Происхождение Солнечной системы
Солнечная система состоит из центрального небесного тела – звезды Солнца, 8 больших планет, обращающихся вокруг него, их спутников, множества малых планет – астероидов, многочисленных комет и межпланетной среды. Большие планеты располагаются в порядке удаления от Солнца следующим образом: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун.
Один из важных вопросов, связанных с изучением нашей планетной системы – проблема ее происхождения.
Развитие представлений о происхождении Солнечной системы
К настоящему времени известны многие гипотезы о происхождении Солнечной системы, в том числе предложенные независимо немецким философом И. Кантом и французским математиком и физиком П. Лапласом:
- Точка зрения И. Канта заключалась в эволюционном развитии холодной пылевой туманности, входе которого сначала возникло центральное массивное тело – Солнце, а потом родились и планеты.
- П. Лаплас считал первоначальную туманность газовой и очень горячей, находящейся в состоянии быстрого вращения. Сжимаясь под действием силы всемирного тяготения, туманность вследствие закона сохранения момента импульса вращалась все быстрее и быстрее. Под действием больших центробежных сил от него последовательно отделялись кольца, превращаясь в результате охлаждения и конденсации в планеты.
Несмотря на такое различие между двумя рассматриваемыми гипотезами, обе они исходят от одной идеи – Солнечная система возникла в результате закономерного развития туманности. И поэтому такую идею иногда называют гипотезой Канта–Лапласа.
Английский астроном Хойл утверждает, что Солнце в момент рождения представляло собой сгусток газопылевой туманности, в котором существовало магнитное поле. Вначале он вращался с большой скоростью, а позже из-за влияния магнитного поля его вращение начало снижаться.
Гипотеза Джинса – формирование системы произошло в результате катастрофы. Солнце столкнулось с другой звездой, в результате часть выброшенного в космическое пространство вещества конденсировалось и образовало планеты.
Согласно современным представлениям, планеты солнечной системы образовались из холодного газопылевого облака, окружавшего Солнце миллиарды лет назад. Такая точка зрения наиболее последовательно отражена в гипотезе российского ученого, академика О.Ю. Шмидта.
Стадии образования Солнечной системы
Основная теория предполагает, что на месте нынешней Солнечной системы 5 млрд. лет тому назад существовало гигантское облако из газов и пыли. Оно имело огромные размеры, и было растянуто в пространстве на 6 млрд. км.
Аналогичные пылевые облака существуют во многих уголках необъятной Вселенной. Их основная масса состоит из водорода. Это тот газ, из которого первоначально образуются звёзды. Затем, в результате термоядерной реакции, начинает выделяться инертный газ гелий. На долю остальных веществ приходится всего 2%.
Образование Солнца
В какой-то момент пылевое облако получило внешний мощный импульс, представляющий собой огромный выброс энергии. Это могла быть ударная волна, сгенерированная взрывом сверхновой звезды. А возможно, что внешнего воздействия и не было. Просто за счёт закона притяжения облако стало уменьшаться в объёме и уплотняться.
Данный процесс дал толчок гравитационному коллапсу. То есть произошло быстрое сжатие космической массы. В результате этого в центре возникло раскалённое ядро с очень высокой плотностью. Вся остальная масса рассосредоточилась по краям ядра. А так как в космосе всё вращается вокруг своей оси, то эта масса приобрела форму диска.
Ядро уменьшалось в размере, увеличивая свою температуру и плотность. В результате оно трансформировалось в протозвезду. А газовое облако вокруг ядра всё больше уплотнялось, пока в ядре температура и давление достигли критической величины. Это спровоцировало начало термоядерной реакции, и водород начал превращаться в гелий.
С момента формирования туманности до запуска в протозвезде термоядерных реакций проходит в среднем 100000 лет.
Протозвезда перестала существовать, а вместо неё возникла звезда под названием Солнце.
Новая звезда еще очень мала – она находится в стадии коричневого карлика. Она в течение нескольких сотен миллионов лет превращается в звезду солнцеподобного типа.
После того, как значительная часть массы протозвездной туманности сформировало звезду, вокруг нее образуется протопланетный диск.
