Происхождение Солнечной системы
Солнечная система состоит из центрального небесного тела – звезды Солнца, 8 больших планет, обращающихся вокруг него, их спутников, множества малых планет – астероидов, многочисленных комет и межпланетной среды. Большие планеты располагаются в порядке удаления от Солнца следующим образом: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун. Две последние планеты можно наблюдать с Земли только в телескопы. Остальные видны как более или менее яркие кружки и известны людям со времен глубокой древности.
К настоящему времени известны многие гипотезы о происхождении Солнечной системы, в том числе предложенные независимо немецким философом И. Кантом (1724–1804) и французским математиком и физиком П. Лапласом (1749–1827). Точка зрения И. Канта заключалась в эволюционном развитии холодной пылевой туманности, в ходе которого сначала возникло центральное массивное тело – Солнце, а потом родились и планеты. П. Лаплас считал первоначальную туманность газовой и очень горячей, находящейся в состоянии быстрого вращения. Сжимаясь под действием силы всемирного тяготения, туманность вследствие закона сохранения момента импульса вращалась все быстрее и быстрее. Под действием больших центробежных сил, возникающих при быстром вращении в экваториальном поясе, от него последовательно отделялись кольца, превращаясь в результате охлаждения и конденсации в планеты. Таким образом, согласно теории П. Лапласа, планеты образовались раньше Солнца. Несмотря на такое различие между двумя рассматриваемыми гипотезами, обе они исходят от одной идеи – Солнечная система возникла в результате закономерного развития туманности. И поэтому такую идею иногда называют гипотезой Канта–Лапласа.
Согласно современным представлениям, планеты солнечной системы образовались из холодного газопылевого облака, окружавшего Солнце миллиарды лет назад. Такая точка зрения наиболее последовательно отражена в гипотезе российского ученого, академика О.Ю. Шмидта (1891–1956), который показал, что проблемы космологии можно решить согласованными усилиями астрономии и наук о Земле, прежде всего географии, геологии, геохимии. В основе гипотезы О.Ю. Шмидта лежит мысль об образовании планет путем объединения твердых тел и пылевых частиц. Возникшее около Солнца газопылевое облако сначала состояло на 98% из водорода и гелия. Остальные элементы конденсировались в пылевые частицы. Беспорядочное движение газа в облаке быстро прекратилось: оно сменилось спокойным движением облака вокруг Солнца.
Пылевые частицы сконцентрировались в центральной плоскости, образовав слой повышенной плотности. Когда плотность слоя достигла некоторого критического значения, его собственное тяготение стало «соперничать» с тяготением Солнца. Слой пыли оказался неустойчивым и распался на отдельные пылевые сгустки. Сталкиваясь друг с другом, они образовали множество сплошных плотных тел. Наиболее крупные из них приобретали почти круговые орбиты и в своем росте начали обгонять другие тела, став потенциальными зародышами будущих планет. Как более массивные тела, новообразования присоединяли к себе оставшееся вещество газопылевого облака. В конце концов сформировалось девять больших планет, движение которых по орбитам остается устойчивым на протяжение миллиардов лет.
С учетом физических характеристик все планеты делятся на две группы. Одна из них состоит из сравнительно небольших планет земной группы – Меркурия, Венеры, Земли и Mapca. Их вещество отличается относительно высокой плотностью: в среднем около 5,5 г/см 3 , что в 5,5 раза превосходит плотность воды. Другую группу составляют планеты-гиганты: Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Эти планеты обладают огромными массами. Так, масса Урана равна 15 земным массам, а Юпитера – 318. Состоят планеты-гиганты главным образом из водорода и гелия, а средняя плотность их вещества близка к плотности воды. Судя по всему, у этих планет нет твердой поверхности, подобной поверхности планет земной группы.
Процесс образования Солнечной системы нельзя считать досконально изученным, а предложенные гипотезы – совершенными. Например, в рассмотренной гипотезе не учитывалось влияние электромагнитного взаимодействия при формировании планет. Выяснение этого и других вопросов – дело будущего.
