Основные модели происхождения солнечной системы. Загадки солнечной системы

Реферат на тему Основные модели происхождения солнечной системы. Загадки солнечной системы.

Работу  выполнила студентка гр. ПсиСР-СР-33 
 

Все космогонические  гипотезы можно разделить на несколько  групп: небулярные (Канта, Лапласа и  др., к ним же относится и гипотеза О. Ю. Шмидта), гипотезы захвата, выброса и др. Небулярные гипотезы, а их больше всего, можно, в свою очередь разделить на две подгруппы. Согласно первой из них Солнце и все тела Солнечной системы: планеты, спутники, астероиды, кометы и метеорные тела - образовались из единого газово-пылевого, или пылевого облака. Согласно второй Солнце и его семейство имеют различное происхождение, так что Солнце образовалось из одного газово-пылевого облака (туманности, глобулы), а остальные небесные тела Солнечной системы - из другого облака, которое было захвачено каким-то, не совсем понятным, образом Солнцем на свою орбиту и разделилось каким-то, еще более непонятным образом на множество самых различных тел (планет, их спутников, астероидов, комет и метеорных тел) имеющих самые различные характеристики: массу, плотность, эксцентриситет, направление обращения по орбите и направление вращения вокруг своей оси, наклонение орбиты к плоскости экватора Солнца (или эклиптики) и наклон плоскости экватора к плоскости своей орбиты.

Первые  попытки рассмотреть эволюцию космических  тел были сделаны Бюффоном (1749 г) и Кантом (1755 г.). Кант высказал предположение, что Солнечная система образовалась из облака газа и пыли. В центре облака возникло Солнце, в периферийных частях - планеты. Эта картина, по-видимому, в общих чертах правильна, но в  то время она не поддавалась детальной разработке, так как не существовало еще атомной теории, термодинамики, кинетической теории газов, сведений о космическом обилии элементов и многих других необходимых данных.

В 1796 г. Лаплас в популярной форме высказал идею о том, что в процессе образования  планет может играть большую роль вращение туманности.

Центробежная  сила при сжатии растет быстрее, чем  сила тяжести, и при их равенстве  возникает так называемая ротационная  неустойчивость, при которой туманность сплющивается, принимая форму чечевицы, и с ее экватора отделяется вещество. Из выброшенного вещества вокруг туманности образуются плоские кольца, похожие  на кольца Сатурна. Лаплас полагал, что  газ, выброшенный из туманности, впоследствии конденсируется в планеты. В современных  космогонических представлениях сохранились  определенные элементы гипотез Канта  и Лапласа (идея совместного образования  Солнца и планет из единой первичной  туманности, роль ротационной неустойчивости).

В солнечной системе 98% момента количества движения

принадлежит планетам и только 2% Солнцу. А если момент количества движения отнести к единице массы (эта величина называется удельным угловым моментом), то различие получается уже не в 50, а в 50 000 раз. Гипотезы Канта и Лапласа этого объяснить не могли. В самом деле, в первичной туманности перед началом сжатия все элементы равноправны и имеют одинаковые угловые скорости. Английский ученый Джинс в начале нынешнего столетия предложил другую космогоническую гипотезу, которая как будто бы позволяла обойти эту трудность. В гипотезе Джинса предполагается, что Солнце, как и другие звезды, сформировалось без планетной системы, а планетная система появилась только в результате катастрофы: другая звезда прошла рядом с Солнцем настолько близко, что вырвала из его недр часть вещества. В результате конденсации этого вещества образовались планеты.

Можно показать, что вероятность достаточно близкого прохождения двух звезд очень мала и за время существования Галактики в ней могло образоваться лишь очень небольшое количество планетных систем, может быть, даже всего одна – наша Солнечная система. Этот вывод сам по себе заставлял усомниться в правильности гипотезы Джинса, однако его, строго говоря, нельзя рассматривать как решительное возражение. Более тщательное рассмотрение гипотезы Джинса позволило выявить другие аргументы, которые неопровержимо доказывают ее несостоятельность. Удельный угловой момент выброшенного из Солнца вещества не может быть больше, чем угловой момент проходящей рядом звезды. Расчет показывает, что для образования Солнечной системы было бы необходимо, чтобы Солнце и другая звезда встретились со скоростью около 5000 км/сек, а это гораздо больше, чем параболическая скорость в Галактике (300 км/сек). В Галактике звезд, со скоростями, большими параболической, очень мало.

