Происхождение солнечной системы

 В то же время крупнейшие спутники Юпитера - Ганимед и Каллисто - наполовину состоят из воды. Они находятся на гораздо большем расстоянии от Солнца, чем пояс астероидов. Значит, водяной лед конденсировался во всей зоне образования Юпитера. Начиная с орбиты Юпитера и дальше, в допланетном облаке должны были преобладать ледяные пылинки с вкраплениями более тугоплавких веществ. В области внешних планет, при еще более низкой температуре, в составе пылинок оказались льды метана, аммиака, твердая углекислота и другие замерзшие летучие соединения. Подобный состав в настоящее время имеют кометные ядра, залетающие в окрестности Земли с далекой периферии Солнечной системы. Первые конденсаты - пылинки, льдинки - сразу после своего появления начинали двигаться сквозь газ к центральной плоскости облака. Чем крупнее были частицы, тем быстрее они оседали, так как при своем движении более крупные частицы встречают меньшее сопротивление газа на единицу массы.

Второй этап

На втором этапе завершалось образование тонкого пылевого слоя - пылевого субдиска - в центральной плоскости облака. Расслоение облака сопровождалось увеличением размеров частиц до нескольких сантиметров. Сталкиваясь друг с другом, частицы слипались, при этом скорость их движения к центральной плоскости увеличивалась и рост тоже ускорялся. В некоторый момент плотность пыли в субдиске приблизилась к критическому значению, превысив плотность газа уже в десятки раз. При достижении критической плотности пылевой слой делается гравитационно неустойчивым. Даже очень слабые уплотнения, случайно возникающие в нем, не рассеиваются, а наоборот, со временем сгущаются.

Третий этап

На третьем этапе эволюции диска кольца, уплотняясь, теряли устойчивость и  распадались на множество отдельных мелких сгустков.

Четвертый этап

Из-за вращения, унаследованного от вращающегося диска, эти сгустки не могут сразу сжаться до плотности твердых тел. Но, сталкиваясь друг с другом, они объединяются и все более уплотняются. На четвертом этапе образуется рой допланетных тел размером около километра, т.н. планетезималий; первоначальное число их достигает многих миллионов.

Описанный путь образования тел возможен, если пылевой субдиск очень плоский: его толщина должна быть во много раз меньше диаметра. Такие объекты существуют и ныне, например кольца Сатурна. Другой путь формирования допланетных тел помимо гравитационной конденсации - это их прямой рост при столкновениях мелких частиц. Они могут слипаться лишь при небольших скоростях соударений, при достаточно разрыхленной поверхности контакта или в случае повышенной силы сцепления. Такие тела, каким бы из двух путей они ни возникли, послужили строительным материалом для формирования планет, спутников и метеорных тел.

Ученые предполагают, что допланетные тела, образовавшиеся на периферии облака при очень низкой температуре, сохранились до сих пор в кометном облаке, куда они были заброшены гравитационными возмущениями планет-гигантов.[6]

Аккумуляция планет

Образование допланетных тел в газопылевом облаке продолжалось десятки тысяч лет - крайне незначительный срок в космогонической шкале времени. Дальнейшее объединение тел в планеты - аккумуляция планет - гораздо более длительный процесс, занявший сотни миллионов лет. Что, однако, очень незначительно по сравнению со временем жизни звезды. Протосолнце становилось горячим. Его излучение нагрело внутреннюю область протопланетного облака до 400 К, образовав зону испарения. Под действием солнечного ветра и давления света легкие химические элементы (водород и гелий) оттеснились из окрестностей молодой звезды. В далекой области, на расстоянии свыше 5 а.е., образовалась зона намерзания с температурой примерно 50 К. Это привело различиям в химическом составе будущих планет.

Как только масса протопланеты достигала 1–2 масс Земли, она была способна захватывать атмосферу. Протоюпитер буквально за сотню лет увеличил свою массу за счет захвата газов в десятки раз. Затем скорость аккреции падает, т.к. весь газ непосредственно на пути планеты уже вобран, а снаружи он поступает достаточно медленно (за счет диффузии). В нашей Солнечной системе на периферии образовались планеты-гиганты, способные удержать возле себя газовые оболочки. Сначала сформировались ядра планет-гигантов, а затем планеты «нарастили» себе оболочку из водорода и гелия. Двухступенчатая модель образования гигантов подтверждается фактами. Массы ядер планет-гигантов примерно одинаковы

14

Планеты гиганты и планеты земной группы

С учетом физических характеристик все планеты делятся на две группы. Одна из них состоит из сравнительно небольших планет земной группы — Меркурия, Венеры, Земли и Марса. Их вещество отличается относительно высокой плотностью: в среднем около 5,5 г/см3, что в 5,5 раза превосходит плотность воды. Другую группу составляют планеты -гиганты: Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Эти планеты обладают огромными массами. Так, масса Урана равна 15 земным массам, а Юпитера— 318. Состоят планеты-гиганты главным образом из водорода и гелия, а средняя плотность их вещества близка к плотности воды. Судя по всему, у этих планет нет твердой поверхности, подобной поверхности планет земной группы. Особое место занимает девятая планета — Плутон, открытая в марте 1930 г. По своим размерам она ближе к планетам земной группы. Не так давно обнаружено, что Плутон — двойная планета: она состоит из центрального тела и очень большого спутника. Оба небесных тела обращаются вокруг общего центра масс.