Происхождение ЗемлиК настоящему времени известно несколько гипотез о происхождении Земли. Почти все они сводятся к тому, что исходным веществом для формирования планет Солнечной системы, в том числе и Земли, были межзвездная пыль и газы, широко распространенные во Вселенной. Однако до сих пор нет однозначного ответа на вопросы: каким образом в составе планет оказался полный набор химических элементов таблицы Менделеева и что послужило толчком для начала конденсации газа и пыли в протосолнечную туманность. Некоторые ученые предполагают, что появление разнообразия химических элементов связано с внешним фактором – взрывом Сверхновой звезды в окрестностях будущей Солнечной системы. Такой взрыв массивной звезды, в недрах и газовой оболочке которой в результате ядерных реакций происходил синтез химических элементов (звездный нуклеосинтез), мог привести к образованию всей гаммы химических элементов, в том числе и радиоактивных. Мощный взрыв своей ударной волной мог стимулировать начало конденсации межзвездной материи, из которой образовалось Солнце и протопланетный диск, впоследствии распавшийся на отдельные планеты внутренней и внешней групп с поясом астероидов между ними. Такой путь начальной стадии формирования Солнечной системы называется катастрофическим, так как взрыв Сверхновой – природная катастрофа. В масштабах астрономического времени взрывы Сверхновых звезд – не столь уже редкое явление: они происходят в среднем через несколько миллиардов лет.
Предполагается, что образованию планет из протоплазменного диска предшествовала промежуточная фаза формирования твердых и довольно крупных, до сотен километров в диаметре, тел, называемых планетизималями, последующее скопление и соударение которых явилось процессом аккреции (наращивания) планеты. Аккреция сопровождалась изменением гравитационных сил.
Рис.1. Вид Земли из космоса
Представления о тепловом состоянии новорожденной Земли претерпели в ХХв. принципиальные изменения. В противовес долго господствующему мнению об «огненно-жидком исходном состоянии Земли», основанном на классической гипотезе Канта–Лапласа, сначала ХХв., и особенно активно в 50-е годы, стала утверждаться идея об изначально холодной Земле, недра которой в дальнейшем стали разогреваться вследствие тепла при распаде естественных радиоактивных веществ. Однако в данной концепции не учитывается выделение тепла при аккреции и особенно при соударении планетезималей больших размеров. В этой связи в настоящее время обсуждается идея о весьма существенном разогреве Земли вплоть до температуры плавления ее вещества уже на стадии аккреции. Предполагается, что при таком разогреве начинается дифференциация Земли на оболочки и прежде всего на силикатную мантию и железное ядро. При этом нельзя исключать и радиоактивный источник тепла, которое выделялось в результате распада радиоактивных веществ, находящихся в планетезималях.
Выделявшееся тепло повлекло за собой образование газов и водных паров, которые выходя на поверхность, и положили начало формирования воздушной оболочки – атмосферы и водной среды нашей планеты.
Радиоактивным методом установлено, что возраст самых древних пород, найденных в земной коре, составляет около 4 млрд. лет. По оценкам ученых, формирование Земли длилось от 5 до 6 млрд. лет. Понадобились миллиарды лет, чтобы образовалась наша планета – Земля. Вращаясь, этот сплюснутый у полюсов шар летит в космическом пространстве по огромной эллиптической кривой вокруг Солнца.
Планеты солнечной системы образовались из обрывком туманностей, которые оторвались от центрального сгустка под действием центробежных сил. Именно здесь создаются условия, способствующие разделению легких и тяжелых частиц туманности. Происходит нечто похожее на наш древний способ добычи золота промывкой из золотоносного песка или на просеивание зерна в молотилках. Струя воды или воздуха уносит легкие частицы, оставляя тяжелые. Облака-спутники находятся на очень разных расстояниях от Солнца. Далекие планеты оно почти не греет. Зато в близких планетах - его жар испаряет все способное испариться. А его ослепительный ярчайший свет, работая как своеобразный "ветер", выдувает из них все испарившееся, вообще все легкое, оставляя лишь то, что тяжелее, что "не сдвинешь с места". Поэтому здесь почти не остается легких газов - водорода и гелия, основной составляющей газопылевой туманности. Мало остается и других "летучих" веществ. Все это уносится горячим "ветром" вдаль. В результате через некоторое время химический состав облаков-спутников становится совершенно разным. В далеких планетах - он почти не изменился. А в тех, что кружатся вблизи источающего жар и свет Солнца, остался лишь "прокаленный" и "обдутый" материал - выделенная "драгоценная жизненно важная примесь" тяжелых элементов. Материал для создания обитаемой планеты готов. Начинается процесс превращения "материала" в "изделие", частиц туманности - в планеты.