Спектральный  анализ показывает, что содержание лития и дейтерия на Солнце гораздо меньше, чем на Земле. Литий и дейтерий "выгорают" в результате ядерных реакций, и если на планетах их больше, то это означает, что планетное вещество отделилось от солнечного еще до того, как в последнем начались ядерные реакции. Наконец, был рассмотрен вопрос о конденсации газового волокна, вырванного из недр Солнца. Температура газа в таком волокне должна быть очень высокой, несколько сотен тысяч градусов. Внутри Солнца газовое давление уравновешивается весом вышележащих слоев, а если газ с такой температурой будет выброшен наружу, он быстро рассеется, если только еще быстрее не остынет. Было подсчитано, что для разлета выброшенного газа будет достаточно нескольких часов, а для остывания необходимо несколько месяцев.

Как утверждают небесные механики, небулярные гипотезы Канта, Лапласа и др. среди прочих имеют следующий существенный недостаток: они не объясняют, почему Солнце и  планеты так неравномерно распределили между собой количество движения (момент количества движения): на долю Солнца приходится около 2% момента количества движения, а на долю планет - около 98%, хотя совокупная масса всех планет в 750 раз меньше массы Солнца.

По-видимому, желая избежать этого противоречия, Шмидт исходит в своей гипотезе из различного происхождения Солнца и планет. Но если быть последовательным до конца, то следовало бы предположить, что раздельно возникло не только Солнце от планет, но имеют раздельное происхождение и все планеты, поскольку они также имеют различный удельный момент количества движения, т. е. количество движения на единицу массы.

Те части  протопланетного газово-пылевого облака, которое когда-то якобы встретилось  с Солнцем, было им захвачено на свою орбиту, эти части облака, если только последнее не вращалось (если облако вращалось, оно, по-видимому, должно было еще до встречи с Солнцем рассеяться под влиянием центробежной силы в  межзвездном пространстве), должны были иметь абсолютно одинаковый удельный момент количества движения, поскольку они до захвата двигались  в одном направлении и имели одинаковую скорость. И планеты тоже должны были бы иметь одинаковый удельный момент количества движения, если бы они произошли согласно гипотезе Шмидта. А они имеют его весьма и весьма различным. Каким образом Меркурий передал свой избыток количества движения Плутону, а Венера, Земля и Марс - Нептуну или Урану и т. д. гипотеза Шмидта на этот вопрос ответа не дает.

Неубедительно объясняется в гипотезе Шмидта и  вопрос о закономерности в межпланетных расстояниях. По Шмидту, эти расстояния растут в арифметической прогрессии , но почему-то планеты земной группы имеют одну разность - 0,20, а дальние планеты - другую - 1,00. Гипотеза не объясняет, почему между Марсом и Юпитером образовалась брешь, в которой вместо пресловутой планеты Фаэтон обращается вокруг Солнца большое количество астероидов. Гипотеза не объясняет, почему Плутон так близко находится около Нептуна, что время от времени пересекает его орбиту.

Шмидт пытается объяснить межпланетные расстояния с помощью удельного момента  количества движения планет, но ведь последний  сам требует своего объяснения.

Слабым  местом гипотезы Шмидта является объяснение распределения массы вещества протопланетного  облака между планетами. В самом  деле, наибольшая масса облака, обращающегося  вокруг Солнца в форме диска (баранки), должна находиться в центре его сечения. Казалось бы, и наиболее массивная  планета должна была образоваться именно в середине ряда планет, по обе стороны  от нее должны образоваться менее  массивные планеты.

Ни в  какие рамки гипотезы Шмидта не укладывается тот факт, что третья часть спутников  планет Солнечной системы имеет  обратное по отношению к Солнечной  системе направление обращения. Это один из крупнейших в Солнечной  системе спутник Нептуна Тритон, затем спутник Сатурна Феба, четыре внешних небольших спутника Юпитера  и пять спутников Урана (последние  по отношению к Урану обращаются в прямом направлении).

Согласно  гипотезе Шмидта, все небесные тела Солнечной системы, кроме Солнца, образовались из одного облака, которое  после захвата его Солнцем, в  полном соответствии с законом сохранения количества движения, обращалось вокруг него в одном направлении (прямом). Но тогда и все тела Солнечной  системы, происшедшие из этого газово-пылевого облака, также должны обращаться вокруг Солнца в этом же направлении.

