и эволюция полового размножения.
3.3 Нео-протерозой . Во время этой эры Родиния распадается примерно на 8 частей, суперокеан Мировия прекращает свое существование, а на исходе эры Земля практически до экватора покрывается льдами. В неопротерозойскую эру живые организмы впервые начинают приобретать твердую оболочку, что в дальнейшем послужит основой скелета.
III. Палеозой
— первая эра фанерозойского эона, начавшаяся приблизительно 541 млн. лет назад и длившаяся около 289 млн. лет. Это эпоха появления древней жизни. Суперконтинент Гондвана объединяет южные материки, чуть позже к нему присоединяются остальные части суши и появляется Пангея. Начинают формироваться климатические пояса, а флора и фауна представлена, в основном, морскими видами. Только к концу палеозоя начинается освоение суши, и появляются первые позвоночные.
Палеозойскую эру условно делят на 6 периодов.
1. Кембрийский период длился 56 млн. лет. В этот период формируются основные горные породы, у живых организмов появляется минеральный скелет. А важнейшим событием кембрия является возникновение первых членистоногих.
2. Ордовикский период — второй период палеозоя, длившийся 42 млн. лет. Это эпоха образования осадочных пород, фосфоритов и горючих сланцев. Органический мир ордовика представлен морскими беспозвоночными и сине-зелеными водорослями.
3. Силурийский период охватывает следующие 24 млн. лет. В это время вымирают практически 60% живых организмов, существовавших прежде. Зато появляются первые в истории планеты хрящекостные и костные рыбы. На суше силур знаменуется возникновением сосудистых растений. Суперконтинеты сближаются и образуют Лавразию. К концу периода отмечено таяние льдов, уровень моря повысился, а климат стал мягче.
4. Девонский период
отличается бурным развитием разнообразных форм жизни и освоением новых экологических ниш. Девон охватывает временной промежуток в 60 млн. лет. Появляются первые наземные позвоночные, пауки, насекомые. У животных суши формируются легкие. Хотя, по-прежнему, преобладают рыбы. Царство флоры этого периода представлено пропапоротниками, хвощевидными, плаунами и госеменными.
5. Каменноугольный период часто называют карбоном. В это время Лавразия сталкивается с Гондваной и появляется новый суперконтинент Пангея. Образовывается и новый океан — Тетис. Это время появления первых земноводных и рептилий.
6. Пермский период
— последний период палеозоя, завершившийся 252 млн. лет назад. Предполагают, что в это время на Землю упал крупный астероид, что привело к значительному изменению климата и вымиранию практически 90% всех живых организмов. Большая часть суши покрывается песками, появляются самые обширные пустыни, которые только существовали за всю историю развития Земли.
IV. Мезозой
— вторая эра фанерозойского эона, продолжавшаяся почти 186 млн.лет. В это время материки приобретают практически современные очертания. А теплый климат способствует бурному развитию жизни на Земле. Исчезают гигантские папоротники, а им на смену появляются покрытосеменные растения. Мезозой - это эпоха динозавров и появления первых млекопитающих.
В мезозойской эре выделяют три периода: триас, юра и мел.
1. Триасовый период длился чуть более 50 млн. лет. В это время Пангея начинает раскалываться, а внутренние моря постепенно мельчают и высыхают. Климат - мягкий, зоны выражены не ярко. Почти половина растений суши исчезает, так как распространяются пустыни. А в царстве фауны появляются первые теплокровные и сухопутные рептилии, ставшие предками динозавров и птиц.
2. Юрский период
охватывает промежуток в 56 млн. лет. На Земле царил влажный и теплый климат. Суша покрывается зарослями папоротников, сосен, пальм, кипарисов. На планете царят динозавры, а многочисленные млекопитающие отличались пока маленьким ростом и густой шерстью.
3. Меловой период
— наиболее продолжительный период мезозоя, длившийся почти 79 млн. лет. Практически заканчивается раскол континентов, Атлантический океан значительно увеличивается в объеме, на полюсах формируются ледяные покровы. Увеличение водной массы океанов приводит к образованию парникового эффекта. В конце мелового периода происходит катастрофа, причины которой до сих пор не ясны. В результате вымерли все динозавры и большинство видов рептилий и голосеменных растений.