В далеких облаках-спутниках много численные молекулы легких газов и редкие легкие пылинки понемногу собираются в огромные рыхлые шары малой плотности. В дальнейшем это планеты группы Юпитера. В облаках-спутниках, близких к Солнцу, тяжелые пылинки слипаются в плотные каменистые комки. Они объединяются в огромные массивные скалистые глыбы, чудовищными серыми угловатыми громадами плывущие по орбитам вокруг своей звезды. Двигаясь по разным, иногда пересекающимся орбитам, эти "астероиды", размером в десятки километров каждый, сталкиваются. Если на небольшой относительной скорости, то как бы "вдавливаются" один в другой, "нагромождаются", "налипают" один на другой. Объединяются в более крупные. Если на большой скорости, то мнут, крошат друг друга, порождая новую "мелочь", бесчисленные обломки, осколки, которые вновь проходят долгий путь объединения. Сотни миллионов лет идет этот процесс слияния мелких частиц в крупные небесные тела. По мере увеличения своих размеров они становятся все более шарообразными. Растет масса - возрастает сила тяжести на их поверхности. Верхние слои давят на внутренние слои. Выступающие части оказываются грузом более тяжелым и постепенно погружаются в толщу нижележащих масс, раздвигая их под собой. Те, отходя в стороны, заполняют собой впадины. Грубый "ком" постепенно сглаживается. В результате вблизи Солнца образуются несколько сравнительно небольших по размеру, но очень плотных, состоящих из очень тяжелого материала, планет земной группы. Среди них - Земля. Все они резко отличаются от планет группы Юпитера богатством химического состава, обилием тяжелых элементов, большим удельным весом. Теперь посмотрим на Землю. На звездном фоне, освещенный с одной стороны яркими солнечными лучами, плывет перед нами огромный каменный шар. Он ещё не гладкий не ровный. Ещё торчат кое-где выступы слепивших его глыб. Еще "читаются" не полностью заплывшие "швы" между ними. Пока это еще "грубая работа". Но вот что интересно. Уже есть атмосфера. Чуть мутная, очевидно, от пыли, но без облаков. Это выдавленные из недр планеты водород и гелий, которые в свое время прилипли к каменистым частицам и каким-то чудом уцелели, не были "сдуты" солнечными лучами. Первичная атмосфера Земли. Долго она не продержится. "Не мытьем, так катаньем" Солнце уничтожит её. Легкие подвижные молекулы водорода и гелия под действием нагрева солнечными лучами будут постепенно улетучиваться в космос. Этот процесс называется "диссипацией".
Внутри планеты, в смеси с другими оказываются зажатыми, "запертыми" радиоактивные вещества. Они отличаются тем, что непрерывно выделяют тепло, чуть заметно нагреваются. Но в толще планеты этому теплу некуда выйти, нет вентиляции, нет омывающей влаги. Над ними - мощная "шуба" из вышележащих слоев. Тепло накапливается. От этого радиоактивного разогрева начинается размягчение всей толщи планеты. В размягченном виде вещества, в свое время хаотично, бессистемно слепившие её, начинают теперь распределятся по весу. Тяжелые постепенно опускаются, тонут к центру. Легкие выдавливаются ими, поднимаются выше, всплывают все ближе к поверхности. Постепенно планета приобретает строение, подобное теперешней нашей Земле, - в центре, сжатой чудовищным весом навалившихся сверху слоев, тяжелое ядро. Оно окружено "мантией" - толстым слоем вещества легче весом. И наконец, снаружи совсем тонкая, толщиной всего в несколько десятков километров, "кора", состоящая из наиболее легких горных пород. Радиоактивные вещества в основном содержатся в легких породах. Поэтому теперь они скопились в "коре", греют её. Основное тепло с поверхности планеты уходит в космос, - от планеты "чуть повеяло теплом". А на глубине десятков километров тепло сохраняется, разогревая горные породы.
