История изучения строения Солнечной системы

История изучения строения Солнечной системы

вселенная солнечная система взрыв Первую геоцентрическую модель Вселенной предложил математик Александр Птолемей в 150 г. новой эры. Его модель была принята христианскими богословами и по сути канонизирована — возведена в ранг абсолютных истин. Согласно этой модели, центральное положение во Вселенной занимает неподвижная Земля, а вокруг нее в разных сферах вращаются Солнце, Луна, планеты и звёзды. Однако подобные идеи выдвигал много раньше древнегреческий философ Аристотель (384−322 до н. э.). Он утверждал, что Земля — это центр Вселенной. И эти идеи Аристотеля парализовали умы мыслителей на полторы тысячи лет, чему в немалой степени способствовала христианская церковь, канонизировавшая их.

Николай Коперник был первым, кто смог опровергнуть Клавдия Птолемея и научно доказать, что Земля не является центром Мироздания. В центр мироздания он поместил Солнце и создал гелиоцентрическую модель Вселенной. Боясь гонений церкви, Коперник отдал в печать свой труд незадолго до смерти. Его система была опубликована уже после смерти великого ученого. Однако церковь предала анафеме его и книгу и официально запретила ее. Сторонником учения Коперника был Галилео Галлилей, который впервые использовал для изучения звездного неба телескоп и увидел, что Вселенная значительно больше, чем предполагалось раньше, и что вокруг планет есть спутники, которые, подобно планетам вокруг Солнца, вращаются вокруг своих планет. Галлилей экспериментально изучал законы движения. Но церковь устроила гонения на ученого и учинила над ним суд инквизиции. Галилео испугался пыток и судьбы Джордано Бруно и официально отрекся от своего учения. Но выходя из суда, он якобы пробормотал: «И все-таки она (Земля) вертится» .

Джордано Бруно пошел дальше Коперника и Галлилея: он создал учение о том, что звёзды подобны Солнцу, что вокруг звезд по орбитам движутся тоже планеты. Мало того, он утверждал, что во Вселенной существует множество обитаемых миров, что кроме человека во Вселенной есть и другие мыслящие существа. За это Джордано был осужден христианской церковью и сожжен на костре, а учение его было предано анафеме.

Джордано Бруно обладал необыкновенной памятью, говорили, что он способен рассказать наизусть 26 тысяч статей канонического и гражданского права, 6 тысяч отрывков из Библии и тысячу стихотворений Овидия. Благодаря этому дару его принимали при дворах герцогов и королей Европы, где он с огромным удовольствием дискутировал о математике, астрономии, философии. Бруно ратовал за религию любви ко всем людям без исключения. Он очаровывал своим ораторским талантом и знаниями. Бруно объездил всю Европу. Король Генрих III сделал его экстраординарным профессором Сорбонны.

Гипотезы о происхождении Солнечной системы. Проблему происхождения Солнечной системы пытались решить многие исследователи. Первая научная гипотеза образования Солнечной системы была предложена в 1644 г. Рене Декартом. Согласно ей, Солнечная система образовалась из первичной туманности, имевшей форму диска и состоявшей из газа и пыли. В 1745 г. Бюффон предположил, что вещество, из которого образованы планеты, было отторгнуто от Солнца какой-то слишком близко проходившей большой кометой или другой звездой. Философ И. Кант и математик П. Лаплас в конце XIX века предложили свои гипотезы, суть которых в том, что звезды и планеты образовались из космической пыли путем постепенного сжатия первоначальной газо-пылевой туманности.

Гипотезы Канта и Лапласа отличались. Кант исходил из эволюционного развития холодной пылевой туманности, в ходе которого сначала возникло центральное массивное тело — будущее Солнце, а потом планеты. Согласно Лапласу, первоначальная туманность была газовой и горячей и быстро вращалась. Сжимаясь под действием силы всемирного тяготения, она вращалась все быстрее. Из-за центробежных сил в экваториальном поясе от нее последовательно отделялись кольца. В дальнейшем эти кольца конденсировались, и получились планеты. Согласно Лапласу, планеты образовались раньше, чем Солнце. Несмотря на существенное различие этих гипотез, они объединены в одну: Солнечная система возникла в результате закономерного развития газо-пылевой туманности в результате конденсации.