V. Кайнозой
— это эра животных и человека разумного, начавшаяся 66 млн. лет назад. Континенты в это время приобрели свое современное очертание, Антарктида заняла южный полюс Земли, а океаны продолжали увеличиваться. Уцелевшие после катастрофы мелового периода растения и животные оказались в совершенно новом мире. На каждом континенте начали формироваться уникальные сообщества форм жизни.
Кайнозойскую эру делят на три периода: палеоген, неоген и четвертичный.
1. Палеогеновый период
закончился приблизительно 23 млн. лет назад. В это время на Земле царил тропический климат, Европа скрывалась под вечнозелеными тропическими лесами, лишь на севере континентов росли листопадные деревья. Именно в период палеогена происходит бурное развитие млекопитающих.
2. Неогеновый период
охватывает следующие 20 млн. лет развития планеты. Появляются киты и рукокрылые. И, хотя по земле еще бродят саблезубые тигры и мастодонты, фауна все больше приобретает современные черты.
3. Четвертичный период
начался более 2,5 млн. лет назад и продолжается до сих пор. Два важнейших события характеризуют этот временной отрезок: ледниковый период и появление человека. Ледниковая эпоха полностью завершила формирование климата, флоры и фауны континентов. А появление человека ознаменовало начало цивилизации.
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 . 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+ 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. 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 .
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 .
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 г-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 необнаруженных 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.
Исследования астрономов показали, что за последние 2400 лет было 20 близких (меньших 15 млн км) прохождений 18 комет. Самое близкое прохождение на расстоянии в 2,3 млн км было у кометы Лекселя в июле 1770 года. Подсчитано, что в ближайшие 30 лет близкие прохождения будут у трех изученных комет. Но, к счастью, минимальные расстояния будут не столь опасными - более 9 млн км.
Следует иметь в виду, что пока речь шла об известных кометах. Выше было сказано об открытии трансплутоновых комет. Эти кометы могут залетать во внутренние области Солнечной системы, в частности, пересекаясь с орбитой Земли. Не исключено, что эти еще не открытые кометы и могут нести в себе опасность.
АСТРОФИЗИЧЕСКАЯ ОПАСНОСТЬ
Но, увы, не только столкновения несут в себе глобальные последствия для Земли. Отметим кратко лишь две возможные опасности, исходящие из дальнего космоса.
Будущая жизнь Солнца. Астрофизики могут рассчитать все этапы жизни звезды . Согласно расчетам, например, через 7,9 млрд лет Солнце превратится в красный сверхгигант, увеличив свой размер в 170 раз, поглотив при этом Меркурий. Нетрудно подсчитать, что на нашем небе Солнце будет выглядеть как красный шар, занимающий половину небесной сферы. В результате температура на Земле повысится, начнется интенсивное испарение океанов, из-за чего увеличится непрозрачность атмосферы, что вызовет так называемый парниковый эффект: Земля станет очень горячей.
Дальнейшее раздувание Солнца приведет к тому, что и Земля уже будет вращаться фактически внутри Солнца. Согласно этому сценарию, Земле уготовлена не очень приятная участь. Трение Земли и частиц газа Солнца будет уменьшать орбитальную скорость Земли, в результате Земля по спирали будет падать к центральным областям Солнца. Это приведет к тому, что Солнце нагреет Землю до чрезвычайно высоких температур, превратив ее в раскаленные скалы без всяких признаков наличия воды в океанах и, естественно, жизни.
Вспышки сверхновых. Другие звезды, которые имеют большую массу, чем Солнце, живут несколько иначе. На определенной стадии они могут взорваться, выделив при этом чудовищную энергию (астрономы называют такой процесс вспышкой сверхновой). Было выяснено, что имеются две причины таких вспышек.
На последней стадии жизни у звезды прекращаются ядерные реакции и она превращается в плотный объект - белый карлик (БК). Но если около БК имеется соседняя звезда, то вещество этой звезды может перетекать на БК. При этом на поверхности БК опять начинаются термоядерные реакции, выделяющие громадную энергию. Такой механизм вспышки работает для сверхновых типа SNI.
