сонячна система

Сонячна система.

Виникнення і розвиток планетної системи.

Астрономи минулого запропонували безліч теорій утворення Сонячної системи, а в сорокових роках ХХ століття радянський астроном Отто Шмідт припустив, що Сонце, обертаючись навколо центру Галактики, захопило хмара пилу. З речовини цього величезного холодного пилової хмари сформувалися холодні щільні допланетного тіла - планетезимали.

Сонячна система

Наша Сонячна система - не єдина у Всесвіті Елементи цієї теорії використовуються в сучасній космогонії.

Відповідно до комп'ютерних розрахунків, первісна маса газопилової хмари, в якому утворилася Сонячна система, була більш 104 М. Початковий розмір хмари істотно перевищував розміри Сонячної системи, а його склад був аналогічний тому, що спостерігається в щільних холодних міжзоряних туманностях, тобто 99% міжзоряного газу і 1% міжзоряного пилу.

У кількох десятків зірок в даний час виявлені планетні системи. Телескопом ім. Кека на Гавайських островах була досліджена молода зірка HR 4796. На отриманих зображеннях в інфрачервоному діапазоні навколо неї видно диск радіусом приблизно 200 а.о. Центральна частина диска вільна від пилу. Вважають, що в центральній області з пилу вже сформувалися великі планетні тіла, а у зовнішній частині продовжують формуватися комети.

В даний час загальновизнаною є теорія формування планетної системи в чотири етапи. Планетна система формується з того ж протозвездной пилової речовини, що і зірка, і в ті ж терміни. Первісне стиснення протозвездной пилової хмари відбувається при втраті їм стійкості. Центральна частина стискається самостійно і перетворюється в протозірку. Інша частина хмари з масою, приблизно в десять разів менше центральній частині, продовжує повільно обертатися навколо центрального потовщення, а на периферії кожен фрагмент стискається самостійно. При цьому стихає первісна турбулентність, хаотичний рух частинок. Газ конденсується на тверду речовину, минаючи рідку фазу. Утворюються більші тверді пилові крупинки - частинки.

Чим більше утворилися крупинки, тим швидше вони падають на центральну частину пилової хмари. Частина речовини, що володіє надмірною моментом обертання, утворює тонкий газопилової шар - газопилової диск. Навколо протозвезди формується протопланетное хмара - пиловий субдіск. Протопланетное хмара стає все більш плоским, сильно ущільнюється. Через гравітаційної нестійкості в пиловій субдіске утворюються окремі дрібні холодні згустки, які, стикаючись один з одним, утворюють все більш масивні тіла - планетезимали. У процесі формування планетної системи частина планетезималей зруйнувалася в результаті зіткнень, а частина об'єдналася. Утворюється рій допланетних тел розміром близько 1 км, кількість таких тіл дуже велике - мільярди.

Потім допланетного тіла об'єднуються в планети. Акумуляція планет триває мільйони років, що дуже мало в порівнянні з часом життя зірки. Протосолнца стає гарячим. Його випромінювання нагріває внутрішню область протопланетної хмари до 400 К, утворивши зону випаровування. Під дією сонячного вітру і тиску світла легкі хімічні елементи (водень і гелій) відтісняються з околиць молодої зірки. У далекій області, на відстані понад 5 а.о., утворюється зона намерзання з температурою приблизно 50 К. Це призводить до відмінностей в хімічному складі майбутніх планет.

Еволюція Сонячної системи.

Еволюція Сонячної системи

Як тільки маса пропланети досягає 1-2 мас Землі, вона здатна захоплювати атмосферу. Протоюпітер буквально за сотню років збільшив свою масу за рахунок захоплення газів в десятки разів. Потім швидкість акреції падає, тому що весь газ безпосередньо на шляху планети вже вбраний, а зовні він надходить досить повільно (за рахунок дифузії). У нашій Сонячній системі на периферії утворилися планети-гіганти, здатні утримати біля себе газові оболонки. Спочатку сформувалися ядра планет-гігантів, а потім планети «наростили» собі оболонку з водню і гелію. Двоступенева модель освіти гігантів підтверджується фактами. Маси ядер планет-гігантів приблизно однакові і рівні 15-20 М. Кількість водню зменшується зі збільшенням відстані. Чим більше маса планети, тим швидше йде аккреция газу на неї. За сучасними розрахунками, зростання Юпітера тривав десятки мільйонів років, а зростання Сатурна - сотні мільйонів. У планет-гігантів виникли власні мінідиски з газу і пилу, з яких потім сформувалися кільця і ​​численні супутники.

При формуванні Юпітера саме в районі його орбіти проходив кордон конденсації водяної пари. За сучасними розрахунками, на більш близьких відстанях, в поясі астероїдів, летючі речовини перебували в газоподібному стані. Це призвело до того, що зростання допланетних тел в районі майбутнього Юпітера прискорився, а в районі пояса астероїдів сповільнилося. Саме тому масивний Юпітер обігнав за швидкістю зростання протопланети, ближчу до Сонця. Але після свого «народження» Юпітер став гальмувати утворення цієї планети в поясі астероїдів. Розігнані тяжінням планет-гігантів згустки речовини викидалися на околицю Сонячної системи, де ставали кометами. Гравітаційні обурення з боку Юпітера і зараз сильно впливають на астероїди. Уран і Нептун росли ще повільніше. На той час газу в Сонячній системі через дії сонячного вітру залишилося ще менше, тому Уран і Нептун містять менше водню в процентному змісті, ніж Юпітер. Основними складовими цих планет-гігантів є вода, метан і аміак.

