Напомним основные факты о нашей Солнечной системе
Время образования – 4,5-5 млрд. лет назад.
В Солнечной системе осталось 8 планет. Такое решение принято 24 августа 2006 года в Праге на 26-й Ассамблее Международного астрономического союза.
Основная масса системы сосредоточена в Солнце (~99.9%), но 99% момента количества движения ("запаса вращения" системы) связано с движением планет.
Все планеты условно делятся на 2 группы:
Меркурий, Венера, Земля, Марс - планеты небольшого размера с плотностью p=3-5.5 г/см3 и имеющие сходный состав (силикаты, металлы);
Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун - планеты - гиганты с небольшой плотностью p=1-2 г/см3, состоящие из газов (водород, гелий);
Необходимо также выделить пояс астероидов, занимающий место между Марсом и Юпитером.
Орбиты всех планет – эллиптические (но почти круговые), и все они (за исключением орбиты Плутона) лежат примерно в плоскости эклиптики (в плоскости Солнечного экватора).
Все планеты обращаются вокруг Солнца в одном направлении (совпадающем с направлением вращения Солнца), как и почти все спутники вокруг своих планет.
Большинство планет вращаются вокруг своих осей в том же направлении, что и Солнце (за исключением Венеры, которая очень медленно вращается в обратном направлении, и Урана, который вращается как бы лежа на боку).
Вокруг шести планет «крутятся» естественные спутники (спутники есть и у трех карликовых планет).
Расстояния планет от Солнца подчиняются эмпирическим формулам и, например, составляют некоторую прогрессию, определяемую правилом Тициуса-Боде.
За орбитой Нептуна располагаются пять крупных индивидуальных объектов— Церера, Плутон, Хаумеа, Макемаке и Эрида, которые называют карликовыми планетами. Они имеют, за счет собственной гравитации, форму, близкую к шару, и состоят, главным образом, из замёрзших воды, аммиака и метана. Кроме того, существуют тысячи малых тел, таких как кометы, метеороиды и космическая пыль, которые перемещаются по Солнечной системе.
После передела Солнечная система стала выглядеть удивительно гармонично: планеты земной группы — пояс астероидов — планеты-гиганты — пояс Койпера. Среди планет воцарился порядок, какой и должен быть в системе, населенной разумными представителями Вселенной.
Гипотезы происхождения Солнечной системы.
Объединенная гипотеза Канта-Лапласа - Солнечная система возникла из газопылевой туманности. Немецкий философ И. Кант в 1755 году впервые изложил «небулярную гипотезу» о возникновении Солнечной системы из огромного плотного, плоского пылевого облака рассеянного вещества, вращающегося вокруг Солнца. В 1796 году французский ученый Пьер Симон Лаплас описал образование Солнца и Солнечной системы из медленно вращающейся раскаленной газовой туманности. Под действием гравитации центральная часть туманности сжималась, скорость вращения увеличивалась, поэтому часть газового облака отделилась от центрального сгустка в виде отдельного газового кольца. Продолжавшееся сжатие и ускорение вращения приводили к отслоению кольца за кольцом. Затем при охлаждении в силу флуктуаций в каждом отдельном кольце возникали неоднородности плотности образующихся плотных частей, а затем в игру вступал закон всемирного тяготения и наиболее плотная часть кольца притягивала к себе остальное вещество кольца – возникал зародыш планет. При дальнейшем охлаждении газовые сгустки затвердели и образовались планеты. Но потом стало ясно, что Земля никогда не была ни газовой, ни раскаленной, а отрыв вещества должен был происходить непрерывно, без образования колец. Кроме того, модель Канта-Лапласа не объясняет необычное распределение момента количества движения в Солнечной системе.
Гипотеза Джинса образования планет Солнечной системы. В 1916 году Джеймсом Джинсом была предположена гипотеза, в которой образование планет объяснялось близким прохождением около Солнца другой звезды. За счет приливных сил из Солнца была выброшена струя газа, которая впоследствии распалась на «капли» и из которых впоследствии и сформировались планеты. Однако в настоящее время специалисты не поддерживают эту теорию, поскольку оказалось, что для того, чтобы вырвать вещество из Солнца, звезда должна была пролететь очень близко от него, а вероятность такого события очень мала (звезды все-таки находятся очень далеко друг от друга!).
В 1935 году Рассел предположил, что Солнце было двойной звездой. Вторая звезда была разорвана силами гравитации при тесном сближении с другой, третьей звездой. Девятью годами позже Хойл высказал теорию, что Солнце было двойной звездой, причем вторая звезда прошла весь путь эволюции и взорвалась как сверхновая, сбросив всю оболочку. Из остатков этой оболочки и образовалась планетная система.
