Закономерности солнечной системы и проблемы планетной космогонии

На протяжении долгой истории человечества был известен лишь один пример планетной системы — нашей собственной, Солнечной, хотя Джордано Бруно еще в конце XVI в. говорил о множественности (обитаемых) миров.

Проблема образования Солнечной системы рассматривалась многими исследователями. Свои гипотезы выдвигали Пьер Симон Лаплас, Иммануил Кант, Джеймс Джинс и многие другие. В 1940;е гг. была предложена космогоническая гипотеза советского исследователя О. Ю. Шмидта, заимствовавшая некоторые идеи Канта и Лапласа. Основной смысл концепции заключался в том, что Солнечная система сформировалась из газово-пылевого облака в результате аккреции вещества этого облака на некие первоначальные твердые тела — так называемые планетезимали (планетные зародыши). Аккреция (от лат. accretion — приращение, увеличение.) в космогонии обозначается процесс падения рассеянного вещества на космическое тело (звезду, планету, центр галактики) под действием сил тяготения.

Закономерности Солнечной системы.

Проблема образования и эволюции планет Солнечной системы была и остается актуальной для понимания протекавших и протекающих в Солнечной системе (и, в частности, на Земле) процессов. Любая космогоническая концепция должна убедительно объяснять следующие основные закономерности планетной системы, уже давно выявленные исследователями.

• 1. Орбиты всех крупных планет, мало отличающиеся от круговых, лежат практически в одной плоскости, близкой к экваториальной плоскости Солнца. Обращение планет (вокруг Солнца), а для большинства планет и вращение (вокруг своих осей), осуществляется в одном направлении с вращением Солнца.
• 2. Набор значений радиусов орбит крупных планет выглядит не случайным и описан эмпирическим правилом Тициуса — Боде. В соответствии с этим правилом, радиусы орбит планет подчиняются прогрессии:

где а_п — большая полуось орбиты планеты с номером п. Для Меркурия полагается п — -оо_? для Венеры п = 0, для Земли п = 1, для Марса п = 2, для Главного пояса астероидов п = 3, для Юпитера п = 4 и т. д.

• 3. Крупные планеты разделены на две группы с существенно различающимися параметрами. Планеты земной группы (Меркурий, Венера, Земля, Марс) обладают относительно небольшими размерами (от 5,8 до 12,8 тыс. км), сравнительно высокой средней плотностью (от 3,9 до 5,5 г/см³), сравнительно медленным вращением и малым числом спутников (от 0 до 2). Планеты-гиганты (Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун) характеризуются существенно большими размерами (от 49 от 143 тыс. км), меньшей плотностью (от 0,6 до 1,6 г/см³), большей скоростью вращения и наличием многих спутников (от 14 до 69).
• 4. Между орбитами Марса и Юпитера находится так называемый Главный пояс астероидов, насчитывающий сотни тысяч тел размером от единиц до сотен километров. За орбитой Нептуна располагается пояс Койпера, включающий в себя многие тысячи ледяных небесных тел с размерами, характерными для карликовых планет и крупных астероидов. Орбиты объектов, входящих в эти пояса, разнообразны по степени вытянутости и расположению плоскостей, но, тем не менее, тяготеют к главной плоскости Солнечной системы, близкой к плоскости земной орбиты (эклиптике).
• 5. Момент импульса Солнечной системы распределен неравномерно: на Солнце приходится всего 2% этой величины, хотя масса Солнца составляет более 99% всей массы Солнечной системы. В итоге 98% момента импульса Солнечной системы падает на планеты, астероиды и другие малые тела. Моментом импульса называется величина

где т — масса элемента Солнечной системы; w — угловая скорость его движения по круговой орбите вокруг центра масс; г — радиус этой орбиты (расстояние от элемента до центра масс).

Если момент импульса отнести к единице массы, введя таким образом удельный момент импульса, то различие получится в 50 тыс. раз: обладая малой суммарной массой, планеты и другие малые тела обладают огромным моментом импульса. Это факт требует объяснения.

• 6. Необходимо объяснить и наблюдаемое соотношение концентраций химических элементов в Солнце, планетах и метеоритах. При этом следует учитывать, что подавляющее большинство типов атомов различных химических элементов, имеющихся на Солнце и на планетах, не могли быть произведены в ходе термоядерных реакций внутри Солнца и, видимо, уже присутствовали в веществе, из которого сформировалась Солнечная система.
• 7. Все типы безатмосферных тел Солнечной системы, включая планеты, карликовые планеты, спутники планет, астероиды и ядра комет, несут на своей поверхности следы многочисленных столкновений с телами размерами от метров до десятков километров. Оценки возраста этих столкновений дают для всех таких тел период 4,2—3,8 млрд лет назад (эпоха поздней тяжелой бомбардировки).

Есть и другие, менее существенные закономерности.