Материал из Википедии и видео (фильм компании США Flight 33 Productions и Workaholic Productions).
Согласно современным представлениям, формирование Солнечной системы началось около 4,6 млрд лет назад с гравитационного коллапса небольшой части гигантского межзвёздного молекулярного облака. Большая часть вещества оказалась в гравитационном центре коллапса с последующим образованием звезды Солнца. Вещество, не попавшее в центр, сформировало вращающийся вокруг него протопланетный диск, из которого в дальнейшем сформировались планеты,их спутники, астероиды и другие малые тела Солнечной системы.
Гипотеза об образовании Солнечной системы из газопылевого облака - небулярная гипотеза - первоначально была предложена в XVIII веке Эммануилом Сведенборгом, Иммануилом Кантом и Пьером-Симоном Лапласом. В дальнейшем её развитие происходило с участием множества научных дисциплин, в том числе астрономии, физики, геологии и планетологии. С началом космической эры в 1950-х годах, а также с открытием в 1990-х годах планет за пределами Солнечной системы (экзопланет), эта модель подверглась многократным проверкам и улучшениям для объяснения новых данных и наблюдений.
В общих чертах, процесс формирования нашей системы можно описать следующим образом:
Спусковым механизмом гравитационного коллапса стало небольшое(спонтанное) уплотнение вещества газопылевого облака (возможными причинами чего могли стать как естественная динамика облака, так и прохождение сквозь вещество облака ударной волны от взрыва сверхновой, и др.), которое стало центром гравитационного притяжения для окружающего вещества - центром гравитационного коллапса. Облако уже содержало не только первичные водород и гелий, но и многочисленные тяжёлые элементы (Металличность), оставшиеся после звёзд предыдущих поколений. Кроме того, коллапсирующее облако обладало некоторым начальным угловым моментом.
В процессе гравитационного сжатия размеры газопылевого облака уменьшались и, в силу закона сохранения углового момента, росла скорость вращения облака. Из-за вращения скорости сжатия облака параллельно и перпендикулярно оси вращения различались, что привело к уплощению облака и формированию характерного диска.
Как следствие сжатия росла плотность и интенсивность столкновений друг с другом частиц вещества, в результате чего температура вещества непрерывно возрастала по мере сжатия. Наиболее сильно нагревались центральные области диска.
При достижении температуры в несколько тысяч кельвинов, центральная область диска начала светиться - сформировалась протозвезда. Вещество облака продолжало падать на протозвезду, увеличивая давление и температуру в центре. Внешние же области диска оставались относительно холодными. За счёт гидродинамических неустойчивостей, в них стали развиваться отдельные уплотнения, ставшие локальными гравитационными центрами формирования планет из вещества протопланетного диска.
Планеты земного типа
Гигантское столкновение двух небесных тел, возможно, породившее спутник Земли Луну
В конце эпохи формирования планет внутренняя Солнечная система была населена 50-100 протопланетами с размерами, варьирующимися от лунного до марсианского. Дальнейший рост размеров небесных тел был обусловлен столкновениями и слияниями этих протопланет между собой. Так, например, в результате одного из столкновений Меркурий лишился большей части своей мантии, в то время как в результате другого был рождён спутник Земли Луна. Эта фаза столкновений продолжалась около 100 миллионов лет до тех пор, пока на орбитах не осталось 4 массивных небесных тела известных сейчас.
Одной из нерешённых проблем данной модели является тот факт, что она не может объяснить, как начальные орбиты протопланетных объектов, которые должны были обладать высоким эксцентриситетом, чтобы сталкиваться между собой, смогли в результате породить стабильные и близкие к круговым орбиты оставшихся четырёх планет. По одной из гипотез, эти планеты были сформированы в то время, когда межпланетное пространство ещё содержало значительное количество газо-пылевого материала, который за счёт трения снизил энергию планет и сделал их орбиты более гладкими. Однако этот же самый газ должен был предотвратить возникновение большой вытянутости в первоначальных орбитах протопланет. Другая гипотеза предполагает, что коррекция орбит внутренних планет произошла не за счёт взаимодействия с газом, а за счёт взаимодействия с оставшимися более мелкими телами системы. По мере прохождения крупных тел сквозь облако мелких объектов последние из-за гравитационного влияния стягивались в регионы с более высокой плотностью, и создавали таким образом «гравитационные гребни» на пути прохождения крупных планет. Увеличивающееся гравитационное влияние этих «гребней», согласно этой гипотезе, заставляло планеты замедляться и выходить на более округлую орбиту.
Поздняя тяжёлая бомбардировка
Гравитационное разрушение древнего астероидного пояса, вероятно, положило начало периоду тяжёлой бомбардировки, происходившему около 4 миллиардов лет назад, через 500-600 миллионов лет после формирования Солнечной системы. Этот период длился несколько сотен миллионов лет и его последствия видны до сих пор на поверхности геологически неактивных тел Солнечной системы, таких как Луна или Меркурий, в виде многочисленных кратеров ударного происхождения. А самое древнее свидетельство жизни на Земле датируется 3,8 миллиардами лет назад - почти сразу после окончания периода поздней тяжёлой бомбардировки.
Гигантские столкновения являются нормальной (хоть и редкой в последнее время) частью эволюции Солнечной системы. Доказательствами этого служат столкновение кометы Шумейкера-Леви с Юпитером в 1994, падение на Юпитер небесного тела в 2009 и метеоритный кратер в Аризоне. Это говорит о том, что процесс аккреции в Солнечной системе ещё не закончен, и, следовательно, представляет опасность для жизни на Земле.
Формирование спутников
Естественные спутники образовались у большинства планет Солнечной системы, а также у многих других тел. Различают три основных механизма их формирования:
Формирование из около-планетного диска (в случае газовых гигантов)
формирование из осколков столкновения (в случае достаточно крупного столкновения под малым углом)
захват пролетающего объекта
Юпитер и Сатурн имеют много спутников, таких как Ио, Европа, Ганимед и Титан, которые, вероятно, сформировались из дисков вокруг этих планет-гигантов по тому же принципу, как и сами эти планеты сформировались из диска вокруг молодого Солнца. На это указывают их большие размеры и близость к планете. Эти свойства невозможны для спутников, приобретённых путём захвата, а газообразная структура планет делает невозможной и гипотезу формирования лун путём столкновения планеты с другим телом.
