Как образовалась солнечная система

Происхождение Солнечной системы

Солнечная система состоит из центрального небесного тела – звезды Солнца, 8 больших планет, обращающихся вокруг него, их спутников, множества малых планет – астероидов, многочисленных комет и межпланетной среды. Большие планеты располагаются в порядке удаления от Солнца следующим образом: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун.

Один из важных вопросов, связанных с изучением нашей планетной системы – проблема ее происхождения.

Развитие представлений о происхождении Солнечной системы

К настоящему времени известны многие гипотезы о происхождении Солнечной системы, в том числе предложенные независимо немецким философом И. Кантом и французским математиком и физиком П. Лапласом:

Несмотря на такое различие между двумя рассматриваемыми гипотезами, обе они исходят от одной идеи – Солнечная система возникла в результате закономерного развития туманности. И поэтому такую идею иногда называют гипотезой Канта–Лапласа.

Английский астроном Хойл утверждает, что Солнце в момент рождения представляло собой сгусток газопылевой туманности, в котором существовало магнитное поле. Вначале он вращался с большой скоростью, а позже из-за влияния магнитного поля его вращение начало снижаться.

Гипотеза Джинса – формирование системы произошло в результате катастрофы. Солнце столкнулось с другой звездой, в результате часть выброшенного в космическое пространство вещества конденсировалось и образовало планеты.

Согласно современным представлениям, планеты солнечной системы образовались из холодного газопылевого облака, окружавшего Солнце миллиарды лет назад. Такая точка зрения наиболее последовательно отражена в гипотезе российского ученого, академика О.Ю. Шмидта.

Стадии образования Солнечной системы

Основная теория предполагает, что на месте нынешней Солнечной системы 5 млрд. лет тому назад существовало гигантское облако из газов и пыли. Оно имело огромные размеры, и было растянуто в пространстве на 6 млрд. км.

Аналогичные пылевые облака существуют во многих уголках необъятной Вселенной. Их основная масса состоит из водорода. Это тот газ, из которого первоначально образуются звёзды. Затем, в результате термоядерной реакции, начинает выделяться инертный газ гелий. На долю остальных веществ приходится всего 2%.

Образование Солнца

В какой-то момент пылевое облако получило внешний мощный импульс, представляющий собой огромный выброс энергии. Это могла быть ударная волна, сгенерированная взрывом сверхновой звезды. А возможно, что внешнего воздействия и не было. Просто за счёт закона притяжения облако стало уменьшаться в объёме и уплотняться.

Данный процесс дал толчок гравитационному коллапсу. То есть произошло быстрое сжатие космической массы. В результате этого в центре возникло раскалённое ядро с очень высокой плотностью. Вся остальная масса рассосредоточилась по краям ядра. А так как в космосе всё вращается вокруг своей оси, то эта масса приобрела форму диска.

Ядро уменьшалось в размере, увеличивая свою температуру и плотность. В результате оно трансформировалось в протозвезду. А газовое облако вокруг ядра всё больше уплотнялось, пока в ядре температура и давление достигли критической величины. Это спровоцировало начало термоядерной реакции, и водород начал превращаться в гелий.

С момента формирования туманности до запуска в протозвезде термоядерных реакций проходит в среднем 100000 лет.

Протозвезда перестала существовать, а вместо неё возникла звезда под названием Солнце.

Новая звезда еще очень мала – она находится в стадии коричневого карлика. Она в течение нескольких сотен миллионов лет превращается в звезду солнцеподобного типа.

После того, как значительная часть массы протозвездной туманности сформировало звезду, вокруг нее образуется протопланетный диск.

Постепенно молодая звезда и окружающее ее пространство остывает, что приводит к конденсации летучих веществ. Формируются пылевые частички, начинающие слипаться между собой. Так постепенно образуются планетазимали – «кирпичики» диаметром не более 1 км, из которых строятся планеты.

Формирование планет земной группы

А вот далее пошёл другой процесс. Газопылевые облака, вращающиеся вокруг Солнца, стали стягиваться в плотные кольца.

Планеты внутренней группы сформировались в тех областях протопланетного диска, где температура слишком высока для существования частиц льда и газа в диком состоянии. Поэтому эти объекты построены преимущественно из термоустойчивых горных пород.

Планетазимали вначале быстро приращивают массу, достигая диаметра более километра. Далее крупные фрагменты притягивают к себе более мелкие, пока запас планетазималей в диске не окажется полностью исчерпан. Наступает стадия окончательного формирования Солнечной системы и приобретения ее телами определенной орбиты.

Весь процесс возникновения планеты внутренней группы занял от 10 до 100 миллионов лет.

Выражаясь совсем просто, можно сказать, что с ближайших ядер звезда «сдула» газовые оболочки. Так образовались маленькие планеты, вращающиеся рядом с Солнцем. Это Меркурий, Венера, Земля и Марс.

Возникновение газовых гигантов

Формирование газовых гигантов, к которым относятся Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун, более сложный процесс.

До момента образования крупных планетазималей их развитие подобно планетам земного типа. Но в их составе содержатся частицы льда, и они наращивают свою массу путем аккреции газа из протопланетного диска. Это возможно, т.к. во внешней области будущей звездной системы температуры относительно невысоки.

Процесс сбора газа занимает несколько миллионов лет до истощения газовых запасов диска.

Формирование газовых гигантов оказывает значительное влияние на количество твердотельных планет внутри системы. Чем раньше началось образование газовых планет, тем меньше строительного материала останется на формирование землеподобных тел.

Одной из заключительных стадий эволюции Солнечной системы стало образование главного пояса астероидов. Считается, что он образован из «строительного материала», оставшегося после формирования основных планет.

Образование спутников

В дальнейшем произошло возникновение спутников вокруг планет.

Естественные спутники образовались у большинства планет Солнечной системы, а также у многих других тел. Так возле Земли появилась Луна.

Различают три основных механизма их формирования:

И, в конце концов, образовалось единое космическое сообщество, которое существует по сей день.

Вот таким образом наука объясняет происхождение Солнечной системы. Кстати, данная теория присуща и другим звёздным образованиям, которых в космосе бесконечное множество.

Будущее Cолнечной системы

По последним научным данным, Солнечная система является стабильной системой. То есть больших изменений в ближайшее время не стоит ждать. Самые большие изменения будут происходить с изменением состояния Солнца.

Другими словами, не будет претерпевать экстремальных изменений до тех пор, пока Солнце не израсходует запасы водородного топлива. Этот рубеж положит начало переходу Солнца в фазу красного гиганта.

Спустя 1 миллиард лет из-за увеличения солнечного излучения околозвёздная обитаемая зона Солнечной системы будет смещена за пределы современной земной орбиты.

В настоящее время

Солнечная система и ее происхождение изучаются во многих известных институтах мира.

Проходящие ежегодно международные конгрессы включают в программу обязательное обсуждение этого вопроса, а в дискуссиях уже неоднократно принимали участие ведущие российские специалисты из Геофизического института при Академии наук. Углубленным исследованиям по теме «Солнечная система и ее происхождение» отводится важное место, а средства для их проведения выделяются из государственного бюджета.

Наступит момент, и благодаря неустанным трудам ученых завеса тайны приоткроется, чтобы население Земли смогло узнать еще больше о происхождении нашей удивительной планеты.

Источник

Как сформировалась наша Солнечная система?

С незапамятный времен человечество пытается ответить на вопрос о том, как появилась Вселенная. Однако всерьез заниматься этим вопросом стали только с началом научной революции, когда в мире стали доминировать теории, доказательства которых осуществлялось эмпирическим путем. Именно с этого момента — промежуток между 16-м и 18-м веками — астрономы и физики стали выводить доказательные объяснения того, с чего началась жизнь нашего Солнца, планет и всей Вселенной.

Есть несколько гипотез, которые могут ответить на этот вопрос.

Если речь идет о Солнечной системе, то наиболее популярным и широко признанным взглядом является небулярная гипотеза происхождения миров. Согласно этой модели, Солнце, планеты и все остальные объекты Солнечной системы образовались многие миллиарды лет назад из плотных облаков молекулярного водорода. Первоначально предложенная в качестве объяснения происхождения Солнечной системы, она по-прежнему остается наиболее широко принятой.

Небулярная гипотеза — что это?

С этого момента из облаков газа и пыли начали формироваться более плотные сгустки. Достигнув определенной плотности, сгустки согласно закону сохранения импульса начали вращаться, а повышающееся давление их разогрело. Большая часть материи собралась в центральном сгустке, в то время как оставшаяся материя образовала вокруг этого сгустка кольцо.

Сгусток в центре со временем превратился в Солнце, а остальная материя образовала протопланетарный диск.

Планеты же образовались из материи этого диска. Притягивающиеся друг к другу частицы пыли и газа собрались в более крупные тела. Рядом с Солнцем смогли сформироваться в более плотные объекты только те сгустки, в которых присутствовала наибольшая концентрация металлов и силикатов. Так появились Меркурий, Венера, Земля и Марс. Поскольку металлические элементы слабо присутствовали в первичной солнечной туманности, планеты не смогли очень сильно вырасти.

Как появились планеты

В свою очередь такие гигантские планеты, как Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун, образовались уже где-то в точке между орбитами Марса и Юпитера — где-то за границей отрицательных температур, где материал замерзает настолько, что позволяет летучим соединениям сохранять твердую форму в виде льда. Разнообразие этого льда оказалось гораздо шире, чем разнообразие металлов и силикатов, из которых образовались планеты внутренней части Солнечной системы. Это позволило им вырасти настолько огромными, что в конечном итоге у них появились целые атмосферы из водорода и гелия. Оставшийся материал, который так и не был использован для образования планет, сосредоточился в других регионах, сформировав в конечном итоге пояс астероидов, пояс Койпера и облако Оорта.

Ранняя Солнечная система в представлении художника. Столкновение между собой частиц в аккреционном диске привело к формированию планетоземалей и в конце концов планет

В течение следующих 50 миллионов лет давление и плотность водорода в центре протозвезды стали достаточно высокими для начала термоядерной реакции. Температура, скорость реакции, давление и плотность продолжили возрастать до тех пор, пока не было достигнуто гидростатическое равновесие. С этого момента Солнце превратилось в звезду главной последовательности. Солнечные ветра создали гелиосферу, сметав при этом оставшийся от протопланетарного диска газ и пыль в межзвездное пространство и ознаменовав завершение процесса планетарного формирования.

История небулярной гипотезы

Впервые идея о том, что Солнечная система образовалась из туманности, была предложена в 1734 году шведским ученым и теологом Эммануилом Сведенборгом. Иммануил Кант, знакомый с работой Сведенборга, занялся дальнейшим развитием теории и опубликовал результаты в своей работе «Всеобщая естественная история и теория неба» в 1755 году. В ней он заявлял, что газовые облака (туманности) медленно вращаются, постепенно разрушаются и под действием гравитации сжимаются, формируя звезды и планеты.

Аналогичная, но менее детальная модель формирования была предложена Пьером-Симоном Лапласом и описана в труде «Изложение системы мира», который был опубликован в 1796 году. Лаплас теоретизировал на тему того, что первоначально Солнце имело атмосферу, расширенную на всю Солнечную систему, и в какой-то момент это «протозвездное облако» начало охлаждаться и уменьшаться. С увеличением скорости вращения облака оно выбросило излишнюю материю, из которой впоследствии сформировались планеты.

Туманность Sh 2-106. Компактная область звездообразования в созвездии Лебедя

Небулярная модель Лапласа получала широкое признание в течение 19-го века, хотя и содержала некоторые явные нестыковки. Основной вопрос вызывало угловое распределение импульса между Солнцем и планетами, которое небулярная теория не объясняла. Помимо этого, шотландский ученый Джеймс Клерк Максвелл (1831–1879) утверждал, что разность скорости вращения между внешней и внутренней частью протопланетарного диска не позволила бы материи накапливаться. Кроме того, теория была не принята также и астрономом сэром Дэвидом Брюстером (1781–1868), который однажды сказал:

«Те, кто считают, что небулярная теория верна, и уверены в том, что наша Земля получила свою твердую форму и атмосферу из кольца, брошенного из солнечной атмосферы, которое впоследствии было заключено в твердую терраквальную сферу, вероятнее всего, считают, что Луна образовалась таким же образом. [Если рассматривать с этой точки зрения], то на Луне тоже обязательно должна иметься вода и своя атмосфера».

