2.5.4 Происхождение и структура Солнечной системы

Солнце — центральное тело Солнечной системы, которое обусловливает ее гравитационную связанность и оказывает существенное влияние на процессы, протекающие в ней. Возраст Солнца составляет примерно 5 млрд лет, масса Солнца в 330 000 раз больше массы Земли. Радиус орбиты Земли вокруг Солнца (астрономическая единица — а.е.) является стандартом для Солнечной системы. Ближайшие к Солнцу звезды Проксима Кентавра в созвездии Центавр и Сириус в созвездии Большой Пес. Таким образом, Солнечная система — это система тел, включающая в себя центральную звезду — Солнце и все естественные космические объекты, обращающиеся вокруг неё.

В Солнечной системе имеется восемь планет, которые можно разделить на планеты земной группы (Меркурий, Венера, Земля, Марс) и планеты-гиганты (Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун), а также пять карликовых планет (Церера, Плутон, Хаумеа, Макемаке, Эрида). Другие объекты, обращающиеся вокруг Солнца, относят к малым телам Солнечной системы.

Планеты земной группы расположены близко к Солнцу, имеют небольшие размеры, состоят преимущественно из тяжелых элементов (имея при этом высокую плотность), обладают твердой поверхностью. Планеты-гиганты массивнее планет земной группы, имеют малую плотность и состоят из легких элементов, преимущественно водорода и гелия. Они окружены протяженными атмосферами, переходящими в жидкий слой поверхности. В недрах планет-гигантов присутствуют твердые ядра. Планеты-гиганты имеют множество спутников и газопылевые диски (кольца). Сатурн обладает наиболее выраженной системой колец.

Большая часть астероидов (малых тел размером от одного до тысячи километров) во внутренней части Солнечной системы движется в поясе астероидов, расположенном между орбитами Марса и Юпитера (между планетами земной группы и планетами-гигантами). Они имеют неправильную форму, атмосфера у астероидов отсутствует.

Большинство комет (малых ледяных тел) движутся по чрезвычайно вытянутым орбитам и при каждом обороте приближаются к Солнцу лишь на непродолжительное время. По мере приближения к Солнцу ядро кометы начинает разогреваться, в результате чего образуется улетучивающаяся атмосфера (кома), под действием потока частиц от Солнца (солнечного ветра) она вытягивается в хвост.

Пояс Койпера — обширная область Солнечной системы, лежащая за орбитой Нептуна, на расстоянии примерно от 30 до 100 а.е. от Солнца, заполненная ледяными и каменистыми объектами типа астероидов и комет. Все эти объекты являются остатками газопылевой туманности, из которой сформировалась Солнечная система. Изучение их химического состава и распределения в пространстве поможет прояснить эволюцию Солнечной системы.

Облако Оорта, располагается на дальних границах Солнечной системы. Небольшие тела, составляющие это облако, медленно обращаются вокруг Солнца.

Зарождение планет Солнечной системы. По современным представлениям звезда Солнце образовалась примерно 5 млрд лет назад из горячей газопылевой туманности (это произошло раньше, чем образование планет). Процесс формирования планет происходил в газопылевом диске, окружающем звезду. Спектральный анализ химического состава Солнца, планет Солнечной системы, метеоритов и астероидов показал, что все они имеют единое происхождение. Планеты Солнечной системы возникли почти одновременно — примерно 4,6 млрд лет назад.

В современной астрономии принята концепция холодного начального состояния планет, которые под влиянием электромагнитных и гравитационных сил образовались в результате объединения твердых частиц газопылевого диска. Уровень давления в протопланетном облаке был таков, что вещество из газа конденсировалось сразу в твердые частицы, минуя фазу жидкости. Из исходного газового облака сначала возникла система колец, которые затем распались на множество отдельных сгустков. Сталкиваясь друг с другом, газовые сгустки продолжали сжиматься и уплотняться, образуя так называемые протопланетные тела (планетезимали). Столкновение планетезималей друг с другом привело к тому, что наиболее крупные из них увеличивались в размерах, формируя планеты. По аналогии с возникновением планет объясняется появление их спутников.

Вокруг Солнца химические элементы газопылевого диска дифференцировались. В состав внутренней части диска входили преимущественно тяжелые элементы, из которых сформировались планеты земной группы. Во внешней части располагались преимущественно более легкие элементы, из которых сформировались газовые планеты-гиганты.

Ядро планет сформировалось из планетезималей. Когда масса планетезимали достигала определенного критического значения, она быстро возрастала за счет гравитационного притяжения вещества из окружающего пространства.

На начальном этапе эволюции планеты были нагретыми телами. Недра планет и в настоящее время имеют высокую температуру (тысячи °С). Юпитер совсем лишь немного по массе не «дотянул» до звезды, чтобы в его недрах начались термоядерные реакции, которые и «сделали» бы его звездой.

Согласно ряду оценок, в Галактике имеется около восьми миллиардов звезд, похожих на Солнце, большинство из которых могут иметь планетные системы. Но подходящей для возникновения жизни может быть далеко не каждая планета. Необходимо выполнение трех основных условий для возникновения аналогов земной формы жизни: достаточно постоянная температура; наличие растворителя наподобие воды; существование атомов, которые способны образовывать сложные цепочки молекул (как атомы углерода).