Другой тип сверхновых (SNII) объясняется эволюцией звезды массы более десяти масс Солнца. Термоядерные реакции сопровождаются превращением водорода в более тяжелые элементы. На каждой стадии выделяется энергия, нагревающая звезду. Tеория предсказывает, что при достижении образования железа последовательность реакций прекращается. Внутренняя часть железного ядра в течение секунды сжимается. Когда внутренняя часть звезды достигает ядерных плотностей, она отскакивает от центра, сталкиваясь с еще коллапсирующей внешней частью ядра. Возникающая ударная волна разносит всю звезду. Выделяемая энергия за 1 с будет чудовищной, равной энергии, излученной 100 солнцами за 109 лет.
Некоторые астрономы (И.С. Шкловский и Ф.Н. Краcовский) полагали, что такой взрыв мог произойти у близкой к Солнцу звезды 65 млн лет назад. Согласно сценарию, описанному этими авторами, выброшенное вещество после взрыва через несколько тысяч лет достигло Земли. Оно содержало релятивистские частицы, которые при попадании в атмосферу Земли вызвали интенсивный поток вторичных космических частиц, которые при достижении поверхности Земли повысили радиоактивность в 100 раз. Это неизбежно привело бы к мутациям в живых организмах с последующим их исчезновением.
Вероятность глобального влияния на Землю такого взрыва в будущем зависит, во-первых, от того, насколько часто происходят вспышки сверхновых в нашей Галактике, и, во-вторых, от критического расстояния r до звезды. Основываясь на наблюдаемых данных, известный специалист по статистике звезд С. Ван дер Берг пришел к выводу, что за каждый 1 млрд лет в объеме нашей Галактики в 1 кпк3 происходят в среднем 150 000 вспышек сверхновых. Если взять за критическое расстояние до звезды в r = 10 световых лет, то легко получить, что, для того чтобы в объеме такого радиуса произошла одна вспышка, необходимо время в 60 млрд лет. Эта величина существенно больше возраста Земли. Таким образом, маловероятно, что биотические кризисы можно объяснить явлением вспышки. В будущем такая вспышка также не очень вероятна. Однако все же следует отметить, что приведенные рассуждения основаны на средних оценках. Для примера отметим, что звезда Бетельгейзе в созвездии Ориона может вспыхнуть через несколько тысяч лет. Другая звезда - h Car вспыхнет через 10 000 лет. К счастью, расстояния до них достаточно велики - 650 и 10 000 световых лет.
Гамма-вспышки. Около 30 лет назад астрономы с помощью спутниковых наблюдений установили, что в различных точках небесной сферы наблюдаются объекты, которые вспыхивают в гамма-диапазоне (рис. 3) с длительностью вспышек от долей секунды до нескольких минут. Последние оценки расстояний до этих объектов свидетельствуют, что они располагаются далеко за пределами нашей Галактики. Это означает, что энергия излучения в гамма-диапазоне у этих объектов фантастически велика - порядка 1050-1052 эрг.
Наиболее распространенная гипотеза о механизме вспышек, предложенная С.И. Блинниковым и др., - это гипотеза о слиянии двух нейтронных звезд - последней стадии жизни двойной системы, состоявшей из двух массивных звезд. Расчеты астрофизиков показали, что при таком слиянии выделяется энергия, эквивалентная энергии излучения миллиарда галактик, подобных нашей. Об этих объектах более подробно можно прочитать в .
Но такие пары нейтронных звезд могут существовать не только на космологическом расстоянии, но и внутри нашей Галактики. Астрофизики подсчитали, что в нашей Галактике одно слияние пары происходит каждые 2-3 млн лет. Сейчас надежно установлено наличие трех таких пар. Если одна из них (PSR B2127+11C) начнет сливаться, то последствия этого для Земли будут очень серьезны, правда, более чем через 220 млн лет. Прежде всего сильное гамма-излучение уничтожит озоновый слой атмосферы Земли. Но главное в том, что при вспышке образуются энергичные космические частицы, которые, достигнув атмосферы Земли, будут создавать вторичные космические частицы. Эти частицы дойдут до поверхности Земли и даже глубже, превратив ее в радиоактивное кладбище.
Все приведенные выше факты ставят главный вопрос.
ЧТО ДЕЛАТЬ?