В некоторых местах недра планеты накаляются докрасна. Потом даже больше. Камни плавятся, превращаются в раскаленную, светящуюся оранжево-белым светом огненную кашу- "магму". В толще коры ей тесно. В ней полно сжатых газов, которые готовы были бы взорвать, разбросать всю эту магму во все стороны огненными брызгами. Но сил для этого не хватает. Слишком крепка и тяжела окружающая и придавившая сверху кора планеты. И огненная магма, пытаясь хоть как-нибудь вырваться наверх, на свободу, нащупывает между сжимающими её глыбами слабые места, протискивается в щели, расплавляя их стенки своим жаром. И понемногу с годами, столетиями набирая силу, поднимается из глубин поверхности планеты. И вот победа! "Канал" пробит! Сотрясая скалы, с грохотом вырывается из недр столб огня. Клубы дыма и пара вздымаются к небу. Летят вверх камни и пепел. Огненная магма, которая называется теперь "лава", выливается на поверхности планеты, растекается в стороны. Происходит извержение вулкана. Таких "пробитых изнутри дырок" на планете много. Они помогают молодой планете "бороться с перегревом". Через них она освобождается от накопившейся огненной магмы, "выдыхает" распирающие её горячие газы - в основном углекислый газ и водяной пар, а с ними - разные примеси, такие, как метан, аммиак. Постепенно в атмосфере почти исчезли водород и гелий, и она стала состоять в основном из вулканических газов. Кислорода в ней пока нет и в помине. Для жизни эта атмосфера совершенно непригодна. Очень важно, что вулканы выбрасывают на поверхность большое количество водяного пара. Он собирается в облака. Из них на поверхность планеты льются дожди. Вода стекает в низины, накапливается. И понемногу на планете образуются озера, моря, океаны, в которых может развиться жизнь.
На земле совпало несколько благоприятных для жизни обстоятельств. Далеко не каждая звезда становится Солнцем, окруженным планетами. Стоило туманности медленнее вращаться, не возникла бы центробежная сила, не оторвались бы клочки от центрального сгустка, не возникли бы планеты. И плыла бы такая одинокая "бездетная" звезда в чёрной бездне, бесплодно расточая своё тепло и свет... Далеко не всякая звезда, породившая планеты, способна создать на них условия, пригодные для зарождения жизни. Для зарождения и развития жизни нужно очень много времени, миллиарды лет. Всё это время звезда должно гореть ровно, спокойно, одинаково. Тогда условия на планете будут постоянными - и жизнь сможет к ним приспособиться. А ведь звезды далеко не такие не все такие спокойные, как наше Солнце. Молодые звезды иногда вспыхивают. Волна испепеляющего жара обрушивается на окружающие планеты, сжигая, испаряя все, что способно гореть и кипеть. Жизнь на планете после такого огненного урагана, безусловно, погибнет, и на пустом голом шаре надо будет начинать все сначала.
Когда звезда молодая, она всегда окружена первичным вращающимся диском из газа и пыли, из которого образуются космические объекты. Астрономы всегда охотятся за такими структурами, потому что они могут ухватить момент не только образования звезды, но и зафиксировать процесс формирования планет.
Однако найти такие диски вокруг коричневых карликов или звезд с очень низкой массой чрезвычайно трудно. Но в этот раз ученые открыли сразу четыре(!) новых объекта с низкой массой, окруженные дисками.
Три из них чрезвычайно малы – только в 13 или 18 раз больше массы Юпитера. Четвертый – больше массы Юпитера приблизительно в 120 раз (Для сравнения: Солнце больше Юпитера в 1000 раз).
Еще интереснее то, что возраст двух звезд – примерно 42 и 45 миллионов лет. Получается, что это самые молодые, когда-либо найденные объекты, окруженные активными планетообразующими дисками.
Находить газопылевое облако, принадлежащее коричневому карлику с чрезвычайно низкой массой еще более интересно, потому что его дальнейшее развитие позволит узнать очень многое об эволюции звезд и планет.
В газопылевом диске крупинки пыли сталкиваются, соединяются, образуя более крупные фрагменты, которые увеличиваются до камней, далее начинается стадия планетезималей, планетарных эмбрионов и, наконец, наступает этап превращения в каменистые планеты земного типа (некоторые из которых становятся ядром газовых гигантов).
Астрономы, как правило, идентифицируют газопылевые облака следующим образом: звезда нагревает окружающую пыль, приобретающую свойства, благодаря которым ее можно увидеть через телескопы с инфракрасными камерами.
Однако некоторые диски показывают, что формирование небесных тел не продолжается, а уже закончено. Эти диски образуются из осколков, остающихся после процесса планетообразований и в результате последующих столкновений уже созданных небесных объектов. В конечном счете эти остатки пыли рассеиваются в межпланетное пространство.
Некоторые диски даже представляют собой переходную стадию между фазами планетообразования и его окончания.
Ученым важно различать эти типы дисков, поскольку в результате они смогут лучше составить схему рождения и изменения с течением времени планетарных систем, включая Солнечную систему.
