ГІПОТЕЗИ УТВОРЕННЯ СОНЯЧНОЇ СИСТЕМИ

Факти свідчать, що необхідною умовою появи життя є планетарна система з «відповідним» розташуванням однієї з планет на навколозоряних орбіті. Як же виникла наша (може бути, унікальна) Сонячна система? Щоб відповісти на це питання, розглянемо спочатку її будова. Кордоном Сонячної системи вважають хмару Оорта (кульової шар кометоподібний тел), розташоване на відстані в один світловий рік від Сонця (рис. 93).

Усередині хмари Оорта, набагато ближче до центральної частини, на відстані 6 св. ч від Сонця, знаходиться пояс Койпера. Це кільце малих планетарних тел розмірами 100-200 км в поперечнику. Міні-планети (планетозімалі), по-видимому, є залишками того «будівельного матеріалу», з якого утворені більші планети.

Хмара Оорта і поясКойпера

Мал. 93. Хмара Оорта і поясКойпера

Практично вже в поясі Койпера проходить орбіта подвійний планети Плутон - Харон. Діаметр Плутона приблизно в 2 рази перевершує діаметр Харона, і вони знаходяться один від одного на відстані всього в 20 000 км. У міру наближення до Сонця слідують Нептун і Уран - гігантські планети, що складаються з газу (водню, гелію, метану) і мають дуже вузькі системи кілець дрібних супутників. Шоста від Сонця планета Сатурн відома своєю дивовижною системою п'яти концентричних кілець, що лежать в одній площині. Через швидке обертання (оборот за 10 годин) він сплюснутий біля полюсів і роздутий по екватору.

Ще ближче до центру розташована орбіта Юпітера, найбільшої з планет Сонячної системи. Так само як і Сатурн, Юпітер містить в основному водень (85%), гелій (14%), аміак, метан, водяна пара і ацетилен. Усередині планети, під атмосферним газовим шаром, прихований океан рідкого водню глибиною близько 17 000 км. Нижче тиск зростає настільки, що водень переходить в твердий стан з металевим типом провідності. Висока напруга, яка в надрах планети, створює сильне магнітне поле Юпітера.

Вимірювання з космічних зондів (Піонер-10 і 11, Вояджер-1 і 2) показали, що Юпітер випромінює більше енергії, ніж отримує її від Сонця. Внутрішніми джерелами є енергія триваючого гравітаційного стиснення планети, теплова енергія, запасені на ранньому етапі освіти Юпітера, і енергія радіоактивного розпаду важких ядер. Юпітер має 16 супутників і схожий на мініатюрну сонячну систему. В останні роки надзвичайно зростає магнітне поле Юпітера і деякі геофізики пророкують перетворення Юпітера в маленьку зірку.

Однак, за сучасними теоріями, маса Юпітера явно недостатня для початку термоядерних реакцій. Марс, Земля, Венера і Меркурій мають схожу внутрішню будову.

Різноманітність структур, яке ми спостерігаємо в Сонячній системі, каже про дію різних механізмів в процесі утворення планет з протопланетного диска. Спільним у всіх сучасних моделях є положення про спільну та одночасної еволюції центральної зірки Сонця і його супутників-планет. Інформація про хімічний і ізотопний склад, про гетерогенності речовини на ранніх етапах формування планетарної системи збереглася в метеоритах, падаючих на Землю (рис. 94).

З урахуванням се і законів термодинаміки в 1967 р була запропонована конденсаційна модель утворення Сонячної системи. За моделлю Дж. У. Ларімер і Е. Андерса речовина протопланетного диска нагрівалася до такої високої температури, що відбувалося випаровування і утворення атомарного газу. При високій температурі відбувалася прискорена дифузія і хімічний склад усереднювався по всьому диску. Тому склад метеоритів, що приходять з різних місць Сонячної системи, принципово не відрізняється від складу Землі. За мерс зниження температури в рідких краплях спочатку повинні випадати в твердий осад самі тугоплавкі елементи та їхні сполуки, а легкоплавкі кристалізуються в останню чергу. Які наслідки це матиме?

Схема будови мікропилінок

Мал. 94. Схема будови мікропилінок

Спочатку в агрегати будуть злипатися випали першими тугоплавкі сполуки (рис. 94, 1), вони будуть обволікає легкоплавкими, так що утворюються шарові структури з різними температурами плавлення (рис. 94, 2 і 3). Аналогічно цьому, спочатку утворюється тугоплавкое ядро планети, потім легкоплавка мантія. Конденсаційна модель дає лише якісне відповідність з фактами про будову планет земної групи. Кількісні оцінки тимчасових інтервалів освіти метеоритів по ній дають занадто великий розкид значень.

При утворенні планетозималей важливе значення мають взаємні зіткнення фрагментів протопланетної хмари. Реальні удари є частково пружними, частина енергії удару витрачається на нагрів соударяющихся тел. Результатами зіткнень будуть: злипання (аккреция), дроблення (фрагментація) і нагрів частинок.

Акреція викликає турбулентний в'язкість диска, дроблення призводить до переносу моменту кількості руху на периферію диска. Тому однорідність диска порушується. Впливають фізичні і хімічні властивості частинок. Наприклад, пластичні і намагнічені частинки заліза будуть злипатися, тоді як силікатні тендітні частки можуть легко дробитися.