Лекция 6.3 | Эволюция планетных систем. Происхождение планет и их спутников | Владимир Сурдин Лекториум Опубликовано: 31 мая 2016 г.
Сурдин - Владимир Георгиевич Сурдин (род. 1 апреля 1953 года, г. Миасс) - советский и российский астроном и популяризатор науки. Кандидат физико-математических наук, доцент. Старший научный сотрудник Государственного астрономического института имени П. К. Штернберга, доцент физического факультета МГУ. Лауреат Беляевской премии и премии «Просветитель» за 2012 год.Владимир Сурдин является автором и редактором нескольких десятков научно-популярных книг по астрономии и астрофизике, а также множества научно-популярных статей, очерков и интервью. За цикл научно-популярных статей удостоен Беляевской премии. Читает популярные лекции в Политехническом музее. , входит в состав редколлегии её печатного органа - бюллетеня РАН «В защиту науки».
Страница Сурдина со всеми изданными книгами и лекциями, которые учавствуют в нескольких крупнейших общеросиийских образовательных проектах. http://lnfm1.sai.msu.ru/~surdin/
Есть еще документальные фильм серии Вселенная (2007-2012 г) 7 сезонов.
Программа создана компаниями США Flight 33 Productions и Workaholic Productions.
6 сезон 3 серия 2011 год. Как создавалась Солнечная система
Все предыдущие копии и ссылки на списки серий перестали работать, а видеоматериалы заблокированы правообладателями. Ну и они значительно устарели, хотя это и было красивое в основном мультяшное кино для детей (анимация имитации движения обьектов солнечной системы там около 80%). Кто хочет может поискать по названию, я просто устала бегать по книге и стирать очередной исчезнувший ролик. Вот похоже из этого фильма предполагаемый механизм формирования красного гиганта и белого карлика в будущей эфолюции нашего Солнца, взгляды на момент примерно 2010 года с тех пор они по этим вопросам вроде мало изменились
Происхождение Солнечной системы напрямую обязано силам тяготения. Именно, благодаря им, существуют Вселенная, галактики, звёзды и планеты. Люди, жившие много столетий назад, предполагали, что должны существовать какие-то таинственные силы, исподволь управляющие миром. Но первым, кто создал математическую модель всемирного тяготения, был английский физик, математик и астроном Исаак Ньютон (1642-1727). Он заложил основы небесной механики.
Именно на основании работ Ньютона появились эмпирические законы Кеплера. Была создана теория движения комет и Луны. Ньютон научно объяснил прецессию земной оси. Всё это по сей день считается огромным вкладом в науку. А вот свои соображения об образовании Солнца и планет высказал впервые немецкий философ Иммануил Кант (1724-1804).
В 1755 году увидело свет его сочинение "Всеобщая естественная история и теория неба". В ней философ предположил, что все небесные тела и само светило возникли из туманности, которая изначально представляла собой огромное газопылевое облако. Кант первым заговорил о космогонии - происхождении мира.
Для этого необходим первичный материал и силы тяготения. А вот божественное вмешательство в данном вопросе не требуется. То есть мир возник в результате физических законов, а Бог в этом не принимал никакого участия. В то время это было довольно смелое утверждение.
Три стадии образования Солнечной системы
Современные взгляды на происхождение Солнечной системы во многом совпадают с умозаключениями Канта. Недаром же он, если верить Булгакову, постоянно завтракал с самим Дьяволом . Стало быть, философ знал, что говорил, и нынешние учёные умы с ним во многом согласны.
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%.
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 . Так называется звезда, в которой существуют предпосылки для начала термоядерной реакции. А газовое облако вокруг ядра всё больше уплотнялось.
Наконец, в ядре температура и давление достигли критической величины. Это спровоцировало начало термоядерной реакции, и водород начал превращаться в гелий. Протозвезда перестала существовать, а вместо неё возникла звезда под названием Солнце . Весь этот процесс продолжался около одного млн. лет. По космическим меркам совсем немного.
А вот далее пошёл другой процесс. Газопылевые облака, вращающиеся вокруг Солнца, стали стягиваться в плотные кольца. В каждом из них образовался сгусток с более высокой плотностью. Причём наиболее тяжёлые вещества оказались в центре сгустка, а лёгкие создали внешнюю оболочку. Так сформировались ядра планет, окружённые газами.
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 . А другие планеты находились на большом расстоянии от светила. Поэтому свои "газовые шубы" и сохранили. В настоящее время они известны как газовые планеты-гиганты: Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун . На все эти трансформации ушло ещё 4 миллиона лет.
В дальнейшем произошло возникновение спутников вокруг планет. Так возле Земли появилась Луна . Остальные планеты также обзавелись спутниками. 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. Кто знает, может быть где-то в чёрной бездне существует аналогичная нашей звёздная система. Там есть разумная жизнь, а, следовательно, имеется и какая-то цивилизация. Вполне возможно, что когда-нибудь люди встретят братьев по разуму. Это станет самым выдающимся событием нашей истории .
Пересказ истории рождения нашей Солнечной системы весьма однообразен уже многие годы. Все началось миллиарды лет назад с темного и медленно вращающегося облака газа и пыли. Облако сжималось, образуя в своем центре Солнце. Со временем из остатков газа и твердых обломков, крутившихся вокруг нашей звезды, сформировались восемь планет и множество меньших тел, таких как . С тех пор планеты кружат вокруг Солнца и их движения точны и предсказуемы, как часовой механизм.
В последнее время астрономы обнаруживают факты, опровергающие эту старую сказку. По сравнению с устройством тысяч недавно обнаруженных экзопланетных систем наиболее характерные черты нашей Солнечной системы - ее внутренние каменистые планеты, внешние газовые гиганты и отсутствие планет внутри орбиты Меркурия - выглядят довольно странно. Моделируя на компьютерах прошлое, мы видим, что эти причуды стали продуктом бурной молодости. Необходимо переписать историю Солнечной системы, включив в нее гораздо больше драмы и хаоса, чем большинство из нас ожидали.
