Теории происхождения солнечной системы

     Еще одну гипотезу, получившую большую  известность, чем гипотеза Фая, выдвинул французский астроном Лигонде. Он попытался  возродить гипотезу Канта о возникновении  вращения протопланетной туманности из хаотического движения частиц в ней. Он придерживался идеи Канта о  холодном первоначальном состоянии  протопланетного облака и считал, что оно имеет метеоритный  состав.

       С начала же ХХ в. космогонические  гипотезы возникали одна за  другой. Быстрая смена научной  почвы, новые открытия и успехи  в астрономии и других естественных  науках порождали создание новых  гипотез. Вместе с бумом возникновения  гипотез естественно появились  попытки их как-то систематизировать.  Их делили на "холодные" и  "горячие" в зависимости  от предполагаемого изначального  состояния протопланетной туманности; на газовые, пылевые и газопылевые  в зависимости от состава туманности. Однако в этих попытках классификации  исследователи часто сталкивались  с невозможность отнесения гипотезы  к той или иной конкретной  группе. Эти трудности, а также несоответствие законам механики распределения момента количества движения (I = MvR, где М - масса тела, v - его экваториальная скорость, R - радиус), большая часть которого принадлежит планетам, имеющим намного меньшую по сравнению с Солнцем массу. (Хотя масса планет в 750 раз меньше массы Солнца, в их орбитальном движении заключено 98% общего момента количества движения всей Солнечной системы.) Последним, что окончательно привело к отказу от все "небулярных" гипотез, было то, что, наконец было доказано, что горячий газ в первичной туманности, даже разбившись на кольца, не может сгуститься в планеты или рассеяться.

Катастрофические  гипотезы

     Однако  уже малейшие трудности, с которыми столкнулись сторонники "небулярной" гипотезы, вызвали бурный всплеск  катастрофических гипотез. Большая  часть первой половины ХХ в. прошла под знаком возрождения концепции Бюффона и в попытках развития идей катастрофической космогонии.

     Так некий Карл Браун для объяснения движения Солнечной системы использовал  закручивающий эффект "косого удара". Однако в отличие от Бюффона, он считал, что столкновение произошло еще  в зачаточном состоянии: массивное  сгущение в протопланетном облаке вскользь ударило о центральное сгущение - протосолнце - и закрутило сначала  внешние слои его "атмосферы", а затем и центральные части. Новым в этой гипотезе было также  и то, что "вторичные сгущения" - протопланеты - сначала двигались "в сопротивляющейся среде туманности, что объясняло возникновение  прямого (а не обратного, как, по существу, получалось по гипотезе Лапласа) вращения именно у всех внутренних планет (в  этих областях оказывалась действенной, хотя и незначительная, разница сопротивления  с внутренней по отношению к Солнцу и с внешней сторон планеты)."

       Позднее рождение планетной системы  стало рассматриваться как результат  катастрофического для уже готового  Солнца столкновения, правда уже  не с кометой, масса которой  по сравнению с солнечной ничтожно  мала, а с другой звездой. Эта  звезда вырывала из Солнца  сгусток или "струю" раскаленного  вещества, из которого при остывании  формируются планеты. Такой подход  к образованию Солнечной системы  снимал вопрос о распределении  момента количества движения (mvr), так как появлялся внешний  источник дополнительного момента  количества движения, сообщаемого  планетам. Однако минусом такого  рода гипотез была редчайшая  вероятность возникновения планетных  систем из-за ничтожной вероятности  столкновения или хотя бы сильного  сближения двух звезд. Однако, несмотря на такой минус, по  пути катастрофических гипотез  пошли многие крупные ученые  своего времени.

       Наиболее значительными по своему  научному влиянию и известности  были гипотеза С. Аррениуса,  знаменитого шведского химика, гипотеза  Мультона и Чемберлина, астронома  и геолога США, а также гипотеза  выдающегося английского физика-теоретика  и астрофизика Дж. Джинса.

       По Аррениусу, планетная система  сформировалась из вещества двух  струй, возникших в результате  почти лобового столкновения  двух звезд. Струи выбивались  в противоположных направления  в одной плоскости и закручивались  в спирали вокруг общего центра. Однако почти нулевая вероятность  лобового столкновения двух звезд  быстро свела гипотезу со сцены. 