Данные, собранные зондом MAVEN за его первые два года пребывания около Марса, подтверждают гипотезу, что солнечный ветер является тем основным фактором, который изменил атмосферу планеты и преобразовал теплый и влажный мир в бесплодный пейзаж, наблюдаемый сегодня. Было установлено, что когда Марс бомбардировался солнечным ветром, потоком солнечных частиц, его землеподобная атмосфера[…]
В масштабах космоса планеты - всего лишь песчинки, играющие незначительную роль в грандиозной картине развития природных процессов. Однако это наиболее разнообразные и сложные объекты Вселенной. Ни у одного из других типов небесных тел не наблюдается подобного взаимодействия астрономических, геологических, химических и биологических процессов. Ни в одном из иных мест в космосе не может зародиться жизнь в том виде, как мы ее знаем. Только в течение последнего десятилетия астрономы обнаружили более 200 планет. Поразительное разнообразие масс, размеров, состава и орбит заставило многих задуматься об их происхождении. В 1970-е гг. формирование планет считалось упорядоченным, детерминированным процессом - конвейером, на котором аморфные газово-пылевые диски превращаются в копии Солнечной системы. Но теперь нам известно, что это хаотичный процесс, предполагающий различный результат для каждой системы. Родившиеся планеты выжили в хаосе конкурирующих механизмов формирования и разрушения. Многие объекты погибли, сгорев в огне своей звезды, или были выброшены в межзвездное пространство. У нашей Земли могли быть давно потерянные близнецы, странствующие ныне в темном и холодном космосе.
ЮНАЯ ПЛАНЕТА-ГИГАНТ захватывает газ из диска вокруг новорожденной звезды |
|
ЮНАЯ ПЛАНЕТА-ГИГАНТ |
1. МЕЖЗВЕЗДНОЕ ОБЛАКО СЖИМАЕТСЯ.
ВРЕМЯ: 0 (ИСХОДНАЯ ТОЧКА ПРОЦЕССА ФОРМИРОВАНИЯ ПЛАНЕТ)
|
Даже гигантские планеты начинались со скромных тел - микронных пылинок (пепел давно умерших звезд), плавающих во вращающемся газовом диске. С удалением
от новорожденной звезды температура газа падает, проходя через «линию льда», за которой вода замерзает. В нашей Солнечной системе эта граница отделяет
внутренние твердые планеты от внешних газовых гигантов.
(1)
Частицы сталкиваются, слипаются и растут.
Еще лет десять назад ученые, изучающие формирование планет, основывали свои теории на единственном
примере - нашей Солнечной системе. Но теперь обнаружены десятки рождающихся и десятки уже сформировавшихся планетных систем, причем среди них нет двух одинаковых.
|
КЛУБКИ КОСМИЧЕСКОЙ ПЫЛИ |
2. ДИСК ПРИОБРЕТАЕТ СТРУКТУРУ.
ВРЕМЯ: ОКОЛО 1 МЛН ЛЕТ
3. ФОРМИРУЮТСЯ ЗАРОДЫШИ ПЛАНЕТ.
ВРЕМЯ: ОТ 1 ДО 10 МЛН ЛЕТ
|
Планетезимали сталкиваются и слипаются. |
|
Некоторые тела растут быстрее других. Они возмущают орбиты прочих тел |
|
Зародыши вычерпывают строительный материал и перестают расти |
Миллиарды километровых планетезималей, сформировавшихся на стадии 2, собираются затем в тела размером с Луну или Землю. Небольшое их количество господствует в своих орбитальных зонах. Эти «олигархи» среди зародышей борются за оставшееся вещество. |
РОСТ ОЛИГАРХОВ |
Формирование такого газового гиганта, как Юпитер, - важнейший момент в истории планетной системы. Если такая планета сформировалась, она начинает управлять всей системой. Но чтобы это произошло, зародыш должен собирать газ быстрее, чем он движется по спирали к центру |
|
Формированию гигантской планеты мешают волны, которые она возбуждает в газе. Действие этих волн не уравновешивается, тормозит планету и вызывает ее миграцию в сторону звезды. |
|
Планета притягивает газ, но он не может осесть, пока не остынет. А за это время она может довольно близко по спирали подойти к звезде. Гигантская планета может сформироваться далеко не во всех системах. |
ГИГАНТСКИЙ СКАЧОК ДЛЯ ПЛАНЕТНОЙ СИСТЕМЫ |
4. РОЖДАЕТСЯ ГАЗОВЫЙ ГИГАНТ.
