Основные концепции происхождения Солнечной системы

    Еще одна гипотеза, выдвинутая акад. В. А. Амбарцумяном, состоит в том, что звезды образуются из некоторого сверхплотного вещества. Основой этого кажущегося неожиданным предположения является вывод, что в наблюдаемой Вселенной процессы распада преобладают над процессом соединения. Если это так, то наиболее важный космогонический процесс - образование звезд - должен быть переходом вещества из более плотного состояния в менее плотное, а не наоборот.

    Гипотеза, как мы видим, требует, чтобы во Вселенной  существовал материал — сверхплотное вещество, которого еще никто ни при каких обстоятельствах не наблюдал и многие свойства которого остаются неизвестными. Является ли это обстоятельство недостатком гипотезы? На  первый взгляд может показаться, что это именно так. Однако нужно отдавать себе отчет в том, что, изучая проблему происхождения звезд и звездных систем, мы выходим за круг явлений, связанных с обычной деятельностью человека. История показывает, что каждый раз, когда наука вторгалась в новую область исследования, старых понятий и закономерностей  оказывалось недостаточно для объяснения наблюдаемых явлений, возникала необходимость введения новых форм существования материи и новой логики для объяснения поведения материи. Исследование микромира, например, показало существование элементарных частиц и потребовало введения таких логических правил, как принцип неопределенности, или принцип неразличимости частиц в. квантовой статистике, которые, казалось бы, явно противоречат нашей обыденной логике. Так, например, установлена важная роль в эволюции небесных тел элементарной частицы нейтрино, обладающей непонятной для нашего разума способ­ностью проходить, не испытывая затруднений, сквозь материю. Нейтрино свободно пронизывает Землю и более массивные небесные тела, не изменяя траектории своего движения во Вселенной. Выяснилось, что именно это свойство нейтрино — почти полное отсутствие способности взаимодействовать с материей — мешало до сих пор их обнаружению.

    Исследование  области больших скоростей потребовало установления таких непривычных для нашей обыденной логики представлений, как различный ход времени в движущихся друг относительно друга системах или изменение инертной массы тела вследствие изменения его скорости.

    Сверхплотная  материя, если она существует, должна быть недоступна современным средствам  наблюдения, – так как она занимает очень малые объемы пространства и почти не излучает. Основные ее свойства — необычайно высокая плотность и огромный запас энергии, которая бурно выделяется при распаде такого вещества.

    Возможность существований сверхплотных масс материи рассматривалась Г. Р. Оппенгеймером, Г; М, Волковым. В. А. Амбарцумян и Г. С. Саакян показали, что могут существовать массы со сверхплотными ядрами, состоящими из тяжелые элементарных частиц - гиперонов. Радиусы таких объектов составляют всего несколько километров, а массы мало уступают массе Солнца, так что средняя плотность равна миллионам тонн на кубический сантиметр, а в центральных областях она еще намного выше.

    Конечно, эти расчеты пока только иллюстрируют возможность существования сверхплотной материи и не предопределяют ее свойств. Поэтому гипотеза образования звезд из сверхплотного вещества не могла еще дать начала для подробно разработанной теории эволюции звезд, как это имеет место для гипотезы образования звезд из газа. Но критерием правильности гипотезы является согласие вытекающих из нее следствий с наблюдаемыми явлениями, а не возможность построения в дан­ное время разработанной теории:

    Теория  важна лишь потому, что она позволяет  на основе гипотезы делать больше выводов  для сравнения с наблюдениями. Чем разработаннее теория, тем больше возможности проверки гипотезы.

    Нужно сказать, что некоторые явления в мире галактик, открытые в самое последнее время (о них будет рассказано ниже), служат серьезным аргументом в пользу гипотезы о происхождении звезд из сверхплотной материи. Для уверенных выводов чрезвычайно важно дальнейшее подробное исследование этих явлений.

    Можно указать и на наблюдательные данные, плохо согласующиеся с гипотезой  происхождения звезд из сверхплотного  вещества в результате бурного процесса. Таким фактом, например,  является существование рас­сеянных звездных скоплений, находящихся в устойчивом состоянии. Для устойчивости рассеянных скоплений нужно, чтобы средние скорости находящихся в них звезд были около 0,5 км/с, не больше. Наблюдения лучевых скоростей несобственных движений звезд в рассеянных скоплениях подтверждают предсказанные нужные для устойчивости малые значения скоростей членов скопления. Поэтому формирование звезд в рассеянном скоплении не должно было происходить в результате бурного процесса, при котором звездам сообщаются большие скорости.

