Образование планет

НАУКИ О ЗЕМЛЕ

Вопросами происхождения планет Солнечной системы занимается космогония. К сожалению, пока нет возможности проверить выводы теории на какой-то другой планетарной системе.

Наблюдения за планетами позволили выявить следующие закономерности:

• почти все планеты вращаются в одном направлении, как и почти все спутники вокруг своих планет;

• почти все планеты имеют малый наклон плоскости орбит к плоскости эклиптики (плоскости траектории годового движения Солнца) и малые эксцентриситеты (кроме Плутона и некоторых малых планет);

• все планеты вращаются вокруг Солнца в одном направлении вокруг своих осей;

• расстояния планет до Солнца составляют некоторую прогрессию, определяемую правилом Тициуса - Боде;

• планеты-гиганты (Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун) имеют меньшую плотность и больший размер и вращаются вокруг своих осей быстрее, чем планеты земной группы.

Возраст Земли составляет около 5 млрд лет. Максимальный возраст у метеоритов - объектов, приходящих к нам из Солнечной системы (7 млрд лет).

Стр. 83

Основные характеристики планет приведены в табл. 4.

Таблица 4 Характеристики планет Солнечной системы (масса и радиус Земли приняты за единицу)

Планета	Большая полуось, млн км	Период обращения вокруг Солнца	Масса	Радиус	Средняя плотность, кг/м^3	Сутки	Наклонение экватора к плоскости орбиты, град	Спутники
Меркурий Венера Земля   Марс Юпитер Сатурн Уран Нептун	778 1428 2872 4498	0,24 0,62   1,88 11,86 29,46 84,01 164,82	0,06 0,82   0,11 317,80 95,10 14,50 3,88	0,38 0,95   0,53 11,20 9,42 4,10 1700		56,7 дн. 243 дн. 1 день (23,93 ч) 24.6 ч 9,8 ч 10.7 ч 17,24 ч 6,4 дн.	-2 23,5   -58

В настоящее время известен ряд гипотез образования Солнечной системы [1].

Так, французский зоолог Ж. Л. Леклерк Бюффон (1707-1788) считал, что материя, из которой возникли все планеты, была выброшена из недр Солнца ударом кометы. Эти куски солнечного вещества постепенно группировались в комки и охлаждались. Бюффон ставил опыты с раскаленными шарами и заключил, что Земле потребовалось бы для охлаждения 75 тыс. лет. Он ввел в науку о неживой природе идею эволюции, что вызвало к жизни небулярную гипотезу происхождения планет (от лат. nebule - туман, облако).

По гипотезе Канта - Лапласа образование планет произошло в результате эволюции холодной (И. Кант) или горячей (П. Лаплас) пылевой туманности, быстро вращающейся вокруг центра масс.

И. Кант предположил, что Солнечная система образовалась из космического облака, или «хаоса». Мировое пространство, по его мнению, было заполнено инертной, бесформенной и неупорядоченной материей, стремящейся преобразоваться в более организованную путем естественного развития. Совокупность действия ньютоновского притяжения и сил отталкивания (понятие ввел И. Кант) обусловила возможность зарождения в хаосе круговых движений, поэтому и орбиты планет почти круговые, и вращаются они в одну сторону. Образовавшись из сгущений, возникших в первичной туманности, планеты отдалялись от нее и от Солнца центробежной силой.

Стр. 84

И. Канту удалось представить структуру Вселенной, которую не предполагал И. Ньютон: Вселенная есть иерархия самогравитирующих систем.

По П. Лапласу (1786), первичное Солнце было звездой огромных размеров, превышающих радиус орбиты Юпитера. При медленном вращении этой материи происходило охлаждение и конденсация. По мере сжатия скорость вращения увеличивалась вследствие сохранения момента количества движения, тогда как центробежная сила в области экватора росла, и в этой области от первичного Солнца должно было отделиться газовое кольцо. Из отделяющихся от первичного Солнца колец материи образовались планеты. Каждое кольцо разрывалось на несколько масс, конденсирующихся потом в планету. Спутники планет образовались из газовых колец, отделенных уже самими планетами.

Небулярная гипотеза Канта - Лапласа оставалась первой ротационной гипотезой о возникновении Солнечной системы вплоть до конца XIX в. Однако ока не объясняла больших размеров орбит внешних планет-гигантов и медленности вращения Солнца, а также не отвечала на вопрос, почему момент количества движения планет почти в 29 раз больше момента количества движения (момента импульса) Солнца, если Солнечная система изолирована.