ВРЕМЯ: ОТ 1 ДО 10 МЛН ЛЕТ
ИСТОРИЯ РОЖДЕНИЯ МИРОВ |
Основываясь на радиоизотопной датировке метеоритов и наблюдениях околозвездных дисков, ученые воссоздали историю формирования планет:
от 0 до 100 тыс. лет - в центре диска формируется звезда, и в ней начинается ядерный синтез. от 100 тыс. до 2 млн лет - пылинки слипаются в планетные зародыши с массами от лунной до земной. 2 млн лет - формируется первый газовый гигант и выметает астероиды первого поколения. 10 млн лет - газовый гигант стимулирует формирование других гигантов и планет земного типа. К этому времени газа почти не осталось. 800 млн лет - перегруппировка планет продолжается порядка 1 млрд. лет после своего начала |
ИСТОРИЯ РОЖДЕНИЯ МИРОВ |
Эта критическая масса зависит от эпохи. Чем раньше формируется планета, тем больше будет ее рост, поскольку в диске еще много газа. У Сатурна масса меньше,
чем у Юпитера, просто потому, что он сформировался на несколько миллионов лет позже. Астрономы обнаружили дефицит планет с массами от 20 масс Земли (это
масса Нептуна) до 100 земных масс (масса Сатурна). Это может стать ключом к восстановлению картины эволюции.
Результат:
Планета размером с Юпитер (или ее отсутствие).
5. ГАЗОВЫЙ ГИГАНТ СТАНОВИТСЯ НЕУСИДЧИВЫМ.
ВРЕМЯ: ОТ 1 ДО 3 МЛН ЛЕТ
6. ПОЯВЛЯЮТСЯ И ДРУГИЕ ПЛАНЕТЫ-ГИГАНТЫ.
ВРЕМЯ: ОТ 2 ДО 10 МЛН ЛЕТ
Второе поколение планет формируется из вещества, собранного для них первым газовым гигантом. При этом большое значение имеет темп: даже небольшая задержка
во времени может существенно изменить результат. В случае Урана и Нептуна аккумуляция планетезималей была чрезмерной. Зародыш стал слишком большим, 10–20
земных масс, что отсрочило начало аккреции газа до момента, когда в диске его почти не осталось. Формирование этих тел завершилось, когда они набрали всего
по две земных массы газа. Но это уже не газовые, а ледяные гиганты, которые могут оказаться самым распространенным типом.
Гравитационные поля планет второго поколения увеличивают в системе хаос. Если эти тела сформировались слишком близко, их взаимодействие друг с другом и с
газовым диском может выбросить их на более высокие эллиптические орбиты. В Солнечной системе планеты имеют почти круговые орбиты и достаточно удалены друг
от друга, что уменьшает их взаимное влияние. Но в других планетных системах орбиты как правило эллиптические. В некоторых системах они резонансные, т.е.
орбитальные периоды соотносятся как небольшие целые числа. Вряд ли это было заложено при формировании, но могло возникнуть при миграции планет, когда
постепенно взаимное гравитационное влияние привязало их друг к другу. Различие между такими системами и Солнечной системой могло определяться разным
начальным распределением газа.
Большинство звезд рождаются в скоплениях, причем более половины из них - двойные. Планеты могут сформироваться не в плоскости орбитального движения звезд;
в этом случае гравитация соседней звезды быстро перестраивает и искажает орбиты планет, образуя не такие плоские системы, как наша Солнечная, а сферические,
напоминающие рой пчел вокруг улья.
Результат:
компания планет-гигантов.
7. ФОРМИРУЮТСЯ ПЛАНЕТЫ ТИПА ЗЕМЛИ.
ВРЕМЯ: ОТ 10 ДО 100 МЛН ЛЕТ
Во внутренней области Солнечной системы зародыши планет не могут расти, захватывая газ, поэтому они должны сливаться друг с другом. Для этого их орбиты должны пересекаться, а значит, что-то должно нарушить их первоначально круговое движение. |
|
Когда образуются зародыши, их круговые или почти круговые орбиты не пересекаются. |
|
Взаимодействие зародышей между собой и с гигантской планетой возмущает орбиты. |
|
Зародыши объединяются в планету типа Земли. Она возвращается на круговую орбиту, перемешивая оставшийся газ и разбрасывая сохранившиеся планетезимали. |
ОБЪЯСНЕНИЕ НЕКРУГОВОГО ДВИЖЕНИЯ |
8. НАЧИНАЮТСЯ ОПЕРАЦИИ ПО ЗАЧИСТКЕ.
