Основные концепции происхождения Солнечной системы

  Крона, по мере накопления в ней выпадающего  вещества, начинала отставать в своем  вращение от центрального тела. Как  следствие плазма начинала вращаться  быстрее, а центральное тело замедлялось  во вращение. В результате между  центральным телом и плазмой  создалась благоприятная обстановка для конденсации нелетучих веществ  путем их выпадении я из плазмы в виде отдельных зерен.   

Множественные соударения между зернами приводили  к их объединению в большие  группы (зародышевые ядра), к которым продолжали прилипать частицы, и они постепенно разрастались до крупных тел - планетезималей. Планетозималями называются  образования, возникающие на последней стадии формирования планеты из протопланетного, т.е. допланетного газово-пылевого вещества.[5]

  Зародыш планеты называется протопланета.  Сталкиваясь друг с другом, планетезимали образовывали допланетные тела. Наиболее крупные из них стали еще более увеличиваться в размерах, вследствие чего образовались планеты. А как только планетные тела оформились настолько, что возле них появилось достаточно сильное собственное магнитное поле, то начался процесс образования спутников, в миниатюре повторяющий то, что произошло при образовании самих планет.

  В общей теории Альвена и Аррениуса пояс астероидов - это струйный поток, в котором из-за нехватки выпавшего вещества процесс планетообразования прервался на стадии планетезималей.   
 Слабость предложенной гипотезы заключалась в том, что атомы наиболее легких элементов должны были ионизироваться ближе к Солнцу, атомы тяжелых элементов - дальше. Значит, ближайшие к Солнцу планеты должны были бы состоять из наилегчайших элементов - водорода и гелия, а более отдаленные - из железа и никеля. Наблюдения говорят об обратном.

  Четыре планеты, ближайшие  к Солнцу - невелики, состоят из плотного каменистого вещества и металлов. Планеты-гиганты - Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун - гораздо массивнее, состоят в основном из лёгких веществ и поэтому, несмотря на огромное давление в их недрах, имеют малую плотность. Девятую планету - Плутон нельзя отнести ни к одной из двух групп. По химическому составу он близок к группе планет-гигантов, а по размерам к земной группе. Меркурий - самая близкая к Солнцу планета Солнечной системы из-за своей близости к Солнцу и малых размеров он долго оставался малоизученной планетой.

5. Гипотеза Фреда  Хойла

  Английский астроном Фред Хойл предложил свой вариант гипотезы. В 1948 году вместе Германном Бонди и Томасом Голдом разработал стационарную модель Вселенной, которая постулирует независимость процессов появления материи и расширения Вселенной. Согласно ей у Солнца была звезда-близнец, которая взорвалась. Большая часть осколков унеслась в космическое пространство, меньшая - осталась на орбите Солнца и образовала планеты.[6]

  Хойл старался избежать противоречия гипотезы Х. Альвена и С. Аррениуса. По его мнению электромагнитные силы должны были играть важную роль в формировании планетной системы, но какую?

Сначала, как и полагалось, в  недрах огромной туманности, изначально обладавшей магнитным полем, зародилось Солнце. Оно быстро вращалось, и туманность становилась все более плоской, похожей на диск. Этот диск постепенно разгонялся, забирая движение у центрального светила. Момент количества движения переходил в основном к диску, в нем образовались планеты. Солнце же постепенно притормаживалось.

В своей работе ученый так и пишет: «Приобретая момент количества движения, планетное вещество удалялось от солнечного сгущения. Нелетучие вещества конденсировались и отставали от движущегося наружу газа. Именно с  этим процессом связан тот факт, что планеты земной группы: 1) имеют  малые массы; 2) почти полностью  состоят из нелетучих веществ; 3) находятся во внутренней части системы».

Подобный механизм, по мнению Хойла, создавал условия для существования возле Солнца некой каменно-железной зоны, которая в широком промежутке между орбитами Марса и Юпитера переходила в область, где, напротив, преобладали вода и аммиак, а дальше планеты должны были состоять из веществ еще более легких, чем составные части Юпитера и Сатурна. И вот тут-то получался «прокол», ибо плотность вещества Урана и Нептуна снова растет!..