Последнее обстоятельство предполагало вмешательство какой-то внешней силы. Так появились катастрофические гипотезы.

Д. X. Джинс, автор одной из таких гипотез, предположил, что какая-то звезда прошла около Солнца и вырвала газовые струи, из которых и возникли планеты. Недостатком такой гипотезы является уникальность образования планетной системы, поскольку близкое прохождение звезд, почти столкновение, - очень редкое событие (происходит раз в 10¹⁷ лет).

Академик О. Ю. Шмидт (1891-1956) отказался от гипотезы изолированной Солнечной системы. Он полагал, что Солнце могло захватить из галактики материю, обладающую достаточным моментом. При образовании планет из метеоритов стало преобладать какое-то направление вращения, и все планеты начали двигаться в одну сторону. Кроме того, орбиты стали симметричными по всем направлениям, почти круговыми. Расчеты О. Ю. Шмидта показали уменьшение периода вращения Солнца до 20 суток (сейчас он равен 25 суткам), что считается хорошим результатом.

Стр. 85

Академик В. Г. Фесенков (1899-1972) обратился к внутренним процессам Солнца. Он считал, что при переходе от одного типа ядерных реакций внутри Солнца к другому для условия равновесия потребовался выброс массы, что соответствовало расчетам английского астронома и математика Джорджа Дарвина (сына Ч. Дарвина) и русского математика и механика A.M. Ляпунова (1857-1918). Гипотеза В.Г. Фесенкова связала развитие Солнечной системы в единое целое и избавила теорию планетообразования от внешних случайных факторов.

Использование ЭВМ позволило рассчитать эволюцию модели Солнечной системы при разных начальных условиях.

При определенных значениях массы, плотности и температуры газопылевой комплекс начинает сжиматься, возникающие неоднородности разрывают его на фрагменты, из которых при дальнейшем сжатии и образуются протозвезды. Наше Солнце стало протозвездой около 5 млрд лет назад. Центробежные силы выделили экваториальную область, в ней возникали неустойчивые нестационарные потоки в газе и пыли, и часть этого вещества была оторвана от самого Солнца, унося с собой избыточный момент количества движения. Так образовался газопылевой диск в экваториальной плоскости Солнца. Этот диск рос, и в нем возникали условия для рождения планет. Во вращающемся и сжимающемся фрагменте, потерявшем часть вещества на образование диска, увеличивалась температура, росло давление, что препятствовало дальнейшему сжатию. Во внешних слоях стали происходить бурные процессы, вызвавшие появление токов огромной силы в ионизированном газе и сильных магнитных полей. Когда температура достигла 10 млн К, начались термоядерные реакции и «загорелось» Солнце. На этот процесс потребовалось почти 100 млн лет.

Протопланетное облако к этому времени представляло собой кольцо, в котором при уплотнении пылинки сжимались между собой. Солнце нагревало внутреннюю часть кольца, вызывая испарение, выгоняя солнечным ветром более легкие элементы в дальние части кольца, где они замерзали. Так происходило образование двух групп планет. Планеты земной группы образовались примерно за 100 млн лет.

Стр. 86

В зависимости от расстояния до Солнца разные части туманности остывали с разной скоростью. Это привело к неоднородности протекания химических процессов, которая усиливалась излучением и корпускулярной радиацией Солнца, что потом отразилось на составе образовавшихся планет. Химическая эволюция протекала тоже по-разному: сначала конденсировались наиболее тугоплавкие соединения, потом - летучие. Сгущение высокотемпературных фракций конденсатов вело к образованию ядер планет, обогащенных железо-никелевым сплавом. Затем оседали мегнезиально-силикатные породы, которые образовали первичные мантии. Более поздние конденсаты - гидратированные силикаты, органические вещества и летучие соединения. Так формировались первичные планеты земной группы [6].

Планеты-гиганты образовывались дольше. За 100 млн лет сформировались их ядра, потом они аккумулировали газ окружающего пространства и образовали свои атмосферы. Начальные температуры планет-гигантов были высокими (у Юпитера - 500 К, у Сатурна - 2000 К), что обеспечивалось распадом короткоживущих радиоактивных элементов и интенсивным падением метеоритов. Формирование более дальних планет происходило еще медленнее.

Дата добавления: 2014-11-29