Постепенно молодая звезда и окружающее ее пространство остывает, что приводит к конденсации летучих веществ. Формируются пылевые частички, начинающие слипаться между собой. Так постепенно образуются планетазимали – «кирпичики» диаметром не более 1 км, из которых строятся планеты.
Формирование планет земной группы
А вот далее пошёл другой процесс. Газопылевые облака, вращающиеся вокруг Солнца, стали стягиваться в плотные кольца.
Планеты внутренней группы сформировались в тех областях протопланетного диска, где температура слишком высока для существования частиц льда и газа в диком состоянии. Поэтому эти объекты построены преимущественно из термоустойчивых горных пород.
Планетазимали вначале быстро приращивают массу, достигая диаметра более километра. Далее крупные фрагменты притягивают к себе более мелкие, пока запас планетазималей в диске не окажется полностью исчерпан. Наступает стадия окончательного формирования Солнечной системы и приобретения ее телами определенной орбиты.
Весь процесс возникновения планеты внутренней группы занял от 10 до 100 миллионов лет.
Выражаясь совсем просто, можно сказать, что с ближайших ядер звезда «сдула» газовые оболочки. Так образовались маленькие планеты, вращающиеся рядом с Солнцем. Это Меркурий, Венера, Земля и Марс.
Возникновение газовых гигантов
Формирование газовых гигантов, к которым относятся Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун, более сложный процесс.
До момента образования крупных планетазималей их развитие подобно планетам земного типа. Но в их составе содержатся частицы льда, и они наращивают свою массу путем аккреции газа из протопланетного диска. Это возможно, т.к. во внешней области будущей звездной системы температуры относительно невысоки.
Процесс сбора газа занимает несколько миллионов лет до истощения газовых запасов диска.
Формирование газовых гигантов оказывает значительное влияние на количество твердотельных планет внутри системы. Чем раньше началось образование газовых планет, тем меньше строительного материала останется на формирование землеподобных тел.
Одной из заключительных стадий эволюции Солнечной системы стало образование главного пояса астероидов. Считается, что он образован из «строительного материала», оставшегося после формирования основных планет.
Образование спутников
В дальнейшем произошло возникновение спутников вокруг планет.
Естественные спутники образовались у большинства планет Солнечной системы, а также у многих других тел. Так возле Земли появилась Луна.
Различают три основных механизма их формирования:
- формирование из около-планетного диска (в случае газовых гигантов);
- формирование из осколков столкновения (в случае достаточно крупного столкновения под малым углом);
- захват пролетающего объекта
И, в конце концов, образовалось единое космическое сообщество, которое существует по сей день.
Вот таким образом наука объясняет происхождение Солнечной системы. Кстати, данная теория присуща и другим звёздным образованиям, которых в космосе бесконечное множество.
Будущее Cолнечной системы
По последним научным данным, Солнечная система является стабильной системой. То есть больших изменений в ближайшее время не стоит ждать. Самые большие изменения будут происходить с изменением состояния Солнца.
Другими словами, не будет претерпевать экстремальных изменений до тех пор, пока Солнце не израсходует запасы водородного топлива. Этот рубеж положит начало переходу Солнца в фазу красного гиганта.
Спустя 1 миллиард лет из-за увеличения солнечного излучения околозвёздная обитаемая зона Солнечной системы будет смещена за пределы современной земной орбиты.
В настоящее время
Солнечная система и ее происхождение изучаются во многих известных институтах мира.
Проходящие ежегодно международные конгрессы включают в программу обязательное обсуждение этого вопроса, а в дискуссиях уже неоднократно принимали участие ведущие российские специалисты из Геофизического института при Академии наук. Углубленным исследованиям по теме «Солнечная система и ее происхождение» отводится важное место, а средства для их проведения выделяются из государственного бюджета.
Наступит момент, и благодаря неустанным трудам ученых завеса тайны приоткроется, чтобы население Земли смогло узнать еще больше о происхождении нашей удивительной планеты.
Видео
Источник
Как образуются планеты
СОЛНЕЧНАЯ СИСТЕМА
Как образуются планеты
Когда звезда молодая, она всегда окружена первичным вращающимся диском из газа и пыли, из которого образуются космические объекты. Астрономы всегда охотятся за такими структурами, потому что они могут ухватить момент не только образования звезды, но и зафиксировать процесс формирования планет.