К концу 20-го века модель Лапласа утратила доверие в лице ученых и заставила последних начать поиск новых теорий. Началось это, правда, не раньше самого конца 60-х годов, когда появился самый современный и самый широко признанный вариант небулярной гипотезы — модель солнечного небулярного диска. Заслуга принадлежит советскому астроному Виктору Сафронову и его книге «Эволюция допланетного облака и образование Земли и планет» (1969 год). В этой книге описаны практически все основные вопросы и загадки процесса планетарного формирования, и что важнее всего — ответы на эти вопросы и загадки четко сформулированы.

Если вам интересны новости науки и технологий, подпишитесь на нас в Яндекс.Дзен, чтобы не пропускать новые материалы!

Например, модель допланетного облака успешно объясняет появление аккреционных дисков вокруг молодых звездных объектов. Множественные симуляции также показали, что аккреция вещества в этих дисках ведет к формированию нескольких тел размером с Землю. Благодаря книге Сафронова вопрос происхождения планет земной группы (или землеподобных, если хотите) можно считать решенным.

Несмотря на то, что изначально модель допланетного облака применялась только в отношении Солнечной системы, многие теоретики считают, что ее можно использовать в качестве универсальной системы мер для всей Вселенной. Поэтому ее даже сейчас нередко используют для объяснения процесса формирования многих экзопланет, которые были нами найдены.

Недостатки небулярной гипотезы

Несмотря на то, что небулярная модель имеет широкое признание, она по-прежнему содержит ряд вопросов, которые не могут решить даже современные астрономы. Например, есть вопрос, связанный с наклоном. Согласно небулярной теории, все планеты, находящиеся вокруг звезд, должны обладать одинаковым наклоном осей по отношению к плоскости эклиптики. Но нам известно, что планеты внутреннего и внешнего кругов обладают совершенно разными наклонами осей.

В то время как планеты внутреннего круга обладают углом наклона осей, составляющим от 0 градусов, оси других (Земли и Марса, например) имеют угол наклона около 23,4 и 25 градусов соответственно. Планеты внешнего круга, в свою очередь, тоже обладают разными наклонами осей. Наклон оси Юпитера, например, составляет 3,13 градуса, в то время как у Сатурна и Нептуна эти показатели составляют 26,73 и 28,32 градуса соответственно. А Уран вообще имеет экстремальный наклон оси в 97,77 градуса, что фактически заставляет один из его полюсов постоянно находиться лицом к Солнцу.

Список потенциально обитаемых экзопланет согласно Planetary Habitability Laboratory

Кроме того, изучение планет вне Солнечной системы позволило ученым отметить несоответствия, которые ставят под сомнение небулярную гипотезу. Некоторые из этих несоответствий связаны с классом планет «горячие Юпитеры», чьи орбиты близко расположены к своим звездам, и периодом в несколько дней. Астрономы скорректировали некоторые моменты гипотезы, чтобы решить эти вопросы, но всех проблем это не решило.

Вероятнее всего, неразрешенные вопросы имеют наиболее близкое значение к пониманию природы формирования, и поэтому на них так трудно ответить. Просто когда мы думаем, что нашли наиболее убедительное и логичное объяснение, всегда остаются моменты, которые объяснить мы не в состоянии. Тем не менее мы прошли немалый путь, пока не пришли к нашим текущим моделям звездообразования и планетарного формирования. Чем больше мы узнаем о соседних звездных системах и чем больше исследуем космос, тем более зрелыми и совершенными становятся наши модели.

Источник

Как образовалась солнечная система

Будь в курсе последних новостей из мира гаджетов и технологий

Как образовалась Солнечная система?

Нашей Солнечной системе 4.5 миллиарда лет, и мы живем в относительно спокойное время: Солнце находится в середине жизненного пути, все планеты и большая часть комет давно приобрели устойчивые орбиты, а падение на нашу планету крупного астероида — из ряда вон выходящее событие, о котором долго пишут различные СМИ.

Но как мы пришли к такому благополучию? Как образовалось Солнце и планеты рядом с ним? Как планеты приобрели свои орбиты? Формирование Солнечной системы является сложной головоломкой для современной астрономии и потрясающей демонстрацией работы чудовищных сил гравитации, действующих в огромных временных рамках. Так что давайте разбираться.

Разумеется, Солнечная система не возникла из ничего. Все звезды образуются в результате коллапса туманностей, которые представляют собой рыхлые облака газа и пыли, и наше Солнце — и Солнечная система — ничем в этом плане не отличаются от других звезд и планетных систем. Астрономы называют такое образование «досолнечной туманностью», и, конечно, ее давно уже нет, но ученые видели достаточно звездных систем на различных стадиях формирования по всей галактике, чтобы получить достоверную общую картину.

Туманности — места активного звездообразования.

При этом исследователи могут вполне обоснованно сказать, что такая сверхновая взорвалась относительно недалеко по космическим меркам, потому что при таких звездных взрывах образуется большое количество определенных радиоактивных элементов, которые обычно не обнаруживаются внутри досолнечных туманностей, однако мы их наблюдаем в нашей Солнечной системе.

В результате в какой-то момент переход от туманности к Солнечной системе стал необратимым. В течение многих миллионов лет туманность сжималась и нагревалась, в конечном итоге достигнув точки, когда протосолнце было окружено тонким, быстро вращающимся диском из газа и пыли.

И тут началось самое интересное.

Четыре с половиной миллиарда лет назад наше Солнце еще не было такой яркой звездой, как сегодня. Оно было компактное и очень, очень горячее, но все же еще не достигло критической плотности и температуры, необходимых для поддержания ядерного синтеза в его ядре.

И, пока Солнце было на этой эмбриональной стадии, планеты начали свое медленное вальсирующее формирование. Ближе к юной звезде жара и света хватало, чтобы в этих областях оставался только каменистый материал: лед испарился, а различные газы, такие как водород и гелий, просто улетели вглубь молодой Солнечной системы. Оставшимся каменистым кускам ничего не оставалось, как медленно слипаться под действием гравитации, образуя все более крупные сгустки.

Протосолнце с протопланетами на художественном изображении.

В конце концов, по прошествии достаточного количества времени (а у Вселенной возрастом больше 13 миллиардов лет свободного времени, очевидно, хватает), эти кусочки сформировали планетезимали, маленькие зародыши планет. Их было много, и это было довольно жестокое время для нашей Солнечной системы, поскольку эти планетезимали сталкивались, разрушались и преобразовывались бесчисленное количество раз. Наша собственная Земля тогда столкнулась с объектом размером почти с Марс, и обломки от этого удара в конечном итоге стали Луной.

Однако за пределами области, которая в конечном итоге стала поясом астероидов, формирование планет происходило по-другому. Там было достаточно холодно, чтобы лед мог «выжить», позволяя ядрам планет вырастать до огромных размеров за короткий промежуток времени.

Затем эти большие ядра с мощной гравитацией стали притягивать окружающий материал, в основном как раз водород и газообразный гелий, улетевшие из внутренней части Солнечной системы. В итоге эти миры стали окутываться плотной пеленой атмосферы — так и родились планеты-гиганты.

Страшное время для внутренних планет — их буквально закидывало астероидами на протяжении сотен миллионов лет.

Но вот внешние газовые гиганты были окружены роями обломков, оставшихся от хаотического процесса строительства планет. В результате начались гравитационные танцы поистине космических масштабов.

Астрономы подозревают, что четыре планеты-гиганта нашей Солнечной системы — Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун — изначально сформировались гораздо ближе друг к другу, чем они находятся сегодня, и гравитационные взаимодействия с оставшимися вокруг них обломками заставили их сменить орбиты. На передел нашей Солнечной системы потребовались сотни миллионов лет, и ученых есть несколько возможных объяснений, как он мог произойти.

В одном из сценариев Юпитер и Сатурн двигались внутрь, к Солнцу, что заставило Уран и Нептун наоборот отодвинуться наружу. В другом сценарии планеты внешней Солнечной системы играли в игру «гравитационное перекидывание горячей картошки» с еще одной дополнительной пятой гигантской планетой, которая в конечном итоге была или полностью выброшена из Солнечной системы, или же находится сейчас на ее задворках (и может являться Девятой планетой). Ну и в последнем сценарии Юпитер мог приблизиться к орбите Марса, прежде чем вернуться обратно, нарушив тем самым орбиты остальных внешних миров.

Каким бы способом не происходила перестановка планет-гигантов, она вызвала настоящий хаос в Солнечной системе. Астрономы считают, что мигрирующие внешние планеты дали начало эпохе, названной поздней тяжелой бомбардировкой — из-за гравитационных возмущений начались интенсивные столкновений комет и астероидов во внутренней Солнечной системе около 4 миллиардов лет назад, и продолжался этот хаос несколько сотен миллионов лет.

Смещения орбит газовых гигантов нарушили стабильность всего оставшегося «строительного материала» в Солнечной системе, либо отправив его на далекие орбиты на замерзших окраинах нашей звездной системы (откуда различные кометы временами все же прилетают ближе к Солнцу), либо наоборот «запульнув» его внутрь, тем самым создав проблемы для каменистых планет.

Мы живем во времена стабильного Солнца, и оно еще долго не будет меняться.

Несмотря на эту катастрофическую бомбардировку, на самом деле все было не так уж плохо: процессия комет, устремившихся во внутреннюю часть Солнечной системы, в изобилии доставила воду на каменистые миры, потенциально помогая создать жизнь на Земле — разумеется, уже после того, как наша звездная система снова стала стабильной.

После окончания тяжелой бомбардировки около 3.8 миллиардов лет назад наша Солнечная система пришла в практически современное состояние: Солнце стало иметь почти современный вид, только светило чуть ярче. Все планеты заняли стабильные орбиты. Разве только газовые гиганты продолжали обзаводиться спутниками, «выдергивая» нестабильные булыжники из пояса астероидов или Койпера.

Что касается будущего, то сложно предсказать поведение системы из миллионов движущихся компонентов через несколько миллиардов лет. Но, вполне возможно, наша Солнечная система останется стабильной еще очень долгое время, пока в Солнце не кончится топливо и оно не превратится в красного гиганта, тем самым убив внутренние планеты.

Однако, возможно, глобальные изменения произойдут и раньше: так, за несколько миллиардов лет орбита Марса может стать более вытянутой и заходить за орбиту Земли, что может привести к катастрофическим последствиям. Аналогичная проблема может произойти и с Меркурием: его орбита может вытянуться, из-за чего гравитационное взаимодействие с Венерой может выкинуть его из Солнечной системы.

В любом случае, все эти возможные события произойдут крайне не скоро даже по меркам Вселенной, так что нам остается только радоваться, что мы живем в спокойный отрезок существования Солнечной системы.

Источник

Как образовалась Солнечная система

Людей всегда интересовало, как образовалась Солнечная система, ведь ответ на этот вопрос является ключом к пониманию множества космических событий и процессов. Поэтому была создана целая область науки, занимающаяся исследованием происхождения и эволюции небесных объектов, названная космогония.

Учёные, работающие в этой области, узнают данные из наблюдений за другими такими же телами или пытаются самостоятельно смоделировать ситуацию, основываясь на законах физики.

В 18-м веке, в период бурного развития астрономии, стали появляться предположения о том, как появилась Солнечная система. Их высказывали Кант, Лаплас, Джинс. Хотя они и не во всем были правы, но совершили большой прорыв, а также подтолкнули развитие этой области. На сегодняшний день люди располагают большими знаниями в космогонии, но до сих пор не существует такой теории, которая объяснила бы весь процесс того, как образовалась Солнечная система. Ведущую роль играет гипотеза туманностей, но даже она не способна ответить на вопрос, почему планеты имеют разный угол наклона оси вращения.