    Итак, согласно классической гипотезе, Солнечная  система возникла из газопылевого облака, состоящего на 98% из водорода. В первоначальную эпоху плотность вещества в этой туманности была очень низка. Отдельные "куски" туманности двигались друг относительно друга с беспорядочными скоростями (около 1 км/с). В процессе вращения такие облака вначале превращаются в плоские дискообразные сгущения. Затем в процессе вращения и гравитационного сжатия в центре происходит концентрация вещества с наибольшей плотностью. Как пишет И. Шкловский, "в результате существования "магнитной" связи между отделившимся от протозвезды диском и ее основной массой из-за натяжения силовых линий вращение протозвезды будет тормозиться, а диск начнет уходить наружу по спирали. С течением времени диск вследствие трения "размажется", и часть его вещества превратится в планеты, которые таким образом "унесут" с собой значительную часть момента".

    Таким образом, в центре облака образуются солнца, а по периферии - планеты.

    Высказывается несколько гипотез по поводу подобного  образования солнц и планет. Одни склонны этот процесс связывать  с внешней причиной - вспышкой по соседству звезд. Так, С. К. Всехсвятский считает, что около нашего газопылевого облака 5 млрд. лет назад на расстоянии 3,5 световых лет вспыхнула звезда. Это и привело к разогреву газопылевой туманности, образованию Солнца и планет. Того же мнения придерживается и Клейтон (впервые эта идея была высказана в 1955 г. эстонским астрономом Эпиком). Согласно Клейтону, сжатие, в результате которого образовалось Солнце, было вызвано сверхновой, которая, взрываясь, сообщила движение межзвездному веществу и, как метла, толкала его впереди себя; так происходило до тех пор, пока за счет силы тяготения не сформировалось стабильное облако, продолжавшее сжиматься, превращая собственную энергию сжатия в тепло. Вся эта масса начала нагреваться, и за очень короткое время (десяток миллионов лет) температура внутри облака достигла 10-15 млн. градусов. К этому времени термоядерные реакции шли полным "ходом и процесс сжатия закончился. Принято считать, что именно в этот "момент", от четырех до шести миллиардов лет назад, и родилось Солнце.

    Эта гипотеза, имеющая небольшое число  сторонников, получила подтверждение  в результате изучения в 1977 г. американским ученым из Калифорнийского технологического института "метеорита Алленде", найденного в безлюдном районе северной Мексики. В нем обнаружено необычное сочетание химических элементов. Избыточное присутствие в нем кальция, бария и неодима указывает на то, что они попали в метеорит при вспышке сверхновой звезды по соседству с нашей Солнечной системой. Эта вспышка произошла менее чем за 2 млн. лет до образования Солнечной системы. Такая дата получена по результатам определения возраста метеорита по радиоизотопу алюминий-26, имеющему период полураспада Т =0,738 млн. лет.

    Другие  ученые, а их большинство, считают, что  процесс образования Солнца и  планет происходил в результате естественного  развития газопылевого облака при его  вращении и уплотнении. По одной  из таких гипотез считается, что  конденсация Солнца и планет произошла  из горячей газовой туманности (по И. Канту и П. Лапласу), а по другой - из холодного газопылевого облака (по О. Ю. Шмидту). Впоследствии гипотезу с холодным началом развивали академики В. Г. Фесенков, А. П. Виноградов и др.

    Наиболее  последовательным сторонником гипотезы образования Солнечной системы  из первичной "солнечной" туманности является американский астроном Камерон. Он связывает в единый процесс  образование звезд и планетных  систем. Вспышки сверхновых в процессе конденсации облаков межзвездной  среды вследствие их гравитационной неустойчивости являются как бы "стимуляторами" процесса звездообразования.

    Однако  ни одна из перечисленных гипотез  полностью не удовлетворяет ученых, поскольку с их помощью невозможно объяснить все нюансы, связанные  с происхождением и развитием  Солнечной системы. При образовании планет из "горячего" начала считают, что на ранней стадии они представляли собой высокотемпературные однородные тела, состоящие из жидкой и газовой фаз. В дальнейшем при остывании таких тел из жидкой фазы вначале выделялись железистые ядра, затем из сульфидов, окислов железа и силикатов сформировалась мантия. Газовая фаза привела к образованию атмосферы у планет и гидросферы на Земле.

