Образование Солнечной системы

Существует мнение, что Солнечная система, членом которой является и наша Земля, состоит из небольшого числа больших тел и большого числа небольших тел. Наиболее массивное тело, физический центр системы Солнце. Оно является обычной звездой, ничем не примечательной по сравнению с другими.

Солнечная свита многочисленна и разнообразна. Наиболее массивными ее представителями являются большие планеты, обращающиеся вокруг Солнца по сложным пространственным спиральным кривым, каждый из витков которых мало отличается от окружности. Строго говоря, большие планеты обращаются не вокруг Солнца, а вместе с ним вокруг общего центра масс, расположенного внутри Солнца на расстоянии 23,5 тыс. км от его центра.

К числу больших планет относят девять небесных тел: Меркурий, Венеру, Землю, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и Плутон. Большие планеты представляют собой холодные твердые тела почти сферической формы, вращающиеся вокруг своих осей. Большинство из них окружено газовыми оболочками атмосферами, химический состав которых весьма различен [3, c. 13].

Гипотезы о происхождении Солнечной системы предлагались неоднократно. Однако ни одну из многочисленных попыток восстановения биографии Солнечной системы нельзя признать полностью удачной. Причин столь неудовлетворительного состояния космогонии много и прежде всего, конечно, исключительная сложность стоящих перед ней проблем. С другой стороны, сказывается и недостаточная изученность Солнечной системы. Наконец, нельзя не отметить все еще наблюдающуюся разобщенность в усилиях ученых разных специальностей, являющуюся основным камнем преткновения на пути решения космогонических проблем [8, 59].

1.Концепции о происхождении Солнечной системы

Проблема происхождения Солнечной системы занимает умы на протяжении двух последних столетий, но ученые по-прежнему далеки от ее решения.

Первой естественнонаучной космогонической концепцией о происхождении Солнечной системы считают небулярную концепцию Канта Лапласа, выдвинутую в XVIII в. Согласно Канту, Солнечная система возникла из некоей первичной материи, рассеянной в космосе. Частицы этой материи, перемещаясь в разных направлениях, сталкивались и теряли скорость. Наиболее тяжелые плотные соединялись под действием сил притяжения, образуя центральный сгусток (будущее Солнце), который притягивал более удаленные частицы. Возникло некоторое количество вращающихся тел, траектории которых пересекались. Часть тел, первоначально двигавшихся в противоположном направлении, в конечном счете была втянута в общий поток. Из этих тел образовались кольца газообразной материи, расположенные в одной плоскости и вращающиеся вокруг Солнца в одном направлении. В отдельных кольцах образовались более плотные ядра, к которым постепенно притягивались более легкие частицы, формируя шаровидные скопления планеты, которые продолжали кружить вокруг Солнца в той же плоскости, что и первоначальные кольца газообразного вещества. Кант исходил из существования холодной газопылевой туманности, в ходе развития которой образовалось центральное массивное тело будущее Солнце, а уже потом планеты.

В космогонической гипотезе П. С. Лапласа первоначальная газовая туманность была очень горячей и имела высокую скорость вращения. Эта туманность (небула) имела небольшую плотность и колоссальные размеры. Сначала туманность вращалась медленно. Под влиянием сил гравитации она посепенно сжималась, а скорость ее вращения увеличивалась. В экваториальной части туманности центробежные силы перевесили гравитационные, масса вещества, скопившегося в экваториальной части туманности, отделилась, образовав кольцо. От продолжавшей вращаться туманности последовательно отделялись все новые кольца, которые, конденсируясь в определенных точках, образовали планеты и другие тела Солнечной системы. В общей сложности от первоначальной туманности отделилось десять колец, из которых образовались девять планет и пояс астероидов. Спутники отдельных планет сложились из вещества вторичных колец, оторвавшихся от раскаленной газообразной массы планет. Вследствие продолжавшегося уплотнения температура вновь образованных тел была высокой. Наша Земля представляла собой раскаленный газообразный шар, светившийся подобно звезде. Постепенно шар остывал, его материя переходила в жидкое состояние. По мере дальнейшего охлаждения на его поверхности стала образовываться твердая кора, окутанная тяжелыми парами, из которых постепенно конденсировалась вода.

Концепции Канта и Лапласа хорошо дополняли друг друга. В течение ста лет небулярная гипотеза была признанной научной космологической теорией, дававшей наиболее приемлемое объяснение существования Солнечной системы. Но она не объясняла наблюдаемого распределения момента количества движения между центральным телом Солнцем и 9 планетами разных размеров и масс.