Основные этапы развития:

2. Далее начался гравитационный коллапс-явление быстрого сжатия массивного объекта. В этом случае в одной области собирается настолько много газа, что его давление становится меньше гравитационных сил. Вещество в центре всё больше уплотняется и становится областью аккреции — захвата окружающих частиц с помощью гравитации;

3. Третьим этапом того, как образовалась Солнечная система, является образование протосолнца из уплотненного горячего газа в центре. Появляется и дискообразная протопланетная туманность, которая со временем приобретает кольцевую структуру. Также учёные предполагают, что в этот период на внешней стороне объекта начинают собираться частицы пыли, которые и формируют будущие планеты;

4. Процесс уплотнения продолжается, звезда всё больше напоминает по размерам нынешнее Солнце. Температура повышается до таких пределов, что запускаются термоядерные реакции. Продолжается формирование небесных тел вокруг светила из частичек пыли, которые могут не только объединяться, но и сталкиваться. В этот период наиболее активно образуются планеты земной группы, т.е. Меркурий, Венера, Земля, Марс и их спутники, которые, по некоторым версиям, могут быть частицами этих тел, отколотыми при столкновении с другим объектом. Газовые гиганты уже завершают своё формирование. Интересно, что из таких массивных объектов может сформироваться вторая звезда. К примеру, Юпитеру, пятой и самой большой планете нашей системы, не хватило совсем немного массы (по астрономическим меркам) для того, чтобы стать маленькой звездой. Но если бы это произошло, то некому бы было рассуждать сейчас над этим вопросом, ведь жизни на Земле в такой неустойчивой системе двух звёзд могло бы и не появиться.

Спустя 4,6 млрд лет мы можем видеть Солнечную систему такой, какой она представляется сейчас. Учёные с каждым годом все активнее пытаются узнать, с чего и как началась наша история. Почему вдруг произошёл

Источник

Как образовалась Солнечная Система

образовалась Солнечная Система

Планеты возникают из облаков газа и пыли, вращающихся вокруг новых звезд. Миллиарды лет назад обстоятельства были как раз подходящими для образования Земли и других планет в нашей Солнечной системе.

Солнечная система, в которой мы живем, состоит из звезды среднего размера (Солнца) с восемью планетами, вращающимися вокруг нее. Планеты бывают двух разных типов. Четыре внутренние планеты, ближайшие к Солнцу, — это Меркурий, Венера, Земля и Марс. Они меньше по размеру и состоят в основном из металлов и горных пород. Четыре внешние планеты — Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун — больше по размеру и состоят в основном из газов.

Что такое планеты? Откуда они возникли? Почему некоторые из них могут быть скалистыми, а некоторые газообразными? Какая наша планета? В этой статье мы попытаемся ответить на эти вопросы.

Каждая из планет нашей Солнечной системы уникальна. Они различаются по размеру и составу. Источник: НАСА и проект «Большая история».

Возникновение Солнца.

Давайте рассмотрим, как появилась наша звезда. Пять миллиардов лет назад гигантское облако «плавало» в одном из спиральных рукавов галактики Млечный Путь. Это облако, которое астрономы называют туманностью, состояло из пыли и газа, в основном водорода и гелия, с небольшим процентом более тяжелых атомов. Более тяжелые атомы образовались раньше в истории Вселенной, когда другие звезды состарились и умерли.

Облако / туманность начало сжиматься, коллапсируя само на себя. При сжати атомы начали толкать друг друга, выделяя тепло. При нарастании тепла атомы сталкивались чаще и сильнее. В конце концов, они достигли температуры, при которой протоны в центрах атомов начали сливаться в процессе, называемом ядерным синтезом. Когда процесс завершился, крошечный кусочек материи превратился в огромное количество энергии, и родилась звезда. Так появилось наше Солнце.

Возникновение планет.

Вещество туманности, не поглощенное Солнцем, превратилось в плоский диск из пыли и газа, удерживаемый на орбите гравитацией звезды. Этот диск называется аккреционным. Материал в диске накапливается в результате дальнейшего наращивания — от слипания.

Каждая планета возникла с микроскопических пылинок в аккреционном диске. Атомы и молекулы начали слипаться или срастаться в более крупные частицы. Путем мягких столкновений некоторые зерна превращались в шары, а затем в объекты диаметром в километры, называемые планетезимали. Эти объекты были достаточно большими, чтобы притягивать другие под действием гравитации.

Если бы столкновения планетезималей происходили на высоких скоростях, они могли разрушить космические объекты. Но когда удары были достаточно мягкими, объекты объединилясь и росли. В течение от 10 до 100 миллионов лет эти протопланеты вращались вокруг Солнца, причем некоторые из них имели яйцевидную форму, что приводило к более частым столкновениям.

На этой иллюстрации показан аккреционный диск звезды, которая, как и наше Солнце, могла формировать планеты из пыли и газа вокруг нее. Источник: ESO / L. Calçada

Миры сталкивались, соединялись и эволюционировали в течение длительного периода времени. Когда все закончилось, осталось восемь стабильных планет, которые очистили свои орбиты. Планета определяется как космическое тело, вращающееся вокруг Солнца, достаточно массивное, чтобы его собственная сила тяжести сделала его сферическим, и очистило свое окружение от более мелких объектов.

В 2007 году исследователи из Калифорнийского университета в Дэвисе определили, что наша Солнечная система полностью сформировалась примерно 4,568 миллиарда лет назад. Они сделали это, определив возраст каменистых материалов из пояса астероидов.

Солнце излучало энергию и частицы постоянным потоком, называемым звездным ветром. Этот ветер оказался настолько сильным, что выдул большую часть газов с четырех ближайших к Солнцу планет, в результате чего они стали меньше и остались нетронутыми только камни и металлы. Вот почему их называют скалистыми планетами или планетами земной группы. Четыре внешние планеты находятся так далеко от Солнца, что солнечный ветер не смог унести их лед и газы. Они оставались газообразными, с небольшим каменистым ядром.

Внешние планеты изначально были созданы из большего количества газа (а именно водорода и гелия), чем другие, поскольку гравитация Солнца притягивала ближе более тяжелые материалы в первоначальном солнечном диске.

Между внутренней и внешней планетами лежит область, заполненная миллионами астероидов — небольшими скалистыми, ледяными и металлическими телами, оставшимися от образования Солнечной системы. В этой области не образовалось ни одной планеты. Астрономы предполагают, что гравитация Юпитера так сильно повлияла на этот регион, что никакая другая планета не могла сформироваться. Юпитер в 11 раз больше (в диаметре) Земли и более чем в два раза больше всех остальных планет вместе взятых.

Из четырех каменистых планет Меркурий — самая маленькая, примерно две пятых размера Земли. Земля и Венера почти одинакового размера, а Марс — примерно вдвое меньше. Астрономы предполагают, что более мелкий объект должен был столкнуться с Меркурием, испарив его кору и оставив только железное ядро ​​большего размера, чем обычно.

Условия на Земле.

Когда скалистые планеты сформировались, они в основном представляли расплавленную горную породу. На протяжении сотен миллионов лет они медленно охлаждались. В конце концов, Меркурий и Марс, потому что они маленькие, затвердели и стали жесткими.

Только на Земле и, возможно, на Венере условия остались в промежуточном состоянии. Земля осталась частично расплавленной. Ее кора представляет собой твердую породу, а мантия становится твердой на короткое время. А центр Земли состоит из твердого железного ядра, вращающегося в горячей жидкости, называемой магмой.

Некоторые ученые используют термин «условия Златовласки» для описания условий на Земле. Земля не слишком горячая и не слишком холодная, не слишком большая и не слишком маленькая, не слишком близко к Солнцу или слишком далеко, и идеально подходит для жизни.

Земля и Луна.

Ближайший к нам скалистый объект — Луна. Луна вращается вокруг Земли, а не Солнца, поэтому это не планета. Луна около четверти от размера Земли. Происхождение Луны остается загадкой, но поскольку астронавты ходили по Луне в 1969 году и принесли образцы горных пород и почвы, сейчас мы знаем о ней больше, чем раньше.

Стандартная теория сегодня гласит, что маленькая планета, размером примерно в одну десятую часть от Земли, должна была столкнуться с Землей около 4,45 миллиарда лет назад. Земля все еще была раскалена под возможно тонкой корой. Часть материала от удара была поглощена Землей, но часть материала вылетела в космос, где и конденсировалась в виде Луны. Сначала Луна вращалась намного ближе к Земле. Она все еще удаляется со скоростью почти четыре сантиметра в год.

Луна существенно влияет на условия на Земле. Гравитация Луны вызывает приливы в океанах, уменьшает колебание Земли (что помогает стабилизировать климат) и замедляет вращение Земли. Раньше Земля совершала оборот вокруг своей оси за 12 часов, но теперь оборот занимает 24 часа.

Плутон и за его пределами.

До 2006 года было принято, что в нашей Солнечной системе девять планет, а не восемь. Девятый, Плутон, вращается дальше всего от Солнца.

Однако в 2006 году Международный астрономический союз заявил, что Плутон не считается планетой. Он меньше Луны. Он вращается далеко в поясе астероидов за Нептуном (хотя Плутон периодически приближается к Солнцу, чем Нептун), и ему не хватает собственной гравитации, чтобы очистить окрестности вокруг себя. Поэтому его понизили до «карликовой планеты» или планетезималя.

Облака пыли и газа окружают зарождающиеся звезды в туманности Ориона. Источник: НАСА / ЕКА и Л. Риччи (ESO).

Астрономы уверены, что наша Солнечная система образовалась в результате аккреции, потому что теперь они могут увидеть аналогичный процесс, происходящий в туманности Ориона. Формирующая планету область находится на ближней стороне гигантского облака, охватывающего большую часть созвездия Ориона, в 1500 световых годах от Земли. С 1993 года астрономы обнаружили там несколько сотен звезд в процессе формирования, большинство из которых окружены кольцами пыли в аккреционных дисках, точно таких же, как и то, которое породило солнечную систему. Облака пыли и газа вокруг новых звезд в туманности Ориона могут развиться в планетные системы, подобные нашей.

В 1995 году астрономы в Швейцарии впервые обнаружили планету за пределами нашей Солнечной системы, вращающуюся вокруг обычной звезды. Такая планета называется внесолнечной планетой или экзопланетой. Большинство из них — гиганты, более близкие по размеру к Юпитеру, поскольку более крупные планеты оказалось легче обнаружить за сотни световых лет от нас. Большинство из них обнаруживаются не прямыми наблюдениями, а косвенно путем измерения влияния их гравитации на родительскую звезду или наблюдения за тем, как тускнеет свет родительской звезды по мере того, как планета проходит перед ней.

Таким образом, планеты — это тела, вращающиеся вокруг звезды. Планеты формируются из частиц в диске газа и пыли, сталкиваясь и слипаясь, вращаясь вокруг звезды. Ближайшие к звезде планеты имеют тенденцию быть более скалистыми, потому что звездный ветер уносит их газы и потому, что они состоят из более тяжелых материалов, притягиваемых гравитацией звезды. В Солнечной системе, Земля — ​​одна из четырех каменистых планет, но уникальная, с твердыми и расплавленными слоями.

Источник

Биография Солнечной системы

700 млн лет – столько понадобилось для того, чтобы сформировалась наша Солнечная система. Невеликий срок в масштабах Вселенной. Но все ключевые события для нашего «солнечного семейства» успели произойти именно за это время. Какие же?

В начале было облако

Сжатие происходило очень быстро. Помимо этого, облако еще и вращалось. Дело в том, что все вокруг нас, включая галактику, находится в постоянном вращении. Вращение – это часть физики звездного коллапса. Когда в газопылевом облаке возникла гравитация, оно не только стало быстрее вращаться, но и расплющилось в диск. В условиях стремительного сжатия и хаотичного вращения газ и пыль начали уплотняться во множество комков. Эти комки были ничем иным, как будущими звездами.

Очень скоро часть этого облака станет раздробленной Солнечной системой, в центре которой засияет яркая протозвезда. Она начнет поглощать пыль и газ, из которых тогда состояла солнечная туманность. Большая часть из всего этого «мусора» окажется в недрах Солнца, а из мизерных остатков образуются планеты, спутники, астероиды и даже мы сами.

