Интересный факт: На своем пути Земля достигает афелия в июне и перигелия в январе. На пересечении этих точек планета начинает испытывать устойчивое похолодание или потепление.
Происхождение Солнечной системы
Солнечная система состоит из центрального небесного тела — Солнца, восьми основных планет, вращающихся вокруг него, их спутников, множества малых планет, называемых астероидами, многочисленных комет и межпланетной среды. Основные планеты расположены в порядке удаления от Солнца следующим образом: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун.
Одним из самых важных вопросов в изучении нашей планетарной системы является вопрос о ее происхождении.
Развитие представлений о происхождении Солнечной системы
На сегодняшний день известно множество гипотез о происхождении Солнечной системы, включая те, которые независимо друг от друга предложили немецкий философ И. Кант и французский математик и физик П. Лаплас:
- И. Кант предположил эволюционное развитие холодной, пыльной туманности, в ходе которого сначала возникло массивное центральное тело, солнце, а затем планеты.
- П. Лаплас предположил, что первоначальная туманность была газообразной, очень горячей и находилась в состоянии быстрого вращения. Туманность сжималась под воздействием гравитационной силы и вращалась все быстрее и быстрее из-за закона сохранения импульса. Под воздействием мощных центробежных сил кольца постепенно отделялись от нее, что привело к охлаждению и конденсации в виде планет.
Несмотря на это различие между двумя рассматриваемыми гипотезами, обе они исходят из одной и той же идеи, а именно, что Солнечная система является результатом систематической эволюции туманности. Поэтому эту идею иногда называют гипотезой Канта-Лапласа.
Английский астроном Хойл предполагает, что в момент своего формирования Солнце представляло собой газопыле-туманный комплекс, в котором существовало магнитное поле. Сначала он вращался с большой скоростью, затем его вращение становилось все меньше и меньше из-за воздействия магнитного поля.
Гипотеза Джина — формирование системы произошло в результате катастрофы. Солнце столкнулось с другой звездой, в результате чего часть выброшенной в космос материи уплотнилась и образовала планеты.
Согласно современным представлениям, планеты Солнечной системы образовались из холодного газопылевого облака, окружавшего Солнце миллиарды лет назад. Наиболее последовательно этот взгляд отражен в гипотезе российского ученого и академика О.Ю. Козлова. Шмидт.
Стадии образования Солнечной системы
Основная теория гласит, что 5 миллиардов лет назад на месте нынешней Солнечной системы существовало огромное облако газа и пыли. Это облако было огромным и простиралось на 6 миллиардов километров в космос.
Подобные пылевые облака существуют во многих уголках огромной Вселенной. Их объем состоит в основном из водорода. Это газ, из которого первоначально образовались звезды. Затем, в ходе термоядерной реакции, начинается производство благородного газа гелия. Остальная материя составляет всего 2 %.
Образование Солнца
В какой-то момент облако пыли получило сильный импульс извне, огромный всплеск энергии. Это могла быть ударная волна, вызванная взрывом сверхновой. Но также возможно, что никакого внешнего влияния не было вообще. Облако просто сжималось и уплотнялось под действием закона гравитации.
Этот процесс вызвал гравитационный коллапс. То есть произошло быстрое сжатие космической массы. В результате в центре образовалось светящееся ядро с очень высокой плотностью. Остальная масса была рассеяна по краям ядра. А поскольку все в космосе вращается вокруг своей оси, эта масса приобрела форму диска.
Ядро сжалось и увеличилось в температуре и плотности. В результате она превратилась в протозвезду. А газовое облако вокруг ядра становилось все плотнее и плотнее, пока температура и давление в ядре не достигли критического значения. Это вызвало термоядерную реакцию, и водород начал превращаться в гелий.
Между образованием туманности и реакцией синтеза в протозвезде прошло в среднем 100 000 лет.
Протозвезда прекратила свое существование и была заменена звездой под названием Солнце.
Новая звезда еще очень мала и находится на стадии коричневого карлика. Потребуется несколько сотен миллионов лет, чтобы она превратилась в звезду, подобную Солнцу.
После того как большая часть массы протозвездной туманности превратится в звезду, вокруг нее образуется протопланетный диск.
Постепенно молодая звезда и ее окрестности остывают, что приводит к конденсации летучих веществ. Образуются частицы пыли, которые начинают слипаться. Таким образом постепенно формируются микроскопические «строительные блоки» диаметром не более 1 км, из которых состоят планеты.
Формирование планет земной группы
Но затем происходит другой процесс. Облака газа и пыли, вращающиеся вокруг Солнца, начали сгущаться в плотные кольца.
Планеты внутренней группы сформировались в тех регионах протопланетного диска, где температура была слишком высока для существования в природе частиц льда и газа. По этой причине эти предметы в основном изготавливаются из жаропрочных пород.
Планетарные частицы сначала быстро накапливают свою массу и достигают диаметра более одного километра. Затем более крупные фрагменты притягиваются к более мелким, пока планетарные частицы в диске не будут полностью израсходованы. Это фаза окончательного формирования Солнечной системы и принятия ее телами окончательной орбиты.