Представьте себе, что Вы плывете по реке вниз по течению. Подплывая к дельте реки, где русло разделяется на десяток  рукавов, Вы проплываете по одному из них в море и не замечаете в  этом ничего необычного. Но что бы Вы сказали, если бы кто-то взялся утверждать, что в одном (или в нескольких) из рукавов реки, в ее дельте вода течет вспять, и что по этому  рукаву в море проплыть нельзя? Именно в таком положении находится гипотеза Шмидта, как и все небулярные гипотезы, утверждающая, что все небесные тела Солнечной системы, как те, которые обращаются вокруг центрального тела (Солнца или планеты) в прямом направлении, так и те, которые обращаются против течения, т. е. в обратном направлении, произошли из одного протопланетного облака, которое и до захвата его Солнцем, и после захвата двигалось в одном (прямом) направлении. Это самым вопиющим образом противоречит закону сохранения количества движение, который в данном контексте можно назвать законом сохранения количества и направления движения.

С точки  зрения закона сохранения количества движения гипотезе Шмидта, как и  всем небулярным гипотезам, противоречит и тот факт, что половина планет Солнечной системы имеют большие  наклоны плоскости экватора к  плоскости своей орбиты, которые  превышают 23° у Земли, Марса, Сатурна  и Нептуна, а у Урана наклон равен 98°. Если бы планеты образовались из одного облака, они бы имели одинаковое наклонение своих орбит к плоскости экватора Солнца и не имели бы наклона плоскостей своих экваторов к общей плоскости своих орбит. Если же предположить, что эти характеристики со временем изменились, то эти изменения были бы более или менее одинаковыми, равнозначными.

Далеко  не все были согласны с эволюционным сценарием происхождения планет вокруг Солнца. Еще в XVIII веке французский естествоиспытатель Жорж Бюффон высказал предположение, поддержанное и развитое американскими физиками Чемберленом и Мультоном. Суть этих предположений такова: когда-то в окрестностях Солнца пронеслась другая звезда. Ее притяжение вызвало на Солнце огромную приливную волну, вытянувшуюся в пространстве на сотни миллионов километров. Оторвавшись, эта волна стала закручиваться вокруг Солнца и распадаться на сгустки, каждый из которых сформировал свою планету.

Английским астрофизиком Фредом Хойлом была предложена своя гипотеза. Согласно ей у Солнца была звезда-близнец, которая взорвалась. Большая часть осколков унеслась в космическое пространство, меньшая — осталась на орбите Солнца и образовала планеты.

Все гипотезы по-разному трактуют происхождение  Солнечной системы и родственные  связи между Землей и Солнцем, но они едины в том, что все  планеты произошли из единого  сгустка материи, а дальше судьба каждой из них решалась по-своему. Земле  предстояло пройти путь в 5 млрд. лет, испытать ряд фантастических превращений, прежде чем мы увидели ее в современном  облике. Однако необходимо заметить, что  гипотезы, не имеющей серьезных недостатков  и отвечающей на все вопросы о  происхождении Земли и других планет Солнечной системы, пока еще  нет. Но можно считать установленным, что Солнце и планеты образовались одновременно (или почти одновременно) из единой материальной среды, из единого  газово-пылевого облака. 

Как мы видим, небулярная гипотеза Шмидта, а  равным образом и все небулярные гипотезы, имеют целый ряд неразрешимых противоречий. Желая избежать их, многие исследователи выдвигают идею индивидуального  происхождения как Солнца, так и всех тел Солнечной системы. Это так называемые гипотезы захвата.

Согласно  этим гипотезам, время от времени  в пределы Солнечной системы  входят небесные тела извне, т. е. из других частей Галактики, из других галактик и из межгалактического пространства. Под влиянием различных факторов: притяжения Солнцем и планетами, столкновения с другими блуждающими небесными телами или астероидами и кометами Солнечной системы, либо при прохождении через газово-пылевое облако, в котором как раз находится Солнечная система при своем обращении вокруг центра Галактики - под влиянием этих факторов инородные тела тормозятся и, погасив скорость своего движения, становятся пленниками Солнца или одной из планет Солнечной системы, перейдя с гиперболической орбиты на эллиптическую.