Солнечная система была не единственным «ребенком» огромного газопылевого облака, одновременно с ней на свет «рождаются» и ее «братья» – другие звездные системы.

То же самое мы можем наблюдать сегодня в созвездии Ориона, через которое протянулось гигантское молекулярное облако протяженностью в сотни световых лет. В некоторых местах видно, как из этих комков образуются молодые звезды, словно гигантские диско-шары, подсвечивающие окружающий их газ всеми цветами радуги.

Туманность Ориона / ©NASA

На сегодняшний день существует два подхода к вопросу образованию планетных систем. Один из них – это развитие идей советского ученого Виктора Сафронова, так называемая модель аккреции на ядро. Согласно этой модели, сначала образуется некая заготовка планеты, зародыш, каменное ядро, на которое потом аккрецирует газ, и образуется уже планета-гигант наподобие Юпитера, Сатурна или других планет-гигантов. Второй подход связан с попытками объяснить образование планет в протопланетном диске тем же механизмом, который приводит и к образованию звезд, то есть гравитационной неустойчивостью. Если диск достаточно массивен, и в нем достаточно много вещества, то могут образовываться какие-то неоднородности, которые будут сжиматься под действием собственной тяжести. Если они будут достаточно массивны, они будут падать внутрь себя, коллапсировать и превращаться в массивные планеты. В научной среде преимущество пока имеет первая – сафроновская теория образования планет.

Планетезимали

В «младенчестве» у Солнечной системы не было никаких планет. Самого Солнца как такового тоже не существовало – была лишь небольшая протозвезда, свет от которой был очень тусклым из-за скопленных вокруг нее газа и пыли. Впрочем, планеты будут формироваться очень быстро.

Как эти, так и другие элементы, объединяет одно – они пока находятся здесь в виде микроскопических частиц. Но уже очень скоро путем аккреции их начнет притягивать друг к другу, и они превратятся в камни и кусочки льда, которые, в свою очередь, тоже притянет вместе. Из них образуются более-менее большие каменные куски (примерно 1 км на 1,5 км), называемые планетезимали. Это первый строительный материал, из которого через 3 млн лет сформируются протопланеты – «зародыши» планет.

Художественное видение линии снега / ©ESA

Газовые гиганты

А пока протопланеты схожи по размерам с Луной. Сталкиваясь между собой, они образуют большие планеты. Планеты внутренней Солнечной системы – Меркурий, Венера, Земля и Марс – получились небольшими, меньше внешних, потому что им досталось меньше строительного материала (ближе к звезде, там, где достаточно горячо из-за ее излучения, не могут конденсироваться льды, не могут конденсироваться в твердое вещество вода, аммиак и другие газы, поэтому там возможно образование только каменных планет. Поэтому эти планеты получаются менее массивными, ведь для их образования доступно меньше вещества).

Буквально за 3 млн лет появляется гигант Солнечной системы – молодой замерзший Юпитер. Прежде чем стать газовым гигантом, Юпитер был суперземлей – крупной каменной планетой, масса которой в несколько раз превышает массу Земли. Он продолжал расти, притягивая к себе все новые протопланеты. Из-за своей массы Юпитер стал «гравитационным разбойником». Как космический пылесос он поглощал все газы на своем пути и за 100 тыс. лет нарастил 90% своей нынешний массы.

Другие планеты внешней Солнечной системы – Сатурн, Уран и Нептун – последовали его «хулиганскому» примеру. И хотя накопить столь убедительную «мышечную» массу большинству из них все же не удалось, Юпитер и Сатурн в конечном итоге вобрали в себя 92% всего не солнечного вещества!

Благодаря «прожорливости» этих двух гигантов за 10 млн лет существования молодой Солнечной системы в ней кончился практически весь газ, в частности, водород и гелий, из-за которых так быстро выросли Юпитер и Сатурн. Их неуемная «жадность», однако, сыграла на руку их более «скромным» собратьям. Ведь если бы Юпитер и Сатурн не притянули весь газ и пыль, мы могли бы лицезреть наше Солнце лишь как довольно тусклый нечеткий диск. Впрочем, не могли бы – в отсутствии нормального солнечного света жизнь на нашей планете едва ли могла достигнуть такого разнообразия, чтобы на ней появились столь любопытные существа как Homo sapiens. Солнце, впрочем, способствовало этому и само. Ведь оно продолжало вбирать в себя водород и гелий, иначе не выросло бы до таких размеров, так и оставшись протозвездой. Юпитер, кстати, и сам бы мог стать звездой, если бы обладал значительно большей массой.

©Wikimedia commons

Второе рождение Солнца

Внутренние планеты

Солнце созрело, а сформировавшиеся Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун улетели за снеговую линию. Между тем, в горячей внутренней области, где было много камней и мало газа, творился хаос: крошечные протопланеты продолжали сталкиваться и расти.

Образование внутренних планет Солнечной системы продолжалось в 10 раз дольше, чем формирование газовых гигантов. Спустя 75 млн лет этот процесс подошел к концу. Пыль этих «боев» рассеялась, и из глубин космоса проступили очертания четырех внутренних планет – Меркурия, Венеры, Земли и Марса.

Детство нашей Земли тем не менее было трудным. В то время, когда протоземля достигла нынешних размеров и заняла стабильную орбиту, у нее был космический преследователь. Считается, что на начальных стадиях развития Землю сопровождала другая протопланета – Тея. У нее была почти такая же орбита, как и у Земли. Она буквально следовала за ней по пятам. Неудивительно, что подобный «контроль» рано или поздно должен был вылиться в ожесточенный «конфликт» – планеты столкнулись. И вновь великие бедствия обернулись великим созиданием – из обломков Теи и самой Земли сформировался спутник – Луна (читайте об этом в прошлом номере журнала в статье «История Земли за 30 минут»). Выжив в катаклизме и сформировав Луну, Земля стала одной из самых стабильных планет внутренней Солнечной системы. Вероятно, это еще одна причина, почему именно на ней появилась жизнь (по крайней мере, столь разнообразная).

Кольцо астероидов и пояс Койпера

Казалось бы, формирование планет закончено, но между Марсом и Юпитером и по сей день существует кольцо, которое давным-давно должно было превратиться в еще одну планету. Но рождение ее невозможно – «злодейка-судьба» в образе гиганта Юпитера не позволяет ей сформироваться: гравитационная сила газовой планеты постоянно сталкивает астероиды и не дает им притянуться друг к другу.

Ближе к краю Солнечной системы, за орбитой Нептуна, расположилось еще одно кольцо астероидов – пояс Койпера. В нем много камней и льда, но все они летают так далеко друг от друга, что почти никогда не сталкиваются, потому не образуют планет.

Объекты основного пояса показаны зеленым цветом, рассеянного диска – оранжевым. Четыре внешних планеты выделены голубым цветом, троянские астероиды Нептуна – желтым, Юпитера – розовым. Появление промежутка в нижней части рисунка связано с нахождением в этой области полосы Млечного пути, скрывающей тусклые объекты / ©Wikimedia Commons

Помимо кольца астероидов и пояса Койпера, в Солнечной системе существует и гипотетическая сферическая область, называемая облаком Оорта. Именно она, по мнению многих исследователей, считается «родиной» долгопериодических комет. И хотя инструментально существование облака Оорта не подтверждено, многие косвенные данные указывают на его существование. Считается, что облако Оорта является остатком исходного протопланетного диска, который сформировался вокруг Солнца примерно 4,6 млрд лет назад. Общепринятая гипотеза гласит, что объекты облака Оорта первоначально формировались намного ближе к Солнцу в том же процессе, в котором образовались планеты и астероиды, но гравитационное взаимодействие с молодыми планетами-гигантами, такими, как Юпитер, отбросило эти объекты на чрезвычайно вытянутые эллиптические или параболические орбиты.

Поздняя тяжелая бомбардировка

Впрочем, через 50 млн лет после рождения Солнечной системы в поясе Койпера и кольце астероидов было в 100 раз больше тел, чем сегодня. Все они сыграли разрушительную, но очень важную роль в эволюции каменистых внутренних планет, включая нашу Землю.

Причиной драмы, однако, стали тогда газовые гиганты, чьи сместившиеся орбиты чуть не погубили Солнечную систему. Когда Юпитер вошел в резонанс с Сатурном, возникло гравитационное возбуждение и произошла катастрофа – планеты разлетелись по Солнечной системе. Две планеты – Нептун и Уран, пострадали больше всех. Их орбиты поменялись местами.

Резонанс Юпитер-Сатурн основательно проредил и пояс астероидов, и пояс Койпера. 99% тел в поясах астероидов и Койпера разлетелась, большая часть из них оказалась за пределами Солнечной системы. Но некоторые отправились внутрь. Земля, как и другие каменистые планеты, оказалась на линии огня. Это событие известно как поздняя тяжелая бомбардировка. Но принцип «нет худа без добра» сработал снова. Многие ученые считают, что именно такие бомбардировки могли принести на Землю воду, а заодно и органические минералы и вещества, из которых позже развилась жизнь.

С тех пор, насколько известно современной науке, серьезных катаклизмов в Солнечной системе не происходило. Многие вообще считают ее нетипичной по сравнению с другими подобными системами именно в силу ее стабильности. Неужели мы – особенные.

Солнечная система должна просуществовать еще порядка 5 млрд лет – до тех пор, пока термоядерная реакция в недрах Солнца не прекратится и оно не расширится. Когда это произойдет, оно превратится в красного гиганта и поглотит Меркурий, Венеру и, возможно, нашу Землю. Но даже если наша планета и избежит этой участи, жизнь на ней станет совершенно невозможной из-за близости гигантского Солнца. Зона обитаемости сместится к самым краям планетной системы. Впрочем, из-за чрезвычайно увеличившейся площади поверхности Солнце будет гораздо более «прохладной» звездой, чем прежде. После этого нашу систему ждет еще большая трагедия – Солнце вновь начнет сжиматься. Это будет происходить до тех пор, пока оно не превратится в белого карлика – звездное ядро, необычайно плотный объект в половину первоначальной массы светила, но размером всего лишь с Землю. Процесс «умирания» Солнца, как и всего в этом мире, начался еще в момент его рождения. Поскольку Солнце сжигает запасы водородного топлива, выделяющаяся энергия, поддерживающая ядро, имеет тенденцию заканчиваться, заставляя звезду сжиматься. Это увеличивает давление в ее недрах и нагревает ядро, таким образом ускоряя сжигание топлива. В результате Солнце становится ярче примерно на десять процентов каждые 1,1 млрд лет, и станет ярче еще на 40% в течение следующих 3,5 млрд лет.

Источник

Рождение Солнечной системы

Одним из главных вопросов, ответ на который долгое время ищут исследователи космического пространства, является вопрос о рождении Солнечной системы. Изучение небесных тел данной области помогает сформировать все новые и более логичные гипотезы о происхождении нашей звездной системы. Поиск разгадки подталкивает человечество к улучшению исследовательской техники, а также к расширению горизонтов понимания Вселенной.

В данной статье вы узнаете самые современные теории о рождении и формировании Солнечной системы.

Когда появилась

Самой принимаемой в научном сообществе гипотезой о том, как появилась Солнечная система, является небулярная модель. Ее основная идея заключается в том, что наша звездная система сформировалась из газопылевого облака.

Небулярную гипотезу первым сформулировал немецкий философ Кант в 1755 году. В последующем она неоднократно проверялась и улучшалась. На данный момент именно ее придерживается большинство исследователей космоса.

По гипотезе Канта, Солнце и планеты вокруг него появились из массивного водородного облака путем его сильного гравитационного сжатия. Произошло это около 4,6 млрд. лет назад. Образование самой звезды заняло около 10 миллионов лет, а на окончательное формирование остальных объектов ушло до нескольких сотен тысячелетий. В последующем возникли такие структуры, как пояс астероидов и планетарные спутники.

