Формирование солнечной системы

гипотезы,  хотя  и  не  имеют  всеобщей  поддержки,  продолжали

обосновываться  в  ХХ  веке.  К  наиболее  известным их авторам

относятся Дж. Джинс  и И. Великовский.

     Самыми  популярными,  однако  же,  оказались   эволюционные

гипотезы .  Исторически  первой  в  их  далеко  неограниченном  ряду  оказалась  гипотеза  крупнейшего  немецкого философа  И.  Канта.  Он предполагал, что первоначально мировое пространство было заполнено  холодным  рассеянным  веществом  в виде   пылевого   облака.  Постепенно,  под воздействием  сил тяготения  пылинки стали слипаться и образовывать   плотные сгустки,   которые   после   длительного  периода  разогревания

превратились  в знакомые небесные тела.

     Спустя  четыре   десятилетия   П.С.   Лаплас   (1749-1827)

предложил   еще  одну  небулярную  гипотезу  по,  так  сказать,

диаметрально  противоположной схеме.  Согласно  Лапласу,  Солнце

первоначально  представляло собой огромную медленно вращающуюся

раскаленную туманность (рис.3). Силы тяготения заставляли  увеличивать

скорость  этой  колоссальной  огненной  массы, которая  от этого

постепенно сплющивалась. Далее вокруг протосолнца  образовалось

гигантское огненное кольцо; в процессе охлаждения оно  распалось

на  отдельные  сгустки. Из них в конечном итоге образовались все

планеты и их спутники. Хотя  после  обнародования  классических

космогонических гипотез Канта и Лапласа на протяжении более чем

двух  веков  было  предложено  еще несколько  десятков возможных

объяснений, все  же именно две первые доминировали  в  науке  до

последнего  времени  и даже, несмотря на свою альтернативность,

фигурировали  как  нечто  единое  целое,  именуясь   небулярной

гипотезой Канта-Лапласа.

Рис.3 

     Относительно  неизбежного  вопроса:  откуда  же  в Космосе

взялось первичное вещество - строительный материал для планет

и Солнца - возможны различные ответы:

     1) планеты образуются из того же газопылевого облака, что

и Солнце  (Кант);  2) это облако было захвачено Солнцем  при его

обращении вокруг центра Галактики  (О. Ю.  Шмидт);  и 3)  оно

отделилось  от  Солнца в процессе его эволюции (Лаплас, Джинс и

др.).

     Многим  отечественным  ученым  сегодня   наиболее  вероятным

представляется  первый  вариант.  Большую роль в его разработке

сыграли труды  О. Ю. Шмидта, который был крупным  математиком  и

дал  математическое обоснование целому ряду вопросов (например,

распределение планет  по  расстояниям  от  Солнца,  направление

осевого  вращения  планет  и  др.). Работы О. Ю. Шмидта успешно

продолжены его  учениками и последователями. 

      Как  же  представляется  общая   схема   развития   нашей

планетной  системы,  исходя  из  предположения,  что  планеты и

Солнце образовались из  газопылевого  облака?  Предполагается,

что около пяти миллиардов лет назад в таком  облаке, пронизанном

магнитными   силовыми   линиями,   образовалось   сгущение   --

протосолнце, которое  медленно сжималось. Другая часть облака  с

массой  примерно в десять раз меньшей медленно вращалась вокруг

него. В результате столкновений атомов, молекул и  частиц  пыли

туманность  постепенно сплющивалась и разогревалась. Так вокруг

протосолнца   образовался   протяженный    диск,    пронизанный

магнитными   силовыми   линиями.   В   значительной  его  части

происходило интенсивное  конвективно-турбулентное  перемешивание

вещества.  Это  благоприятствовало  быстрому  перераспределению

энергии, освобождающейся  при гравитационном  сжатии  облака.  В

результате этого  газопылевой диск существенно охлаждался.

     Под   действием   светового   давления  легкие  химические

элементы водород  и гелий "выметались" из  близких  окрестностей

Солнца.   И,   наоборот,  попадая  на  пылинки,  световые  лучи

тормозили их движение вокруг Солнца. При этом  пылевые  частицы

теряли   свой   орбитальный   момент   количества   движения  и

приближались  к Солнцу. Такой  механизм  торможения  срабатывает

даже  в  случае,  если  размеры  частицы  достигают  нескольких

метров. В конечном итоге это и привело к существенному  различию

в химическом составе  планет, их разделению на две группы. 

      После достижения  "критической"  плотности  пылевой  диск

распался  на  отдельные  сгущения.  Далее в  результате взаимных

столкновений   происходило   слипание   отдельных   пылинок   и

образование  твердых  тел,  для  которых американский геолог Т.