     Чуть  позднее, в 1990 г., учтя промахи предыдущей гипотезы, Мультон и Чемберлин  в своей гипотезе заменили удар сильным  приливным воздействием одной звезды на другую при близком прохождении друг от друга. Такое сближение, хотя и имело достаточно малую вероятность, все же было более вероятным по сравнению с лобовым столкновением. По их гипотезе проходящая звезда могла способствовать резкому усилению приливных волн на нашем Солнце. От этого два диаметрально противоположных горба на Солнце могли создать две струи вытекающих из него газов, и образующих те две ветви спирали, которые по Аррениусу возникли при лобовом столкновении. Далее спиральные струи газа, быстро охладившись, сконденсировались в целый рой мелких частиц на подобие снега. Эти частицы получили название "планетезималей" от "планетезим" - маленькая планета, зародыш планеты. И потом эти холодные планетезимали, сталкиваясь, слипались в тела промежуточных размеров, а те, обрастая новым веществом, стали планетами. В процессе роста слипшиеся комки от ударов оставшихся планетезималей приобретали все более круговую орбиту. Вращение же вокруг своей оси они получали в результате неодинакового действия этих ударов на переднее и заднее, относительно направления движения, полушарие.

     Еще одна катастрофическая гипотеза -гипотеза Дж. Джинса, заслужила свою широкую известность и дольше других, в течение десятилетий, властвовала над умами благодаря своей математической и физической обоснованности, благодаря высокому научному авторитету ее автора. Его гипотеза, выдвинутая им в 1916 г., существенно продвинула гипотезу Мультона и Чемберлина о приливном происхождении Солнечной системы.

     Предприняв  попытку подробно математически  обосновать свою космогонию, Джинс  пришел к выводу, что планеты могут  возникнуть только из плотного газа, который  в Солнце имеет среднюю плотность 1,4 г/см3. Из этого следовало, что звезда должна была пролететь мимо Солнца так, чтобы прилив был подобен  резкому удару в солнечную  поверхность и вырвал бы при большой скорости одну, но короткую и плотную, струю газа. Эта струя должна была иметь форму сигары, что объясняло распределение размеров планет.

     Однако  в 20-е годы гипотеза Джинса стала  подвергаться критике. Она не убедительно  объясняла причину вращения планет, еще одно возражение состояло в том, что из-за высокой температуры газа, он должен был рассеяться в пространстве, а не сгуститься в планеты. К тому же в 1938 г. Рессел вычислил, что у планет в среднем момент количества движения в 10 раз больше чем он мог предположительно быть у проходящей звезды. Что показывало несостоятельность гипотезы Джинса в попытках объяснить распределение момента движения в Солнечной системе.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

4. Гипотеза О.Ю. Шмидта

       С крахом гипотезы Джинса в  планетной космогонии наступила  пора депрессии. Механика оказалась  бессильна решить проблему возникновения  Солнечной системы. Другие же  науки не располагали еще достаточными  знаниями о Космосе, о процессах  и условиях их протекания в  космическом пространстве. Из этого  кризиса космогония была выведена  неожиданно не астрономами, а  выдающимся советским математиком  и геофизиком академиком О.Ю.  Шмидтом.

  Туманность

     По  данным современной науки этот процесс  происходил примерно 7 млрд. лет назад. Итак, наша Солнечная система произошла  из темной и непрозрачной газово-пылевой  водородно-гелиевой туманности. Эта  туманность под действием тяготения  и медленного вращения вокруг своего центра постепенно сжимается и уплотняется, ее частицы собираются ближе к  центру. Вращение туманности при этом ускоряется. Идет время. Туманность вращается  все быстрее. А от этого возникает  и увеличивается центробежная сила, способная бороться с тяготением, и чем быстрее вращается туманность, тем сильнее противодействие  этих 2-х сил. Тяготение сжимает  туманность, а центробежная сила стремится  раздуть её, разорвать. Но тяготение  тянет частицы к центру со всех сторон одинаково. А центробежная сила отсутствует на "полюсах" туманности и сильнее всего проявляется  на её "экваторе".

     Поэтому именно на "экваторе" она оказывается  сильнее тяготения и раздувает  туманность в стороны. Туманность, продолжая  вращаться все быстрее, сплющивается, из шара превращается в плоскую "лепешку", похожую на спортивный диск. Наступает  момент, когда на наружных краях "диска" центробежная сила уравновешивает, а  потом и пересиливает тяготение. Клочья туманности здесь начинают отделяться. Центральная часть её продолжает сжиматься, все ускоряя свое вращение, и от внешнего края продолжают отходить все новые и новые клочья, отдельные  газопылевые облака.