Новый вариант истории повествует о блуждающих планетах, изгнанных из родных мест, о потерянных мирах, сгинувших давным-давно в огненном пекле Солнца, и об одиноких гигантах, заброшенных в холодные глубины у границы межзвездного пространства. Изучая эти древние события и оставшиеся после них «шрамы» - вроде предполагаемой девятой планеты, которая может скрываться за орбитой Плутона, - астрономы выстраивают стройную картину важнейших формообразующих эпох Солнечной системы на фоне нового понимания космических процессов.
Классическая Солнечная система
Планеты- это побочный продукт формирования звезд, протекающего в недрах гигантских молекулярных облаков, превосходящих наше Солнце по массе в 10 тыс. раз. Отдельные уплотнения в облаке под действием гравитации сжимаются, образуя в своем центре светящуюся протозвезду, окруженную широким непрозрачным кольцом из газа и пыли - протопланетным диском.
Многие десятилетия теоретики моделировали протопланетный диск нашего Солнца, пытаясь объяснить одну из важнейших особенностей Солнечной системы: ее деление на группы каменистых и газовых планет. Орбитальные периоды четырех землеподобных планет заключены между 88-дневным Меркурием и 687-дневным Марсом. В отличие от этого известные газовые гиганты находятся на гораздо более далеких орбитах с периодами от 12 до 165 лет и все вместе более чем в 150 раз превосходят по массе планеты земной группы.
Оба типа планет, как полагают, родились в едином процессе формирования, в котором твердые пылинки, мчась в турбулентном вихре газового диска, сталкивались и слипались, образуя тела километрового масштаба - планетезимали (примерно так на неподметенном полу вашей кухни воздушные потоки и электростатические силы скатывают пылевые шарики). Самые крупные планетезимали обладали наибольшим гравитационным притяжением и росли быстрее других, притягивая мелкие частицы к своей орбите. Вероятно, в течение миллиона лет в процессе сжатия из облака протопланетный диск нашей Солнечной системы, как и любой другой во Вселенной, кишел планетными эмбрионами размером с Луну.
Самый крупный эмбрион располагался непосредственно за современным поясом астероидов, достаточно далеко от света и тепла новорожденного Солнца, где в протопланетном диске сохранялись льды. За этой «границей льдов» эмбрионы могли пировать на обильных россыпях планетостроительных льдов и вырастать до огромных размеров. Как водится, «богатые становятся богаче»: крупнейший эмбрион рос быстрее других, выгребая своим гравитационным полем большую часть доступного льда, газа и пыли из окружающего диска. Всего лишь примерно за миллион лет этот жадный эмбрион вырос настолько, что стал планетой Юпитер. Как думали теоретики, то был решающий момент, когда архитектура Солнечной системы разделилась надвое. Отстав от Юпитера, другие планеты-гиганты Солнечной системы оказались мельче, поскольку они росли медленнее, захватывая своей гравитацией лишь тот газ, который не успел захватить Юпитер. А внутренние планеты оказались еще намного мельче, так как они родились внутри границы льдов, где диск был почти лишен газа и льда.
Экзопланетная революция
Когда два десятилетия назад астрономы стали обнаруживать экзопланеты, они начали тестировать теорию формирования Солнечной системы на галактическом масштабе. Многие из первых открытых экзопланет оказались «горячими юпитерами», то есть газовыми гигантами, стремительно обращающимися вокруг своих звезд с периодами всего несколько суток. Существование гиганских планет так близко к пылающей поверхности звезды, где лед совершенно отсутствует, полностью противоречит классической картине формирования планет. Чтобы объяснить этот парадокс, теоретики предположили, что горячие юпитеры формируются вдали, а затем как-то мигрируют внутрь.
Более того, основываясь на данных о тысячах экзопланет, обнаруженных в таких обзорах, как сделанный космическим телескопом NASA «Кеплер», астрономы пришли к тревожному выводу о том, что двойники Солнечной системы весьма редки. Средняя планетная система содержит одну или несколько суперземель (планет, в несколько раз больших Земли) с орбитальными периодами короче примерно 100 суток. А гигантские планеты типа Юпитера и Сатурна встречаются лишь у 10% звезд, и еще реже они движутся по почти круговым орбитам.
Обманутые в своих ожиданиях, теоретики поняли, что «несколько важных деталей» классической теории формирования нашей планетной системы требуют лучшего объяснения. Почему внутренняя область Солнечной системы столь маломассивна в сравнении с ее экзопланетными аналогами? Вместо суперземель в ней мелкие каменистые планеты, и нет ни одной внутри 88-суточной орбиты Меркурия. И почему орбиты планет-гигантов у Солнца такие круглые и широкие?
Очевидно, ответы на эти вопросы кроются в недостатках классической теории формирования планет, не учитывающей изменчивость протопланетных дисков. Оказывается, новорожденная планета, как спасательный плотик в океане, может дрейфовать далеко от места своего рождения. После того как планета подросла, ее гравитация начинает влиять на окружающий диск, возбуждая в нем спиральные волны, гравитация которых оказывает влияние уже на движение самой планеты, создавая мощные положительную и отрицательную обратные связи между планетой и диском. В результате может происходить необратимый обмен импульсом и энергией, позволяющий молодым планетам отправляться в эпическое путешествие по родительскому диску.
Если учесть процесс миграции планет, то границы льдов внутри дисков уже не играют особой роли в формировании структуры планетных систем. Например, планеты-гиганты, рожденные за границей льдов, могут стать горячими юпитерами, дрейфуя к центру диска, то есть путешествуя вместе с газом и пылью по спирали по направлению к звезде. Беда в том, что этот процесс работает даже слишком хорошо и, кажется, должен происходить во всех протопланетных дисках. Тогда как же объяснить далекие орбиты Юпитера и Сатурна вокруг Солнца?
Смена галса
Первый намек на убедительное объяснение дала в 2001 г. компьютерная модель Фредерика Массе (Frederic Masset) и Марка Снэллгроува (Mark Snellgrove) из Лондонского университета королевы Марии. Они моделировали одновременную эволюцию орбит Сатурна и Юпитера в протопланетном диске Солнца. Из-за меньшей массы Сатурна его миграция к центру происходит быстрее, чем у Юпитера, в результате чего орбиты этих двух планет сближаются. В конце концов орбиты достигают определенной конфигурации, известной как резонанс средних движений, при котором Юпитер делает три оборота вокруг Солнца за каждые два орбитальных периода Сатурна.
Две планеты, связанные резонансом средних движений, могут обмениваться друг с другом импульсом и энергией туда-сюда, наподобие межпланетной игры с перебрасыванием горячей картофелины. Из-за согласованной природы резонансных возмущений обе планеты оказывают усиленное гравитационное влияние друг на друга и на свое окружение. В случае Юпитера и Сатурна эта «раскачка» позволила им коллективно воздействовать своей массой на протопланетный диск, создав в нем большой разрыв с Юпитером на внутренней стороне и Сатурном на внешней. Причем из-за своей большей массы Юпитер сильнее притягивал к себе внутренний диск, чем Сатурн- внешний. Парадоксально, но это заставило обе планеты изменить движение и начать удаляться от Солнца. Такую резкую смену направления миграции часто называют сменой галса (the grand tack) из-за сходства с движением лавирующего парусника, идущего против ветра.
В 2011 г., через десять лет после рождения концепции смены галса, компьютерная модель Кевина Уолша (Kevin J. Walsh) и его коллег из Обсерватории Лазурного берега в Ницце (Франция) показала, что эта идея хорошо объясняет не только динамическую историю Юпитера и Сатурна, но и распределение каменистых и льдистых астероидов, а также малую массу Марса. Когда Юпитер мигрировал внутрь, своим гравитационным влиянием он захватывал и перемещал планетезимали на своем пути сквозь диск, сгребая и толкая их перед собой, как бульдозер. Если предположить, что Юпитер, прежде чем повернуть назад, мигрировал к Солнцу до расстояния нынешней орбиты Марса, то он мог перетащить ледяные блоки общей массой более десяти масс Земли в область землеподобных планет Солнечной системы, обогащая ее водой и другими летучими веществами. Этот же процесс мог создать четкую внешнюю границу у внутренней части протопланетного диска, прекратив рост ближайшего планетного эмбриона, который в результате стал тем, что сегодня мы называем Марсом.
Атака Юпитера
Несмотря на то что сценарий смены галса в 2011 г. выглядел весьма убедительным, его отношение к другим неразгаданным тайнам нашей Солнечной системы, таким как полное отсутствие планет внутри орбиты Меркурия, оставалось неясным. По сравнению с другими планетными системами, где плотно упакованы суперземли, наша кажется почти пустой. Неужели наша Солнечная система миновала важнейший этап формирования планет, который мы видим повсюду во Вселенной? В 2015 г. двое из нас (Константин Батыгин и Грегори Лафлин) рассмотрели, как бы могла повлиять смена галса на гипотетическую группу близких к Солнцу суперземель. Наш вывод оказался поразительным: суперземли не пережили бы смену галса. Замечательно, что миграциями Юпитера внутрь и наружу можно объяснить многие свойства планет, которые нам известны, а также и неизвестные.
Когда Юпитер погрузился во внутреннюю область Солнечной системы, своим «бульдозерным» влиянием на планетезимали он должен был нарушить их аккуратные круговые орбиты, превратив их в хаотический клубок пересекающихся траекторий. Некоторые планетезимали должны были сталкиваться с большой силой, разбиваясь на фрагменты, которые неизбежно порождали дальнейшие столкновения и разрушения. Таким образом, миграция Юпитера внутрь скорее всего вызвала каскад столкновений, который разрушал планетезимали, измельчая их до размера валунов, гальки и песка.
Под действием столкновительного трения и аэродинамического сопротивления в загазованной внутренней области протопланетного диска разрушенные планетезимали быстро теряли свою энергию и по спирали приближались к Солнцу. Входе этого падения они легко могли быть захвачены в новые резонансы, связанные с какой-либо из близких к ним суперземель.
Таким образом, смена галса Юпитера и Сатурна, возможно, вызвала мощную атаку на население первичных внутренних планет Солнечной системы. По мере того как бывшие суперземли падали на Солнце, они должны были оставлять за собой пустынную область в протопланетной туманности, простирающуюся до орбитальных периодов около 100 суток. В результате стремительный маневр Юпитера по молодой Солнечной системе привел к появлению довольно узкого кольца каменистых обломков, из которых через сотни миллионов лет сформировались планеты земной группы. Приведшее к этой тонкой хореографии стечение случайных событий указывает, что маленькие каменистые планеты типа Земли - а возможно, и сама жизнь на них - должны редко встречаться во Вселенной.
Модель Ниццы
К тому времени, когда Юпитер и Сатурн двинулись обратно из своего набега во внутреннюю часть Солнечной системы, протопланетный газово-пылевой диск уже сильно истощился. В конце концов резонансная пара- Юпитер и Сатурн - сблизилась с недавно сформировавшимися Ураном и Нептуном, а также, возможно, с еще одним телом подобного размера. С помощью гравитационных эффектов торможения в газе динамический дуэт захватил и эти меньшие гиганты в резонансы. Таким образом, когда большая часть газа ушла из диска, внутренняя архитектура Солнечной системы, вероятно, состояла из кольца каменистых обломков в окрестности нынешней орбиты Земли.
Во внешней области системы была компактная резонансная группа по меньшей мере из четырех планет-гигантов, движущихся по почти круговым орбитам между нынешней орбитой Юпитера и примерно половиной расстояния до нынешней орбиты Нептуна. В наружной части диска, за орбитой самой внешней планеты-гиганта, на дальнем холодном краю Солнечной системы двигались льдистые планетезимали. За сотни миллионов лет сформировались планеты земной группы, а некогда беспокойные внешние планеты пришли в состояние, которое можно было бы назвать стабильным. Однако это еще не было заключительным этапом эволюции Солнечной системы.
Смена галса и атака Юпитера вызвали последний всплеск межпланетного буйства в истории Солнечной системы, нанесли последний штрих, который привел планетную свиту нашего Солнца практически в ту конфигурацию, которую мы видим сегодня. Этот последний эпизод, названный поздней тяжелой бомбардировкой, произошел между 4.1 и 3,8 млрд лет назад, когда Солнечная система временно превратилась в тир. заполненный множеством сталкивающихся планетезималей. Сегодня шрамы от столкновений с ними видны в виде кратеров на поверхности Луны.
Работая с несколькими коллегами в Обсерватории Лазурного берега в Ницце в 2005 г., один из нас (Алессандро Морбиделли) создал так называемую модель Ниццы, чтобы объяснить, как взаимодействие между гигантскими планетами могло вызвать позднюю тяжелую бомбардировку. Там, где заканчивается смена галса, начинается модель Ниццы.
Близко расположенные друг к другу планеты-гиганты все еще двигались во взаимном резонансе и по-прежнему чувствовали слабое гравитационное влияние окраинных льдистых планетезималей. Фактически они балансировали на грани нестабильности. Накапливаясь за миллионы орбитальных оборотов в течение сотен миллионов лет, каждое незначительное по отдельности влияние внешних планетезималей понемногу меняло движение гигантов, медленно выводя из тонкого баланса резонансов, связывавшего их друг с другом. Переломный момент наступил, когда один из гигантов выпал из резонанса с другим, нарушив тем самым баланс и запустив серию взаимных хаотических возмущений планет, которые сдвинули Юпитер немного внутрь системы, а остальные гиганты - наружу. За короткое по космическим масштабам время в несколько миллионов лет внешняя область Солнечной системы пережила резкий переход от плотно упакованной, с почти круговыми орбитами к рассеянной и неупорядоченной конфигурации с движением планет по широким вытянутым орбитам. Взаимодействие между гигантскими планетами было настолько сильным, что одна или даже несколько из них, возможно, были выброшены далеко за пределы Солнечной системы, в межзвездное пространство.
Если бы динамическая эволюция на этом остановилась, то строение внешних областей Солнечной системы соответствовало бы той картине, которую мы видим у многих экзопланетных систем, где гиганты движутся вокруг своих звезд по эксцентрическим орбитам. К счастью, диск из льдистых планетезималей, вызвавший до этого беспорядок в движении планет-гигантов, позже помог его ликвидировать, взаимодействуя с их вытянутыми орбитами. Проходя поблизости от Юпитера и других планет-гигантов, планетезимали постепенно отбирали у них энергию орбитального движения и тем самым округляли их орбиты. При этом большинство планетезималей были выброшены за пределы гравитационного влияния Солнца, но некоторые остались на связанных орбитах, образовав диск из льдистого «мусора», который теперь мы называем поясом Койпера.
Девятая планета: окончательная теория
Упорные наблюдения на крупнейших телескопах постепенно раскрывают нам просторы пояса Койпера, демонстрируя его неожиданную структуру. В частности, астрономы заметили своеобразное распределение самых далеких , движущихся у внешних границ области обзора. Несмотря на большую разницу расстояний от Солнца, орбиты этих объектов плотно сгруппированы, как будто бы все они испытывают общее и очень сильное возмущение. Компьютерное моделирование, выполненное Батыгиным и Майклом Брауном (Michael Е. Brawn) из Калифорнийского технологического института, показало, что такую картину могла бы создать не обнаруженная до сих пор с массой раз в десять больше, чем у Земли, движущаяся по весьма эксцентрической орбите вокруг Солнца с периодом около 20 тыс. лет. Такая планета вряд ли могла сформироваться настолько далеко, но ее появление там довольно легко можно понять, если она была заброшена туда в эпоху юности Солнечной системы.
Если существование девятой планеты подтвердится, это резко усилит ограничения на картину эволюции нашей странной - с «дырой» в центре - Солнечной системы и выставит новые требования к теории, которая могла бы объяснить все ее особенности. Сейчас астрономы используют крупнейшие телескопы Земли, пытаясь найти эту загадочную планету. Ее открытие завершило бы предпоследнюю главу в длинной и сложной истории о том, как мы пытались понять наше место во Вселенной. А завершится эта история лишь тогда, когда мы наконец-то найдем планеты с жизнью, обращающиеся вокруг других звезд.
Как секвенирование нитей ДНК раскрывает историю древних миграций человечества по поверхности нашей маленькой планеты, так и компьютерное моделирование позволяет астрономам реконструировать величественную историю путешествий планет за миллиарды лет жизни Солнечной системы. От момента своего рождения в темном молекулярном облаке к формированию первых планет, к разрушительным событиям смены галса, атаки Юпитера и модели Ниццы, к возникновению жизни и сознания вблизи по меньшей мере одной из звезд на просторах Млечного Пути полная биография нашей Солнечной системы станет одним из самых значительных достижений современной науки - и, несомненно, одной из самых грандиозных историй, которые когда-либо были рассказаны.
а > Как образовалась Солнечная система
Узнайте, как появилась Солнечная система : история формирования звездного диска, как появились первые планеты, описание Солнца и самые популярные модели.
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.
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.
Аккреция
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.
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.
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.
Должно быть, было холодно, невероятно холодно 5 млрд. лет назад - здесь, где теперь деревья, улицы и люди, - в нашем родном уголке Галактики. Но это было давно, очень давно, до рождения Солнца и возникновения планет. Простирающаяся на миллиарды и миллиарды километров во все стороны, разреженная межзвездная среда - холодный, почти абсолютный вакуум во тьме между древними звездами.
Температура тогда была ниже 50 градусов по абсолютной шкале температур. Для сравнения следует заметить, что «комнатная температура» по этой шкале соответствует приблизительно 300 градусам, а кислород воздуха, которым мы дышим, сжижается при 90 градусах выше абсолютного нуля. Но первичному межзвездному газу не грозила опасность «замерзнуть» (т.е. затвердеть) или перейти в жидкое состояние: его атомы были так далеко разбросаны друг от друга, что возможность столкнуться и соединиться была у них ничтожной.
Это был почти абсолютный вакуум: какой-нибудь десяток атомов в 1 см 3 . Напомним, что в 1 см 3 воздуха, которым мы дышим, содержится примерно 30 миллионов триллионов атомов. Космический путешественник - появись таковой в те времена - вряд ли смог бы осознать, что находится в середине огромного первичного газово-пылевого облака, из которого в конце концов должна была образоваться наша Солнечная система.
Самым распространенным веществом был водород. Приблизительно на три четверти (по весу) межзвездное облако состояло из водорода и почти на одну четверть из гелия. В переводе на численность атомов это означает, что на каждый атом гелия приходилось с десяток атомов водорода.
Более тяжелые элементы были представлены в межзвездном пространстве в ничтожных количествах. Свыше 95% массы межзвездного облака состояло из водорода и гелия, на долю всех других элементов приходилось всего лишь несколько процентов. Некоторые из более тяжелых элементов существовали в виде крошечных пылинок размерами порядка 0,001 мм. Но они были чрезвычайно редки и находились далеко друг от друга. Космический путешественник смог бы обнаружить внутри межзвездного облака не более сотни таких микроскопических пылинок на целый кубический километр.
Эти далеко разбросанные пылинки состояли главным образом из кремния, магния, алюминия и железа, т.е. тех веществ, из которых образованы обыкновенные земные породы. Но, кроме того, некоторые другие элементы, такие, как кислород, углерод и азот, иногда попадались и в составе органических молекул. В межзвездном пространстве находились десятки различных органических молекул. Иначе говоря, химические «блоки» для создания живой материи существовали задолго до того, как начали формироваться Солнце и планеты.
Существуют две теории относительно образования Солнечной системы. В первичном межзвездном облаке формирование Солнечной системы не могло начаться само по себе, хотя бы просто потому, что оно было слишком разреженным. Что-то должно было вызвать сжатие облака.
Мы живем в спиральной Галактике. Некоторые астрономы полагают, что спиральный рукав нашей Галактики проходил через область пространства, в которой мы обитаем, приблизительно 5 млрд. лет назад. Это могло вызвать легкое сжатие межзвездного облака, что, возможно, и послужило толчком к началу звездообразования. Действительно, сегодня мы обнаруживаем много молодых звезд и светящихся газовых облаков, очерчивающих спиральные рукава удаленных галактик.
По мнению других астрономов, где-то поблизости взорвалась неведомая древняя массивная сверхновая звезда. Возникшая в результате этого грандиозного разрушительного взрыва ударная волна могла оказаться достаточно сильной, чтобы сжать межзвездное облако и привести к звездообразованию. Подобная туманность, образовавшаяся при взрыве сверхновой, давшей начало Солнцу, давно исчезла. Тем не менее, изучая метеориты, ученые недавно обнаружили необычное обилие ряда элементов, которые вполне могли бы образоваться при взрыве близкой сверхновой.
До сжатия первичное межзвездное облако находилось в равновесии. Сила тяготения, стремившаяся сжать облако, точно уравновешивалась давлением газа в облаке. Но после сжатия (вызванного либо прохождением облака через спиральный рукав Галактики, либо взрывом сверхновой) микроскопические пылинки в облаке гораздо ближе подошли друг к другу, чем раньше, так что плотность их стала достигать, возможно, 10000 на 1 км3, т. е. она увеличилась примерно в 100 раз. Увеличение плотности межзвездной пыли привело к тому, что свет от ближайших звезд уже не мог проходить через газово-пылевое облако.
Эффект затемнения, вызываемый частичками межзвездной пыли, сыграл важную роль в происхождении Солнечной системы. Поскольку свет звезд не мог больше проникать в облако и нагревать его, температура газа там приблизилась к абсолютному нулю. Давление газа и его температура всегда идут рука об руку. Поэтому, как только температура понизилась, уменьшилось и давление газа. Теперь давление газа в облаке, направленное наружу, уже не могло противостоять силе тяготения, направленной внутрь. Тяготение победило, и облако начало сжиматься.
Астрономы нередко обнаруживают холодные, темные, сжимающиеся облака межзвездных газа и пыли, которые находятся на начальных стадиях звездообразования. Как показано на рис. 4, эти так называемые глобулы легче всего увидеть, когда они вырисовываются на фоне яркой туманности. Размер типичной глобулы - несколько световых лет, а ее вещества достаточно для образования десятка систем, подобных Солнечной системе.
После того как глобула сжалась под действием тяготения, любая случайно возникшая турбулентность в облаке могла привести к образованию вихрей. Вихри вызвали распад облака на более мелкие части. Одной из таких медленно вращающихся частей облака и было суждено стать нашей Солнечной системой.
Так как эта часть облака продолжала сжиматься, ее вращение ускорялось, в результате она приобрела отчетливо выраженную дискообразную форму. Это была первичная солнечная туманность. При поперечнике 10 млрд. км (приблизительно размер орбиты Нептуна) туманность имела толщину около 200 млн. км (приблизительно расстояние от Земли до Солнца), и вещества в ней было в 2 раза больше, чем в настоящее время в Солнечной системе.
На ранних этапах эволюции первичной солнечной туманности тяготение продолжало преобладать, так как все больше вещества сжималось к центру диска. Это привело к тому, что центральные области солнечной туманности оказались значительно горячее, чем внешние. Частицы межзвездной пыли во внутренних областях первичной туманности вскоре полностью улетучились. Огромное различие в температурах в центре и на краях солнечной туманности в конечном счете существенно повлияло на строение Солнечной системы: внутренние планеты ее должны были сильно отличаться от внешних.
Через 50 млн. лет после «рокового» сжатия межзвездного облака формирование солнечной туманности закончилось. Вещество продолжало устремляться к центру туманности - так образовалось протосолнце. Все это время первичное магнитное поле Солнца связывало протосолнце с газами остальной части солнечной туманности. Не будь такой связи, Солнце вращалось бы с бешеной скоростью - точно так фигурист может вращаться с неимоверной скоростью, прижав к себе руки. Но Солнце вращается весьма медленно, делая только один оборот за четыре недели. Движение магнитного поля прото-солнца сквозь газ солнечной туманности должно было приводить к сильному торможению протосолнца. Поэтому солнечная туманность вращалась более или менее равномерно в целом. Эта стадия, в течение которой вращение передавалось от внутренних частей солнечной туманности к внешним, длилась всего несколько тысяч лет. После этого наступило время «рождения» планет.
Вещество первичной солнечной туманности можно было разделить по точкам плавления или кипения на три обширных класса. Во-первых, это вещества, обычно образующие земные породы. К ним относятся силикаты, окислы металлов, кремний, магний, алюминий и железо в различных химических соединениях. Все эти вещества имеют очень высокие точки плавления или кипения, обычно порядка тысяч градусов.
Во-вторых, там присутствовали вещества, обычно существующие в виде жидкостей и льдов. Сюда относятся главным образом химические соединения углерода, азота, водорода и кислорода. Возможно, наиболее знакомыми нам среди этих веществ были вода, углекислый газ, метан и аммиак. Точки плавления или кипения льдов и жидкостей этих веществ лежат в интервале 100-300 градусов по абсолютной шкале температур.
И наконец, в солнечной туманности были вещества, которые почти всегда являются газами: водород, гелий, неон и аргон в чистом виде. Эти вещества при всех условиях, за исключением крайне низких температур вблизи абсолютного нуля, находятся в газообразном состоянии.
Температурный режим играл решающую роль в определении природы планет, которые сформировались на различных расстояниях от Солнца. Поскольку в процессе образования протосолнца огромное количество вещества устремлялось к центру первичной солнечной туманности, температура в ее центральной части была весьма высока. Температура в несколько тысяч градусов была там нормой, и поэтому вещество полностью испарялось. Однако во внешних частях туманности температура никогда значительно не превышала 100 градусов по абсолютной шкале температур. Частицы межзвездной пыли в этих областях, вероятно, были покрыты слоем замерзших воды, углекислого газа, а также метана и аммиака. На эти покрытые льдом удаленные частицы гравитационное сжатие Солнца практически не оказывало влияния.
После того как образовалось протосолнце, температура во внутренних областях солнечной туманности стала падать и, когда температура газа стала достаточно низкой, начался процесс конденсации вещества солнечной туманности. Разумеется, первым должно было перейти в твердое состояние вещество, формирующее породы. Но поскольку температура вблизи протосолнца все же оставалась достаточно высокой, частицы вблизи протосолнца главным образом включали в себя железо, силикаты и окислы металлов.
Несколько дальше от протосолнца температура была еще ниже, и там частицы пыли могли быть покрыты слоем льда. Чем дальше от протосолнца находились частицы пыли, тем толще был слой покрывающего их льда. Но все эти пылинки и близкие, и далекие - по-прежнему находились в огромном облаке водорода и гелия, двух основных газов, которые вместе составляли более 95% вещества солнечной туманности. Однако на этой стадии впервые проявились существенные различия в составе частиц, находящихся на разных расстояниях от протосолнца.
Частицы пыли в солнечной туманности, по-видимому, были довольно рыхлыми, и, как большие снежинки, они легко слипались при столкновениях. Неоднократные столкновения на протяжении многих лет привели к образованию «комьев» пыли размерами порядка нескольких миллиметров или даже сантиметров в диаметре. Постепенно под действием тяготения эти комья оседали к центральной плоскости солнечной туманности.
Процесс оседания продолжался в течение нескольких сотен тысяч лет. К концу этой стадии большая часть твердого вещества в Солнечной системе распределилась в гигантский плоский слой с протосолнцем в центре. Но этот протяженный и весьма тонкий слой был неустойчивым вследствие действия сил тяготения. Те участки слоя, где случайно плотность комочков пыли оказалась несколько выше, притягивали все новые и новые комья из тех участков слоя, где их вначале случайно оказалось меньше. Таким образом комки межзвездной пыли постепенно слипались в астероидоподобные объекты размерами в километры - так называемые планетезимали.
Важно ясно представлять себе, что планетезимали в различных областях солнечной туманности сильно отличались по своему химическому составу. Вблизи прото-солнца они почти целиком состояли из каменистого вещества. Это произошло потому, что первоначальные пылинки (а позже комья) содержали только то вещество, которое могло оставаться твердым во внутренних прогретых областях первичной Солнечной системы. Дальше от протосолнца, где температура была ниже, в них наряду с каменистым веществом входил лед. А планетезимали в далеких холодных областях включали также замерзшие метан и аммиак.
Постепенно в течение нескольких следующих миллионов лет планетезимали объединялись и уплотнялись под действием гравитационного притяжения в значительно более крупные объекты - протопланеты. Во внутренних областях первичной Солнечной системы образовалось четыре протопланеты. И еще четыре протопланеты сформировались гораздо дальше от протосолнца. Есть основание полагать, что Плутон, считающийся в настоящее время самой малой планетой в Солнечной системе, первоначально был спутником Нептуна.
Четырем внутренним протопланетам было суждено стать Меркурием, Венерой, Землей и Марсом. Радиоактивные процессы в недрах протопланет скоро привели к нагреванию, а в конечном счете к расплавлению вещества в их недрах. И снова вступила в действие сила тяготения, в результате чего более тяжелое вещество (в основном железо) опустилось к центрам расплавленных протопланет, а более легкое вещество поднялось вверх, к их поверхностям. Таким образом планеты стали «химически дифференцированными» телами с плотными железными ядрами, окруженными слоями менее плотных пород.
В далекие времена, когда четыре внутренние планеты находились по существу в расплавленном состоянии, газы легко улетучивались из расплавленных пород. Меркурий, самая малая после Плутона планета Солнечной системы, был не в состоянии удержать какие-либо газы. Под воздействием палящего жара молодого Солнца и вследствие малого ускорения силы тяжести на поверхности Меркурия все газы скоро «ускользнули» из его первичной атмосферы.
На Марсе, который по своим размерам лишь незначительно превышает Меркурий, ускорение силы тяжести тоже очень мало. Поэтому Марс также потерял большую часть своей первичной атмосферы. Остался только очень тонкий слой углекислого газа.
Только на Венере и на Земле, наиболее массивных из внутренних планет, ускорения силы тяжести достаточно велики, чтобы удержать атмосферу. Но их атмосферы очень скудны -всего лишь слой газов, прилегающих к поверхности планеты. Большая часть атмосферных газов, окружающих Венеру и Землю, сосредоточена на высотах до 10 км над поверхностями планет. Совершенно иная картина наблюдается на внешних планетах, атмосферы которых простираются на десятки тысяч километров. Основная причина такого различия непосредственно связана с химическим составом исходных частиц пыли, из которых образовались планеты. В прогретых внутренних частях солнечной туманности эти частицы были либо слегка покрыты льдом, либо лишены его полностью. Поэтому четыре внутренние планеты, как и частицы пыли, из которых они сформировались, почти целиком состояли из каменистого вещества. И при нашем первом, всего лишь поверхностном описании строения внутренних планет вряд ли стоит упоминать о ничтожных количествах газа и жидкости, оставшихся вблизи некоторых из них.
Различия химического состава первичных частиц пыли сыграли также определяющую роль в формировании структуры недр четырех внутренних планет. Все они имеют железные ядра, окруженные мантиями из менее плотных пород. Но среди внутренних планет Меркурий явно обладает самым большим по размерам железным ядром. Оно простирается от центра к поверхности на три четверти радиуса планеты. На железное ядро приходится 80% массы Меркурия. У Венеры и Земли радиус железного ядра не превышает половины радиуса планеты. А железное ядро Марса и того меньше.
Железо, никель и окислы некоторых других металлов были первыми веществами, сконденсировавшимися во внутренних горячих областях первичной солнечной туманности, ибо эти вещества имеют самые высокие температуры конденсации. Силикаты и другие породообразующие минералы конденсируются при несколько меньших температурах. Поэтому частицы пыли, которые конденсировались вблизи протосолнца, содержали большее количество железа, чем более удаленные частицы. Таким образом, планета, образовавшаяся ближе всех к Солнцу, более богата железом, чем удаленные планеты.
Образование внешних планет-гигантов должно было начаться приблизительно в то же время и проходить аналогичным образом. Однако планетезимали в далеких холодных областях солнечной туманности содержали значительное количество льдов, и у планет, формировавшихся там, должны были образоваться толстые атмосферы из метана, аммиака и других газов.
При формировании Юпитера и Сатурна объединение и слипание планетезималей было столь эффективным, что сильные гравитационные поля этих огромных протопланет легко притягивали водород и гелий. Помимо того что прото-Юпитер и прото-Сатурн удерживали эти газы, они, обращаясь вокруг молодого Солнца, выметали огромное количество водорода и гелия протопланетного облака. В самом деле, создание Юпитера и Сатурна должно было имитировать образование самой солнечной системы. Каждая из этих планет-гигантов окружена значительной свитой спутников, образуя систему, подобную миниатюрной Солнечной системе.
В случае Урана и Нептуна объединение и уплотнение планетезималей происходило несколько иначе. Эти протопланеты, хотя и очень большие по сравнению с внутренними планетами, никогда не достигали колоссальных размеров Юпитера и Сатурна. Уран и Нептун могли захватить из солнечной туманности только небольшое количество легких газов: водорода и гелия. Поэтому толстые атмосферы Урана и Нептуна содержат меньше водорода и гелия, чем атмосферы Юпитера и Сатурна. Но, подобно своим гигантским соседям. Уран и Нептун окружены спутниками. Возможно, что Плутон, который сейчас является планетой, первоначально был спутником Нептуна.
Пока планеты образовывались из вещества солнечной туманности, протосолнце продолжало изменяться. Под давлением триллионов триллионов тонн газа, направленным внутрь, в центре сжимающегося протосолнца становилось все горячее. Наконец, 4,5 млрд. лет назад температура в центре Солнца достигла такой величины, что там могли начаться процессы термоядерного синтеза -превращения водорода в гелий при температуре в миллионы градусов. Начало таких процессов служит сигналом о рождении звезды. Так родилось наше Солнце.
Астрономы часто обнаруживают на небе молодые и «только что родившиеся» звезды. В ядрах многих из них сейчас только начинаются процессы термоядерного синтеза.
Тщательно наблюдая очень молодые звезды, астрономы в настоящее время установили, что в конце процесса рождения звезды часто выбрасывают значительное количество вещества. Как только вновь образовавшаяся звезда «приспосабливается» к началу термоядерных реакций в ядре, с ее поверхности срывается большое количество газа. Этот выброс вещества называется ветром Т Тельца.
Естественно полагать, что звездные ветры испускают все звезды. Эти «ветры» в действительности представляют собой непрерывное испускание частиц в основном протонов и электронов-с поверхности звезды. Наше Солнце также непрерывно выбрасывает частицы, образующие солнечный ветер. Солнечный ветер был обнаружен в начале 1960-х годов первыми межпланетными космическими аппаратами, и это явилось одним из самых важных успехов программы космических исследований. На орбите Земли средняя скорость солнечного ветра составляет 400 км/с. Средняя плотность солнечного ветра в окрестностях Земли равна 10 частицам на 1 см3. Но иногда наблюдаются сильные «порывы» солнечного ветра. Космические аппараты, совершающие путешествия к другим планетам Солнечной системы, зарегистрировали плотности приблизительно до 100 частиц на 1 см3 и скорости, близкие к 1000 км/с.
Звездные ветры, испускаемые звездами «среднего возраста», - это легкий ветерок по сравнению с ветром Т Тельца Ветер Т Тельца - настоящий ураган, оказывающий существенное давление на все, что встречается на его пути.
«Ветер Т Тельца», сопровождавший рождение Солнца, выдул из первичной солнечной туманности весь избыток водорода и гелия далеко в межзвездное пространство. Первичная солнечная туманность содержала достаточно вещества (в основном водорода и гелия), из которого могло бы сформироваться два Солнца. Но за миллионы лет, когда «ветер Т Тельца» бушевал в молодой Солнечной системе, почти половина первичного газа улетучилась в глубины космического пространства.
«Ветер Т Тельца» «очистил» Солнечную систему. Он был так силен, что внутренние планеты лишились большей части своих первичных атмосфер. Только твердые тела - планеты, спутники, астероиды и метеориты - могли устоять против такого ветра и остаться на орбитах около Солнца.
Хотя планеты и продолжали развиваться в течение последующих нескольких миллиардов лет, создание Солнечной системы завершилось. После того как Солнце прошло стадию Т Тельца, с планетами не происходило действительно радикальных изменений, за исключением таких процессов, как кратерообразование на внутренних планетах. «Ветер Т Тельца» закончил процесс образования планет.
После прекращения «ветра Т Тельца» большая часть вещества, оставшегося в Солнечной системе, сосредоточилась в Солнце. Ту же самую картину мы наблюдаем и в настоящее время; свыше 99,8% массы Солнечной системы заключено в Солнце, а на все планеты вместе остается менее 0,2%. Общая масса комет, астероидов, спутников и метеоритов составляет менее 0,001% массы Солнечной системы.
Если бы космический путешественник, странствующий по Галактике, оказался вдруг в окрестностях Солнечной системы, то с первого взгляда он мог бы заметить только Солнце - слабую карликовую звезду. При тщательном рассмотрении с близкого расстояния, меньше одного светового года, путешественник, возможно, увидел бы Юпитер, а затем Сатурн. Но лишь с большим трудом или с очень близкого расстояния он мог бы заметить какую-нибудь другую планету. Планеты представляют собой буквально микроскопические соринки в бескрайнем космическом вакууме, окружающем Солнце.