Этапы формирования

Разберем основные тезисы небулярной гипотезы возникновения Солнечной системы. Вначале рождается центральная звезда. Она формируется из огромного облака холодного водорода. В определенным момент водородная масса начинает быстро сжиматься под действием гравитационных сил, т.е. коллапсировать. От нее отделяются фрагменты, которые также подвергаются гравитационному коллапсу и сжимаются до размеров звезд. Эти части облака зовутся протозвездными туманностями.

Образование Солнца

Туманность начинает постепенно притягивать к себе огромные массы межзвездной пыли и газа, за счет чего начинается ее орбитальное движение. В центральной части данной области газ начинает сжиматься, образуя раскаленное ядро звезды. Постепенно коллапс туманности проходит и ускоряется вращательный момент протозвезды. Газ и пыль вокруг нее приобретают значительное ускорение.

После набором протозвезды достаточной массы путем приращения газа и материи, запускается процесс термоядерных реакций в ее ядре. Для этого масса протозвезды должна быть в 80 раз больше массы Юпитера. С момента формирования туманности до запуска в протозвезде термоядерных реакций проходит в среднем 100000 лет.

Новая звезда еще очень мала – она находится в стадии коричневого карлика. Она продолжает аккрецировать материю из туманности и постепенно в течение нескольких сотен миллионов лет превращается в звезду солнцеподобного типа.

После того, как значительная часть массы протозвездной туманности сформировало звезду, вокруг нее образуется протопланетный диск. Постепенно молодая звезда и окружающее ее пространство остывает, что приводит к конденсации летучих веществ. Формируются пылевые частички, начинающие слипаться между собой. Так постепенно образуются планетазимали – «кирпичики» диаметром не более 1 км, из которых строятся планеты.

Формирование планет внутренней группы

Планеты внутренней группы сформировались в тех областях протопланетного диска, где температура слишком высока для существования частиц льда и газа в диком состоянии. Поэтому эти объекты построены преимущественно из термоустойчивых горных пород. Планетазимали вначале быстро приращивают массу, достигая диаметра более километра. Далее крупные фрагменты притягивают к себе более мелкие, пока запас планетазималей в диске не окажется полностью исчерпан. Наступает стадия окончательного формирования Солнечной системы и приобретения ее телами определенной орбиты. Весь процесс возникновения планеты внутренней группы занял от 10 до 100 миллионов лет.

Возникновение газовых гигантов

Формирование газовых гигантов более сложный процесс. До момента образования крупных планетазималей их развитие подобно планетам земного типа. Но в их составе содержатся частицы льда, и они наращивают свою массу путем аккреции газа из протопланетного диска. Это возможно, т.к. во внешней области будущей звездной системы температуры относительно невысоки. Процесс сбора газа занимает несколько миллионов лет до истощения газовых запасов диска. Формирование газовых гигантов оказывает значительное влияние на количество твердотельных планет внутри системы. Чем раньше началось образование газовых планет, тем меньше строительного материала останется на формирование землеподобных тел.

Одной из заключительных стадий эволюции Солнечной системы стало образование главного пояса астероидов. Считается, что он образован из «строительного материала», оставшегося после формирования основных планет. Возникновение же спутников у планет могло идти тремя основными путями:

Будущее Солнца

Наша звездная система будет сохранять относительную стабильность до истощения запасов водорода внутри солнечного ядра. Стареющее Солнце будет быстро увеличиваться в размерах и излучать все больше энергии. Через 1 млрд. лет поверхность Земли разогреется до состояния полного испарения воды мирового океана. Облака водяного пара усилят парниковый эффект, еще больше разогрев планету. Еще через 2,5 млрд. лет Земля по условиям станет схожа с современной Венерой, а вот Марс станет вполне пригоден для жизни.

Через 7 млрд. лет запасы солнечного водорода полностью закончатся, и звезда начнет выжигать водород из окружающей оболочки. Это приведет к ее разрастанию и переходу в стадию красного гиганта. Меркурий, Венера и Земля будут поглощены огромной звездой.

Солнечное ядро будет быстро набирать массу, пока в нем не запустится термоядерная реакция преобразования гелия в углерод. Эта стадия продлится еще несколько сотен миллионов лет, а после сбросит в космическое пространство огромные массы звездного вещества. Сформируется планетарная туманность. Оставшиеся небесные тела сдвинутся со своих орбит, приобретя хаотичное движение. Еще через 75 тысяч лет красный гигант полностью преобразится в белого карлика, который постепенно будет остывать и угасать. Оставшиеся вокруг планеты также будут остывать и умирать вместе с центральной звездой. По подсчетам ученых, вся эволюция Солнечной системы от рождения до смерти займет около 12,5 млрд. лет.

Перечень альтернативных теорий

Кроме небулярной гипотезы Канта есть и другие идеи о том, как появилась Солнечная система. Наиболее популярными из них являются:

Источник

Как появилась Солнечная система и Земля? Теории и современный взгляд

С древнейших времен человечество интересовал вопрос о сотворении нашего мира. Долгое время любопытство людей удовлетворяли сначала языческие мифы, а потом и священные тексты мировых религий. Однако развитие науки, а в особенности астрономии, подтолкнуло людей к поиску научного объяснения возникновения Земли.

Гипотеза Ж. Бюффона

Одним из первых ученых, предложившим свою теорию образования нашей планеты, стал Жорж Бюффон. В 1749 г. он опубликовал труд «Естественная история», в котором и описал свою идею. Согласно ей, в древности в Солнце врезалась гигантская комета, в результате чего от светила отделилась несколько фрагментов, которые со временем образовали планеты солнечной системы.

Теория Канта

Ещё одна попытка объяснить возникновение Земли была предпринята Иммануилом Кантом в 1755 г. Он предположил, что ранее Вселенная была наполнена множеством пылевых частиц, отличавшихся своими размерами и массой. Из-за действия гравитационных сил они стали притягиваться друг к другу, образуя Солнце, а также пылевое облако вокруг него. Постоянные столкновения между частицами привели к вращению звезды и облака, из которого в дальнейшем образовались планеты. При этом планеты изначально были холодными, а не остывали в процессе своего появления.

Гипотеза Лапласа

Пьер Симон Лаплас пересмотрел теории Канта. Он полагал, что существовала так называемая первичная туманность, которая была сильно разогрета, но при этом вращалась. На каждую частицы туманности действовало две противоположные силы – притягивающая к центру сила тяжести и центробежная сила, связанная с вращением туманности. В результате часть вещества туманности образовала Солнце, а другие части – планеты, включая Землю.

Также Лаплас предположил, что на вращение планет большое влияние оказывают силы приливов и отливов. Великий математик обосновал сою гипотезу рядом расчетов, однако всё же и она оказалась ошибочной, хотя и оставалась основной вплоть до начала XX века.

Теория Джинса

В 1919 году физик Джеймс Джинс высказал мнение, что Солнечная система сформировалась из-за прохождения рядом с нашим светилом другой массивной звезды. Ее сила тяжести оторвала от нашего светила часть вещества, которое со временем превратилось в планеты. Однако более точные расчеты показали ошибочность этой теории. Оторванное вещество должно было либо снова упасть на Солнце, либо навсегда покинуть ее орбиту и улететь вслед за пролетавшей мимо звездой.

Гипотеза Шмидта

В 1944 г. советский ученый Отто Шмидт предположил, что Земля и другие планеты Солнечной системы возникли после того, как рядом с нашей звездой пролетело метеоритное облако. Солнце захватило его своей силой притяжения, после чего одна часть материала облака упала на поверхность светила, а другая часть образовала планеты. Недостаток этой теории заключается в том, что вероятность образования планет вокруг звезд оказывается слишком низкой. В последнее же время было обнаружено огромное количество экзопланет, то есть планет за пределами Солнечной системы. Поэтому процесс формирования планет должен объясняться более вероятным событием.

Современные представления о возникновении Солнечной системы

Предполагается, что раньше на месте нашей планетной системы существовала огромная звезда Коатликуэ, имевшая массу в 30 раз больше современной солнечной массы. Коатликуэ взорвалась и образовала огромное молекулярное облако. Примерно 4,6 млрд лет назад из него стало формироваться Солнце. Начало этого процесса вызвало явление гравитационного коллапса – быстрого сжатия вещества вследствие действия его собственной силы тяжести.

Что же вызвало подобный гравитационный коллапс? Дело в том, что произошло уплотнение вещества в одной из частей облака. Причиной этого уплотнения мог стать пролет крупного небесного тела, ударная волна от взрыва звезды или просто случайные колебания частиц облака. В любом случае возникшее уплотнение стало притягивать к себе всё больше и больше других частиц. Возник эффект, который в науке называют «положительной обратной связью»: рост массы вещества в районе уплотнения увеличивал силу его тяжести, что в свою очередь увеличивало приток нового вещества и приводило к росту массы материи в центре.

Из-за сжатия облако, имевшее небольшое начальное вращение, увеличивало свою угловую скорость. Таким образом работал закон сохранения углового момента. Одновременно с этим из-за увеличения плотности материи в центре облака температура там начинала возрастать. В какой-то момент она достигла значений в миллионы градусов, что привело к запуску термоядерной реакции. Этот момент можно считать временем рождения Солнца.

В начале XXI века среди ученых возобладало мнение, что планеты не сразу заняли положение на своих современных орбитах. 4,5 млрд лет назад они находились значительно ближе к Солнцу, чем сейчас. Теоретически в районе пояса астероидов могла образоваться ещё одна планета, однако этого не произошло из-за формирования Юпитера. Этот гигант обладает огромной массой, поэтому он стал выкидывать из тела из пояса астероидов. Некоторые из астероидов попали во внутреннюю Солнечную систему и бомбардировали уже сформировавшиеся там планеты.

За счет этих бомбардировок на Земле появилась вода. Дело в том, что ее молекулы слишком легкие, и поэтому они не могли появиться на нашей планете на начальной стадии ее формирования. Однако при падении на нее астероидов из отдаленных и более холодных районов Солнечной системы.

В начальный период своего возникновения Земля была сильно разогрета. Однако после прекращения эпохи бомбардировок начался процесс ее остывания. Изначально поверхность планеты была жидкой, и более легкие элементы всплывали в верхние слои, а более твердые опускались глубже. Со временем из-за остывания Земли образовалась твердая земная кора, однако под ней до сих пор находится жидкая мантия. Опустившиеся вглубь металлы образовали металлическое ядро, которое сегодня создает магнитное поле планеты. Этот процесс занял 10 миллионов лет. Атмосфера Земли образовалась в результате высокой вулканической активности. Газы вырывались из недр земли наружу, однако из-за силы тяжести планеты не могли покинуть ее.

Источник

Как образовалась Солнечная система

Солнечная система > Как образовалась Солнечная система

Тысячелетиями люди пытались понять, как появился мир. Но большую часть времени все теории строились на обычных догадках и спорах. Только в 16-18 веках начали искать научное обоснование всему.

Если речь идет о том, как образовалась Солнечная система, то на первом месте стоит небулярная гипотеза. Она утверждает, что Солнце и прочие объекты в системе появились из туманного материала миллиарды лет назад.

Небулярная гипотеза образования Солнечной системы

По сути, Солнечная система появилась с огромнейшего скопления молекулярного газа и пыли. Но 4.57 миллиардов лет назад случилось непредвиденное событие, заставившее его рухнуть. Это могла быть ударная волна от сверхновой или же гравитационный коллапс в самом облаке.

После этого некоторые участки начали сгущаться, образуя более плотные регионы. Они втягивали еще больше материи и начинали вращаться, а из-за роста давления еще и нагревались. Большая часть материала накапливалась в центре, а остатки расплющивались на диске. Центральный шар стал Солнцем, а все остальное – протопланетный диск.

Пыль и газ на диске продолжали сливаться, пока не образовывали крупные тела – планеты. Расположенные ближе к Солнцу собирали металлы и силикаты (Меркурий, Венера, Земля и Марс). Но металлические элементы были представлены в небольшом количестве, поэтому перечисленные планеты выросли до малых размеров.

Между Марсом и Юпитером появились планеты-гиганты, потому что расположенный на такой удаленности материал был достаточно холодным, чтобы летучие ледяные соединения оставались твердыми. Ледышки доминировали, поэтому они смогли набрать массивности и захватить больше водорода и гелия. Оставшийся мусор перебрался в пояс Койпера и облако Оорта.