В процессе образования планет их деление на две группы обусловливается тем, что в далеких от Солнца частях облака температура была низкой и все вещества, кроме водорода и гелия, образовали твердые частицы. Среди них преобладал метан, аммиак и вода, определившие состав Урана и Нептуна. В составе самых массивных планет — Юпитера и Сатурна, кроме того, оказалось значительное количество газов. В области планет земной группы температура была значительно выше, и все летучие вещества (в том числе метан и аммиак) остались в газообразном состоянии, и, следовательно, в состав планет не вошли. Планеты этой группы сформировались в основном из силикатов и металлов.[7]

14

Астероиды и кометы

Малые тела Солнечной системы - астероиды и кометы - представляют собой остатки роя "промежуточных" тел. Астероиды - это малые планеты, имеющие диаметры примерно от 1 до 1000 км, и орбиты, расположенные преимущественно между орбитами Марса и Юпитера. Кометы – каменисто-ледяные тела зоны планет-гигантов. Массы планет-гигантов еще до завершения их роста стали столь большими, что своим притяжением начали очень сильно изменять орбиты пролетавших мимо них малых тел. В результате некоторые из них приобрели очень вытянутые орбиты, в т.ч. и орбиты, уходящие далеко за пределы планетной системы. На тела, удалявшиеся дальше 20-30 тыс. а.е. от Солнца, заметное гравитационное воздействие оказывали ближайшие звезды. В большинстве случаев воздействие звезд приводило к тому, что малые тела переставали заходить в область планетных орбит. Планетная система оказалась окруженной роем каменисто-ледяных тел, простирающимся до расстояний 105 а.е. (~ 1 пк) и являющимся источником ныне наблюдаемых комет. Вблизи Солнца ледяные тела начинают испарятся под действием его лучей и становятся видимыми - возникает явление кометы. [8]

14

Образование спутников

Небольшие небесные тела - кометы и астероиды быстрее приближаются к Солнцу, чем более крупные. При этом они догоняют планеты, приближаются к планетным орбитам и пересекают их, продолжая дальнейшее приближение к Солнцу.

Но не всем малым телам удается благополучно пересечь планетные орбиты. Многие из них при пересечении орбиты планеты проходят вблизи планеты, которая своим гравитационным притяжением захватывает малые тела. При этом большая часть их попадает на поверхность планеты, но некоторая часть малых тел захватывается планетой на свою орбиту в качестве спутников. В дальнейшем спутники при их торможении в газовой среде во время галактических зим приближаются к своим планетам, вокруг которых они вращаются и, в конце концов, многие из них входят в планетную атмосферу и падают на поверхность планет, увеличивая их массу и размеры. Но при своем приближении к планете спутники с различной массой перемещаются с разной скоростью, вследствие их различных относительных торможений. Мелкие спутники перемещаются быстрее. Они догоняют более крупные спутники и начинают также пересекать их орбиты. Одним из них это удается, и они оказываются впереди больших спутников, другие падают на поверхность более крупных спутников, еще более увеличивая их массу и размеры, а некоторые, возможно, переходят на орбиты вокруг больших спутников. Мелкие спутники, обогнавшие более крупный спутник, движутся дальше по направлению к своей планете. При этом они догоняют другие, средние спутники и частично захватываются ими. Все это создает большое разнообразие в распределении спутников планет по их массам, размерам, расстояниям от планет и между ними и т.д.[9]

14

Заключение

Сформулируем кратко основные положения современной концепции происхождения Солнца и планет, в рамках которой удается объяснить и описать количественно большинство из наблюдаемых фактов и названных выше закономерностей.

1. По современным представлениям планеты и Солнце произошли из одного холодного газопылевого облака. Сначала 90% вещества собралось в центре облака и возникло Солнце. Из остатков облака путем холодного слипания образовались планеты.

2. Холодное слипание происходило медленно и прошло через стадию планетезималей. Планетезимали - тела, по размерам близкие к метеоритам и астероидам, - сформировали твердые части планет. В случае планет земной группы твердая часть - это вся планета целиком. В случае планет-гигантов - это их ядро.

3. Различие между планетами земной группы и планетами гигантами определяется действием солнечного излучения. Работают два фактора. Первый. Ближе к Солнцу туманность теплее и легкие газы улетучиваются. Силы притяжения твердой части планеты недостаточно, чтобы их удержать. Второе. Ближе к Солнцу эффективно действует световое давление, которое сносит легкие газы на периферию туманности. Под влиянием названных факторов планеты земной группы оказываются практически лишенными летучих веществ, а планеты-гиганты содержат их очень много (в основном это водород и гелий - главные составляющие первичной туманности). Если бы не действовали эти факторы, Земля имела бы массу и строение Сатурна: в центре железо-каменное ядро размером с нашу планету, а снаружи гигантская водородо-гелиевая оболочка.

Современная теория происхождения Солнца и планет подтверждается многочисленными модельными расчетами, данными геофизики, геологии и астрономии. Решающие доказательства справедливости этой теории дали полеты пилотируемых космических кораблей к Луне, полеты автоматических станций к планетам Солнечной системы.

14

Список использованной литературы

1.       http://www.astrotime.ru

2.       http://detc.usu.ru

3.       http://lia.net.ru

4.       http://www.astrogalaxy.ru

5.       http://solar-system.msk.ru

6.       http://galspace.spb.ru

7.       http://citadel.pioner-samara.ru

8.       http://www.astronet.ru

9.       http://parshakov.com

10.   Дубнищева Т.Я. Концепции современного естествознания: Учебное пособие – Новосибирск: Сибирское университетское издательство, 2005

11.   Горелов А.А. Концепции современного естествознания: Учебное пособие для вузов – М.: АСТ: Астрель, 2006

12.   Потеев М.И. Концепции современного естествознания: Учебное пособие – Спб.: Питер, 1999

14