Ответ на этот вопрос применительно к малым телам Солнечной системы должен содержать два аспекта:
астрономический - необходимо заблаговременно открыть неизвестные и потенциально опасные объекты на как можно большем расстоянии от Земли, вычислить их точные орбиты и предсказать момент возможной опасности;
технический - необходимо принять решения и их реализовать, чтобы избежать возможного столкновения.
Для решения астрономической части сейчас создается сеть телескопов с диаметром около 2 м. Это позволит обнаружить примерно 90% опасных астероидов на расстоянии до 200 млн км и 35% опасных комет на расстоянии до 500 млн км. Поскольку скорости движения объектов порядка 10 км/с, то это позволит иметь резерв времени в несколько месяцев для принятия решения.
Точность теоретических расчетов орбит и моментов столкновений прежде всего определяется количеством установленных положений на небе опасных объектов. Эту задачу можно решить с помощью указанной выше сети телескопов. Далее при расчете орбит необходимо тщательно учесть возмущения в движении небесных тел, вызванные воздействием всех планет Солнечной системы. Эта проблема уже решена астрономами с высокой точностью.
Труднее всего учесть негравитационные силы, влияющие на движение объектов. Эти силы обусловлены многими причинами. Астероиды и кометы двигаются в материальной среде (межпланетная плазма, электромагнитное поле), испытывая при этом сопротивление. Они также испытывают влияние сил светового давления от Солнца. В результате тела могут отклониться от чисто кеплеровской орбиты, то есть вычисленной с учетом только гравитационного взаимодействия тела с Солнцем (и планетами).
Технический аспект проблемы более сложный, и имеются по существу пока три варианта. Один предусматривает уничтожение опасного объекта путем засылки на него ракеты с ядерной бомбой. Расчеты показали, что для уничтожения астероида диаметром в 1 км необходим взрыв в 4 " 1019 эрг . Но этот проект может принести непредсказуемые экологические последствия, связанные с засорением космоса ядерными отходами.
Есть вариант попытки отклонения движения объекта от своей естественной орбиты за счет сообщения ему дополнительного импульса, скажем за счет посадки на его поверхность ракеты с мощной энергетической установкой. На сегодня оба таких проекта пока трудноосуществимы: для этого необходимо иметь ракеты с большими массами и большими скоростями движения, чем имеются в настоящее время. Но в принципе это совсем не безнадежное дело для технологии XXI века.
Третий вариант основан на использовании негравитационных эффектов в движении небесных тел. Например, ядра комет можно отклонить от первоначальной орбиты, используя сублимационный способ, суть которого такова . Орбита кометы в некоторой степени определяется и силами светового давления от Солнца, вызывающего образование хвоста. Если уничтожить или ослабить пылевую поверхность ядра, то
усиленное истечение вещества из ядра может придать комете импульс в нужном направлении.
Хотя астрофизическая опасность ожидает Землю в отдаленном будущем, уже сейчас имеются довольно интересные идеи избежать ее. Некоторые из них кажутся даже фантастическими. В одном варианте предлагается создать вокруг Земли щит, используя вещество астероидов или Луны. Например, масса астероида Церес вполне достаточна для создания диска около Земли толщиной в 1 км. Он вполне может экранировать потоки частиц и излучения от сверхновых и гамма-вспышек.
В заключение отметим, что нет оснований для апокалиптического фатализма. Человечество уже достигло достаточно высокого уровня науки и технологии, чтобы предугадать опасность. Мало того, оно уже находится на пороге создания эффективной системы защиты. Можно лишь надеяться, что человечество, осознав предстоящую опасность, предпримет усилия для дальнейшего развития науки и необходимой технологии вместо того, чтобы решать внутренние конфликты, бездумно расходуя свой интеллект и финансовые средства.
ЛИТЕРАТУРА
1. Сурдин В.Г. Рождение звезд. М.: УРСС, 1997. 207 с.
2.Черепащук А.М. Планеты во Вселенной // Соросовский Образовательный Журнал. 2001. № 4. С. 76-82 .
3. Киппенхан Р. 100 миллиардов Солнц: Рождение, жизнь и смерть звезд. М.: Мир, 1990. 293 с.
4. Липунов В.М. "Военная тайна" астрофизики // Соросовский Образовательный Журнал. 1998. № 5. С. 83-89.
5. Курт В.Г. Экспериментальные методы изучения космических гамма-всплесков // Там же. 1998. № 6. С. 71-76.
