Как образовалась Солнечная система
Солнечная система > Как образовалась Солнечная система
Тысячелетиями люди пытались понять, как появился мир. Но большую часть времени все теории строились на обычных догадках и спорах. Только в 16-18 веках начали искать научное обоснование всему.
Если речь идет о том, как образовалась Солнечная система, то на первом месте стоит небулярная гипотеза. Она утверждает, что Солнце и прочие объекты в системе появились из туманного материала миллиарды лет назад.
Небулярная гипотеза образования Солнечной системы
По сути, Солнечная система появилась с огромнейшего скопления молекулярного газа и пыли. Но 4.57 миллиардов лет назад случилось непредвиденное событие, заставившее его рухнуть. Это могла быть ударная волна от сверхновой или же гравитационный коллапс в самом облаке.
После этого некоторые участки начали сгущаться, образуя более плотные регионы. Они втягивали еще больше материи и начинали вращаться, а из-за роста давления еще и нагревались. Большая часть материала накапливалась в центре, а остатки расплющивались на диске. Центральный шар стал Солнцем, а все остальное – протопланетный диск.
Пыль и газ на диске продолжали сливаться, пока не образовывали крупные тела – планеты. Расположенные ближе к Солнцу собирали металлы и силикаты (Меркурий, Венера, Земля и Марс). Но металлические элементы были представлены в небольшом количестве, поэтому перечисленные планеты выросли до малых размеров.
Между Марсом и Юпитером появились планеты-гиганты, потому что расположенный на такой удаленности материал был достаточно холодным, чтобы летучие ледяные соединения оставались твердыми. Ледышки доминировали, поэтому они смогли набрать массивности и захватить больше водорода и гелия. Оставшийся мусор перебрался в пояс Койпера и облако Оорта.
Художественная интерпретация ранней Солнечной системы, где столкновение между частичками в аккреционном диске привело к формированию планет
За 50 миллионов лет уровень плотности и давление водорода так выросли, что позволили активировать термоядерный синтез. Температурные показатели, давление, и скорость росли, чтобы обеспечить гидростатическое давление. Солнечный ветер сформировал гелиосферу и сдул пылевые и газовые остатки с протопланетного диска, завершив процесс.
Астрофизик Сергей Попов о сверхмассивных черных дырах, образовании планет и аккреции вещества в ранней Вселенной:
История изучения образования Солнечной системы
В 1734 году эту гипотезу выдвинул Эммануил Сведенборг. Ее развил Иммануил Кант, утверждавший, что газовые облака медленно вращаются, разрушаются и становятся плотными из-за гравитации и появления планет и звезд.
В меньшем масштабе эту идею обсуждал Пьер-Симон Лаплас в 1796 году. Он полагал, что наша звезда Солнце с самого начала обладала расширенной горячей атмосферой, которая увеличивалась и сокращалась. По мере вращения облако сбрасывало материал, который затем уплотнялся и создавал планеты.
Sh 2-106 – район образования звезд в созвездии Лебедь
В 19 веке модель Лапласа обрела популярность, но с ней возникали трудности. Главная проблема состояла в распределении углового момента между звездой и планетами. Тем более, Джеймс Максвелл утверждал, что между внешними и внутренними кольцами существует разная скорость вращения, что не позволит материалу конденсироваться. Также против выступил Дэвид Брюстер, утверждавший, что в таком случае, Луна должна была перебрать часть земной воды и обладать атмосферой.
В 20-м веке эта модель потеряла сторонников и ученые стали искать новые объяснения. Но в 1970-м году она возрождается в обновленном виде – модель солнечного небулярного диска (SNDM), созданная Виктором Сафроновым (1972 год). Он сформулировал практически все главные проблемы в процессе формирования планет и большинству нашел объяснения.
Например, она прекрасно разъясняла наличие аккреционных дисков вокруг молодых звезд. Разные модели также демонстрировали, что аккреция материала приводит к появлению тел земного размера. Если сначала идея применялась только для нашей системы, то позже ее масштабировали до размеров Вселенной.
Проблемы при изучении образования Солнечной системы
Теория туманности считается наиболее популярной для объяснения того, как появилось Солнце и Солнечная система, но она все еще страдает от проблем, которым не могут найти решение. Возьмем, к примеру, не состыковку с наклонными осями. Небулярная теория говорит о том, что звезды должны быть наклонены одинаково относительно эклиптики. Но ведь мы знаем, что у внешних и внутренних планет они отличаются.
Наклон оси внутренних планет системы практически достигает 0°, а вот Земля и Марс наклонены на 23.4° и 25°. Уран вообще смещен на 97.77° и его полюса смотрят на Солнце.
Список потенциально пригодных для жизни экзопланет
Свою долю скептицизма добавило и изучение экзопланет. Например, раздор вносит наличие «горячих юпитеров», совершающих обороты вокруг звезд за несколько дней. Ученым пришлось корректировать гипотезу, но недочеты еще остаются.
Узнать все подробности о нашем происхождении и прошлой истории Солнечной системы все еще сложно. Как только кажется, что нашли ответ, появляется новая проблема. Но в исследовании Вселенной мы проделали долгий путь. И дальнейшее изучение поможет заполнить пробелы.
Источник
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