В сороковых годах ХХ века советский астроном Отто Шмидт предположил, что Солнце захватило при обращении вокруг Галактики облако пыли. Из вещества этого огромного холодного пылевого облака сформировались холодные плотные допланетные тела – планетезимали.
Элементы многих из перечисленных выше теорий использует современная космогония. Сегодняшний уровень развития науки четко указывает, что невозможно построить модель солнечной системы с учетом только гравитационных сил. Шведские астрофизики Х.Альвен и Г.Аррениус разрабатывают модель, учитывающую влияние различных процессов - гравитационных, магнитогидродинамических, электромагнитных и плазменных.
Согласно современным представлениям, образование Солнечной системы около 5 млрд. лет назад происходило следующим образом в четыре этапа:
* Первоначальное газопылевое облако достигло заметной плотности и начало сжиматься под действием гравитационных сил. Это облако уже содержало не только первичные водород и гелий, но и многочисленные тяжёлые элементы (металлы). Планетная система формируется из того же протозвездного пылевого вещества, что и звезда, и в те же сроки.
* Газопылевое облако сжимается и раскручивается вокруг центральной части, в результате происходит формирование облака в виде характерного диска. Центральная часть сжимается самостоятельно, что указывает на образование протозвезды. Другая часть облака с массой, примерно в десять раз меньше центральной части, продолжает медленно вращаться вокруг центрального утолщения, а на периферии каждый фрагмент сжимается самостоятельно. * Необходимо обратить внимание на одно очень важное обстоятельство: по всей видимости, молодое Солнце имело собственное магнитное поле. Это привело к тому, что вещество диска, которое впоследствии превратится в планеты, уносит от Солнца львиную долю вращательного момента. В сжимающемся газопылевом облаке возрастает кинетическая энергия, т.е. растет температура облака, при этом наиболее сильно нагревались центральные области диска. Часть вещества, обладающая избыточным моментом вращения, образует тонкий газопылевой слой – газопылевой диск. Вокруг протозвезды формируется протопланетное облако – пылевой субдиск. В этом протопланетном облаке начинают формироваться сгустки материи, которые служат центрами притяжения и за счет действия молекулярных сил образуются достаточно массивные тела – планетезимали (рис. 8а). .
* В процессе формирования планетной системы часть планетезималей разрушилась в результате столкновений, а часть объединилась. Образуется рой допланетных тел размером около 1 км, количество таких тел очень велико – миллиарды. .
* Протозвезда разогревается до миллионов градусов и в центральной области протозвезды начинают протекать термоядерная реакция «горения» водорода, т.е. образуется обычная звезда. Во внешней области диска крупные сгущения образовали планеты, вращающиеся вокруг центрального светила примерно в одной плоскости и в одном направлении. Из-за высокой температуры звезды внутренние области протопланетного облака испаряются, а под действием солнечного ветра и давления света легкие химические элементы (водород и гелий) оттесняются из окрестностей молодой звезды. В результате ближние планеты земного типа оказываются небольшими и относительно плотными из-за преобладания в их составе тяжелых химических элементов — в Солнечной системе к этой категории относятся Меркурий, Венера, Земля и Марс. Таким образом, ученые считают, что планеты земной группы сформировались из веществ, конденсирующихся при высоких температурах, ближе современного пояса астероидов, расположенного между орбитами Марса и Юпитера. Состав планет земной группы свидетельствуют о том, что их образование происходило при отсутствии легких газов, но зато с участием каменистых частиц и тел, содержавших различное количество железа и других металлов. В далекой области от звезды образуется более холодная зона с температурой примерно 50 К и там сформировались планеты из относительно легких химических элементов. В результате сформировались сверхмассивные твердокристаллические ядра из скальных пород и льда. Их мощное гравитационное поле привлекло из окрестных газопылевых скоплений значительные объемы легких и летучих веществ — гелия и водорода, образовавших их океаны и/или атмосферу: образовались так называемые газовые гиганты Солнечной системы - Юпитер, Сатурн, Уран. При огромных по сравнению с планетами земного типа размерах эти планеты характеризуются очень низкой средней плотностью вещества. Известно, что по мере удаления от Солнца увеличивается число тел, содержащих обогащенные водой минералы и некоторые летучие вещества. Крупнейшие спутники Юпитера – Ганимед и Каллисто – наполовину состоят из воды. Эти данные свидетельствуют о том, что водяной лед конденсировался во всей зоне формирования Юпитера. В области тех внешних планет, которые формировались при еще более низких температурах, в составе пылинок оказались льды аммиака и метена, твердая углекислота и другие замерзшие летучие соединения (об этом свидетельствует химический состав кометных ядер, прилетающих к нам с далекой периферии Солнечной системы).