Гипотеза Канта и Лапласа не справилась с необычным распределением момента количества движения Солнечной системы между центральным телом — Солнцем и планетами. Момент количества движения — это «запас вращения» системы. Это вращение складывается из орбитального движения планет и вращения вокруг своих осей Солнца и планет.

Гипотеза Джинса (начало ХХ века) объясняет образование Солнечной системы случайностью, считая ее редчайшим явлением. Вещество, из которого в дальнейшем образовались планеты, было выброшено из довольно «старого» Солнца при случайном прохождении вблизи него некоторой звезды. Благодаря приливным силам, действовавшим со стороны налетевшей звезды, из поверхностных слоев Солнца была выброшена струя газа. Эта струя осталась в сфере притяжения Солнца. В дальнейшем струя сконденсировалась и получились планеты.

Если бы гипотеза Джинса была правильной, то планетных систем в Галактике было бы значительно меньше. Поэтому гипотезу Джинса следует отвергнуть. К тому же она тоже не в состоянии объяснить распределение момента количества движения в Солнечной системе. Расчеты Лаймана Спитцера показали, что вещество струи, выброшенной из звезды, должно рассеяться в окружающем пространстве, а конденсации его не произойдет.

Новейший вариант гипотезы Джинса, развиваемый Вулфсоном, предполагает, что газовая струя, из которой образовались планеты, была выброшена не из Солнца, а из пролетевшей мимо рыхлой звезды огромных размеров (в 10 раз превышающий радиус нынешней земной орбиты) и сравнительно небольшой массы.

Оказалось, что львиная доля момента количества движения Солнечной системы сосредоточена в орбитальном движении планет-гигантов Юпитера и Сатурна. С точки зрения гипотезы Лапласа, это совершенно непонятно. Когда от быстро вращающейся туманности отделялось кольцо, слои туманности, из которых впоследствии сконденсировалось Солнце, на единицу своей массы имели примерно такой же момент количества движения, как вещество отделившегося кольца. Таким образом, полный суммарный момент количества движения у планет должен быть много меньше, чем у «протосолнца». Поэтому главный вывод из гипотезы Канта и Лапласа противоречит фактическому распределению момента количества движения между Солнцем и планетами.

Х. Альвен, спасая гипотезу Канта и Лапласа, предположил, что некогда Солнце обладало очень сильным электромагнитным полем. Туманность, окружавшая светило, состояла из нейтральных атомов. Под действием излучений и столкновений атомы ионизировались. Ионы попадали в ловушки из магнитных силовых линий и увлекались вслед за вращающимся светилом. Постепенно Солнце теряло свой вращательный момент, передавая его газовому облаку.

Слабость предложенной гипотезы заключалась в том, что атомы наиболее легких элементов должны были ионизироваться ближе к Солнцу, атомы тяжелых элементов — дальше. Значит, ближайшие к Солнцу планеты должны были бы состоять из водорода и гелия, а более отдаленные — из железа и никеля. Факты же говорят об обратном. Чтобы преодолеть эту трудность, астроном Ф. Хойл предположил, что Солнце зародилось в недрах туманности. Оно быстро вращалось, и туманность становилась все более плоской, превращаясь в диск. Постепенно диск начинал тоже разгоняться, а Солнце тормозилось. Момент количества движения при этом перешел к диску. Затем в диске образовались планеты. Но представить торможение Солнца без вмешательства какой-то третьей силы невозможно.

Трудностями и противоречиями гипотезы Хойла является то, что нелегко представить, как могли «отсортироваться» избыточный водород и гелий в первоначальном газовом диске, из которого образовались планеты, поскольку химический состав планет явно отличен от химического состава Солнца; во-вторых, не совсем ясно, каким образом легкие газы покинули Солнечную систему (процесс испарения, предлагаемый Хойлом, сталкивается со значительными трудностями). Главная трудность гипотезы Хойла — требование слишком сильного магнитного поля у «протосолнца», что резко противоречит современным астрофизическим представлениям.