Удивительно, но эту модель предложил не астроном и физик-теоретик, а знаменитый немецкий философ восемнадцатого века Иммануил Кант. Впоследствии была разработана гипотеза и предприняты попытки ее доказать. И сегодня она считается одной из самых правдоподобных.
Небулярная гипотеза образования Солнечной системы
На самом деле, Солнечная система образовалась из огромного скопления молекулярных газов и пыли. Но 4,57 миллиарда лет назад произошло непредвиденное событие, которое привело к ее разрушению. Это могла быть ударная волна сверхновой или гравитационный коллапс в самом облаке.
После этого некоторые области начали уплотняться и образовали более плотные регионы. Они поглотили больше материи, начали вращаться и также нагрелись из-за увеличения давления. Большая часть материала скапливается в центре, а остальная часть сплющивается в диск. Центральная сфера стала солнцем, а все остальное — протопланетным диском.
Пыль и газ в диске продолжали сливаться, пока не образовали крупные тела, называемые планетами. Ближайшие к Солнцу собирали металлы и силикаты (Меркурий, Венера, Земля и Марс). Однако минералы присутствовали в небольших количествах, поэтому упомянутые планеты выросли до небольших размеров.
Планеты-гиганты образовались между Марсом и Юпитером, потому что материал на этом расстоянии был настолько холодным, что летучие льды могли оставаться твердыми. Ледники доминировали, что позволило им набрать массу и захватить больше водорода и гелия. Оставшиеся обломки мигрировали в пояс Койпера и облако Оорта.
Художественная интерпретация ранней Солнечной системы, где столкновение частиц в аккреционном диске привело к образованию планет.
В течение 50 миллионов лет плотность и давление водорода увеличились настолько, что начался термоядерный синтез. Температура, давление и скорость увеличиваются, создавая гидростатическое давление. Солнечный ветер сформировал гелиосферу и удалил оставшуюся пыль и газы из протопланетного диска, завершив процесс.
Накопление
Астрофизик Сергей Попов о сверхмассивных черных дырах, образовании планет и накоплении материи в ранней Вселенной:
История изучения образования Солнечной системы
В 1734 году эту гипотезу выдвинул Эмануэль Сведенборг. Она была разработана Иммануилом Кантом, который утверждал, что газовые облака медленно вращаются, разрушаются и сгущаются под действием гравитации и образования планет и звезд.
В меньшем масштабе эта идея обсуждалась Пьером-Симоном Лапласом в 1796 году. Он считал, что наша звезда, Солнце, с самого начала имела протяженную горячую атмосферу, которая расширялась и сжималась. Вращаясь, облако отталкивало материал, который затем конденсировался и образовывал планеты.
Sh 2-106 — звездообразующая область в созвездии Лебедя
Модель Лапласа стала популярной в 19 веке, но с ней возникли трудности. Основной проблемой было распределение углового момента между звездой и планетами. Кроме того, Джеймс Максвелл утверждал, что существует разница в скорости вращения между внешним и внутренним кольцами, которая не позволяет конденсироваться веществу. Этому противоречил Дэвид Брюстер, утверждавший, что в таком случае Луна имела бы часть земной воды и атмосферу.
В 20 веке эта модель стала менее важной, и ученые начали искать новые объяснения. Но в 1970 году она возродилась в обновленном виде — модель солнечного облачного диска (SNDM) Виктора Сафронова (1972). Он сформулировал почти все важные проблемы формирования планет и нашел объяснение большинству из них.
Например, он прекрасно объяснил наличие аккреционных дисков вокруг молодых звезд. Различные модели также показали, что накопление материала приводит к образованию тел размером с Землю. Первоначально эта идея относилась только к нашей системе, но позже была распространена на размеры Вселенной.
Проблемы при изучении образования Солнечной системы
Небулярная теория считается самым популярным объяснением формирования Солнца и Солнечной системы, но у нее все еще есть проблемы, которые невозможно решить. Возьмем, к примеру, несоосность с наклонными осями. Небулярная теория гласит, что звезды должны иметь одинаковый наклон по отношению к эклиптике. Но мы знаем, что внешние и внутренние планеты имеют разное наклонение.
Наклон оси внутренних планет системы составляет почти 0°, но Земля и Марс имеют наклоны 23,4° и 25°. Наклон Урана составляет 97,77°, а его полюса обращены к Солнцу.
Список потенциально пригодных для жизни экзопланет
Исследования экзопланет вызвали определенный скептицизм. Скептицизма добавляет, например, наличие «горячих юпитеров», которые вращаются вокруг звезд за считанные дни. Ученым пришлось скорректировать гипотезу, но недостатки остались.
До сих пор трудно узнать все подробности о нашем происхождении и истории Солнечной системы. Именно тогда, когда кажется, что ответ найден, возникает новая проблема. Но мы прошли долгий путь в изучении Вселенной. А дальнейшие исследования помогут заполнить пробелы.