Чемберлин еще  в 1901 году  ввел  название  "планетезимали".  По

оценкам В.С. Сафронова, превращение системы сгущений пыли в рой

твердых  тел  продолжалось всего 10 000 лет на расстоянии Земли

от Солнца и около 1 000 000 лет на расстоянии Юпитера. При этом

масса  планетезималей  в  области  планет  земной  группы  была

значительно меньше, чем в области планет-гигантов.

       Все   это  время  протосолнце   проявляло  очень  высокую

активность.  При  мощных  вспышках   оно   выбрасывало   потоки

заряженных  частиц; двигаясь вдоль магнитных  силовых линий, они

переносили   момент   количества   движения   от    Солнца    к

протопланетному  облаку.  Кроме  того,  благодаря  столкновениям

высокоэнергичных  легких  частиц  (протонов  и   нейтронов)   с

веществом   протопланетного  облака,  происходили  определенные

ядерные реакции.  Именно  таким  путем  и  образовался  большой

избыток  легких химических элементов - лития, бериллия и бора,

которых в земной коре и метеоритах значительно  больше,  чем  в

атмосфере    Солнца.   В   результате   взаимных   столкновений

планетезималий  происходил рост одних  и  дробление  других.  Со

временем  орбиты  крупнейших  из них приближались к круговым, а

сами  они  превращались  в  зародыши  планет,   объединяя   все

окружающее  вещество. 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 

  Расчеты   показывают,  что  рост Земли  до современных размеров продолжался всего 100 миллионов лет.

      Выпадание отдельных сгущений  на Землю и ее сжатие привели

к постепенному разогреву ее недр. На момент сформирования Земли

температура в  ее центре не превышала 800 oК, на поверхности 300

oК, а на  глубине 300-500 км - около 1500 oК. Со временем  все

большую  роль здесь играли процессы радиоактивного распада, при

которых   выделялось   значительное   количество   энергии.   В

результате  этого  отдельные области земных недр разогрелись до

температуры   плавления.   Наступила    продолжительная    фаза

гравитационной   дифференциации  вещества:  тяжелые  химические

элементы и  соединения опускались вниз,  легкие  -  поднимались

вверх. Этот начальный  этап формирования земной коры продолжался

около 1 миллиарда  лет.

     На  ранней стадии своего развития  протоземля была окружена

облаком небольших  спутников, радиусы которых достигали  100  км.

Со  временем  из них на расстоянии около 10 земных радиусов (60

000 км) сформировалась  Луна. Одновременно началось ее  медленное

удаление  от  Земли,  которое  продолжается   и   теперь.   Оно

сопровождается  уменьшением скорости вращения Земли  вокруг своей

оси.  Безусловно,  современная планетная космогония встречается

еще со многими  трудностями. Приведенная  здесь  схема  развития

Земли  (аналогично формировались и другие планеты) - лишь одна

из возможных  гипотез, детально разъясняющих, как  именно планеты

и Солнце образовались из одного газопылевого облака и что  сами

планеты сформировались из роя холодных и твердых тел. 

     Существенно  отличается от описанной выше "холодной" модели

образования Солнечной системы - концепция известного шведского

астрофизика,  лауреата Нобелевской премии Ханнеса Альвена. Он

строит свою гипотезу, опираясь на  теорию  космической  плазмы.

Кроме  того,  Альвен  считает,  что  невозможно понять механизм

образования  планет  без   одновременного   уяснения   процесса

образования  их  спутников.  Исходя  из  данного  принципа,  он

приходит к  выводу, что история эволюции Солнечной  системы может

быть описана  с помощью введения пяти стадий развития,  частично

перекрывающихся во времени.

     1.  Ближайшая к нам стадия  -  в  течение последних 4

миллиардов  лет  -  медленная   эволюция   первичных   планет,

спутников и  астероидов, приведшая к современному состоянию всех

этих тел в  Солнечной системе. При исследовании этой, позднейшей

фазы  эволюции  (постаккреционной  эволюции),  подготавливается

базис для  реконструкции  состояния,  возникшего  в  результате

более ранних процессов.

   

2.  Предшествующая  рассмотренной  стадии  - аккреционная

эволюция сконденсировавшихся  частиц, движущихся по кеплеровским

орбитам и образовывающих планетезимали,  которые  в  результате

продолжающейся   аккреции   увеличиваются   в   размерах.   Эти

планетезимали  являются  зародышевыми   предшественниками   тех

массивных  тел,  которые  в настоящее время  имеются в Солнечной

системе. Тем  самым реконструируются химические  и динамические

свойства совокупности первичных твердых частиц. 

     3.  Для   возникновения   движения   твердых   частиц   по

кеплеровским  орбитам  вокруг  Солнца и протопланет  необходимо,

чтобы на стадии эволюции,  предшествующей  аккреции,  произошел

перенос  углового  момента от этих центральных тел  к окружающей

среде.

        4. Стадия локализации газа и   пыли,  формирующая  среду