Однако в облаке газа частицы никакой потенциальной энергией относительно центра облака не обладают, а центр облака ничего не притягивает: этот центр не обладает гравитацией, так как не является гравитационной системой. Облако, помещенное в большой обьем вакуума, рассеется по всему этому объему. Чтобы сжать облако, его надо поместить в ограниченное пространство, и объем этого пространства сокращать — т. е. сжимать облако, прикладывая при этом силу, и немалую. В результате броуновского движения молекул газа они не слипаются друг с другом, а отталкиваются друг от друга. Если снизить кинетическую энергию молекул газа (остановить их), то произойдет их конденсация — газ сначала превратится в жидкость, а потом в холодное твердое тело. Но стоит это тело нагреть, как оно превратится в жидкость и испарится (наглядный пример — кометы). Так что газовое облако в газовый шар, и тем более, в звезду превратиться само по себе не может. Для этого необходим источник гравитации. По-моему, таким источником может быть только сверхплотное протовещество — фрагментарии.

Принятие во второй половине ХХ века астрофизиками модели происхождения Вселенной в результате Большого Взрыва и гипотеза расширяющейся Вселенной позволили Виктору Амбарцумяну создать гипотезу о возникновении галактик, звезд и планетных систем из сверхплотного (состоящего из самых тяжёлых элементарных частиц — гиперонов) дозвездного вещества, находящегося в ядрах галактик, путем фрагментации этого вещества. В. Амбарцумян открыл звездные ассоциации, состоящие из очень молодых звезд, стремящихся «убежать» друг от друга. Это он объяснял тем, что звезды образовались из первоначального сверхплотного вещества, выброшенного из центра Галактики.

Гипотеза В. А. Амбарцумяна утверждает, что звезды образуются из некоторого сверхплотного вещества. Если это так, то наиболее важный космогонический процесс — образование звезд — должен быть переходом вещества из более плотного состояния в менее плотное, а не наоборот, как предполагает гипотеза образования звезд из газо-пылевых облаков. Новая гипотеза постулирует, что во Вселенной существовал и существует материал — сверхплотное вещество, которого, однако, еще никто не наблюдал, и многие свойства которого остаются неизвестными. Однако, по мнению ученых, это обстоятельство нельзя считать недостатком гипотезы по той простой причине, что, изучая проблему происхождения звезд и звездных систем, мы выходим за круг познанных явлений. Сверхплотная материя, если она существует, должна быть недоступна современным средствам наблюдения, так как она занимает очень малые объемы пространства и почти не излучает. Основные ее свойства — это необычайно высокая плотность и огромный запас энергии, которая бурно выделяется при разуплотнении такого вещества.

Возможность существований сверхплотных масс материи признавалась Г. Р. Оппенгеймером и Г. М. Волковым. В свое время В. А. Амбарцумян и Г. С. Саакян показали, что могут существовать массы со сверхплотными ядрами, состоящими из тяжелых элементарных частиц — гиперонов. Радиусы таких объектов составляют всего несколько километров, а массы мало уступают массе Солнца, так что средняя плотность такого вещества равна миллионам тонн на кубический сантиметр.

Несмотря на то, что ученые строят достаточно точные модели черных дыр и нейтронных звезд, не существует теории, которая сумела бы объяснить происхождение Солнечной системы и все известные сейчас ее особенности. Теория происхождения Солнечной системы должна объяснить все известные факты и не должна противоречить законам динамики и современной физики. Кроме того, из этой теории должны выводиться следствия, которые подтверждались бы будущими открытиями: теория должна не только объяснять, но и предсказывать. Все гипотезы, выдвинутые до сих пор, были опровергнуты или остались недоказанными при строгом применении физической теории.

Древнейшие породы земной коры затвердели 4 млрд. лет назад. Считается, что сама Земля образовалась 4,6 млрд. лет назад. Измерение времени, прошедшего с тех пор, как Земля остыла, основывается на незначительных следах свинца, гелия и других элементов, оставшихся в породах после распада радиоактивных элементов. Изучение метеоритов и образцов лунного грунта показывает, что их возраст в твердом состоянии не превышает возраста Земли. Предполагают, что и вся Солнечная система имеет такой же возраст.

Удовлетворительная теория происхождения Солнечной системы прежде всего должна учитывать существование планет, спутников, астероидов и комет. Она должна объяснить расположение планет, форму их орбит, наклон осей и скорость вращения и движения по орбите, должна объяснить распределение момента количества движения по планетам. Пока что такой теории нет, и можно говорить только о создании гипотез.