Рождение  Солнца

     И вот туманность приобрела совсем другой вид. В середине величаво вращается  огромное темное, чуть сплющенное облако, а вокруг него на разных расстояниях  плывут по круговым орбитам, расположенным  примерно в одной плоскости, оторвавшиеся от него небольшие "облака-спутники". Центральное облако продолжает уплотняться. Но теперь с силой тяготения начинает бороться новая сила - сила газового давления. Ведь в середине облака накапливается  все больше частиц вещества. В центре повышаются температура и давление, а так как тепло не может  выйти наружу, температура продолжает повышаться. Но вот облако перестало  сжиматься. Могучая сила возросшего от нагрева газового давления остановила работу тяготения. Центральный шар величаво кипит, перемешивая вырвавшийся огонь ядра с черным туманом своих окраин. Однако, вырвавшись наружу, горячий газ ослабил противодействие тяготению. Облако снова стало сжиматься. Температура в его центре опять начала расти и дошла уже до сотен тысяч градусов. В этих условиях вещество не может быть даже газообразным. Атомы разваливаются на свои части. Вещество переходит в состояние плазмы. Когда её температура поднимется выше десяти миллионов градусов, она как бы воспламениться.

     Начинается  ядерная реакция: из каждых четырех  ядер атомов водорода образуется одно ядро гелия. При этом выделяется огромная энергия. Газовое давление в центре заработало с удесятеренной силой. Плазма рвется наружу, как пар из котла. С чудовищной силой она  давит изнутри на внешние слои шара и приостанавливает их падение  к центру.

     Установилось  равновесие: плазме не удается разорвать  шар, разбросать его обрывки в  стороны, а тяготению не удается  сломить давление плазмы и продолжить сжимание шара. Ослепительно светящийся бело-желтым светом шар перешел в  устойчивую стадию. Он стал звездой, нашим  Солнцем! Теперь оно будет миллиардами  лет, не меняя размера, не охлаждаясь и не перегреваясь, светить одинаково  ярким бело-желтым светом. Пока внутри не выгорит весь водород. А когда  он весь превратится в гелий, Солнце снова сожмется. От этого температура  в его недрах снова повысится. Теперь уже до сотен миллионов  градусов. Но тогда "воспламениться" гелий, превращаясь в более тяжелые  элементы. И сжатие снова прекратится.

     Образование планет

     Вернемся  к спутникам нашего Солнца, к тем  обрывкам туманности, которые оторвались от центрального сгустка под действием  центробежной силы и начали кружиться  вокруг него. Именно здесь создаются  условия, способствующие разделению легких и тяжелых частиц туманности. Облака-спутники находятся на очень разных расстояниях  от Солнца. Далекие оно почти не греет. Зато в близких - его жар  испаряет все способное испариться. А его ослепительный ярчайший свет, работая как своеобразный "ветер", выдувает из них все испарившееся, вообще все легкое, оставляя лишь то, что потяжелее, что "не сдвинешь с  места". Поэтому здесь почти  не остается легких газов - водорода и  гелия, основной составляющей газопылевой  туманности. Мало остается и других "летучих" веществ. Все это уносится горячим "ветром" вдаль.

       В результате через некоторое  время химический состав облаков-спутников  становится совершенно разным. В  далеких - он почти не изменился.  А в тех, что кружатся вблизи  источающего жар и свет Солнца, остался лишь "прокаленный"  и "обдутый" материал - выделенная "драгоценная жизненно важная  примесь" тяжелых элементов.  Материал для создания обитаемой планеты готов, начинается процесс превращения "материала" в "изделие", частиц туманности - в планеты.

     Этап  первый - слипание частиц. В далеких облаках-спутниках многочисленные молекулы легких газов и редкие легкие пылинки понемногу собираются в огромные рыхлые шары малой плотности. В дальнейшем это планеты группы Юпитера. В облаках-спутниках, близких к Солнцу, тяжелые пылинки слипаются в плотные каменистые комки. Они объединяются в огромные массивные скалистые глыбы, чудовищными серыми угловатыми громадами плывущие по орбитам вокруг своей звезды. Двигаясь по разным, иногда пересекающимся орбитам, эти "астероиды", размером в десятки километров каждый, сталкиваются. Если на небольшой относительной скорости, то как бы "вдавливаются" один в другой, "нагромождаются", "налипают" один на другой, объединяются в более крупные. Если на большой скорости, то мнут, крошат друг друга, порождая новые бесчисленные обломки, осколки, которые вновь проходят долгий путь объединения. Сотни миллионов лет идет этот процесс слияния мелких частиц в крупные небесные тела. По мере увеличения своих размеров они становятся все более шарообразными. Растет масса - возрастает сила тяжести на их поверхности. Верхние слои давят на внутренние. Выступающие части оказываются грузом более тяжелым и постепенно погружаются в толщу нижележащих масс, раздвигая их под собой. Те, отходя в стороны, заполняют собой впадины. Грубый "ком" постепенно сглаживается. В результате вблизи Солнца образуются несколько сравнительно небольших по размеру, но очень плотных, состоящих из очень тяжелого материала, планет земной группы. Среди них - Земля. Все они резко отличаются от планет группы Юпитера богатством химического состава, обилием тяжелых элементов, большим удельным весом.