6. Околоземная астрономия (космический мусор). М.: Космосинформ, 1998. 277 с.
Рецензент статьи А.М. Черепащук
* * *
Наиль Абдуллович Сахибуллин, доктор физико-математических наук, профессор, зав. кафедрой астрономии Казанского государственного университета, директор Астрономической обсерватории им. В.П. Энгельгардта. Лауреат премии РАН. Действительный член Академии наук Татарстана. Область научных интересов - астрофизика, физика звездных атмосфер. Автор 80 научных публикаций и одной монографии.
В нашем мире ничто не может существовать вечно. Когда-нибудь нас ожидает некая катастрофа планетарного масштаба, которая вполне может сделать нашу планету непригодной для жизни. В различные времена пророки предсказывали судьбу Земли, причем зачастую их предсказания были печальными. В прошлом наша планета много раз переживала страшнейшие катастрофы: бомбардировки астероидами, метеоритами, наводнения и засухи, смены климата и так далее. В данной статье мы разберем несколько катастроф, которые угрожали нам в прошлом, и попробуем выяснить, что же ожидает нас в будущем.
Комета «Тифон», родившаяся в Тартаре
В 1972 году (август-месяц) над землей пронесся гигантский астероид, приближение которого предугадать не удалось. Огромный космический объект чуть не зацепил Землю. Если бы это произошло, то столкновение с ним не уложилось бы в шкалу «Рихтера». До этого наша планета много раз подвергалась космическим бомбардировкам. На ее поверхности насчитывается не мене 170-и гигантских кратеров, к примеру «Аризонский кратер», диаметр которого приравнивается к 1270 м, а глубина – не меньше 180-и м. В свое время великий астроном Кеплер подметил, что астероидов и комет в небе больше, чем рыб в мировом океане. В будущем его слова оправдались.
В 1972 году, как оказалось позже, над Землей пронеслась комета «Тифон», имя которой дали греки. Кроме этого, греки называли ее «родившейся в Тартаре (в бездне, которая располагается под королевством Аида)». Современные астрономы выяснили, что «Тифон» неоднократно влетал в нашу планетарную систему. Библия предсказывает, что в будущем небо «свернется в свиток», причем произойдет это не впервые. Можно предположить, что в Библии описывался захват и разрушение атмосферы, которая якобы должна «свернуться», когда наступит «старость мира», после чего, как говорилось в библейских рассказах, «небо и воздух оцепенеют так, что птицы не смогут летать».
Вавилонская мифология свидетельствует о том, что во время последнего визита «Тифона» в нашу планетарную систему эта комета отобрала спутник у Юпитера, что якобы произошло 26000 лет назад. К слову, этот спутник потом стал нашим – Луной. Таким образом, в Вавилоне считали, что земная спутница появилась на небе первый раз 26000 лет назад. Людей, которые обитали на планете до этого момента, в Вавилоне стали называть «долунниками», а если быть точнее, то «праселинитами» (Луна на греческом - «Селена»).
В вышеописанную теорию верит современный индейский шаман, которого величают «Лосиной Серьгой». Он живет в племени «сио-сио» и на протяжении многих лет предсказывает будущее. Шаман утверждает, что тысячи лет назад нашу спутницу «притащили» с другого места и «установили» на нынешнее место особым способом, чтобы наладить климат на Земле после очередного губительного катаклизма.
Кстати, современные астрономы предсказывают, что в ближайшем будущем комета «Тифон» снова залетит в нашу систему. Предугадать ее нынешнее место расположения и траекторию невозможно, так как за ней не проследили в 1972 году, когда впервые ее заметили.
Солнце раньше всходило с противоположной стороны…
Некоторые планетологи предполагают, что в далеком прошлом земные полюса сместились. Эта теория подтверждается работами Платона. Он утверждал, что в древности светило «вставало» с той стороны, в которой сейчас «ложиться спать».
Современный экстрасенс Р. Монтгомери предсказывает, что в будущем «светило однажды встанет с противоположной стороны горизонта», причем люди не сразу заметят изменения. В науке подобный процесс рассматривают и называют его потенциально возможным. У него даже имеется официальное называние – мгновенная прецессия гироскопа. Земное ядро тоже двигается по особой траектории, на что влияет гравитация спутницы Земли и светила. Если траекторию ядра сбить хотя бы немного, то оно переместится ближе к поверхности, что завершится его соприкосновением с земной мантией. После смещения центра тяжести планета совершит «кувырок». Кстати, об том в свое время говорила матушка Шиптон (Йоркширская ведьма), о которой имеется отдельный рассказ на данном сайте.