Вважається, що планети земної групи формувалися з різнорідних фрагментів. Спочатку утворилися ядра планет з залізонікелевих частинок, потім вони «обволакивались» оксидами і силікатами (рис. 95). Компоненти суміші формувалися послідовно в різних температурних інтервалах. На ранніх стадіях з'являлися шари

Схема будови надр Землі

Мал. 95. Схема будови надр Землі: I - ядро; 2 - зовнішнє ядро: 3 - мантія

кальцій-алюмінієвих конденсатів, потім збиралися силікати з вмістом магнію, заліза та інших металів. Турбулентні потоки в зовнішньому в'язко-рідкому ядрі, добре провідному ток, зумовили появу магнітного поля Землі. Верхня мантія, сама легкоплавка, була збагачена летючими компонентами, в тому числі вуглеводнями і водою. Поступово відбувалася дегазація мантії і з парів були створені дві важливі оболонки Землі: атмосфера і гідросфера.

Темп еволюції центральної зірки вище, ніж для протопланетного диска. Молода зірка повинна швидко обертатися, якщо навіть початкове обертання газопилового загального хмари було незначним. Це наказує закон збереження моменту кількості руху. Крім того, зірка має сильне магнітне поле. Ультрафіолетове і рентгенівське випромінювання зірки іонізує частинки протопланетного диска. Взаємодія заряджених частинок з магнітним полем добре відомо: виникає сила Лоренца і частинки рухаються по спіральних траєкторіях. Можна говорити, що магнітне поле утримує потрапили в нього заряджені частинки.

Так як джерело магнітного поля швидко обертається, то сила Лоренца змінює напрямок свого дії, граючи роль своєрідної «мішалки» по відношенню до речовини диска. В кінцевому рахунку магнітне поле передає обертальний момент зірки диску: центральне тіло сповільнюється, а диск розкручується. Розрахунки показують, що від центральної зірки до диска може переходити більше 90% її моменту кількості руху. Його розміри при цьому зростають, що виникла турбулентність (вихори) призводить до скучіваніе речовини, при певній швидкості вихорів вони розбиваються на більш дрібні і таким чином можуть формуватися обертові тіла різних розмірів - планети і їх супутники.

Крім того, променеве тиск електромагнітних випромінювань зірки і сильний сонячний вітер забирають легкі газоподібні частки з ближньої розігрітій зони на периферію диска. Тому біля Сонця немає газосодержащіх планет, вони зосереджені «на околиці» Сонячної системи.

Імітаційні розрахунки на комп'ютерах показали, що спочатку при еволюції диска з'являються пояса або кільця навколо зірки, а потім приливні сили і резонансні коливання збирають кільця в більш компактні освіти - планети.

Розглянута модель не враховує ізотопні аномалії, поступово виявлені при дослідженні ізотопного складу метеоритів. Зокрема, в одному з метеоритів (що впав поблизу селища Стара Пссьянос) вміст ізотопу НСОН-20 в 14 разів більше, ніж ізотопу неон-22. На противагу цьому знайдені метеорити, що містять майже весь неон в формі ізотопу неон-22. У складі атмосфери Землі зміст неону-20 на порядок більше, ніж всіх інших ізотопів неону, тоді як в космогенного неоні зміст всіх ізотопів приблизно однаково. Ізотопний склад кисню в метеоритах також неоднаковий. Вище зазначалося, що хімічний і ізотопний склад метеоритів відображає гетерогенність раннього речовини на стадії формування планет. Тому виникає припущення, що при утворенні Сонячної системи відбулося змішування речовини по крайней мерс двох резервуарів, що відрізнялися за ізотопним складом. Воно підтверджується аномаліями в ізотопний склад цілого ряду елементів - Ва, Ti, Са, Si, Мп. Для пояснення причин і процесів змішування запропоновано дві моделі: вибуху сусідній наднової і зіткнення двох газопи- лсвих хмар ще до формування протосолнца.

За першою гіпотезою в протосонячній туманність було «впорснути» речовина з оболонки наднової (див. Рис. 96). Недоліком моделі є критичність відстані до наднової: при близькому вибуху протосонячній туманність буде розсіяна, при далекому - вибух не внесе «потрібного» кількості речовини. Та й статистика вибухів несприятлива для моделі: 1 вибух у «околицях» Сонця припадає на 100 млн років.

Більш «м'який» варіант змішування був запропонований в 1983 р Л.К. Левскі. За його сценарієм при перетині протосонячній хмарою одного з рукавів Чумацького Шляху, де концентрація зірок і газопилових молекулярних хмар набагато вище, ніж в просторі між рукавами, сталося зіткнення нормального і аномального за ізотопним складом хмар.

Схема змішування хмар

Мал. 96. Схема змішування хмар

В результаті виникла турбулентність протосонячній хмари і почався процес утворення протозірок і протопланетного диска.

З основної маси нормального резервуара формується Сонце, а з периферичної області, «забрудненої» аномальним речовиною, утворюються астероїди, метеорити і частково - планети. Тому в метеоритний речовині часто виявляється аномальний неон, а в Сонце міститься тільки нормальний.

Земля виявляється проміжної за ізотопним складом, в ній представлено речовина двох хмар. Тривалість інтервалу освіти сонячної планетарної системи з даної моделі становить приблизно 200 млн років, хоча початок був покладений набагато раніше, близько 4,5 або 5 млрд років тому зіткненням хмар.

 
Переглянути оригінал
< Попер   ЗМІСТ   ОРИГІНАЛ   Наст >