General, Research, Technology

Як сформувалася наша Сонячна система?

З вікопомний часів людство намагаєтьсявідповісти на питання про те, як виник Всесвіт. Однак всерйоз займатися цим питанням стали тільки з початком наукової революції, коли в світі стали домінувати теорії, докази яких здійснювалося емпіричним шляхом. Саме з цього моменту - проміжок між 16-м і 18-м століттями - астрономи і фізики стали виводити доказові пояснення того, з чого почалося життя за наше Сонце, планет і всього Всесвіту.

Якщо мова йде про Сонячну систему, то найбільшпопулярним і широко визнаним поглядом є небулярная гіпотеза походження світів. Відповідно до цієї моделі, Сонце, планети і всі інші об'єкти Сонячної системи утворилися багато мільярдів років тому з щільних хмар молекулярного водню. Спочатку запропонована в якості пояснення походження Сонячної системи, вона як і раніше залишається найбільш широко прийнятої.

небулярная гіпотеза

Відповідно до цієї моделі, Сонце і всі планетинашою Сонячною системою почали свою історію з гігантського молекулярного хмари з газу і пилу. Потім, близько 4,47 мільярда років тому щось сталося, що призвело до колапсу хмари. Можливо, причиною стала пролітають повз зірка або вибухові хвилі наднової, точно ніхто не знає, але кінцевим результатом став гравітаційний колапс в центрі хмари.

З цього моменту з хмар газу і пилу почалиформуватися більш щільні згустки. Досягнувши певної щільності, згустки відповідно до закону збереження імпульсу почали обертатися, а підвищується тиск їх розігріло. Велика частина матерії зібралася в центральному згустку, в той час як решта матерія утворила навколо цього згустку кільце. Згусток в центрі згодом перетворився в Сонце, а решта матерія утворила протопланетарного диск.

Планети ж утворилися з матерії цього диска. Притягуються один до одного частинки пилу і газу зібралися в більші тіла. Поруч із Сонцем змогли сформуватися в більш щільні об'єкти тільки ті згустки, в яких була присутня найбільша концентрація металів і силікатів. Так з'явилися Меркурій, Венера, Земля і Марс. Оскільки металеві елементи слабо були присутні в первинній сонячної туманності, планети не змогли дуже сильно вирости.

У свою чергу такі гігантські планети, якЮпітер, Сатурн, Уран і Нептун, утворилися вже десь в точці між орбітами Марса і Юпітера - десь за кордоном негативних температур, де матеріал замерзає настільки, що дозволяє летючим з'єднанням зберігати тверду форму у вигляді льоду. Різноманітність цього льоду виявилося набагато ширше, ніж різноманітність металів і силікатів, з яких утворилися планети внутрішньої частини Сонячної системи. Це дозволило їм вирости настільки величезними, що в кінцевому підсумку у них з'явилися цілі атмосфери з водню і гелію. Решту матеріалу, який так і не був використаний для утворення планет, зосередився в інших регіонах, сформувавши в кінцевому підсумку пояс астероїдів, пояс Койпера і хмара Оорта.

Рання Сонячна система в поданні художника. Зіткнення між собою частинок в аккреційному диску призвело до формування планетоземалей і врешті-решт планет

Протягом наступних 50 мільйонів років тиск іщільність водню в центрі протозірки стали досить високими для початку термоядерної реакції. Температура, швидкість реакції, тиск і щільність продовжили зростати до тих пір, поки не було досягнуто гідростатичний рівновагу. З цього моменту Сонце перетворилося в зірку головної послідовності. Сонячні вітру створили гелиосферу, сметана при цьому залишився від протопланетарного диска газ і пил в міжзоряний простір і ознаменував завершення процесу планетарного формування.

Історія небулярной гіпотези

Вперше ідея про те, що Сонячна системаутворилася з туманності, була запропонована в 1734 році шведським вченим і теологом Еммануїлом Сведенборгом. Іммануїл Кант, знайомий з роботою Сведенборга, зайнявся подальшим розвитком теорії і опублікував результати в своїй роботі «Загальна природна історія і теорія неба» в 1755 році. У ній він заявляв, що газові хмари (туманності) повільно обертаються, поступово руйнуються і під дією гравітації стискаються, формуючи зірки і планети.

Аналогічна, але менш детальна модельформування була запропонована П'єром-Симоном Лапласом і описана в праці «Виклад системи світу», який був опублікований в 1796 році. Лаплас теоретизувати на тему того, що спочатку Сонце мало атмосферу, розширену на всю Сонячну систему, і в якийсь момент це «протозвездной хмара» початок охолоджуватися і зменшуватися. Зі збільшенням швидкості обертання хмари воно викинуло зайву матерію, з якої згодом сформувалися планети.