Однако найти такие диски вокруг коричневых карликов или звезд с очень низкой массой чрезвычайно трудно. Но в этот раз ученые открыли сразу четыре(!) новых объекта с низкой массой, окруженные дисками.
Три из них чрезвычайно малы – только в 13 или 18 раз больше массы Юпитера. Четвертый – больше массы Юпитера приблизительно в 120 раз (Для сравнения: Солнце больше Юпитера в 1000 раз).
Еще интереснее то, что возраст двух звезд – примерно 42 и 45 миллионов лет. Получается, что это самые молодые, когда-либо найденные объекты, окруженные активными планетообразующими дисками.
Находить газопылевое облако, принадлежащее коричневому карлику с чрезвычайно низкой массой еще более интересно, потому что его дальнейшее развитие позволит узнать очень многое об эволюции звезд и планет.
Как же происходит образование и развитие небесных структур?
В газопылевом диске крупинки пыли сталкиваются, соединяются, образуя более крупные фрагменты, которые увеличиваются до камней, далее начинается стадия планетезималей, планетарных эмбрионов и, наконец, наступает этап превращения в каменистые планеты земного типа (некоторые из которых становятся ядром газовых гигантов).
Астрономы, как правило, идентифицируют газопылевые облака следующим образом: звезда нагревает окружающую пыль, приобретающую свойства, благодаря которым ее можно увидеть через телескопы с инфракрасными камерами.
Как понять – завершено ли формирование планет?
Однако некоторые диски показывают, что формирование небесных тел не продолжается, а уже закончено. Эти диски образуются из осколков, остающихся после процесса планетообразований и в результате последующих столкновений уже созданных небесных объектов. В конечном счете эти остатки пыли рассеиваются в межпланетное пространство.
Некоторые диски даже представляют собой переходную стадию между фазами планетообразования и его окончания.
Ученым важно различать эти типы дисков, поскольку в результате они смогут лучше составить схему рождения и изменения с течением времени планетарных систем, включая Солнечную систему.
Прочитайте еще
Океан Энцелада может располагаться намного ближе к поверхности
За прошлое десятилетие зонд Cassini неоднократно посылали на исследование Южного полюса спутника Сатурна, Энцелада, где через трещины в ледяной оболочке извергаются водяные струи. Их наличие однозначно указало на океан, расположенный под поверхностью. Однако выяснить насколько глубоко находится водяной океан, ученые не могли. Новое исследование, где за основу взяты микроволновые[…]
Ученые НАСА решили давнишнюю загадку Меркурия
Это касается вопроса почему одна ее часть поверхности выглядит новой, молодой, а другая старой. Для решения ученые использовали данные от космического корабля MESSENGER, который находился у Меркурия в период 2011-2015 гг. Исследователи обратили внимание на регион планеты – Северные вулканические равнины – очень молодой регион, в то время как другие[…]
Источник
Образование планет и планетарных систем
Каждое мгновение в нашей огромной Вселенной что-то рождается или умирает. Ни для кого не секрет, что мы обитаем в огромной галактике, и помимо неё в космосе подобных ещё миллиарды. И, разумеется, Солнечная система далеко не единственная планетарная система.
Само образование планет и планетарных систем – это совокупность процессов эволюционного характера, о которых догадался ещё Иммануил Кант (о созданной им космологической модели можно почитать здесь: https://zen.yandex.ru/media/id/5e136f2d3d008800afe2848c/kosmologicheskaia-model-immanuila-kanta-5e19d3986f5f6f00ae02da03 ). Кант, как и Ньютон, полагал, что Вселенная бесконечна, вечна, статична и однородна. Еще в те далёкие времена (1775 г.) он выдвинул идею о наполненности пространства частицами, между которыми есть три типа взаимодействий:
— притяжение (гравитационное тяготение);
— отталкивание (как, например, при взаимодействии газов);
— соединение (различие частиц по плотности).