ВРЕМЯ: ОТ 50 МЛН ДО 1 МЛРД ЛЕТ
НЕТ ЕДИНОГО ПЛАНА
ПОСЛАНЦЫ ИЗ ПРОШЛОГО Метеориты - не просто космические камни, а космические ископаемые. По мнению планетологов, это единственные осязаемые свидетели
рождения Солнечной системы. Считается, что это куски астероидов, которые являются фрагментами планетезималей, никогда не участвовавших в формировании планет
и навсегда оставшихся в замороженном состоянии. Состав метеоритов отражает все, что случилось с их родительскими телами. Поразительно, что на них видны
следы от давнего гравитационного воздействия Юпитера. Железные и каменные метеориты очевидно образовались в планетезималях, испытавших плавление, в
результате чего железо отделилось от силикатов. Тяжелое железо опустилось к ядру, а легкие силикаты собрались во внешних слоях. Ученые считают, что нагрев
был вызван распадом радиоактивного изотопа алюминий-26, имеющего период полураспада 700 тыс. лет. Взрыв сверхновой или соседняя звезда могли «заразить»
протосолнечное облако этим изотопом, в результате чего он в большом количестве попал в первое поколение планетезималей Солнечной системы.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА:
|
На вопрос, что представляла собой та область Вселенной, где впоследствии появились наше Солнце и планеты, специалисты обычно отвечают: это было некое подобие наблюдаемого ныне и неплохо изученного района молекулярного облака, лежащего в направлении созвездий Возничего и Тельца: там, в относительной изоляции, сегодня рождаются звезды с небольшой массой, подобные Солнцу. Но в последнее время раздаются голоса против этой гипотезы. В частности, американский астрофизик Дж. Хестер (J.Hester; Университет штата Аризона в Темпе), работающий совместно с Л.А.Лешин (L.A.Leshin; Центр по изучению метеоритов, там же), указывает, что в начальной стадии существования Солнечной системы в области ее формирования присутствовал, как выяснилось недавно, изотоп 60Fe. Однако ни по одному из известных механизмов не может появиться внутри еще молодой звезды этот короткоживущий элемент, период полураспада которого 1.5 млн. лет. А вот во время взрыва сверхновых попутно с 26Al, 41Ca и другими радиоизотопами образуется и 60Fe. Отсюда, по мнению авторов, следует, что наше Солнце никак не могло образоваться в условиях, характерных для молекулярного облака в районе созвездий Возничего и Тельца.
Скорее это произошло там, где рождались и “тяжелые” звезды, где одна или несколько звезд превращались в сверхновые. Интенсивное ультрафиолетовое излучение массивных звезд образует среди плотных молекулярных облаков значительные ионизованные области, в которых и возникают звезды. Пример таких областей - туманности Ориона (см. изображение слева) и Орла. В подобной среде образование звезд малой массы происходит под воздействием ударной волны от сверхновой, обрушивающейся на плотную окружающую среду. Звезды небольшой массы, формирующиеся вокруг области ионизованного газа, должны проходить следующие этапы. Сперва ударная волна, предшествующая ионизационному фронту, сжимает молекулярный газ по периферии всей области, образуя плотное ядро и приводя к неустойчивости в отношении гравитационного коллапса. Затем, спустя примерно 105 лет, через это ядро проходит набегающий фронт ионизации. По мере того как ядро попадает внутрь облака ионизованного газа, наступает кратковременная (104 лет) фаза, в ходе которой плотное ядро подвергается фотоиспарению. Именно такое явление обнаружил космический телескоп “Хаббл” при наблюдении туманности Орла. Следом за этим наружная часть газовой сферы, готовой породить звезду, испаряется, а окружающий звезду диск подвергается облучению ультрафиолетовой радиацией, идущей от массивной звезды. Подобный процесс перехода к испаряющемуся диску хорошо заметен на изображениях туманности Ориона, полученных телескопом “Хаббл”. Но этап испарения диска также краток. Всего через несколько десятков тысяч лет фотоиспарение “разъедает” газовый диск, так что от него остается лишь внутренняя часть в несколько десятков астрономических единиц от центральной нарождающейся звезды. После этого молодое “солнце” и “изъеденный” диск оказываются во внутренней области скопления ионизованного газа, где и пребывают все оставшееся время жизни этого района Вселенной, измеряемое несколькими миллионами лет. Именно это, полагают Хестер с коллегами, и есть та среда, в которой рождаются системы, подобные Солнечной. Когда же массивные звезды, возбуждающие процессы в данном районе, теряют значительную часть своей массы и превращаются в сверхновые, протопланетные диски, окружающие ближайшие “легкие” молодые звезды, буквально осыпаются потоками выброшенного вещества. Такие события объясняют появление короткоживущих радионуклидов, которые обнаруживаются в метеоритах, пребывающих в Солнечной системе. Таким образом, считают авторы, большинство звезд с малой массой и планетарными системами, включая и нашу собственную, сложились именно в среде, связанной с областями ионизованного газа. Наша Солнечная система должна была возникнуть из подвергшегося усечению диска, “купающегося” в ультрафиолетовом излучении массивных звезд, и подпасть под влияние близких сверхновых. Ранние дни существования Солнечной системы содержат ответы на многие вопросы, стоящие перед астрофизикой, метеоритикой, астробиологией и планетологией. Их решение облегчается, если процесс рождения звездных систем относить не к темным внутренним областям изолированного молекулярного облака, а связать его с бурной средой на периферии области ионизованных газов.
