Общая характеристика Солнечной системы

Таким образом, Солнечная система в своих параметрах подвижна, однако общие закономерности в ее структуре и функционировании все же прослеживаются довольно четко. И здесь уместно подчеркнуть принципиальную особенность раскрытия тайн мироздания. Классики науки сознательно идеализировали мир и потому находили его фундаментальные законы. Они избавлялись от частностей, а иногда просто их не знали и потому видели лишь главное. По современной терминологии, они строили фундаментальные модели мировых явлений и процессов, природе они подыскивали идеальные аналогии. Сегодня известно, что чем сложнее реальная система, тем серьезнее она упрощается в моделях. Эту особенность познания ярко изобразил один из крупнейших советских физиков Я. И. Френкель (1894-1952), который писал, что исследователь «...подобен художнику-карикатуристу... хорошая теория сложных систем должна представлять лишь хорошую „карикатуру" на эти системы, утрирующую те свойства их, которые являются наиболее типическими, и умышленно игнорирующую все остальные – несущественные свойства» [88, с. 95]. Таким образом, гениальность классиков науки заключалась в их умении выделять в сложных природных явлениях наиболее характерные черты.

Читатель видит, что Земля является частью очень сложной и многоуровневой системы Космоса: Вселенная → сверхсистема галактик → отдельные галактики → Солнечная система в одной из них → Земля – одна из планет Солнечной системы. И все эти уровни связаны по веществу, энергии, пространству и времени.

Характеризуя Землю как космическое тело, человек прибегает ко всякого рода упрощениям и схематизациям, иначе говоря, моделям. В основу их построения обычно закладывались геометрические представления, на которые уже накладывались те или иные физические ограничения.

Самой простой и совершенной формой с точки зрения симметрии является шар. Но чтобы эта форма была гравитационно устойчива, приходится рассматривать ее без вращения, а значит, и допускать изометрию Земли по плотности. Если же «разрешить» этому шару вращаться, то придется постулировать его как абсолютно твердое тело, во всяком случае настолько, чтобы центробежные силы, возникающие при вращении, не нарушали бы его формы и внутреннего строения. Все эти допущения приемлемы, скажем, для задач, связанных с построением географической координатной сетки, и оправданы той простотой решения, которая в этом случае становится возможной. По современным оценкам, радиус такого шара R_ш = 6371,116 км, а плотность ρ = 5,52 г/см³.

Более сложной моделью является сфероид – фигура, возникающая при вращении уже не твердого, а вязкопластичного тела с возрастающей к центру плотностью. Эта форма, называемая еще эллипсоидом вращения, имеет два радиуса: полярный R _пи экваториальный R_э. В СССР в качестве эталона в 1946 году был принят эллипсоид Ф.Н. Красовского со следующими значениями основных параметров:

R _п= 6356,863 км; R_э = 6378,245 км;

полярное сжатие α = (R _э – R _п) / R₃ = 1/298,3.

По этим характеристикам вычисляют площадь поверхности (5,1008 · 10⁸ км²) и объем (1,0833 · 10¹² км³), а также длины дуг меридианов и параллелей. Эту модель используют для расчета так называемой стандартной, или нормальной, силы тяжести на экваторе и на конкретных географических широтах как эталонных величин для оценки аномалий поля силы тяжести Земли.

Наряду с эллипсоидом Ф.Н. Красовского существует еще стандартный земной эллипсоид Международного астрофизического Союза, принятый в 1976 году. Его полярное сжатие α = 1/298,257 несколько ближе к значению, полученному на основе данных искусственных спутников Земли (1/298,25), которые по многим причинам значительно представительней данных наземной гравитационной съемки, использованных Ф. Н. Красовским и А.А. Изотовым.

Еще работами этих исследователей была установлена эллиптичность экватора, выражающаяся в экваториальном сжатии ε = 1/30 000, и определена долгота наибольшего меридиана λ = 15° к востоку от Гринвича. Современные исследования позволили оценить и различие полярных полуосей (северной R_N и южной R _S):

R_N – R_S = 100 м.

Таким образом, в более строгой постановке форма Земли – это уже не сфероид и даже не трехосный эллипсоид, а трехосный кардиоидальный (Кардиоид – от латинского kardia – сердце.) эллипсоид. Однако для всякого рода эталонных геофизических вычислений, для построения географической координатной сетки эта модель слишком сложна и неудобна, поэтому ей обычно предпочитают модели сфероидов.

При описании формы Земли часто используют понятие «геоид». Правда, геоид – это не материальная по своей сути поверхность, хотя она в основном и совпадает с поверхностью океана и ее продолжением под континентами. Геоид – это одна из эквипотенциальных поверхностей поля силы тяжести Земли, т.е. поверхность, в пределах которой потенциальная энергия этого поля не меняется.

Поверхность Земли. Если рассматривать поверхность Земли по самой упрощенной схеме, то можно сказать, что береговой линией Мирового океана она разделена на две существенно различающиеся морфологические области: океаническое дно и поверхность суши. Морфологические особенности этих областей принято характеризовать так называемой гипсографической кривой, показывающей связь средних высотных отметок в пределах выбранного шага изменения высот между двумя соседними горизонталями или изобатами с площадями, для которых они определены (рис. 5.3).

Наиболее интересной на этой кривой является точка А, обозначающая некоторое среднее положение береговой линии. Сама кривая является верхней границей литосферы (каменной оболочки Земли) и вместе с поверхностью океана делит координатную плоскость на три части (рис. 5.4). Рисунок внешне напоминает диаграммы фазовых равновесий, при этом точка А фиксирует равноправное сосуществование трех фаз: твердой, жидкой и газообразной. Однако в отличие от фазовых диаграмм в нашем случае величины х, у являются параметрами не состояния, а пространства, хотя характер кривой х'у' в известной мере этим пространством контролируется, поскольку фазы, заполняющие его, взаимодействуют.

Мы знаем, что начальная форма кривой х'у' (как поверхность литосферы) создается эндогенными (глубинными) процессами, а дальнейшее ее изменение определяется экзогенными (поверхностными) факторами. Вот тут-то и возникает различие в характере воздействия пространства на кривую х'у'. В пределах суши кривая формируется под влиянием атмосферного пространства, а в пределах океана – под влиянием масс воды. И только точка А принадлежит сразу трем фазам. Но ее особенности заключаются не только в этом, для нее свойственна еще и способность перемещаться в геологическом времени по кривой х'у'. Благодаря этой особенности свойством одновременной трехфазности обладало множество точек, находящихся в пределах отрезка ВС. Одна его часть АС составляет собственно шельф, а другая – ВА – является бывшим шельфом. Таким образом в историческом плане шельфы можно рассматривать как совокупность точек своеобразного фазового равновесия. Все, что происходит на шельфе, контролируется взаимодействием атмосферы, океана и суши. По этой причине граница океан–литосфера в пределах шельфа имеет целый ряд как типично континентальных, так и типично атмосферных черт.

Для более полного представления об океанах и континентах приведем их основные морфометрические характеристики (табл. 5.2, 5.3).

Анализ географических гомологии, о которых мы немного говорили в разд. 4 темы 1, показывает, что размещение суши и моря, крупных высот и понижений на Земле, форма материков и океанов подчинены определенной физической целесообразности и имеют соответствующую систематику.

Вспомним.

1. Материкам и океанам свойственна антиподальность. Она хорошо видна на рис. 5.5, взятом нами из работы Г.Н. Каттерфельда [35]: Антарктида – Северный Ледовитый океан; Африка, Европа – Тихий океан и т.д.

Таблица 5.2