  Гипотеза Хойла явилась первой попыткой конкретизировать и количественно обосновать гипотезу о совместном образовании Солнца и протопланетиого облака. Но и она сталкивается с серьезными трудностями. Хойл предполагает, что магнитное сцепление осуществлялось между Солнцем и внутренним краем облака и что передача момента остальным частям, которая и привела к распространению облака по всему пространству современной планетной системы, произошла в результате турбулентных движений и связанного с этим трения. Однако, как признает сам Хойл, характер вращательного движения облака таков, что не приводит к возникновению в нем турбулентности. Не видно и других причин, которые могли бы привести к ее возникновению на всем гигантском протяжении облака. Другая трудность состоит в остывании отделившегося вещества, которое должно было привести к быстрой конденсации в твердые частички всех нелетучих, каменистых веществ. Объединяясь в более крупные тела, они должны были остаться во внутренней части планетной системы. Между тем ледяные ядра комет, являющиеся образчиками вещества внешней холодной части протопланетиого облака, всегда содержат примесь нелетучих веществ. Это проявляется в том, что все кометы, распадаясь, порождают метеорные потоки, т. е. потоки частиц, состоящих из нелетучих, каменистых веществ. [7]

  Все гипотезы по-разному трактуют происхождение Солнечной системы и родственные связи между Землей и Солнцем, но они едины в том, что все планеты произошли из единого сгустка материи, а дальше судьба каждой из них решалась по-своему. Однако необходимо заметить, что гипотезы, не имеющей серьезных недостатков и отвечающей на все вопросы о происхождении Земли и других планет Солнечной системы, пока еще нет. Но можно считать установленным, что Солнце и планеты образовались одновременно (или почти одновременно) из единой материальной среды, из единого газово-пылевого облака.

6. Современная теория

  Если говорить о современном представлении, образования Солнечной системы, которая образовалась около 5 млрд. лет назад происходило по следующим четырем этапам:  
  Этап 1: 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 (см. рис. 3).

Рисунок 3 – Этап первый

 
  Этап второй: 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 (см. рис. 4).

Рисунок 4 – Этап второй

 
  Также нужно и учесть тот факт, что 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, а то есть растет температура этого 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 (см. рис. 5).

  Этап третий: 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 (см. рис. 6)

Рисунок 5 - Этап второй

Рисунок 6 - Этап третий

 
  Этап четвертый: 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 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, как уже было отмечено ранее 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 (Кельвин обозначается «К» - единица измерения температуры в системе, предложена в 1848 году) 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 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).

7. Теория «катастроф»  и теория «пылевого облака»

  Среди последующих космогонических теорий можно найти и теорию «катастроф», согласно которой наша Земля обязана своим образованием некоему вмешательству извне, например, близкой встрече Солнца с какой-то блуждающей звездой, вызвавшей извержение части солнечного вещества. Теория катастроф ничто иное как видоизмененная теория Джинса. В результате расширения раскаленная газообразная материя быстро остывала и уплотнялась, образуя большое количество маленьких твердых частиц, скопления которых были чем-то вроде зародышей планет. 
В последние годы американскими и советскими учеными был выдвинут ряд 
новых гипотез. Если раньше считалось, что в эволюции Земли происходил непрерывный процесс отдачи тепла, то в новых теориях развитие Земли рассматривается как результат многих разнородных, порой противоположных процессов. Одновременно с понижением температуры и потерей энергии могли действовать и другие факторы, вызывающие выделение больших количеств энергии и компенсирующие таким образом убыль тепла.

  Одно из этих современных  предположений его автор американский  астроном Ф. Л. Уайпль (1948) назвал «теорией пылевого облака». Однако по существу это ничто иное как видоизмененный вариант небулярной теории Канта-Лапласа. Любопытно то, что на новом уровне, вооруженные более совершенной техникой и более глубокими познаниями о химическом составе солнечной системы, астрономы вернулись к мысли о том, что Солнце и планеты возникли из обширной, нехолодной туманности, состоящей из газа и пыли. Мощные телескопы обнаружили в межзвездном пространстве многочисленные газовые и пылевые «облака», из которых некоторые действительно конденсируются в новые звезды. 
  В связи с этим первоначальная теория Канта-Лапласа и Джинса были переработаны с привлечением новейших данных; они могут сослужить еще хорошую службу в деле объяснения процесса возникновения Солнечной системы. 
  Каждая из этих космогонических теорий внесла свой вклад в дело выяснения сложного комплекса проблем, связанных с происхождением Земли и других планет.

Сказав о основных гипотезах происхождения солнечной системы, следовало бы и упомянуть зачем же нам все эти знания, которыми вот уже сколько лет располагает человечество.

Перспективы освоения Солнечной системы

  Главный процесс, совершающийся в ноосфере - неуклонное, все ускоряющееся накопление информации. Именно информация уже сегодня осознается человечеством как самое большое богатство, ему принадлежащее, как основной, непрерывно наращиваемый его капитал. Количество информации характеризует степень разнообразия данного объекта, уровень его организации. Разумно воздействуя на окружающую его природу, человек создает вторую, искусственную «природу», отличающуюся большей упорядоченностью, а стало быть, и большим количеством информации, чем естественная среда. Накопление такой производственной информации в ноосфере есть результат производственной деятельности человека, результат взаимодействия природы и общества. Познавая мир, человек обогащает себя и ноосферу научной информацией.