Художественная интерпретация ранней Солнечной системы, где столкновение между частичками в аккреционном диске привело к формированию планет

За 50 миллионов лет уровень плотности и давление водорода так выросли, что позволили активировать термоядерный синтез. Температурные показатели, давление, и скорость росли, чтобы обеспечить гидростатическое давление. Солнечный ветер сформировал гелиосферу и сдул пылевые и газовые остатки с протопланетного диска, завершив процесс.

Астрофизик Сергей Попов о сверхмассивных черных дырах, образовании планет и аккреции вещества в ранней Вселенной:

История изучения образования Солнечной системы

В 1734 году эту гипотезу выдвинул Эммануил Сведенборг. Ее развил Иммануил Кант, утверждавший, что газовые облака медленно вращаются, разрушаются и становятся плотными из-за гравитации и появления планет и звезд.

В меньшем масштабе эту идею обсуждал Пьер-Симон Лаплас в 1796 году. Он полагал, что наша звезда Солнце с самого начала обладала расширенной горячей атмосферой, которая увеличивалась и сокращалась. По мере вращения облако сбрасывало материал, который затем уплотнялся и создавал планеты.

Sh 2-106 – район образования звезд в созвездии Лебедь

В 19 веке модель Лапласа обрела популярность, но с ней возникали трудности. Главная проблема состояла в распределении углового момента между звездой и планетами. Тем более, Джеймс Максвелл утверждал, что между внешними и внутренними кольцами существует разная скорость вращения, что не позволит материалу конденсироваться. Также против выступил Дэвид Брюстер, утверждавший, что в таком случае, Луна должна была перебрать часть земной воды и обладать атмосферой.

В 20-м веке эта модель потеряла сторонников и ученые стали искать новые объяснения. Но в 1970-м году она возрождается в обновленном виде – модель солнечного небулярного диска (SNDM), созданная Виктором Сафроновым (1972 год). Он сформулировал практически все главные проблемы в процессе формирования планет и большинству нашел объяснения.

Например, она прекрасно разъясняла наличие аккреционных дисков вокруг молодых звезд. Разные модели также демонстрировали, что аккреция материала приводит к появлению тел земного размера. Если сначала идея применялась только для нашей системы, то позже ее масштабировали до размеров Вселенной.

Проблемы при изучении образования Солнечной системы

Теория туманности считается наиболее популярной для объяснения того, как появилось Солнце и Солнечная система, но она все еще страдает от проблем, которым не могут найти решение. Возьмем, к примеру, не состыковку с наклонными осями. Небулярная теория говорит о том, что звезды должны быть наклонены одинаково относительно эклиптики. Но ведь мы знаем, что у внешних и внутренних планет они отличаются.

Наклон оси внутренних планет системы практически достигает 0°, а вот Земля и Марс наклонены на 23.4° и 25°. Уран вообще смещен на 97.77° и его полюса смотрят на Солнце.

Список потенциально пригодных для жизни экзопланет

Свою долю скептицизма добавило и изучение экзопланет. Например, раздор вносит наличие «горячих юпитеров», совершающих обороты вокруг звезд за несколько дней. Ученым пришлось корректировать гипотезу, но недочеты еще остаются.

Узнать все подробности о нашем происхождении и прошлой истории Солнечной системы все еще сложно. Как только кажется, что нашли ответ, появляется новая проблема. Но в исследовании Вселенной мы проделали долгий путь. И дальнейшее изучение поможет заполнить пробелы.

Источник

Что появилось раньше: Солнце или планеты солнечной системы?

Гипотеза о появлении планет и эволюции звезд: как образовалось Солнце и каим образом вокруг него образовалась Солнечная система.

Солнечная система не уникальна в своем роде: у многих звезд наблюдаемых с Земли, есть собственная “семья” планет. Однако факт остается фактом – не у всех звезд. Возможно дело в возрасте “родителя” планетной системы, ведь известно, к примеру, что у 10% звезд, находящихся в окрестностях Солнца, есть избыточное инфракрасное излучение: очевидно, это связано с присутствием вокруг таких звезд пылевых дисков, которые, возможно, являются начальным этапом формирования планетных систем.

Однако, хотя в общих чертах процесс образования “солнечных систем” вполне понятен, то в частных вопросах образования этих самых систем, остается очень много вопросов.

Например, о механизме образования планет в Солнечной системе, нет общепризнанных заключении.

Классическая схема образования планетной системы: сперва из общего облака пыли притянутого молодой звездой формируются относительно крупные куски материи, затем их движение упорядочивается силами гравитации, и на выходе имеем стройную и работающую как часовой механизм уравновешенную систему

Солнечная система образовалась примерно 5 млрд. лет назад, причем Солнце – звезда второго (или еще более позднего) поколения. Так что Солнечная система возникла на продуктах жизнедеятельности звезд предыдущего поколения, скапливавшихся в газопылевых облаках.

Вообще, сегодня мы больше знаем о происхождении и эволюции звезд, чем о происхождении собственной планетной системы, что не удивительно: звезд много, а известная нам планетная система – одна. Накопление информации о Солнечной системе еще далеко от завершения. Сегодня мы видим ее совершенно иначе, чем даже тридцать лет назад.

И нет гарантии, что завтра не появятся какие-то новые факты, которые перевернут все наши представления о процессе ее образования.

Как образовалась солнечная система?

Существует довольно много гипотез образования Солнечной системы. В качестве примера изложим гипотезу шведских астрономов X. Альвена и Г. Аррениуса. Они исходили из предположения, что в природе существует единый механизм планетообразования, действие которого проявляется и в случае образования планет около звезды, и в случае появления планет-спутников около планеты. Для объяснения этого они привлекают совокупность различных сил – гравитацию, магнитогидродинамику, электромагнетизм, плазменные процессы.

К моменту, когда начали образовываться планеты, центральное тело системы (звезда) уже существовало. Чтобы образовать планетную систему, центральное тело должно обладать магнитным полем, уровень которого превышает определенное критическое значение, а пространство в его окрестностях должно быть заполнено разреженной плазмой. Без этого процесс планетообразования невозможен.

Солнце имеет магнитное поле. Источником же плазмы служила корона молодого Солнца. Сегодня она стала меньше, но даже сейчас планеты земной группы (Меркурий, Венера, Земля, Марс) практически погружены в разреженную атмосферу Солнца, а солнечный ветер доносит ее частицы и к более далеким планетам. Так что, возможно, корона молодого Солнца распространялась до современной орбиты Плутона.

Альвен и Аррениус отказались от традиционного допущения об образовании Солнца и планет из одного массива вещества, в одном нераздельном процессе. Они считают, что сначала из газопылевого облака возникает первичное тело, затем к нему извне поступает материал для образования вторичных тел. Мощное гравитационное воздействие центрального тела притягивает поток газовых и пылевых частиц, пронизывающих пространство, которому предстоит стать областью образования вторичных тел.

Для такого утверждения есть основания. Были подведены итоги многолетнего изучения изотопного состава вещества метеоритов, Солнца, Земли. Обнаружены отклонения в изотопном составе ряда элементов, содержащихся в метеоритах и земных породах, от изотопного состава тех же элементов на Солнце. Это говорит о различном происхождении этих элементов.

Отсюда следует, что основная масса вещества Солнечной системы поступила из одного газопылевого облака и из него образовалось Солнце. Значительно меньшая часть вещества с другим изотопным составом поступила из другого газопылевого облака, и она послужила материалом для формирования метеоритов и частично планет. Смешение двух газопылевых облаков произошло примерно 4,5 млрд. лет назад, что и положило начало образованию Солнечной системы.

Возможно примерно так выглядел первый этап эволюции Солнечной системы: солнце «запасается» строительным материалом

Солнце создает планеты

Молодое Солнце, предположительно обладавшее значительным магнитным моментом, имело размеры, превышавшие нынешние, но не доходившие до орбиты Меркурия. Его окружала гигантская сверхкорона, представлявшая собой разреженную замагниченную плазму.

Как и в наши дни с поверхности Солнца вырывались протуберанцы, но выбросы тех лет имели протяженность в сотни миллионов километров и достигали орбиты современного Плутона. Токи в них оценивались в сотни миллионов ампер и больше. Это способствовало стягиванию плазмы в узкие каналы. В них возникали разрывы, пробои, откуда разбегались мощные ударные волны, уплотнявшие плазму на пути их следования.

Плазма сверхкороны быстро становилась неоднородной и неравномерной. Поступавшие из внешнего резервуара нейтральные частицы вещества под действием гравитации падали к центральному телу. Но в короне они ионизировались, и в зависимости от химического состава тормозились на разных расстояниях от центрального тела, то есть с самого начала имела место дифференциация допланетного облака по химическому и весовому составу.

Существование критической скорости, с достижением которой нейтральная частица, движущаяся ускоренно в разреженной плазме, скачком ионизируется, подтверждается лабораторными экспериментами. Оценочные расчеты показывают, что подобный механизм способен обеспечить накопление необходимого для образования планет вещества за сравнительно короткое время порядка ста миллионов лет.

Сверхкорона, по мере накопления в ней выпадающего вещества, начинает отставать в своем вращении от вращения центрального тела. Стремление выровнять угловые скорости тела и короны заставляет плазму вращаться быстрее, а центральное тело замедлять свое вращение. Ускорение плазмы увеличивает центробежные силы, оттесняя ее от звезды. Между центральным телом и плазмой образуется область очень низкой плотности вещества. Создается благоприятная обстановка для конденсации нелетучих веществ путем их выпадения из плазмы в виде отдельных зерен.

Достигнув определенной массы, зерна получают от плазмы импульс, и далее движутся по кеплеровской орбите, унося с собой часть момента количества движения в Солнечной системе: на долю планет, суммарная масса которых составляет только 0,1% от массы всей системы, приходится 99% суммарного момента количества движения.

Выпавшие зерна, захватив часть момента количества движения, следуют по пересекающимся эллиптическим орбитам. Множественные соударения между ними собирают эти зерна в большие группы и превращают их орбиты в почти круговые, лежащие в плоскости эклиптики. В конце концов, они собираются в струйный поток, имеющий форму тороида (кольца). Этот струйный поток захватывает все частицы, которые с ним сталкиваются, и уравнивает их скорости со своей.

Затем эти зерна слипаются в зародышевые ядра, к которым продолжают прилипать частицы, и они постепенно разрастаются до крупных тел – планетезималий. Их объединение образует планеты. А как только планетные тела оформляются настолько, что возле них появляется достаточно сильное собственное магнитное поле, начинается процесс образования спутников, в миниатюре повторяющий то, что произошло при образовании самих планет около Солнца.

Формирование Солнечной системы: хотя ещё видны гигантские облака пыли и космического мусора, уже появились «зародыши» будущих планет, а «строительный мусор» постепенно сегрегируется и компонуется на разных расстояниях от молодой звезды

Так, в этой теории, пояс астероидов – это струйный поток, в котором из-за нехватки выпавшего вещества процесс планетообразования прервался на стадии планетезималий. Кольца у крупных планет – это остаточные струйные потоки, оказавшиеся слишком близко к первичному телу и попавшие внутрь так называемого предела Роша, где гравитационные силы «хозяина» так велики, что не позволяют образоваться устойчивому вторичному телу.

Метеориты и кометы, согласно модели, формировались на окраине Солнечной системы, за орбитой Плутона. В отдаленных от Солнца областях существовала слабая плазма, в ней механизм выпадения вещества еще работал, но струйные потоки, в которых рождаются планеты, образовываться не могли. Слипание выпавших частиц привело в этих областях к единственно возможному результату – к образованию кометных тел.

Сегодня есть уникальные сведения, полученные запущенными с земли космическими аппаратами, о планетных системах Юпитера, Сатурна, Урана. Можно уверенно говорить о наличии общих характерных особенностей у них и у Солнечной системы как целого.

Конечно, это только гипотеза, и она требует дальнейшей разработки. Так же пока не имеет убедительных доказательств предположение, что образование планетных систем является закономерным процессом для Вселенной. Но косвенные данные позволяют утверждать, что, по крайней мере, в определенной части нашей галактики планетные системы существуют в заметном количестве.