Именно различие частиц по плотности приводит к сгущению материи (к более плотным элементам притягиваются более лёгкие), а сила отталкивания помогает не слеплять всю материю в один огромный ком. Вечная борьба двух равных между собой сил – отталкивания и притяжения приводит к дальнейшему развитию мира. Философски звучит, не правда ли? Когда эти две силы сталкиваются, вокруг сгущений материи образовывались вихревые движения – это и заставляет двигаться планеты по своим орбитам. Частицы движутся вокруг центра, объединяясь друг с другом – так рождаются не только звездные системы по типу нашей, но ещё и галактики, туманности и звёздные скопления. Этим же способом Кант описал и наличие спутников у планет, и систему колец Сатурна. Но и на этом немецкий философ не остановился! Он впервые предсказал наличие других планет за орбитой Сатурна, существование двойных звёздных систем, идею о флуктуации плотности, движение комет и многое другое – то, что сейчас подтверждено. Таким образом, мы видим первое логичное объяснение различных систем.
В 1796 году французский ученый Лаплас сделал вывод о том, что Солнечная система родилась из сжимающейся газовой туманности. Часть вещества отделилась от центрального сгустка материи (зародыша Солнца) из-за увеличившейся центробежной силы при его сжатии – из данного вещества и сформировались планеты. Поскольку и Кант и Лаплас считали, что Солнечная система сформировалась из рассеянного вещества, то эта гипотеза называется гипотезой Канта-Лапласа . Позднее некоторые ученые задавались этими вопросами и строили различные гипотезы, весьма далёкие от истины.
Только в 1943 году советский учёный Отто Шмидт предположил, что планеты были сформированы из холодных и твёрдых тел. Другие же учёные полагали, что Солнце «захватило» твёрдую материю, «похитив» её у другой звезды.
До сих пор точно никто не может сказать, какие процессы идут при формировании планет. Кто-то считает, что они образуются ещё до момента рассеивания протопланетного диска. Кто – то полагает, что важнейшую роль играет аккреция – процесс наращивания массы небесного тела с помощью притяжения материи силами гравитации. Планеты прекратят своё формирование только после того, как в звезде начнутся ядерные реакции. Она рассеет протопланетный диск с помощью солнечного ветра, очистив, тем самым, пространство в своей системе.
Формирование Солнечной Системы
Чтобы понять, как формируются планетарные системы, астрономы начали изучение с Солнечной системы, а также наблюдали и за другими.
Считается, что Солнечная система начала формироваться примерно 4,6 млрд лет назад из гигантского межзвёздного газопылевого облака. Из-за гравитационного сжатия размеры газопылевого облака уменьшались, а скорость его вращения постепенно возрастала – так из облака образовался протопланетный диск.
В протопланетном диске элементы вещества сталкивались друг с другом, их гравитационное поле усиливалось из-за увеличения массы, и они притягивали к себе всё больше материи. Из-за постоянных столкновений увеличивалась и температура молодых небесных тел, причем, сильнее всех нагревались именно центральные области протопланетного диска. Планеты земной группы (Меркурий, Венера, Земля, Марс) состоят из термоустойчивых горных пород.
Существовало мнение, что планеты всегда находились на тех же орбитах, что и в настоящее время. Однако сейчас учёные считают, что Солнечная система выглядела значительно меньше по своим размерам на начальных этапах своего существования. Под воздействием орбитальных сил и солнечного ветра произошло смещение орбит планет. Поскольку газовые гиганты (Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун) состоят из лёгких материалов, их проще было «выкинуть» на границы Солнечной системы.
Учёных интересует ещё одна загадка – возникновение пояса астероидов, который находится между Марсом и Юпитером. Долгое время существовало предположение о некой разрушенной планете – Фаэтон, из осколков которой и получилось это каменистое кольцо, но данная гипотеза не подтверждена официально до сих пор.
Границу Солнечной системы олицетворяет собой пояс Койпера – это остатки «строительного материала» после формирования Солнечной системы, куда входят карликовые планеты, осколки каменистых пород, а также летучие вещества – метан, аммиак и вода в ледяном состоянии.
Солнечная система по подсчётам учёных будет существовать ещё около 4,5 млрд лет до тех пор, пока в нашем Солнце не закончится ядерное топливо. Исчерпав свои запасы, оно превратится в красного гиганта, поглотив Меркурий, Венеру и, возможно, Землю, а затем, сбросив оболочку, погибнет, и станет белым карликом. Так постепенно и затеряется наш дом во мраке молчаливой бездны.
Источник