Отдых на море

Солнечная система

Солнечная система

ПОДЕЛИТЬСЯ
Солнечная система

Впервые вопросы эволюции Солнечной системы были рассмотрены французским математиком Бюффоном в 1749 году и немецким философом Кантом в 1755 году. Кант предположил, что Солнечная система была образована из газопылевого облака. Солнце возникло в центре этого облака, а в периферийных частях — планеты. Такая версия в общих чертах была правильна, более детально она не рассматривалась, так как на тот момент еще не существовало ни атомной теории, ни термодинамики, ни кинетической теории газов, сведений ни многих других необходимых данных. В 1796 г. выдающийся французский математик Лаплас высказал в популярной форме свою идею, гласившую, что на процесс образования планет значительное влияние может оказывать вращение туманности. По его словам, центробежная сила при сжатии туманности возрастает быстрее, чем сила тяжести, а при их равенстве должна возникнуть так называемая ротационная неустойчивость, при которой туманность сплющивается и принимает форму чечевицы, а с ее экватора происходит отделение вещества. Вокруг туманности из выброшенного вещества образуются плоские кольца, имеющие некоторое подобие с кольцами Сатурна. Лаплас предполагал, что конденсация газа, выброшенного из туманности, впоследствии привела к образованию планет.
В современных представлениях, как и предполагалось в гипотезах Канта и Лапласа, звезды и их планетные системы образуются в едином процессе сжатия облака межзвездной газово-пылевой среды. Но чем тогда можно объяснить большое различие углового момента Солнца и планет. Какой механизм способен передать значительную часть момента количества движения на ее периферию при сжатии протозвезды? Согласно гипотезе английского астрофизика Хойла, такая передача может быть осуществлена посредством магнитного поля. В момент, когда плотность протозвезды достигает определенной достаточно большой величины, обмен веществом прекращается и в дальнейшем момент количества движения изменяется мало. Постепенное сжатие протозвезды вызывает возрастание угловой скорости, что приводит к возникновению ротационной неустойчивости. Так, у «Протосолнца» ротационная неустойчивость возникла тот момент, когда его радиус приблизительно равнялся радиусу орбиты Меркурия. По экватору «Протосолнца» началось истечение вещества, образовавшего в последствии протопланетное облако в форме диска. При этом дипольное магнитное поле протозвезды при образовании протопланетного облака деформируется. Так как угловая скорость такого диска меньше, чем угловая скорость протозвезды, силовые линии начинают закручиваться по спирали, при этом затормаживая вращение протозвезды и ускоряя вращение диска. Когда протозвезда сильно затормозится, ротационная неустойчивость исчезает. В этот момент истечение вещества прекращается и происходит отделение протопланетного диска от протозвезды.

рис. Протозвезда

По данным современных расчетов у холодных и горячих звезд этот процесс происходит по-разному из-за того, что холодные звезды обладают подфотосферной конвективной зоной, а горячие — нет. Когда атмосферу протозвезды охватывают конвективные движения, магнитные силовые линии могут проникнуть в нее на достаточно большую глубину, при этом спиральные витки магнитного поля располагаются в основном внутри протозвезды. При отсутствии конвекции, витки располагаются снаружи, в диске. В таком случае диск раскручивается очень быстро и разрушается, не успевая получить от протозвезды достаточной массы. Протопланетный диск не может принять на себя значительной доли момента количества движения и не успевает сформироваться. В результате звезда остается быстро вращающейся и не образует планетной системы.
Долгое время ученые считали, что планеты образовались из постепенно остывающего горячего газа, после чего вещество переходило в жидкое состояние, а потом в твердое. Изначально протопланеты (сгустки газа, из которых образовались планеты) состояли в основном из водорода и гелия. Однако более подробное изучение данной теории дает основания предполагать, что гипотеза образования планет из горячего газа Имеет ряд несоответствий. Исходя из данной гипотезы, протопланетное облако по каким-то причинам должно распасться на отдельные протопланеты. При этом предполагается, что протопланетное облако, в принципе, не является однородным и в местах с наибольшей плотностью начинается гравитационная конденсация, приводящая к образованию протопланет. Однако оказалось, что предполагаемая масса протопланетного облака (около 10% массы Солнца) слишком мала для того, чтобы в ней возникла гравитационная неустойчивость. Кроме того, исследование диссипации атмосфер (перехода части энергии в тепло) протопланет показало, что она происходит слишком медленно, т. е. «Протоземля» не успела бы превратиться в Землю.

рис. Солнце в момент рождения

Советский астроном и математик Отто Шмидт высказал предположение, что планеты сконденсировались из достаточно холодного облака газа и пыли, и такая точка зрения поддерживается многими современными учеными. Наблюдения подобных систем указывают на то, что образование звезд происходит в тех областях, где концентрация межзвездного вещества особенно велика (глобулы и так называемые «слоновые хоботы», газопылевые туманности, связанные со звездами типа τ Тельца). Следует ожидать, что протопланетный диск кроме газа должен содержать также и пыль. Было доказано, что твердые частицы в протопланетном облаке вследствие столкновений обмениваются энергией и моментом количества движения. При этом происходит такое распределение частиц в пространстве и по скоростям, при котором вероятность столкновений становится наименьшей. Такое состояние соответствует движению в плоскости по круговым орбитам. Расчет показывает, что пыль концентрируется в форме диска, толщина которого должна составлять 10-3-10-4 его радиуса.
Такой пылевой диск не является прозрачным для солнечного излучения, и, по крайней мере, периферии диска оно не может достигнуть. Рядом с Солнцем газ нагревается благодаря солнечному излучению и постепенно рассеивается в межзвездном пространстве вследствие термической диссипации. Внутри пылевого диска температура низкая, поэтому диссипация замедляется. Благодаря этому можно объяснить различие в химическом составе планет типа Юпитера и планет земной группы: на периферии диссипация происходила более медленно, и легкие газы сохранились; во внутренних частях диска диссипация происходила быстрее, и легкие газы испарились. Из-за взаимных возмущений орбиты частиц не могли быть точно круговыми. В эксцентриситетах и наклонениях орбит существовали небольшие различия, поэтому частицы сталкивались между собой и достаточно крупные частицы присоединяли к себе легкую пыль. В таком процессе большие частиц растут быстрее, чем маленькие, поэтому в результате пылевая материя конденсируется во все более и более крупные тела. В результате должны остаться только несколько наиболее крупных тел, которыми, в последствии и стали планеты.

рис. Художественное представление Земли на начальном этапе ее эволюции

Эта гипотеза объясняет, почему орбиты планет являются круговыми и располагаются в одной плоскости, почему планеты земного типа отличаются от планет типа Юпитера. Статистические расчеты процесса роста протопланет при определенных предположениях о распределении момента количества движения в диске приводят к правильному закону планетных расстояний. Количественные расчеты показывают, что современной массы Земля достигла примерно за 2*108 лет. К концу этого периода температура центра Земли достигла 1000 К, а поверхность ее была холодной. Затем произошел разогрев за счет выделения тепла радиоактивными элементами. В дальнейшем температура Земли продолжала повышаться, что привело к плавлению земных недр и дифференциации их химического состава. Большинство тяжелых элементов сконцентрировалось ближе к центру, а более легкие вытеснялись наверх и образовали впоследствии мантию и кору. Геохимические данные подтверждают, что наша планета вначале действительно была в холодном состоянии, а ее разогрев и дифференциация элементов относятся к более поздним этапам эволюции Земли.

Источник: astroinformer.com

О чем вы думаете?

Загрузка...
Loading...

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