ПОХОДЖЕННЯ ПЛАНЕТ СОНЯЧНОЇ СИСТЕМИ

Все у нас Луцилий, чуже, одне лише час наше. Тільки час ускользающе і плинне, дала нам у володіння природа а й його хто хоче, той і забере.

Сенека

Для вивчення питань походження небесних тіл важливим є визначення їх віку. Визначення віку земної кори заснований на дослідженні змісту в ній радіоактивних елементів (урану, торі і ін.), А також радіоактивних ізотопів таких елементів, як калій, арго та ін. Як відомо, радіоактивні елементи безперервно розпадаються, причому процес розпаду абсолютно не залежить від зовнішніх впливів. Пр радіоактивному розпаді утворюються ізотопи сусідніх елементів періодичної системи Менделєєва. Ці ізотопи самі нерідко виявляються радіоактивними, а значить, і вони розпадаються. Розпад закінчується, коли атом радіоактивних елементів перетворюються в нерадіоактивні атоми хімічних елементів і їх ізотопи. Наприклад, розпад уран ( 238 і) завершаетс освітою нерадіоактивного ізотопу свинцю ( 206РЬ). Проміжок часу (Г), після закінчення якого залишається половина початкового кількостей радіоактивних атомів, характеризується швидкістю розпаду і називається періодом напіврозпаду. Для визначення віку земної кори використовуються повільно розпадаються ізотопи, наприклад урану (Г «4,5 10 9 років), радіоактивний ізотоп калію 40 К (7 '« 1,3 Ю 9 років) і ін. Щоб визначить вік земної кори, порівнюють зміст радіоактивних елементо і продуктів їх розпаду в численних пробах, узятих для аналізу Таке порівняння показує, що вік земної кори близько 4,5 млрд років Приблизно такий же вік Землі як оформилася планети. До 3,5-В 4,5 млрд років близький вік місячних порід і метеоритів. Сонце, звичайно не може бути молодше Землі і Місяця. Швидше за все, вік Сонця (жовто зірки) - 5 млрд років. Зіставлення віку Сонячної системи з віком Метагалактики (будемо вважати його рівним 15 млрд років) показує, чт Сонце не можна віднести до зірок «першого покоління». Ймовірно, у скла його і планет увійшов газ, вже побував в надрах більш старих зірок. На ранніх стадіях розширення Метагалактики, як ви вже знаєте, взагалі не був важких хімічних елементів, які згодом стали центрами конденсації твердих частинок, необхідних для формування планет.

Крім цього факту, гіпотеза, що пояснює походження і розвиток Сонячної системи, повинна дати відповіді і пояснити такі основних зас закономірностей, які спостерігаються в будові, русі і властивості Сонячної системи:

  • 1. Орбіти всіх планет (крім орбіти Плутона) лежать практично в одній площині, майже збігається з площиною сонячного екватора.
  • 2. Всі планети обертаються навколо Сонця по майже круговим орбіта в одному і тому ж напрямку, що збігається з напрямком обертання Сонця навколо своєї осі.
  • 3. Напрям осьового обертання планет (за винятком Венер і Урана) збігається з напрямком їх обертання навколо Сонця.
  • 4. Середня відстань планет від Сонця (за винятком Нептун і Плутона) підпорядковується певним законом (правилом Тициуса-Боде).
  • 5. Сумарна маса планет в 750 разів менше маси Сонця (почт 99,9% маси Сонячної системи припадає на частку Сонця), однак на їхню частку припадає 98% моменту кількості руху всієї Сонячної системи.
  • 6. Планети поділяються на дві групи, різко розрізняються між собо за будовою, фізичними властивостями, - планети земної групи і планети-гіганти.
  • 7. Переважна кількість супутників обертається навколо планет практично по кругових орбітах, лежачих в більшості випадків в площині екватора планети, причому напрямок цього руху (за кількома винятками) збігається з напрямком осьового обертання.

Історія науки знає безліч гіпотез про походження Сонячної системи. Причому ці гіпотези з'явилися значно раніше, ніж став відомі багато важливі закономірності Сонячної системи. Значени перших космогонічних гіпотез полягала насамперед у спробі пояснити походження небесних тіл як результату природного процесу а не одночасного акту божественного творіння. Крім цього, деякі правила ранні гіпотези містили правильні ідеї про походження небесних тіл.

