1. Космогония тел Солнечной системы

В Солнце сосредоточено 99,87 % всей массы вещества Солнеч­ной системы, оно содержит кроме водорода и гелия и более тяже­лые химические элементы. Возраст Солнца 4,7 млрд лет, а Галак­тики — 13 — 14 млрд лет. Солнце имеет планетарную систему, в которой есть планеты, содержащие много тяжелых элементов. Все планеты Солнечной системы, астероиды и кометы обращаются вокруг Солнца в одну сторону, и само Солнце вращается вокруг своей оси в ту же сторону. Орбиты всех планет лежат почти в одной плоскости, и почти все они вращаются вокруг своей оси в одном направлении. Эти данные говорят о том, что Солнце явля­ется звездой не первого поколения и что Солнечная система об­разовалась из газопылевого комплекса, обогащенного тяжелыми элементами в результате взрыва сверхновых звезд. Определенная согласованность в движениях космических тел Солнечной систе­мы указывает на их единое происхождение.

По современным представлениям, образование тел Солнеч­ной системы (планет, спутников планет, астероидов, комет и пр.) происходило из протопланетного газопылевого вращаю­щегося облака. В этом процессе активно «работал» комплекс механических, тепловых, электромагнитных, химических и ядер- ных процессов. За счет гравитации происходило сжатие и поте­ря устойчивости. Центральная часть формировалась самостоя­тельно, образуя протозвезду. За счет сжатия и одновременного вращения облака из него и метеоритного роя образовался диск вокруг центральной части. Из-за какого-то внешнего события, может быть взрыва находящейся рядом сверхновой звезды, диск начал коллапсировать под действием гравитационных сил. Из- за неустойчивостей в диске образуются отдельные мелкие хо­лодные сгустки, которые при столкновениях формируют все более массивные (по составу похожие на кометы) тела — пла- нетозимали. Одна часть этих тел разрушилась в результате стол­кновений, а другая объединилась за счет аккрекции (стяжения кометной массы) в планеты. Этот процесс продолжался милли­оны лет.

В процессе формирования планетной системы часть планетезималей разрушилась из-за столкновений, а часть объединилась в рой допланетных тел размером около 1 км, количество таких тел очень велико — миллиарды. Затем допланетные тела объеди­няются в планеты.

Аккумуляция планет продолжается миллионы лет, что очень незначительно по сравнению со временем жизни звезды. Прото­солнце становится горячим. Его излучение нагревает внутреннюю область протопланетного облака до 400 К, образовав зону испаре­ния. Вблизи Солнца формируются планеты земной группы, со­стоящие из тяжелых элементов (Меркурий, Венера, Земля, Марс).

Под действием солнечного ветра и давления света легкие хи­мические элементы (водород и гелий) оттесняются из окрестнос­тей молодой звезды. На расстояниях свыше 5 а.е. (орбита совре­менного Юпитера), в зоне с низкой температурой, они конденси­руются. Когда масса пропланеты превысит М₃, она способна зах­ватывать атмосферу. Протоюпитер увеличил в десятки раз свою массу за 100 лет. Затем скорость аккреции падает, так как весь газ на пути планеты уже вобран, а снаружи он поступает достаточно медленно. Так образовались планеты-гиганты, способные удер­жать возле себя газовые оболочки. Сначала сформировались их ядра массой примерно 15 - 20 М₃, а затем они «нарастили» себе оболочку из Н и Не. Чем больше масса планеты, тем быстрее идет аккреция газа на нее. По расчетам, рост Юпитера продолжался десятки миллионов лет, а Сатурна — сотни миллионов лет. Уран и Нептун росли еще медленнее. К тому времени газа в Солнеч­ной системе осталось еще меньше, и Уран и Нептун содержат в процентном содержании меньше водорода, чем Юпитер. Основ­ные составляющие этих планет — водород, метан и аммиак. Так в более далекой области от Солнца образовались планеты-гиганты, в состав которых входят легкие элементы. Это — Юпитер, Са­турн, Уран, Нептун.

У планет-гигантов возникли собственные мини-диски из газа и пыли, из которых затем сформировались кольца и спутники. При формировании Юпитера в районе его орбиты проходила гра­ница конденсации водяных паров. По расчетам, на более близких расстояниях, в поясе астероидов, летучие вещества были в газо­образном состоянии. Поэтому рост допланетных тел в районе бу­дущего Юпитера ускорился, а ближе — замедлился. В связи с этим Юпитер обогнал по скорости роста протопланету, более близкую к Солнцу. Но после «рождения» Юпитер стал тормозить образо­вание этой планеты в поясе астероидов.

Разогнанные тяготением планет-гигантов сгустки вещества выбрасывались на окраину Солнечной системы, где становились кометами. Они образуют сначала единое целое, но с каждым приближением к Солнцу комета слабеет. Ядро кометы — сово­купность отдельных тел (глыбы, камни, песчинки, пылинки). Ян Оорт обнаружил (1950), что большие полуоси первичных орбит комет группируются к области, удаленной на 200 000 а.е. Он пред­положил, что Солнечная система окружена облаком до 10¹¹ кометных тел, находящихся на расстояниях 20 000-200 000 а. е. При­мерно в то же время Койпер указал на существование еще одного резервуара комет. Первый объект (1992QB1) пояса Койпера, рас­положенный на 41 а.е., был открыт в 1992 г. В настоящее время открыто уже более 400 объектов с радиусом R > 200 км, находящихся за орбитами Нептуна и Плутона, и до 35 000 с R > 100 км, а общая численность тел оценивается в несколько миллиардов, т.е., пол­ная масса пояса Койпера в сотни раз больше, чем у пояса астеро­идов между орбитами Марса и Юпитера. Объектов пояса Койпера на расстояниях, больших 100 а.е., пока не найдено, поэтому гра­ницы Солнечной системы пока точно не определены.

Итак, образование тел Солнечной системы шло в два этапа: вначале диск газовой туманности охлаждался, шла конденсация вещества сначала в жидкие капли, а затем в твердые частицы. Неустойчивая газовая туманность из-за неодинаковой скорости остывания на разных участках расстояний от Солнца порождала и химические неоднородности. На втором этапе конденсированные частицы сгущались в планетозимали. Формировались твердые ядра планет, а затем образовалась оболочка за счет аккрекции газа на ядро.

Существенную роль играло и увлечение ионизованных га­зов магнитными полями Солнца и планет. Большую часть массы протопланетного облака составляли легкие элементы, которые под действием солнечного ветра были «сдуты» из центральной части, поэтому в центре Солнечной системы сформировались менее массивные планеты земной группы: Меркурий, Венера, Земля и Марс.