    В настоящее время наибольшее признание  получила гипотеза "холодного" начала. Ее сторонники считают, что формирование Солнечной системы началось из газопылевого облака, располагавшегося в экваториальной плоскости нашей Галактики. Облако состояло в основном из следующих  летучих веществ: водорода, гелия, азота, кислорода, паров воды, метана и углерода, а также пылинок в виде окислов  кремния, магния и железа. Газы тоже присутствовали, и они конденсировались, образуя органические соединения, в  состав которых входит углерод. Затем  образовались углеводороды (соединения углерода с водородом) и соединения азота. Температура облака - 220° С. Вначале оно было однородным, а затем в нем стали появляться сгущения, главным образом за счет гравитационного сжатия. В итоге вещество в нем стало разогреваться и дифференцироваться путем разделения химических элементов и их соединений в поле силы тяжести.

    Подтверждением  зарождения солнечных систем из холодного  газопылевого облака служит открытие в 1977 г. американскими астрономами  такого процесса в созвездии Лебедя, отстоящего от нас на расстоянии 10 тыс. световых лет. В области этого  созвездия вначале был обнаружен  светящийся дискообразный объект. Так проявляют себя облака газа и пыли, вращающиеся вокруг уплотненного ядра. Для того чтобы заглянуть внутрь такого облака, ученые стали его периодически фотографировать в инфракрасных лучах. На снимках они увидели процесс зарождения новой звезды в центре облака и семейства планет на периферии. Диаметр этого облака соответствует диаметру нашей Солнечной системы. Ученые установили, что светимость облака, окружающего ядро, ежемесячно убывает на 1%. Частицы в облаке постоянно испытывают столкновения, в результате чего облако разогревается и светит. Скорость частиц при столкновениях уменьшается, а движение их по спирали приводит в конце концов к падению на ядро. В итоге плотность частиц в облаке уменьшается, уменьшается и его светимость. Ядро под действием гравитационных сил постепенно разогревается. После того как его масса станет свыше 0,08 Me, в нем начнут протекать термоядерные реакции. Облако в момент его обнаружения имело диаметр в 20 раз больше диаметра ядра и светилось в 10 раз ярче ядра. Через 100 лет, по расчетам астрономов, облако перестанет светиться, а ядро засияет в виде новой звезды. Затем потребуется еще 1000 лет, чтобы протозвезда набрала надлежащую массу для протекания в ней термоядерных реакций. 
 

    3. Солнце – центральное  тело нашей планетной  системы 

    Солнце  — ближайшая к Земле звезда, представляющая собой раскаленный  плазменный шар. Это гигантский источник энергии: мощность излучения его  очень велика — около 3,86×10²³ кВт. Ежесекундно Солнце излучает такое количество тепла, которого вполне хватило бы, чтобы растопить слой льда, окружающий земной шар, толщиной в тысячу км. Солнце играет исключительную роль в возникновении и развитии жизни на Земле. На Землю попадает ничтожная часть солнечной энергии, благодаря которой поддерживается газообразное состояние земной атмосферы, постоянно нагреваются поверхности суши и водоемов, обеспечивается жизнедеятельность животных и растений. Часть солнечной энергии запасена в недрах Земли в виде каменного угля, нефти, природного газа.

    В настоящее время принято считать, что в недрах Солнца при огромнейших  температурах — около 15 млн. градусов — и чудовищных давлениях протекают термоядерные реакции, которые сопровождаются выделением огромного количества энергии. Одной из таких реакций может быть синтез ядер водорода, при котором образуются ядра атома гелия. Подсчитано, что в каждую секунду в недрах Солнца 564 млн т водорода преобразуются в 560 млн т гелия, а остальные 4 млн т водорода превращаются в излучение. Термоядерная реакция будет происходить до тех пор, пока не иссякнут запасы водорода. В настоящее время они составляют около 60 % массы Солнца. Такого резерва должно хватить по меньшей мере на несколько миллиардов лет.

    Почти вся энергия Солнца генерируется в его центральной области, откуда переносится излучением, а затем  во внешнем слое — передается конвекцией. Эффективная температура поверхности  Солнца — фотосферы — около 6000 К.

    Наше  Солнце — источник не только света  и тепла: его поверхность излучает потоки невидимых ультрафиолетовых и рентгеновских лучей, а также  элементарных частиц. Хотя количество тепла и света, посылаемого на Землю Солнцем, на протяжение многих сотен миллиардов лет остается постоянным, интенсивность его невидимых излучений значительно меняется: она зависит от уровня солнечной активности.

    Наблюдаются циклы, в течение которых солнечная  активность достигает максимального  значения. Их периодичность составляет 11 лет. В годы наибольшей активности увеличивается число пятен и  вспышек на солнечной поверхности, на Земле возникают магнитные  бури, усиливается ионизация верхних  слоев атмосферы и т. д.