ОБРАЗОВАНИЕ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ

Как и в случае со Вселенной, современное естествознание не дает точного описания этого процесса. Но современная наука решительно отвергает допущение о случайном образо­вании и исключительном характере образования планетных систем. Современная астрономия дает серьезные аргументы в пользу наличия планетных систем у многих звезд. Так, при­мерно у 10% звезд, находящихся в окрестностях Солнца, обна­ружено избыточное инфракрасное излучение. Очевидно, это связано с присутствием вокруг таких звезд пылевых дисков, которые, возможно, являются начальным этапом формирова­ния планетных систем.

На протяжении нескольких лет канадскими учеными изме­рялись очень слабые периодические изменения скорости дви­жения шестнадцати звезд. Такие изменения возникают из-за возмущения движения звезды под действием гравитационно связанного с ней тела, размеры которого много меньше, чем у самой звезды. Обработка данных показала, что у десяти из ше­стнадцати звезд изменения скорости указывают на наличие около них планетных спутников, масса которых превышает массу Юпитера. Можно предполагать, что существование крупного спутника типа Юпитера, по аналогии с Солнечной системой, указывает на большую вероятность существования и семейства более мелких планет. Наиболее вероятное существо­вание планетных систем отмечено у эпсилона Эридана и гам­мы Цефея.

Но следует отметить, что одиночные звезды типа Солнца -явление не столь уж частое, обычно они составляют кратные системы. Нет уверенности, что планетные системы могут обра­зовываться в таких звездных системах, а если они в них возни­кают, то условия на таких планетах могут оказаться неста­бильными, что не способствует появлению жизни.

О механизме образования планет, в частности, в Солнечной системе, также нет общепризнанных заключений. Солнечная система образовалась примерно 5 млрд. лет назад, причем Солнце - звезда второго (или еще более позднего) поколения. Так что Солнечная система возникла на продуктах жизнедея­тельности звезд предыдущего поколения, скапливавшихся в газо-пылевых облаках.

Вообще, сегодня мы больше знаем о происхождении и эво­люции звезд, чем о происхождении собственной планетной системы, что не удивительно: звезд много, а известная нам планетная система - одна. Накопление информации о Солнеч­ной системе еще далеко от завершения. Сегодня мы видим ее совершенно иначе, чем даже тридцать лет назад.

И нет гарантии, что завтра не появятся какие-то новые факты, которые перевернут все наши представления о процессе ее образования.

Сегодня существует довольно много гипотез образования Солнечной системы. В качестве примера изложим гипотезу шведских астрономов X. Альвена и Г. Аррениуса. Они исхо­дили из предположения, что в природе существует единый механизм планетообразования, действие которого проявля­ется и в случае образования планет около звезды, и в случае появления планет-спутников около планеты. Для объяснения этого они привлекают совокупность различных сил - грави­тацию, магнитогидродинамику, электромагнетизм, плазмен­ные процессы.

К моменту, когда начали образовываться планеты, цен­тральное тело системы уже существовало. Чтобы образовать планетную систему, центральное тело должно обладать маг­нитным полем, уровень которого превышает определенное критическое значение, а пространство в его окрестностях должно быть заполнено разреженной плазмой. Без этого про­цесс планетообразования невозможен.

Солнце имеет магнитное поле. Источником же плазмы служила корона молодого Солнца. Сегодня она стала меньше. Но даже сейчас планеты земной группы (Меркурий, Венера, Земля, Марс) практически погружены в разреженную атмо­сферу Солнца, а солнечный ветер доносит ее частицы и к более далеким планетам. Так что, возможно, корона молодого Солнца распространялась до современной орбиты Плутона.

Альвен и Аррениус отказались от традиционного допуще­ния об образовании Солнца и планет из одного массива веще­ства, в одном нераздельном процессе. Они считают, что снача­ла из газо-пылевого облака возникает первичное тело, затем к нему извне поступает материал для образования вторичных тел. Мощное гравитационное воздействие центрального тела притягивает поток газовых и пылевых частиц, пронизываю­щих пространство, которому предстоит стать областью обра­зования вторичных тел.

Для такого утверждения есть основания. Были подведены итоги многолетнего изучения изотопного состава вещества метеоритов, Солнца, Земли. Обнаружены отклонения в изо­топном составе ряда элементов, содержащихся в метеоритах и земных породах, от изотопного состава тех же элементов на Солнце. Это говорит о различном происхождении этих эле­ментов. Отсюда следует, что основная масса вещества Солнеч­ной системы поступила из одного газо-пылевого облака и из него образовалось Солнце. Значительно меньшая часть веще­ства с другим изотопным составом поступила из другого газо-пылевого облака, и она послужила материалом для формиро­вания метеоритов и частично планет. Смешение двух газо­пылевых облаков произошло примерно 4,5 млрд. лет назад, что и положило начало образованию Солнечной системы.

Молодое Солнце, предположительно обладавшее значи­тельным магнитным моментом, имело размеры, превышавшие нынешние, но не доходившие до орбиты Меркурия. Его окру­жала гигантская сверхкорона, представлявшая собой разре­женную замагниченную плазму. Как и в наши дни, с поверхно­сти Солнца вырывались протуберанцы, но выбросы тех лет имели протяженность в сотни миллионов километров и дости­гали орбиты современного Плутона. Токи в них оценивались в сотни миллионов ампер и больше. Это способствовало стяги­ванию плазмы в узкие каналы. В них возникали разрывы, про­бои, откуда разбегались мощные ударные волны, уплотнявшие плазму на пути их следования. Плазма сверхкороны быстро становилась неоднородной и неравномерной. Поступавшие из внешнего резервуара нейтральные частицы вещества под дей­ствием гравитации падали к центральному телу. Но в короне они ионизировались, и в зависимости от химического состава тормозились на разных расстояниях от центрального тела, то есть с самого начала имела место дифференциация допланетного облака по химическому и весовому составу. В конечном счете выделилось три-четыре концентрических области, плот­ности частиц в которых примерно на 7 порядков превышали их плотности в промежутках. Это объясняет тот факт, что вблизи Солнца располагаются планеты, которые при относи­тельно малых размерах имеют высокую плотность (от 3 до

5,5 г/см ), а планеты-гиганты имеют намного меньшие плот­ности (1-2 г/см³).