Туманність Sh 2-106. Компактна область зореутворення в сузір'ї Лебедя

Небулярная модель Лапласа отримувала широкевизнання протягом 19-го століття, хоча і містила деякі явні нестиковки. Основне питання викликало кутовий розподіл імпульсу між Сонцем і планетами, яке небулярная теорія не пояснювала. Крім цього, шотландський вчений Джеймс Клерк Максвелл (1831-1879) стверджував, що різниця швидкості обертання між зовнішньою і внутрішньою частиною протопланетарного диска не дозволила б матерії накопичуватися. Крім того, теорія була не прийнята також і астрономом сером Девідом Брюстером (1781-1868), який одного разу сказав:

«Ті, хто вважають, що небулярная теорія вірна, івпевнені в тому, що наша Земля отримала свою тверду форму і атмосферу з кільця, кинутого з сонячної атмосфери, яке згодом було укладено в тверду терраквальную сферу, найімовірніше, вважають, що Місяць утворився таким же чином. [Якщо розглядати з цієї точки зору], то на Місяці теж обов'язково повинна бути вода і своя атмосфера ».

До кінця 20-го століття модель Лапласа втратиладовіру в особі вчених і змусила останніх почати пошук нових теорій. Почалося це, правда, не раніше самого кінця 60-х років, коли з'явився найсучасніший і широко визнаний варіант небулярной гіпотези - модель сонячного небулярного диска. Заслуга належить радянському астроному Віктору Сафронову і його книзі «Еволюція допланетного хмари і освіту Землі і планет» (1969 рік). У цій книзі описані практично всі основні питання і загадки процесу планетарного формування, і що найважливіше - відповіді на ці питання і загадки чітко сформульовані.

Наприклад, модель допланетного хмари успішнопояснює появу акреційних дисків навколо молодих зоряних об'єктів. Множинні симуляції також показали, що аккреция речовини в цих дисках веде до формування декількох тіл розміром із Землю. Завдяки книзі Сафронова питання походження планет земної групи (або землеподобних, якщо хочете) можна вважати вирішеним.

Незважаючи на те, що спочатку модельдопланетного хмари застосовувалася тільки по відношенню до Сонячної системи, багато теоретиків вважають, що її можна використовувати в якості універсальної системи заходів для всього Всесвіту. Тому її навіть зараз нерідко використовують для пояснення процесу формування багатьох екзопланет, які були нами знайдені.

недоліки теорії

Незважаючи на те, що небулярная модель маєшироке визнання, вона як і раніше містить ряд питань, які не можуть вирішити навіть сучасні астрономи. Наприклад, є питання, пов'язане з нахилом. Згідно небулярной теорії, все планети, що знаходяться навколо зірок, повинні мати однаковим нахилом осей по відношенню до площини екліптики. Але нам відомо, що планети внутрішнього і зовнішнього кіл мають абсолютно різними нахилами осей.

У той час як планети внутрішнього кола маютькутом нахилу осей, що становлять від 0 градусів, осі інших (Землі і Марса, наприклад) мають кут нахилу близько 23,4 і 25 градусів відповідно. Планети зовнішнього кола, в свою чергу, теж мають різними нахилами осей. Нахил осі Юпітера, наприклад, становить 3,13 градуса, в той час як у Сатурна і Нептуна ці показники становлять 26,73 і 28,32 градуса відповідно. А Уран взагалі має екстремальний нахил осі в 97,77 градуса, що фактично змушує один з його полюсів постійно перебувати особою до Сонця.


Список потенційно населених екзопланет згідно Planetary Habitability Laboratory

Крім того, вивчення планет поза Сонячною системоюдозволило вченим відзначити невідповідності, які ставлять під сумнів небулярную гіпотезу. Деякі з цих невідповідностей пов'язані з класом планет «гарячі Юпітери», чиї орбіти близько розташовані до своїх зірок, і періодом в декілька днів. Астрономи скорегували деякі моменти гіпотези, щоб вирішити ці питання, але всіх проблем це не вирішило.

Найімовірніше, невирішені питання маютьнайбільш близьке значення до розуміння природи формування, і тому на них так важко відповісти. Просто коли ми думаємо, що знайшли найбільш переконливе і логічне пояснення, завжди залишаються моменти, які пояснити ми не в змозі. Проте ми пройшли чималий шлях, поки не прийшли до наших поточних моделей зореутворення і планетарного формування. Чим більше ми дізнаємося про сусідніх зоряних системах і чим більше досліджуємо космос, тим більш зрілими і досконалими стають наші моделі.