Німецький філософ І. Кант у своїй книзі «Загальна природна історія і теорія неба» (1755 г.) розвинув гіпотезу, згідно з якою спочатку світовий простір був заповнений матерією, находівшейс в стані первозданного хаосу. Під дією двох сил - тяжіння і відштовхування - матерія з часом переходила в більш різноманітні форми. Елементи, що мають велику щільність, за законом всесвітнього тяжіння притягували менш щільні, внаслідок цього образоваліс окремі згустки матерії. Під дією же сил відштовхування (котори нібито особливо ефективні, коли речовина знаходиться в розпорошено стані) прямолінійний рух частинок до центру тяжіння замінювалося колоподібним. Внаслідок зіткнення частинок навколо окремими згустків і формувалися планетні системи. Все це представлялос Канту настільки очевидним, що він не втримався від зауваження, ставшег як би символом природознавства: «Дайте мені матерію, і я побудую з не мир, тобто дайте мені матерію, і я покажу всім, як з неї повинен утворитися світ ... ».

Зовсім інша гіпотеза про походження планет була викладена в книзі П. Лапласа «Виклад системи світу» Бонапарт (1769 г.). За Лапласа на ранній стадії свого розвитку Сонце являло собою величезну, повільно обертається туманність. Під дією сили тяжіння протосолнца стискалося, тому воно брало сплюснутую форму І як тільки на екваторі сила тяжіння врівноважувалася центробежно силою інерції, від протосолнца відділялося гігантське кільце, которо надалі охолоджувалося і розривалося на окремі згустки. З ні і формувалися планети. Такий відрив кілець від нротосолнца, але Лапласа відбувався кілька разів. Аналогічним шляхом утворилися і супутник планет. Гіпотеза Лапласа, колишня вельми популярною на протязі пошт ста років, виявилася не в змозі пояснити перерозподіл момент кількості руху між Сонцем і планетами. Розрахунок показує, чт якби все планети впали на Сонце (тобто повернули йому втрачений і момент кількості руху), то швидкість його обертання була б недостатньою для того, щоб могло відбуватися відділення кілець. Крім того для цієї та інших гіпотез, виходячи з яких планети і їх супутники утворюються з гарячого газу, «каменем спотикання» є ще таке: В з гарячого газу планета сформуватися не може, так як цей газ очен швидко розширюється і розсіюється в просторі.

У 20-і рр. минулого століття англійський астроном Джинс розробив приливну теорію походження Сонячної системи. За цією теорією в результаті випадкового зближення Сонця з якоюсь зіркою на Сонць утворилася гігантська приливна хвиля, яка призвела до того, що з дво протилежних точок його поверхні почалося потужне виверження струменів газу. Ці газові маси дуже швидко збиралися в хмари, в котори росли «планетезимали» - невеликі тверді тіла, з яких в подальшому сформувалися планети.

У 1930-х рр. було висловлено припущення (Г. Рессел), що в минулому Сонце було подвійною зіркою. Один з компонентів був розірваний зустрічній зіркою і утворив хмару, з якого пізніше сформувалися іланети. Надалі цю гіпотезу видозмінили (Ф. Хойл в 1944 г.). Було висунуто припущення, що один з компонентів спалахнув як наднова зірка, скинув газову оболонку. Зірки розійшлися, а з газово оболонки утворилася планетна система.

Велику роль в розробці сталих в даний час поглядів на походження планетної системи зіграли роботи нашого співвітчизника О. Ю. Шмідта. В основі теорії О. Ю. Шмідта лежать два припущення: планети сформувалися з холодного газопилової хмари; це хмара було захоплено Сонцем при його зверненні навколо центр Галактики. На основі цих припущень Шмідту вдалося пояснить деякі закономірності в будові Сонячної системи - розподіл планет по відстанях від Сонця, обертання і ін. Гіпотез було багато але якщо кожна з них добре пояснювала частина досліджень, то друга частина залишалася незрозумілою.

При розробці гіпотези космогонії перш за все необхідно вирішити питання: звідки взялося речовина, з якого згодом сформувалися планети? Тут можливі три варіанти:

  • 1. Планети утворюються з того ж газопилового хмари, що і Сонць (І. Кант).
  • 2. Облік, з якого утворилися планети, захоплено Сонцем ін його зверненні навколо центру Галактики (О.Ю. Шмідт).
  • 3. Ця хмара відокремилося від Сонця в процесі його еволюції (Лаплас Джинс).

Загальну схему розвитку нашої планетної системи можна описати таким чином. Близько 5 млрд років тому в протяженном газонилевом хмарі, пронизаному магнітними силовими лініями, утворилося центральне згущення - протосолнца, яке повільно стискалося. Друга частина хмари масою в 10 разів меншою повільно оберталася навколо нього У результаті зіткнення атомів, молекул і порошинок туманність поступово сплющувалася і розігрівалася. Так, навколо Сонця утворився протяжний газопилової диск. Його магнітне поле, «намотуючи» на прото-сонце, сприяло передачі моменту кількості руху внешни верствам диска.

По одному з варіантів еволюції протопланетної хмари, розглянутому В. С. Сафроновим, спочатку в цій хмарі відбувся розподіл компонентів - газу і пилу. Осідання пилу до центральної площини сталося приблизно за 1000 оборотів хмари навколо Сонця. Одночасно протікав процес зростання пилинок до «1 см.

Під дією світлового тиску легкі хімічні елементи водень і гелій «виміталися» з близьких околиць Сонця. І, навпаки, потрапляючи на порошинки, світлові промені гальмували їхній рух навколо Сонця. При цьому пилові частинки втрачали свій орбітальний момен кількості руху і наближалися до Сонця. Цей механізм гальмування «працює» навіть у випадку, якщо розміри частки досягають декількох метрів. В кінцевому підсумку це і призвело до істотного розрізни в хімічному складі планет, їх поділу на дві групи. Таким чином, поблизу екваторіальній площині Сонця утворився шар пилу підвищеної щільності. Як тільки щільність цього шару досягла критичної позначки, в ньому виникла гравітаційна нестійкість. Спочатку утворилися кільця, які швидко розпалися на окремі згущення Їх вихідні розміри і маси на відстані в одну астрономічну одиницю від Сонця досягали 40 км і 5 • 10 13 кг, а на відстані Юпітера -В відповідно 10 5 км і 10 19 кг. За рахунок власної ваги відбувався подальше стиснення згустків, їх ущільнення, зростання великих і руйнувань малих. Перетворення згущеної пилу в окремі тверді тіла тривало всього 10000 років на відстані в 1 а.о. і близько 1 млн років на расстояни Юпітера від Сонця.

Далі в результаті взаємних зіткнень відбувалося злипання окремих пилинок і утворення твердих тіл. Розрахунки показують, чт ефективність взаємних зіткнень пропорційна четвертого ступеня радіуса згущення (планетезимали). Це призвело до швидкого зростання розмірів найбільших з них. В результаті зіткнень їх орбіти наближалися до круговим, а самі вони перетворювалися в зародки планет Згодом виживали лише ті з них, орбіти яких з урахуванням їх взаємного тяжіння виявилися стійкими.

Подібно до планет земної групи, формувалися зародки планет-гігантів - Юпітера і Сатурна, хоча час їх конденсації було в кілька разів більшим. В даному випадку, як тільки маса протопланет досягала величини двох-трьох мас Землі, починалася інтенсивна аккреция (тобто процес падіння речовини на космічне тіло з окружающег простору) газу, що входить в іротоіланетное хмара.

Щоб узгодити розрахунки зі спостереженнями, припадає ввести допущення, що в процесі росту планет-гігантів значна кількість твердої речовини було викинуто з Сонячної системи. Це призвело до утворення на її периферії хмари комет, яке частково збереглося і до наших днів.

Напрямок та швидкість обертання планети навколо своєї осі встановлюються статистично як сумарний результат об'єднання багатьох планетезималей і випадання на зародок планети тел з «спутніковог рою», навколишнього кожну планету на ранньому етапі її формування Як виявилося, за нахилом осі обертання планети до площини екліптики можна оцінити масу найбільших тіл, що випадали на планету. Зокрема, для нашої планети ці маси не перевищували 0,001 маси Землі. Те що вісь обертання Урана нахилена до площини її орбіти під кутом 98 ° пов'язано з впливом Юпітера і Сатурна. Як тільки маси цих плані зросли до двох-трьох мас Землі, вони своїм тяжінням вносили обурення в рух інших планетезімалямі, надаючи їм великі швидкості, достатні для того, щоб вилітати за межі Сонячної системи Випадкове зіткнення цих тіл з протоураном і призвело до згадано аномалії в його обертанні навколо своєї осі. Маси найбільших тіл, що випадали на Уран, досягали величини 0,07 маси цієї планети.

Зародки планет-гігантів не тільки перешкоджали формуванню планети в зоні астероїдів між Марсом і Юпітером, але привели і до значного зменшення кінцевої маси планети Уран.