Существование критической скорости, с достижением ко­торой нейтральная частица, движущаяся ускоренно в разре­женной плазме, скачком ионизируется, подтверждается лабо­раторными экспериментами. Оценочные расчеты показывают, что подобный механизм способен обеспечить накопление не­обходимого для образования планет вещества за сравнительно короткое время порядка ста миллионов лет.

Сверхкорона, по мере накопления в ней выпадающего ве­щества, начинает отставать в своем вращении от вращения центрального тела. Стремление выравнять угловые скорости тела и короны заставляет плазму вращаться быстрее, а цен­тральное тело замедлять свое вращение. Ускорение плазмы увеличивает центробежные силы, оттесняя ее от звезды. Между центральным телом и плазмой образуется область очень низ­кой плотности вещества. Создается благоприятная обстановка для конденсации нелетучих веществ путем их выпадения из плазмы в виде отдельных зерен. Достигнув определенной мас­сы, зерна получают от плазмы импульс и далее движутся по кеплеровской орбите, унося с собой часть момента количества движения в Солнечной системе: на долю планет, суммарная масса которых составляет только 0,1% от массы всей системы, приходится 99% суммарного момента количества движения.

Выпавшие зерна, захватив часть момента количества дви­жения, следуют по пересекающимся эллиптическим орбитам. Множественные соударения между ними собирают эти зерна в большие группы и превращают их орбиты в почти круговые, лежащие в плоскости эклиптики. В конце концов они собира­ются в струйный поток, имеющий форму тороида (кольца). Этот струйный поток захватывает все частицы, которые с ним сталкиваются, и уравнивает их скорости со своей. Затем эти зерна слипаются в зародышевые ядра, к которым продолжают прилипать частицы, и они постепенно разрастаются до круп­ных тел - планетезималий. Их объединение образует планеты. А как только планетные тела оформляются настолько, что возле них появляется достаточно сильное собственное магнит­ное поле, начинается процесс образования спутников, в ми­ниатюре повторяющий то, что произошло при образовании самих планет около Солнца.

Так, в этой теории, пояс астероидов - это струйный поток, в котором из-за нехватки выпавшего вещества процесс планетообразования прервался на стадии планетезималий. Кольца у крупных планет - это остаточные струйные потоки, оказав­шиеся слишком близко к первичному телу и попавшие внутрь так называемого предела Роша, где гравитационные силы «хозяина» так велики, что не позволяют образоваться устой­чивому вторичному телу.

Метеориты и кометы, согласно модели, формировались на окраине Солнечной системы, за орбитой Плутона. В отдален­ных от Солнца областях существовала слабая плазма, в ней механизм выпадения вещества еще работал, но струйные пото­ки, в которых рождаются планеты, образовываться не могли. Слипание выпавших частиц привело в этих областях к единст­венно возможному результату - к образованию кометных тел.

Сегодня есть уникальные сведения, полученные «Вояджерами» о планетных системах Юпитера, Сатурна, Ура­на. Можно уверенно говорить о наличии общих характерных особенностей у них и у Солнечной системы как целого.

1. Одинаковая закономерность в распределении вещества по химическому составу: максимум концентрации летучих ве­ществ (водород, гелий) всегда приходится на первичное тело и на периферийную часть системы. На некотором удалении от центрального тела располагается минимум летучих веществ. В Солнечной системе этот минимум заполнен самыми плотными планетами земной группы.

2. Во всех случаях на долю первичного тела приходится бо­лее 98% общей массы системы.

3. Имеются наглядные признаки, указывающие на повсеместное образование планетных тел путем слипания частиц (аккреция) во все более крупные тела, вплоть до окончательного оформления планеты (спутника).

Конечно, это только гипотеза, и она требует дальнейшей разработки. Так же пока не имеет убедительных доказательств предположение, что образование планетных систем является закономерным процессом для Вселенной. Но косвенные дан­ные позволяют утверждать, что по крайней мере в определен­ной части нашей галактики планетные системы существуют в заметном количестве. Так, И.С. Шкловский обратил внимание на то, что все горячие звезды, температура поверхности кото­рых превышает 7000 К, имеют высокие скорости вращения. По мере перехода ко все более холодным звездам на определенном температурном рубеже возникает внезапный резкий спад ско­рости вращения. Звезды, входящие в класс желтых карликов (типа Солнца), температура поверхности у которых порядка 6000 К, имеют аномально низкие скорости вращения, почти равные нулю. Скорость вращения Солнца - 2 км/с. Низкие скорости вращения могут быть результатом передачи 99% пер­воначального момента количества движения в протопланетное облако. Если это предположение верно, то наука получит точ­ный адрес для поиска планетных систем.

План семинарского занятия (2 часа)

1. Рождение Вселенной. Роль вакуума в этом процессе.

2. Ранний этап эволюции Вселенной.

3. Появление во Вселенной структурных образований разных уровней.

4. Образование Солнечной системы.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: