История формирования Солнечной системы

Считается, что Солнечная система образовалась около 4,6 млрд лет назад^[1]. В этот промежуток на одной из планет, находящихся в зоне обитаемости, успела зародиться сначала простейшая одноклеточная, а затем и разумная высокоорганизованная жизнь. Этой планетой стала наша Земля. Проследим эволюционный путь, который нам с вами пришлось проделать, прежде чем стать теми, кто мы есть сейчас (рис. 3.10).

Рис. ЗЛО. Формирование протопланетного диска, а затем планетной системы вокруг зарождающейся протозвезды.

Первоначально в межзвездной среде образовалось плотное и холодное молекулярное облако, которое под действием собственной массы стало коллапсировать (сжиматься), в результате чего в центре молекулярного облака зажглась протозвезда (от прото — «до», «перед»). Считается, что в среднем коллапс образующейся звезды длится около 100 тыс. лет.

Вобрав в себя основную часть массы облака, под действием закона сохранения момента импульса новорожденная звезда начала вращаться и закручивать вокруг себя оставшуюся часть газопылевого облака, что привело к «сплющиванию» окружающего газа и последующему образованию протопланетного диска. Расчеты показали, что соотношение газа к пыли в протопланетном диске зарождающейся Солнечной системы должно было составлять 100: 1.

Падение (аккреция) газа на звезду продолжается порядка 10 млн лет¹ перед тем как диск исчезнет, а далее он может быть развеян солнечным ветром молодой звезды или же он просто перестает излучать.

Интересные факты

• • Возраст самого старого протопланетного диска из известных нам составляет 25 млн лет^[2][3].
• • В июле 2012 г. астрономы из США и Австралии сообщили об исчезновении протопланетного диска звезды TYC 8241 2652 1, находящейся примерно в 460 световых годах от Земли. Диск отчетливо наблюдался вокруг звезды всего лишь несколько лет назад^[4]. Свечение данного протопланетного диска было впервые зафиксировано в 1984 г., и с тех пор на протяжении 20 лет было хорошо доступно для наблюдений. Но в 2009 г. обнаружилось, что его яркость уменьшилась на 2/3, а к 2010 г. диск стал почти неразличим. Таким образом, диск исчез всего за три года, что является абсолютным рекордом, никогда не наблюдавшимся ранее.
• • Согласно недавним результатам компьютерного моделирования сложные органические молекулы, которые составляют непосредственную основу жизни, могли быть образованы из частиц пыли в протопланетном диске Солнца еще до формирования Земли. Согласно результатам исследования аналогичные процессы могут быть свойственны и другим планетным системам^[5].

Обычно образование планет из пыли протопланетного диска происходит в течение сотен тысяч или даже миллионов лет. Поначалу в связи с неоднородностью (анизотропией) газопылевого облака по плотности и составу под действием гравитационных и электромагнитных сил происходит конденсация облака в местах, характеризующихся наибольшей плотностью. Образованные мельчайшие крупинки изо льда и пыли сталкиваются и слипаются друг с другом, увеличиваясь по принципу снежного кома. Мы пока плохо понимаем этот процесс, но, скорее всего, он неоднократно повторяется и идет по нарастающей до тех пор, пока через несколько миллионов лет не образуются ттанетезимали (глыбы километровых размеров из пыли, камней и металлических крупинок) и эмбрионы— более крупные тела, которые в дальнейшем объединятся в планеты.

Температура рядом со звездой слишком высока для того, чтобы лед оставался в замерзшем состоянии, поэтому планетезимали, образованные вблизи звезды, в основном состояли из камней и были невелики по размеру, что не позволяло им удерживать гравитацией большое количество газа.

Вдали от звезды лед и пыль могут слипнуться в планетезимали больших размеров, масса которых достаточна для удержания массивной газовой оболочки. Тем не менее согласно модели Ниццы^[6] в нашей Солнечной системе имела место миграция планет (рис. 3.11): планетыгиганты первоначально образовались на расстоянии около 5,5—17 а. е. от Солнца, т. е. намного ближе друг к другу и к Солнцу, чем в настоящее время, а после рассеяния протопланетного диска сдвинулись на более далекие орбиты. Существует также предположение, что Нептун находился ближе к Солнцу, чем Уран.

(?) Возможно ли перемещение планеты из одной звездной системы в другую? Обоснуйте свою точку зрения.

Что касается спутников планет, то в научном сообществе рассматриваются два варианта их образования. Те спутники, которые были образованы вместе с планетами, из одного материала и приблизительно в одно и то же время, называются регулярными. Еще один заслуживающий внимания способ образования спутника — захват или столкновение стороннего тела. Такие спутники называются иррегулярными. Зачастую размеры иррегулярных спутников соизмеримы с размерами планет, что свидетельствует о том, что они не могли образоваться одновременно с планетами в одном гравитационном поле.

• [1] 2 Точное число — 4,567 млрд лет до н. э., легко запоминающееся благодаря последовательному расположению чисел 4, 5, 6 и 7, к тому же достаточно точное (погрешность — 0,002 млрд лет). Возраст Солнечной системы был установлен по изотопномуанализу кальциево-алюминиевых включений, или CAI (Ca-Al-Inclusions). Подробнее см.:Попов С. Б. Вселенная. Краткий путеводитель по пространству и времени: от Солнечнойсистемы до самых далеких галактик и от Большого взрыва до будущего Вселенной. М. :Альпина нон-фикшн, 2018.
• [2] Mamajek Е. Е., Meyer М. R. Hinz Р. М., Hoffmann W. F., Cohen М., Нога J. L. Constrainingthe lifetime of circumstellar disks in the terrestial planet zone: A-Mid-Infrared Survey of the30 Myr old Tucana-Horologium Association // The Astrophysical Journal. 2004. Vol. 612 (1).P. 496—510.
• [3] White R. J., Hillenbrand, L. A. A long-lived accretion disk around a lithium-depletedinary T Tauri Star // The Astrophysical Journal. 2005. Vol. 621 (1). P. L65—L68.
• [4] У звезды в созвездии Кентавра пропал диск // Правда.Ру. URL: https://www.pravda.ru/science/planet/space/ll-07−2012/1 121 593-tyc_8241−0.
• [5] Moskowitz C. Life’s building blocks may have formed in dust around young Sun // Space, com (29 March 2012).
• [6] Модель Ниццы — динамическая модель формирования Солнечной системы. Былавыдвинута исследователями из г. Ницца на юге Франции. Подробнее см.: http://ru-wiki.о^/т1а/Модель_Ниццы.