Во времена правления императора Яо китайцы наблюдали уникальное явление: светило на протяжении нескольких дней не перемещалось по небу (стояло неподвижно в одной точке). На противоположной стороне планеты тогда была несколькодневная ночь.
Геродот когда-то цитировал древнеегипетских жрецов, которые писали, что однажды Солнце встало и больше не зашло. Египтяне тогда предсказали, что на планете скоро появится новая раса, которая пока еще пребывает в «духовном мире». К слову, в эпосе также указывается, что когда планета «кувыркнется», заработают древнейшие механизмы, которые работали на солнечной энергии. Возможно, этими механизмами являются пирамиды, которые по сей день можно наблюдать в Египте и не только.
Вся планета станет океаном
Джордж Вашингтон, оказывается, имел уникальную способность: периодически он предсказывал будущее. Однажды во сне он увидел, что наша планета покрывается гигантскими волнами. Это же видел еще один предсказатель – пират по профессии Дюге-Троуэн.
«Всемирный потоп» предсказывали многие. На сегодняшний день можно наблюдать повышение уровня Мирового океана, что уже свидетельствует о его постепенном наступлении. Глобальное потепление делает свое дело – растапливает вечную мерзлоту, которая стекает в сверхмасштабные водоемы нашей планеты. Ученые уже убедились в том, что когда-то потопом нашу планету уже накрывало, причем, возможно, полностью всю. На побережье Тихого океана (Южная Америка) не так давно обнаружили следы, оставленные огромными приливными волнами, высота которых доходила до 740-а метров.
Точно определить будущее нашей планеты пока никому не удавалось. Возможно, мы не доживем до того момента, когда с ней произойдет что-то катастрофическое. Нам хочется надеяться, что катастрофы планетарного масштаба обойдут нашу Землю стороной.
Тема «конца света», какой-нибудь глобальной катастрофы планетарного масштаба, которая уничтожит человечество, постоянно будоражит умы людей. Правда, на протяжении известной истории человечества все прогнозы «конца света» оказывались простыми страшилками, что даёт основание некоторым снисходительно усмехаться, услышав об угрозе глобальной катастрофы и быть уверенными, что и на этот раз всё обойдётся. Ну а может ли на самом деле произойти катастрофа такого масштаба, которая уничтожит человечество? К сожалению, может, и подтверждением этому является история нашей планеты. В этом посте — о наиболее грандиозных катаклизмах, постигших нашу планету в прошлом.
1. Столкновение Земли и Тейи
Как известно, у Земли есть довольно большой спутник — Луна, и долгие годы астрономы пытались объяснить его происхождение. После экспедиций на Луну и анализа лунного грунта было обнаружено, что состав лунных пород очень близок к земным, а значит, когда-то Луна и Земля, вероятно, составляли одно целое. Как же тогда могла возникнуть Луна? На данный момент единственной правдоподобной гипотезой учёные считают столкновение Земли с другой планетой, в результате которого часть земной породы была выброшена на орбиту и послужила материалом для формирования Луны. Это событие произошло, согласно расчётам, в начальный период существования Солнечной системы, около 4,5 млрд. лет назад, а сама планета, столкнувшаяся с Землёй (ей дали название Тейя) по размеру должна была быть не меньше Марса. В результате этой давней катастрофы никто не пострадал, т. к. Земля была ещё безжизненной, но повторись катаклизм подобных масштабов сегодня, у человечества не было бы абсолютно никаких шансов на спасение.
2. Глобальное оледенение
Сегодня много говорят об опасностях глобальных климатических изменений, но если заглянуть в прошлое Земли, то изменения, которые претерпевал климат, были действительно катастрофическими. Так, согласно современным представлениям, в истории Земли было несколько глобальных оледенений, когда ледники покрывали практически всю поверхность планеты, вплоть до экватора. Один из геологических периодов истории Земли даже получил название «криогений». Он продолжался около 215 млн. лет, начавшись 850 млн лет назад и закончившись около 635 млн лет назад.