Незважаючи на схожість освіти і складу вихідного матеріалу планет земної групи, зараз помітно відмінність в досягнутому рівні розвитку планет. На інших планетах відсутні не тільки ознаки життя, але навіть такі хімічні сполуки, які в ході подальшої еволюції могли б привести до появи примітивних органічних форм. Земля ж має багатий, надзвичайно розвинені органічним світом.

Порівняння фізичних характеристик планет земної групи дозволило виявити ряд загальних закономірностей їх походження і подальшої еволюції. У ранню історію свого існування все планети, як і Земля, пережили три загальні для них фази розвитку: 1 - фазу акреції; В 2 - фазу розплавлення зовнішнього середовища (а можливо, і надр) і 3 - «місячну фазу» (стадію первинної кори ). Сукупність цих фаз складає ранню історію планет. У ранню історію Земля в своєму розвитку не відрізнялася від інших планет. У всі наступні часи до сучасної епохи включно, тобто протягом 3,5-4,0 млрд років, все планети за винятком Землі, розвивалися більш-менш однотипно, хоча ступінь активності як внутрішніх, так і зовнішніх планетних процесів був різною. Чим більшу масу має планета, тим більша кількість радіогенної і гравітаційної енергії утворюється в її надрах. Відповідно і більш активно протікають у планети ендогенні процеси - вулканизующего і тектонічні рухи. У небесних тіл (Місяця і Меркурія) вулканизующего припинився вже більше 3 млрд років тому. На Марсі він до недавнього часу був досить активним. На Венері (але непрямими даними) і на Земл інтенсивний вулканізм тривав протягом усього їхнього истори аж до теперішнього часу.

До числа загальних закономірностей розвитку планет земної групи належать такі:

  • 1. Всі планети відбулися з єдиного протопланетного газопилевог хмари (туманності) в результаті його конденсації і акреції утворилися згустків матеріалу і розсіяного речовини. Більші скупчення росли швидше за рахунок приєднання до себе менших агрегатів і розсіяного матеріалу і перетворювалися в зародки планет - планетезимали.
  • 2. В кінці стадії акреції, тобто приблизно 4,5 млрд років тому, по впливом швидкого накопичення теплової енергії за рахунок трансформованої метеоритної кінетичної енергії зовнішня оболонка планет зазнала повне розплавлення.
  • 3. В результаті подальшого охолодження зовнішніх шарів літосфери утворилася кора. До її складу увійшли легші компоненти основно магми. Більш важкі внаслідок гравітаційної диференціації сконцентрувалися нижче кори, утворивши мантію планети. На цей же перио доводиться розплавлення і центральній області планети за рахунок накопичення радіогенної і гравітаційної енергії. Таким чином, па ранньому етапі існування планет відбулася диференціація їх речовин на ядро, мантію і кору.
  • 4. Індивідуально відбувався розвиток зовнішньої області планет Формування природної обстановки відбувалося і відбувається під впливом кліматичного чинника, але ступінь його повноти вельми неоднакова на рівних планетах, а звідси і неоднаковий ефект його дії. Найважливішою умовою тут є наявність або відсутність у планет атмосфери та гідросфери. Причому визначальним можна припустити са факт їх наявності або відсутності, а певне поєднання їх параметрів Для атмосфери це будуть хімічний склад, щільність, температурни режим, циркуляція і т.д .; для гідросфери - загальна маса води і її фазовий стан - тверде, рідке або газоподібне. З них найбільше активністю володіє вода в рідкій фазі.
  • 5. Внаслідок повної відсутності води на безатмосферних Місяці і Меркурії або наявності її в малій кількості і не в рідкій фазі на Марс і Венеру на цих планетах екзогенні процеси не можуть придушити морфологічний ефект метеоритного бомбардування, тому кратерне ти рельєфу безроздільно панує на Місяці, Меркурії, Венері і переважає на Марсі. Марс в минулому мав більш теплий і вологий клімат рідку воду і відповідно відносно високу активність екзогенних процесів, дія яких виразилося в істотній переробці первинного рельєфу ударних кратерів.
  • 6. З циркуляцією води у зовнішній оболонці Землі пов'язане функціонування на нашій планеті потужного комплексу екзогенних процесів роблять величезний вплив на інші компоненти - літосферу, органічний світ, залучення їх в глобальні кругообіги.
 
Переглянути оригінал
< Попер   ЗМІСТ   ОРИГІНАЛ   Наст >