Известно, например, что все горячие звезды, температура поверхности которых превышает 7000 К, имеют и высокие скорости вращения. По мере перехода к все более холодным звездам на определенном температурном рубеже возникает внезапный резкий спад скорости вращения.

Звезды, входящие в класс желтых карликов (типа Солнца), температура поверхности у которых порядка 6000 К, имеют аномально низкие скорости вращения, почти равные нулю. Скорость вращения Солнца – 2 км/с. Низкие скорости вращения могут быть результатом передачи 99% первоначального момента количества движения в протопланетное облако.

Если это предположение, верно, то наука получит точный адрес для поиска планетных систем.

Источник

Происхождение и эволюция солнечной системы

Мы живём в удивительном и разнообразном мире. Он настолько уникален, что порой кажется, как такое возможно. Давайте кратко и понятно разберём происхождение Солнечной системы.

Наша планета Земля вращается вокруг звезды, а, кроме неё еще несколько планет, кометы, спутники. Всё это называется Солнечная система, существует несколько вариантов теории происхождения солнечной системы. Но все они примерно сводятся только к одному, солнечная система образовалась в результате гравитационных сил.

Гравитация — это, конечно, хорошо, но нужен строительный материал. То есть, из чего гравитация «слепила» Солнечную систему – это планеты, спутники, кометы.

Рождение Солнца

Для начала разберёмся каков возраст солнечной системы. По последним научным данным образование солнечной системы началось 4,6 миллиарда лет назад из молекулярного облака. Солнечная система находится в галактики Млечный путь, а образовалась галактика 13,6 миллиарда лет.

Возникает резонный вопрос, а что же было на месте где сейчас находиться Солнечная система.

По последним научным данным, наше Солнце – это звезда второго поколения. Как это, спросите вы? Всё довольно просто.

Звёзды первого поколения принято считать звёзды, которые образовались после Большого взрыва. Они состояли из водорода и гелия.

А наша звезда Солнце – это остатки от звезды первого поколения. То есть, она не «чистая» звезда — в нашем Солнце, кроме водорода и гелия, уже присутствую тяжёлые элементы.
Тяжёлые элементы синтезировались в звезде первого поколения в результате термоядерных реакций.

Звезда первого поколения была очень большая и быстро сжигала своё топливо, водород. В результате она сожгла весь водород и стала сжигать гелий, звезда стала расширяться и превратилась в красного гиганта.

После взрыва, вокруг новой звезды, образовалась молекулярное облако – строительный материал для образования солнечной системы.

Далее, пошли в ход гравитационные силы, из которых стали образовывается планеты, спутники. Вот мы вам примерно и описали как возникла солнечная система.

Конечно, ведутся новые исследования, наука не стоит на месте и теории происхождения солнечной системы будут дополняться или манятся, но нам важно понять основные понятия происхождение солнечной системы.

Протосолнце и протопланеты, нарисовано художником.

Эволюция солнечной системы

Долгое время учёные считали, что солнечная система за все время своего существования практически никак не изменялась. Но последние исследования показали, что эволюция солнечной системы происходила практически постоянно.

Так, стало известно, что солнечная система была компактной, пояс Койпера был расположен значительно ближе к Солнцу. Но, что самое интересное, что в солнечной системе были и другие планеты, по размеру приблизительно как Юпитер. Но давай по отдельности разберёмся и поймём, как происходила эволюция солнечной системы.

Планеты земной группы

Под конец формирования, в солнечной системе было от 50 до 100 протопланет. Напомним вам, что протопланета – это не со совсем сформировавшийся планета, это зародыш планеты, который прошёл процесс внутреннего плавления.
Так вот таких протопланет в солнечной системе было около сотни, они в течение сотни миллионов лет, сталкивались, сливались. В результате получились известные четыре планеты земной группы. Кроме этого, есть версия, что Луна, образовалась от столкновения, когда ещё Земля была протопланетой и, по всей видимости, она столкнулась с аналогичным объектом.

Пояс астероидов

Как известно, между Марсом и Юпитером находится пояс астероидов. Долгое время считалась, там раньше находилась планета, которая была разрушена. В результате чего и образовался это пояс.

Последние исследования не подтвердили эту гипотезу. Первоначально, эта область имела немало материи для строительства 2 или 3 планет, подобию Земли.

Похоже, на первоначальной стадии всё так и происходило, но относительно близко сформировался газовый гигант Юпитер. Под действием орбитальных сил, многие протопланеты, были выкинуты из пояса. Некоторые, попали во внутреннюю солнечную систему, что помогло формированию планет земной группы, а возможно и Луны планеты Земля. Другие были выкинуты во внешние границы солнечной системы.

Планетная миграция

Согласно гипотезе происхождения солнечной системы, две планеты Уран и Нептун находятся не на своём месте. Где их наблюдают сейчас, они не смогли бы сформироваться. Согласно теории возникновение солнечной системы, Уран и Нептун первоначально, находились рядом с Сатурном и Юпитером.

Под действием протопланет, которые ещё не сформировались в полноценные планеты, так вот под их действием, Сатурн и Юпитер вошли между собой в орбитальный резонанс. Произошло это примерно 4 миллиарда лет назад, напомним, что возраст солнечной системы примерно 4,6 миллиарда лет.

Произошло следующее, Сатурн делал один оборот вокруг Солнца, а Юпитер за то же время делал два оборота. Всё это привело к гравитационному давлению на внешние планеты.

Последствия были таковы, что две планеты Уран и Нептун были выкинуты на дальние границы солнечной системы. По той же причине объясняется происхождение пояс Койпера и Облако Оорта.

Бомбардировка планет

Активная бомбардировка планет происходила, когда происходила миграция планет. Так как многие протопланеты были выдавлена во внешние и внутренние границы солнечной системы, то планеты были подвержены активному метеоритному бомбометанию. До сих пор мы видим последствия на Луне, Меркурии, в виде гигантских кратеров.

Всё это происходило, 4 млрд лет назад. Сейчас такие столкновения очень редкие.

Последнее столкновение произошло в 2009 году, когда на Юпитер упал неизвестный объект. В результате на планете образовалось большое тёмное пятно, размером с Тихим океаном.

Всё это говорит, только об одном, что эволюция солнечной системы продолжается.

Как сформировались спутники планет

Образование спутников происходило по трём основным правилам, это:

Наш мир продолжает меняться, и эволюция солнечной системы продолжается. Мы привыкли, что солнечная система не изменится и так как она выглядит сейчас будет существовать вечно, но это не так. Давайте заглянет в будущее.

Будущее солнечной системы

Можно задать такой вопрос, на каком сейчас этапе формирования тел солнечной системы? Солнечная полностью сформирована система и устойчива.

По последним научным данным, солнечная система является стабильной системой. То есть больших изменений в ближайшее время не стоит ждать. Самые большие изменения будут происходить с изменением состояния Солнца.

Солнце

Солнце источник жизни на Земле, но в будущем это и гибель для всего живого на Земле.

Солнце — это огромный источник энергии, энергия требует топливо, для звезды это водород. По мере израсходования водорода, Солнце будет все горячее. Примерно через каждые 1 млрд лет, Солнце будет становиться жарче на 10%.

Чем это грозит земле? Большие изменения уже наступят уже через миллиард лет. Жить на Земле будет практически невозможной, начнутся испаряться океаны. Что приведёт к парниковому эффекту.

Этот процесс будет идти долго и примерно через 3,5 млрд лет жизнь на Земле прекратится. У человечества есть два варианта. Первое закопаться глубоко в Землю или покинуть её.

Уйти глубоко под землю конечно вариант, но жить как кроты мало кому захочется.

Покинуть Землю, вариант получше. Тем более что Марс к тому времени будет отличным прибежищем для человечества. Марс станет благоприятной планетой для проживания.

Но Солнце не остановится и по мере сжигания водорода будет увеличивается в размерах и превратится в красный гигант и произойдёт это пресно через 7,5 млрд лет.

Солнце увеличится в размере в 256 раз от сегодняшнего размера. Меркурий, как первая планета от Солнца будет поглощена, Венера – вторая планета также будет уничтожена Солнцем.

Что же будет с Землёй? К тому времени жить на Земле уже будет невозможно, даже глубоко под землёй. Но вот поглотит ли её Солнце – это вопрос пока остаётся открытым.

Расширения Солнца продолжится, оно расширится ещё в тысячу раз, но потом произойдёт сброс оболочки, которая послужит для образования новых планет или звёзд.

После сбрасывания оболочки Солнце превратится в белого карлика. Вместе с оболочкой звезда потеряет и массу, что ведёт к нарушению гравитационных сил.

Многие планеты могут столкутся между собой или разлетятся в разные стороны. В любом случае орбиты оставшихся планет изменятся кардинально.

Изменения Солнца на белом карлике не остановятся, в дальнейшем наша звезда превратится в чёрного карлика.

После этого солнечная планета станет темной и холодной, жизнь на оставшихся планетах будет невозможна. Это будет конец.

Весь процесс от рождения звезды до смерти займёт 12,5 млрд лет. Как нам известно возраст солнечной системы 4,6 млрд лет, то есть сейчас мы находимся примерно на середине жизненного пути нашей солнечной системы.

Что ждёт человечество

Мы с вами прошли долгий путь от возникновения солнечной системы до заката и рассмотрели различные теории происхождения солнечной системы, но вывод можно сделать один. Жизнь на планете Земля не может существовать вечно, рано или поздно, но человечеству придётся принять решение и покинуть планету.

Некоторое время Марс сможет стать для человека убежищем, но в дальнейшем и он станет непригодным для жизни.

Есть вариант спрятаться глубоко под землю, где возможна жизнь за счёт внутреннего тепла планеты.

Кто знает, как уйдут человеческие технологии в будущем, возможно мы сможем прекратить планету в огромный космический корабль. В котором человек отправится в другие миры, к другим звёздам, где будет воссоздан новый дом и новая солнечная система и история начнётся заново и где будут заново изучать новое происхождение солнечной системы. Но мы этого никогда не узнаем.

Источник

Солнечная система

Происхождение солнечной системы

Солнце и солнечная система образовалась около 4.5 миллиарда лет назад. Солнечная система возникла из облака, в состав которого входили газ и движущиеся частички пыли. Под воздействием своего веса из него образовался диск, в центре которого образовалось Солнце.

Постепенно внутри диска стали образовываться твёрдые материалы. Они сталкивались друг с другом, в результате чего образовались крупные небесные тела. Их размер соответствует существующим планетам. Внутри туманностей, где температура была достаточно высокой, образуются скалистые планеты. Далеко от центра формируются планеты – гиганты, они содержали большое количество льда, а также их окружал густой слой газа.

Внутри Солнечной системы температура ещё выше, и планеты образуются из скалистых обломков солнечной туманности. Они входят в соприкосновение друг с другом, образуя крупные небесные тела. Они притягивают друг друга, опираясь на силу закона гравитации, и дают рождение планетам земной группы. Атмосфера Земли и Венеры, самых крупных среди них, плотная.

Атмосфера Марса, меньшего по размеру планеты, имеет меньшую плотность, а на Меркурий, самой маленькой планете этой группы, она очень разрежена по сравнению с земной практический отсутствует.

Вне Солнечной системы, напротив, или благодаря большому количеству крупных небесных тел, или из-за избытка воды, формируются огромные тела, окружённые естественными спутниками. Их масса примерно в десять раз превышает массу Земли, а сила гравитации настолько велика, что способна поддерживать плотную атмосферу и притягивать к себе часть газообразной туманности (которая окружила Солнечную систему на заре её появления.) Именно здесь формируются газообразные планеты – гиганты.

Астероиды возникли из малейших скалистых обломков, сформировавшиеся внутри Солнечной системы в начальном периоде её существования. Они в основном располагаются между орбитами Марса и Юпитера. Самые крупные из астероидов относят к малым планетам (их так и называют), остальные можно рассматривать как объекты, чуть больше крупных камней неправильно формы.