Причины начала глобального оледенения неясны. Его могло спровоцировать, например, вхождение Солнечной системы в пылевое облако, снижение количества парниковых газов а атмосфере и т. п. Но, как показывают компьютерные модели, если ледники захватывают слишком обширную территорию, спускаясь до тропиков, дальнейший процесс оледенения приобретает самоподдерживающийся характер. Происходит это потому, что снег и лёд очень плохо поглощают тепло, отражая большую часть солнечных лучей, а значит, чем больше территории покрыто льдом, тем холоднее становится климат.
На пике глобального оледенения толщина ледников на суше достигала 6 км., а уровень океана упал на 1 км. На экваторе было так же холодно, как сейчас в Антарктиде. Это было очень суровое испытание для жизни. Большинство организмов вымерло, но некоторые смогли приспособиться. Сегодня, исследуя Антарктиду и Арктику, учёные обнаруживают удивительные формы жизни, которые существуют в очень холодном климате. Например, в арктических и антарктических льдах обитают многочисленные микроскопические водоросли и беспозвоночные животные — черви, ракообразные и т. п. Обнаружена жизнь и в подледниковых озёрах Антарктиды, которые изолированы от поверхности слоем льда толщиной в сотни метров.
Прервать длительное глобальное оледенение смогла, как считается, резко усилившаяся вулканическая активность. Проснувшиеся вулканы выбросили в атмосферу огромное количество парниковых газов и покрыли льды слоем чёрного пепла. В результате этого на Земле потеплело и глобальное оледенение закончилось.
3. Великое пермское вымирание
Массовое вымирание живых организмов, которое произошло в конце пермского периода (около 250 млн. лет назад) не зря назвали великим. Ведь в это время за очень короткий срок — каких-то несколько десятков тысяч лет исчезло 95% всех видов живых организмов! Массовое вымирание затронуло всех — и наземных обитателей, и морских, и животных, и растения, и позвоночных, и насекомых. Масштаб катастрофы был поистине чудовищным. Но что же произошло?
Виной всему было беспрецендентное усиление геологической активности. Сегодня землетрясение и извержения вулканов могут причинять существенные разрушения и уносить тысячи жизней, но никто не воспринимает их как глобальную угрозу. Но 250 млн. лет назад началось что-то невероятное. В результате мощных тектонических процессов произошли разломы земной коры, из которых стало вытекать огромное количество лавы. О масштабах извержений можно судить по тому, что большая часть территории Сибири — миллионы квадратных километров — была залита лавой!
Сибирские траппы — образованы вытекшей лавой
Массовые извержения выбросили в атмосферу огромное количество парниковых и кислых (т. е. образующих кислоты в соединении с водой) газов. Результатом стало, во-первых, резкое глобальное потепление, а во-вторых, кислотные дожди. Большая часть суши превратилась в пустыни, а океаны закислились, нагрелись и лишились большей части кислорода. От последствий катастрофы вымерли целые классы живых организмов, а на восстановление биосферы потребовалось около 30 млн. лет.
Трилобиты и парейазавры — эти животные, некогда населявшие Землю, одни из многих, полностью вымерших во время великого пермского вымирания
4. Вымирание динозавров
Вымирание динозавров, произошедшее около 65 млн. лет назад — не самое крупное, но самое известное массовое вымирание видов. Оно полностью изменило облик животного мира планеты.
Есть множество гипотез вымирания динозавров, самая популярная из которых связывает это вымирание с падением большого астероида или кометы (диаметром примерно 5-10 км), кратер от которого найден на полуострове Юкатан и по возрасту как раз совпадает с вымиранием. Правда, не все учёные считают, что именно падение астероида стало единственной причиной вымирания динозавров, а были и другие, но, так или иначе, падение крупного астероида явно не могло не навредить крупным рептилиям.
Выброс большого числа пыли в атмосферу, к которой добавился дым от пожаров, на довольно значительное время закрыл поверхность Земли от солнечных лучей и привёл к резкому похолоданию. Выжить гигантским холоднокровным животным в таких условиях было бы крайне проблематично, а вот мелкие теплокровные млекопитающие, живущие в норах, в значительной массе смогли пережить катаклизм.