У центрі Сонячної системи сформувалися менш масивні планети. Тут сонячний вітер видув дрібні частинки і газ. А ось більш важкі частинки, навпаки, прагнули до центру. Зростання Землі тривав сотні мільйонів років. Її надра прогрілися до 1000-2000 К завдяки гравітаційному стиску і які брали участь в акумуляції великим тіл (до сотень кілометрів в діаметрі). Падіння таких тел супроводжувалося утворенням кратерів з вогнищами підвищеної температури під ними. Інший і основне джерело тепла Землі - розпад радіоактивних елементів, в основному, урану, торію і калію. В даний час температура в центрі Землі досягає 5000 К, що набагато вище, ніж в кінці акумуляції. Сонячні припливи загальмували обертання близьких до Сонця планет - Меркурія і Венери. З появою радіологічних методів був точно визначений вік Землі, Місяця і Сонячної системи - близько 4,6 млрд. Років. Комп'ютерні експерименти продемонстрували чудову властивість нашої планетної системи: проліт зірки з масою близько 0,1 маси Сонця через її зовнішні області мало змінить орбіти планет земної групи. Цього не можна сказати про віддалених об'єктах, розташованих в хмарі Оорта, для яких відстань від Сонця в сотні разів більше, ніж радіус орбіти Землі. Гравітаційне поле Галактики обурює орбіти малих тіл на околиці Сонячної системи і навіть викликає їх появу всередині орбіти Землі. Що стосується Сонця, центрального тіла Сонячної системи, то це - типова зірка головної послідовності, рівновагу якої обумовлено рівністю сил газового тиску і гравітації. Сонце існує 5 мільярдів років і ще стільки ж буде випромінювати практично незмінний потік енергії внаслідок протікають в його надрах ядерних реакцій. Потім, відповідно до законів зоряної еволюції, Сонце перетвориться на червоного гіганта, і його радіус значно збільшиться, стане більше орбіти Землі.

Після цього газова оболонка розсіється, і на місці Сонця залишиться білий карлик. Цей залишок нашого колишнього світила буде висвічувати запаси теплової енергії протягом мільярдів років, поступово перетворюючись в невидимий холодний об'єкт. При цьому температура на Землі спочатку збільшиться до 10 000 ° C, а потім зменшиться практично до абсолютного нуля. Сучасна планетна космогонія зустрічається з багатьма питаннями, які вимагають суворого рішення. Один з таких питань - парадокс обертального моменту. Протопланетні диски мають невелику масу, в 10-100 разів меншу центральної зірки. Так, наприклад, в Сонячній системі 99,8% маси полягає в Сонце. Проте, основною обертальний момент припадає саме на планети. Тому питання про перерозподіл обертального моменту з центральної частини конденсується газопилової хмари до периферії дуже актуальний і досі не вирішене.

Астрономи давнину вважали, що Всесвіт і Сонячна система існували вічно і будуть існувати ще стільки ж в незмінному вигляді. З появою християнства вік Сонячної системи значно зменшився. Джордано Бруно першим припустив, що зірки, подібно до Сонця, оточені планетними системами, які безперервно народжуються і вмирають. У 1745 році французький вчений Бюффон висловив гіпотезу, що планети утворилися з речовини, викинутого з Сонця після зіткнення Сонця з кометою.

Німецький філософ Іммануїл Кант в 1755 році вперше виклав ідею про виникнення Сонячної системи з хмари холодних пилинок, що знаходяться в хаотичному русі. Планети по Канту формуються з того ж газопилової хмари, що і Сонце. У 1796 році французький вчений П'єр Симон Лаплас описав освіту Сонця і Сонячної системи з повільно обертається розпеченої газової туманності.

Під дією гравітації центральна частина протосолнца стискалася, швидкість його обертання збільшувалася, тому воно набувало сплюснутую форму. Згустки відділялися від протосолнца і потім охолоджувалися. Речовина, з якого утворилися планети, спочатку по Лапласа було в гарячому, розплавленому стані. Але потім стало ясно, що Земля ніколи не була ні газовою, ні розпеченій.

Гіпотеза Джинса утворення планет Сонячної системи.

Запропонована в 1916 році Джеймсом Джинсом нова теорія, згідно з якою поблизу Сонця пройшла зірка і її тяжіння викликало викид сонячної речовини, з якого в подальшому утворилися планети, повинна була пояснити парадокс розподілу моменту імпульсу. Однак в даний час фахівці не підтримують цю теорію. У 1935 році Рассел припустив, що Сонце було подвійною зіркою. Друга зірка була розірвана силами гравітації, зближуючись з іншого, третьою зіркою. Через дев'ять років Хойл висловив теорію, що Сонце було подвійною зіркою, причому друга зірка пройшла весь шлях еволюції і вибухнула як наднова, скинувши всю оболонку. Із залишків цієї оболонки і утворилася планетна система.

У сорокових роках ХХ століття радянський астроном Отто Шмідт припустив, що Сонце захопило при зверненні навколо Галактики хмара пилу. З речовини цього величезного холодного пилової хмари сформувалися холодні щільні допланетного тіла - планетезимали. Елементи багатьох з перерахованих вище теорій використовує сучасна космогонія.


Джерело інформації: "Відкрита Астрономія 2.5", ТОВ "ФІЗІКОН"

Головна сторінка розділу