Первый астероид, Церера, был открыт в 1801 г. Итальянским астрономом Джузеппе Пиацци. Диаметр Цереры составляет около 1000 км. Длина несколько превышает эту цифру. Подсчитано, что суммарная масса астероида меньше 1/1000 массы Земли.

В 1993 г. космический челнок “Галилей” передал на землю фотографии, сделанные в близи двух астероидов – Гаспры и Иды. Они имеют неправильную форму, их поверхность изрыта кратерами. Длина Иды составляет только 55км, но этот астероид имеет небольшой спутник – Атиллу. Его диаметр составляет около 1.5 км.
Состав астероидов не одинаков. Поверхность 75% астероидов тёмная, неблестящая, но есть астероиды, состоящие из сероватых скалистых образований или имеющие металлический блеск.

Кометы наиболее красивые тела Солнечной системы. Некоторые из них связанны Солнцем силами притяжения. Они движутся вокруг него по вытянутым эллиптическим орбитам различных размеров и периодически появляются, как известная комета Галлея. Она возвращается к Солнцу с периодичностью около 76 лет и вращается между Солнечной системой и местом, расположенным за орбитой Нептуна.

Существует гипотеза, согласно которой большая часть комет зародилась за орбитой Плутона, где находятся многочисленные куски льда, оставшиеся после формирования Солнечной системы. Считается, что в этом районе, называемом туманностью Оорта по фамилии астронома, выдвинувшего эту гипотезу, существует около 100 миллиардов ядер комет. Их можно увидеть только в периоды их притяжения в Солнечную систему.

Ядро из “грязного снега”

Ядро кометы было описано астрономом Фредом Уипплом. Он представлял его как “шар из грязного снега”, так как ядро состоит из смеси льда, каменистых веществ и пыли.
Когда комета приближается к Солнцу, его жар вызывает испарение жидкости изо льда. Ядро, диаметр которого составляет несколько километров, окутывается газом, образуя хвост кометы, который тянется на тысячи километров. Отражённый от хвоста солнечный свет делает комету видимой. Как правило, масса кометы составляет одну миллиардную часть от массы Земли.

Ежегодно астрономы наблюдают в среднем 20 комет. Некоторые из них – новые, то есть раньше их не кто не фиксировал, а некоторые – так называемые периодичные, то есть они появляются через определённое количество лет. Очень редко комета начинает светиться, и тогда её можно увидеть не вооружённым глазом.

Источник

Как образовалась наша Солнечная система и планета Земля?

Краткий рассказ о том, как зажигаются звезды. Ну, и формируются планеты, конечно же.

Внутренняя зона этого диска была наполнена обломками камней. Но верхняя граница, снеговая линия, состояла из заледеневшего метана, аммиака и воды. Причем, преимущественно из воды – и тому есть простое объяснение.

Образование Солнечной системы и планеты Земля

Столкновения тем временем продолжались. Крошечные частички пыли и льда соединялись, благодаря трению и статическому электричеству, пока не возникла гравитация. В результате они превратились в планетезимали (“сгусток” материи вокруг протозвезды).

Планетезимали – это первый строительный камень Солнечной системы. Они были маленькими, диаметром с 1-1,5 километра, однако, их было просто бесчестное количество. именно им, в дальнейшем, предстояло “сбиться” в планеты.

Через 3 миллиона лет после взрыва планетезимали превратились в зародыши планет или протопланеты. Протопланеты состояли из планетезималей, и были уже значительно больше, размером с нашу Луну. Их было попрежнему очень много, они бесконечно сталкивались, притягивались и отталкивались друг от друга. Постепенно самые “удачливые” протопланеты стали “собирать” на себя все больше недавних “одноклассников”. Причем чем больше становилось ядро протопланеты, тем больше и легче получался у неё этот процесс.

В результате таких столкновений за 3 миллиона лет возникла первая молодая планета, ставшая в будущем настоящим монстром Солнечной системы – Юпитером. Прежде, чем стать планетой-гигантом, Юпитер был “супер-Землей “– раз в 10 – 15 больше Земли. Молодой Юпитер ещё не был газовым гигантом и состоял из камней и льда, однако его масса продолжала увеличиваться.

В результате столкновения с протопланетой размером примерно соответствующим его собственным, Юпитер, резко прибавивший в размерах, начал “тащить” к себе всё до чего мог дотянуться. Его гравитация стала притягивать материалы из окружающего пространства как гигантский космический пылесос, и очень скоро планета раздулась до совершенно немыслимого размера. За считанные 100000 лет (пустяк по космическим меркам) Юпитер “всосал” все газы на своем пути и увеличил массу на 90% от исходного состояния.

Его примеру, хотя и в меньших масштабах, последовали Сатурн, Нептун и Уран, также ставшие газовыми гигантами. Конечно, планеты даже не думали о справедливости (ах, если бы планеты могли о чем-то думать…) и “брали всё” из окружающего пространства. Естественно, больше всего вещества успели “отхватить” те, кто пришел к раздаче раньше всех. Именно поэтому, в Солнечной Системе 92% несолнечной массы приходится на две соседние планеты: Юпитер и Сатурн.

Естественно не надо считать, что эти двое “сожрали” весь газ в Солнечной Системе. Как только молодая звезда-Солнце оформилась и “заработала”, она сама очистила свои владения, солнечным ветром разогнав излишки остатков “строительного материала вселенной”.

Юпитер и Сатурн к этому времени успели притянуть достаточно материала, поэтому они такие большие. Уран и Нептун чуть припозднились и не успели вырасти. Поэтому они меньше Юпитера и Сатурна.

Какой бы увидели Солнечную систему в то время инопланетные астрономы, если бы смотрели на нее с большого расстояния? Телескоп Хаббл сделал снимки различных протопланетных дисков в зоне формирования звезд на расстоянии 1350 световых лет от Земли. Если бы мы смотрели прямо, то увидели бы просто звезду, окруженную диском. Но когда мы смотрим под углом, то пыль и газ полностью загораживают звезду и блокируют ее свет.

Только спустя 10 миллионов лет после начала формирования Солнечной системы, когда пыль и газ исчезли, Солнце ярко засияло в пространстве. Хотя оно еще не превратилось в настоящую звезду и в тот момент выглядело странновато. Спектр света был другим – Солнце обладало огромной энергией, как сейчас, но было более красным. Поэтому в то время Солнечная система была не такого цвета, как сегодня. Протозвезда была оранжево-желтой и напоминала бурлящий котел.

Родилась новая звезда.

Когда образовалось Солнце и стало таким, каким мы его знаем сейчас, остальная Солнечная система еще не созрела. На 40 млн. лет раньше замерзшие газовые гиганты, улетевшие за “снеговую линию”, перестали расти и достигли стабильности. А в горячей внутренней области, где было мало газа и было много камней, царил хаос. То есть, в то время, когда Солнце уже стало полноценной звездой, планеты во внутренней области еще пытались расти.

Крошечные протопланеты продолжали сталкиваться, становились больше. В результате образовались четыре планеты во внутренней области. Но возле орбиты Юпитера до сих пор находится узкая область, где правят планетазимали, а протопланеты – так и не сформировались. Это Пояс астероидов, где Юпитер мешает формироваться другим планетам.

Пояс астероидов Солнечной системы

Юпитера – самая большая планета, у него самая большая гравитация. На заре формирования Солнечной системы Юпитера вошел в Пояс астероидов, ускорил движение планетезималей и заставил сталкиваться с разрушительной силой.

Пояс астероидов – единственная область в Солнечной системе, где планеты не образуются. По краям Солнечной системы в ледяном молчании летает еще одно кольцо небесных тел – Пояс Койпера. Это область за пределами орбиты Нептуна. В нем полно камней и льда, расположенных далеко друг от друга. Они не сталкиваются и не образуют планету, потому что не подлетают слишком близко. Через 50 млн. лет после зарождения Солнечной системы в Поясе Койпера и в Поясе астероидов было в 100 раз больше тел, чем сегодня. Эти тела сыграли разрушительную, но важную роль в эволюции каменистых внутренних планет, включая Землю.

Итак, “внутренние” планеты формировались в 10 раз дольше гигантов, находящихся за снеговой линией. Только спустя 75 миллионов лет этот процесс подошел к концу.

В 150 миллионах километров от молодого Солнца, Протоземля достигла размеров планеты и заняла стабильную орбиту. Но у нее был космический преследователь – считается, что на начальном этапе Землю сопровождала другая планета, протопланета Тея. У нее была такая же орбита, как у Земли, она следовала почти по тому же пути. Миллионы лет эти планеты гонялись друг за другом вокруг Солнца. И в один момент произошло столкновение, имевшее для Земли серьезные последствия.

Тея и Земля столкнулись, вероятно, по касательной, Тея просто “чиркнула” нашу планету боком и скрылась в неизвестном направлении (а может и развалилась на части). Однако столкновение было настолько чудовищным, что обломки обоих небесных тел взметнулись в космос, и хотя часть их вновь упала на нашу планету, оставшихся хватило для того, чтобы со временем из них образовался естественный спутник Земли – Луна.

Следующая драма произошла с газовыми гигантами, чьи сместившиеся орбиты чуть не погубили Солнечную систему. Через 500 миллионов лет после формирования планет Солнечной системы, они по-прежнему были окружены обломками или остатками планетарного диска. В молодой солнечной системе группа из трех планет находилась гораздо ближе к Солнцу, чем сейчас.

Первая орбита Нептуна была внутри орбиты Урана, но потом они поменяли их. А в обоих Поясах было в 100 раз больше материала. Гравитация планет-гигантов постоянно притягивает материал из обоих поясов. Каждый раз большие планеты перетасовывают планетезимали. Хоть результат вначале незаметен, но возможно из-за этого гигантские планеты сместились на новые орбиты.

Раньше внешние планеты слегка смещались, мигрировали. Сатурн, Уран и Нептун отправляли планетезимали Солнцу, а сами отдалялись от Солнца. Юпитер же отшвыривал планетезимали на огромные расстояния, даже за пределы Солнечной системы. Это значит, что сам он должен при этом сдвигаться. Когда планета отбрасывает планетезимали, она сама немного смещается, это закон сохранения энергии, ведь она дает гравитационный толчок планетезимали. При этом планета теряет часть энергии и сама смещается на более низкую орбиту.

За полмиллиарда лет миллионы слабых гравитационных рывков слегка изменили орбиты больших планет. Земля и другие молодые планеты могли оказаться в условиях, пригодных для жизни. Но их чуть не уничтожили газовые гиганты Юпитер и Сатурн, которые достигли переломной точки – резонанса. Когда Юпитер вошел в резонанс с Сатурном, случилась катастрофа. Резонанс означает, что когда Сатурн делает один оборот вокруг Солнца, Юпитер делает два. В результате Юпитер и Сатурн оказались в одной части Солнечной системы.

Гравитационный хаос, который внесли Юпитер и Сатурн, повлиял на планеты и их спутники внутренней Солнечной системы, вызвав событие, известное как поздняя бомбардировка. Гравитация гигантов притянула множество материала из внешней Солнечной системы во внутреннюю, так, что внутренние планеты оказались атакованы целым роем комет и астероидов, буквально изрешетившими их поверхность кратерами.

Впрочем, худа без добра не бывает. Вполне возможно, что свои гигантские запасы воды наша Земля приобрела как раз в то время, “переварив” ледяные ядра комет и астероидов. Да-да, некоторые ученые всерьез считают, что такое количество воды на нашей планете – результат то самой поздней бомбардировки.

Спустя 4 млрд. 600 млн. лет после рождения Солнечной системы угроза столкновения с огромным астероидом по-прежнему существует. Но, хотя они и несут для нас опасность, они же дают и ответы на вопросы.

Только изучая крошечные астероиды и метеориты долетающие до земли, можно понять действительно ли Солнечная система сформировалась так, как мы думаем. Такая категоричность не случайна, приведу просто пример: в начале 2011 года астрохимики из Аризонского университета определили возраст одного из метеоритов найденных в Северной Африки в 4 млрд. 568 млн. лет. Это старейший материал на Земле. Только подумайте об этом – камень, который старше самой планеты.

Источник