В ночь на 14 ноября 2003 г. астрономы Паломарской обсерватории (США, штат Калифорния ), ведя наблюдения с помощью 1.2-метрового телескопа, обнаружили небесное тело 2003 VB 12, получившее затем название Седна - в честь иннуитской (эскимосской) богини моря. Само по себе это не столь уж редкое событие: мелкие планетоиды открывают по нескольку раз в год. Однако Седна оказалась рекордсменом: ее орбита проходит более чем в 13 млрд. км от Солнца. А поскольку она обращается вокруг общего для нас с ней светила, ее следует признать равноправным (хотя и малым) членом Солнечной системы. И, главное, границу Солнечной системы теперь следует проводить втрое дальше от Солнца по сравнению с той, что обозначалась орбитой Плутона. Да и сами характеристики Седны оказались незаурядными. Температура на ее поверхности, видимо, никогда не превышает –240°С; на самом же деле там еще “прохладнее” - к Солнцу она приближается раз в 10 тыс. 500 лет, да и то ненадолго. Даже в этой точке (перигелии) Седна все еще находится примерно в 80 а.е. от Солнца. Если не считать Марса, Седна - самая красноокрашенная планета во всей системе. Ее диаметр менее 1700 км, т.е. среднее место между поперечниками Плутона и Квавара - еще одного планетоида, открытого в 2002 г. той же группой астрономов. Таких крупных тел в Солнечной системе не обнаруживали с 1930 г., когда стало известно о существовании Плутона.
Свечение Седны отличается строго периодическими колебаниями, судя по которым, полный оборот вокруг собственной оси она делает за 20-50 земных суток. Только Меркурий и Венера оборачиваются медленнее - эти планеты замедляются в своем вращении приливными силами близкого к ним Солнца. Седна же от него весьма далека, и приходится предполагать, что у нее имеется собственный, еще не открытый спутник, который и замедляет ее вращение. Астрономы надеялись прояснить этот вопрос с помощью “Хаббла”, но этот космический телескоп никакого спутника у Седны не обнаружил, так что пока загадка не решена. Впрочем, не исключено, что все дело в ошибочности определения скорости вращения Седны. В предстоящие 72 года Седна будет приближаться к Солнцу и, соответственно, светиться все ярче. А затем станет удаляться на край Солнечной системы по своей эллиптической орбите, которая отличается столь большой вытянутостью, что остается осторожно предположить: наконец, открыто одно из тел, населяющих облако Оорта. Это крайне удаленное от нас скопление небольших ледяных тел, находящихся, вероятно, где-то на полпути между Солнечной системой и системой ближайшей к нам звезды. Полагают, что оно служит источником долгопериодических комет, которые иногда вторгаются во внутреннюю область нашей системы. Все же Седна находится вдесятеро ближе к нам, чем показывают вычисления для самого облака Оорта. Не исключено, что у него имеется внутренняя область и Седна происходит именно оттуда. Такая область, в принципе, могла бы возникнуть, когда некая звезда миллиарды лет назад пролетала в наших “окрестностях” и своим тяготением нарушила стройное кольцо облака Оорта . Так или иначе, пределом Солнечной системы теперь следует считать орбиту Седны.
rf-gk.ru - Портал для мам. Воспитание. Законы. Здоровье. Развитие. Семья. Беременность