В начале XX в. выдвигаются альтернативные космогонические гипотезы, согласно которым планеты образовались в результате случайной встречи Солнца с блуждающей звездой, вызвавшей извержение части солнечного вещества, которое, расширяясь и остывая, уплотнялось, образуя большое количество маленьких твердых частиц. Скопления этих частиц и были зародышами планет. Согласно приливной гипотезе Дж. Джинса (1917), исходная материя будущих планет была вырвана из Солнца под действием сил притяжения случайно проходившей мимо звезды. Приливные силы со стороны налетевшей на Солнце звезды вырвали с поверхности Солнца струю газа, которая после удаления звезды осталась в зоне притяжения Солнца в виде громадного сигарообразного сгустка. В процессе остывания и конденсации из него образовались планеты [1, c. 25].

Согласно гипотезе Рассела (1935), Солнце было двойной звездой. В результате столкновения с проходящим массивным космическим телом вторая звезда была разорвана силами гравитации и послужила материалом для образования планет. Из предположения, что Солнце когда-то было двойной звездой, исходил также Ф. Хойл, выдвинувший гипотезу о взрыве одной компоненты двойной звезды как сверхновой. Рассеянные осколки взрыва образовали планеты, прежде чем сама звезда удалилась под действием сил отдачи.

В 1944 г. выдающийся советский ученый О. Ю. Шмидт [9, с. 313−314] предложил метеоритную гипотезу, согласно которой Солнце при обращении вокруг центра Галактики захватило своим притяжением холодное облако пыли (метеоритное облако), из которого впоследствии сформировались допланетные тела планетезимали. В гипотезе Шмидта была снята проблема распределения количества движения в Солнечной системе. Трудностей в объяснении вращения планет не возникало, поскольку первоначальный момент вращения захваченного облака мог быть большим.

Согласно гипотезе, выдвинутой советским астрофизиком В. Г. Фесенковым, Солнце на первых стадиях своего существования было массивной, быстро вращающейся звездой, окруженной газопылевой средой, из которой и образовались планеты.

Современные концепции о происхождении Солнечной системы основываются на действии механических и электромагнитных сил. Гипотеза о влиянии гравитационных и магнитных сил на концентрацию и сгущение первоначального газового облака была выдвинута X. Альвеном и Ф. Хойлом. Они предположили, что первоначальное газовое облако, состояло из ионизированного газа, подверженного действию электромагнитных сил. Согласно электромагнитной концепции, планеты Солнечной системы возникают из горячего электромагнитного облака сверхкороны. После образования центрального сгустка на большом расстоянии от него остались части облака, которые не упали под действием гравитации на образовавшееся Солнце, а были удержаны магнитными силами на разных расстояниях (соответственно наблюдаемым сейчас планетам) [9, c. 313].

Однозначно решить, какая концепция соответствует действительности, на современном этапе науки невозможно, все выдвинутые концепции имеют неясные места и носят гипотетический характер. На данный момент наиболее влиятельной является концепция шведских астрономов X. Альвена и С. Аррениуса [9, c. 314], которые исходят из представления о некотором едином механизме планетообразования на основе гравитационных, электромагнитных и магнитогидродинамических взаимодействий, происходящих в горячей плазме. Закономерное действие единого механизма проявляется в образовании планет, а затем их спутников. Согласно этой гипотезе, к моменту образования планет должны сложиться определенные условия. Центральное тело (звезда) уже должно существовать и обладать магнитным полем, превышающим некоторое критическое значение. Звездная окрестность должна содержать разреженную плазму. В отношении молодого Солнца эти условия выполняются: Солнце имеет магнитное поле, источником плазмы в околосолнечном пространстве служит его корона. Альвен и Аррениус полагают, что материал для планет имел внешнее происхождение. Мощное гравитационное поле молодого Солнца притянуло поток газопылевых частиц межзвездного пространства. Так возникла область вторичных тел Солнечной системы.

Концепция Альвена и Аррениуса подтверждается сравнительными исследованиями изотопного состава вещества метеоритов, Солнца и Земли. В частности, обнаружены совпадения изотопного состава метеоритов и Земли и отклонения в одноименном ряду изотопов Земли и Солнца. Это говорит о том, что в истории Солнечной системы существовала первоначальная газопылевая туманность и некоторая, значительно меньшая часть вещества с иным изотопным составом, поступившая из другого газопылевого облака. Она и послужила материалом для формирования метеоритов и частично планет. Смешение двух облаков, произошедшее примерно 4,5 млрд лет назад, положило начало образованию Солнечной системы.