Происхождение и эволюция Солнечной системы

Во многих звездах, образовавшихся из более крупных сгустков туманностей, ядерное горение проходит слишком бурно. Газовое давление оказывается намного сильнее тяготения. Оно раздувает звезду, рвет её в клочья, разбрасывая во все стороны. Эти грандиозные взрывы в звездном мире иногда наблюдаются с Земли и называются вспышками "сверхновых звезд". В результате взрыва звезда рассеивается в межзвездном пространстве, обогащая его тяжелыми элементами.

Вернемся к спутникам нашего Солнца, к тем обрывкам туманности, которые оторвались от центрального сгустка под действием центробежной силы и начали кружиться вокруг него. Именно здесь создаются условия, способствующие разделению легких и тяжелых частиц туманности. Облака-спутники находятся на очень разных расстояниях от Солнца. Далекие оно почти не греет. Зато в близких - его жар испаряет все способное испариться. А его ослепительный ярчайший свет, работая как своеобразный "ветер", выдувает из них все испарившееся, вообще все легкое, оставляя лишь то, что "не сдвинешь с места". Поэтому здесь почти не остается легких газов - водорода и гелия, основной составляющей газопылевой туманности. В результате через некоторое время химический состав облаков-спутников становится совершенно разным. В далеких - он почти не изменился. А в тех, что кружатся вблизи источающего жар и свет Солнца, остался лишь "прокаленный" и "обдутый" материал - выделенная "драгоценная жизненно важная примесь" тяжелых элементов. Начинается процесс превращения частиц туманности в планеты.

В далеких облаках-спутниках многочисленные молекулы легких газов и редкие легкие пылинки понемногу собираются в огромные рыхлые шары малой плотности. В дальнейшем это планеты группы Юпитера. В облаках-спутниках, близких к Солнцу, тяжелые пылинки слипаются в плотные каменистые комки. Они объединяются в огромные массивные скалистые глыбы. Двигаясь по разным, иногда пересекающимся орбитам, эти "астероиды", размером в десятки километров каждый, сталкиваются. Если на небольшой относительной скорости, то "вдавливаются" один в другой, "нагромождаются" один на другой. Объединяются в более крупные. Если на большой скорости, то крошат друг друга, порождая новую "мелочь", бесчисленные обломки, осколки, которые вновь проходят долгий путь объединения. Сотни миллионов лет идет этот процесс слияния мелких частиц в крупные небесные тела. По мере увеличения своих размеров они становятся все более шарообразными. Растет масса - возрастает сила тяжести на их поверхности. Верхние слои давят на внутренние. Выступающие части оказываются грузом более тяжелым и постепенно погружаются в толщу нижележащих масс, раздвигая их под собой. Те, отходя в стороны, заполняют собой впадины.

В результате вблизи Солнца образуются несколько сравнительно небольших  по размеру, но очень плотных, состоящих  из очень тяжелого материала, планет. Все они резко отличаются от планет группы Юпитера богатством химического состава, обилием тяжелых элементов, большим удельным весом.

2.Солнечная система

Солнечная система представляет собой  группу небесных тел, весьма различных  по своим размерам и физическому  строению. В эту группу входят: Солнце, девять больших планет, вместе с 61 спутником, более 100000 планет (астероидов), порядка комет, а также бесчисленное множество метеорных тел движущихся как роями, так и в виде отдельных частиц (поперечником от 100 метров до ничтожно малых пылинок).

Все эти тела  объединены в одну систему благодаря  силе притяжения центрального тела –  Солнца.

2.1.Солнце

Солнце представляет собой раскаленный  плазменный шар диаметром 1400000 км. Его масса приблизительно в 750 раз превосходит массу всех остальных тел, входящих в систему. Всюду на одинаковых расстояниях от центра этого шара физические условия одинаковы, но они заметно меняются по мере приближения к центру. Плотность и давление быстро нарастают вглубь, где газ сильнее сжат давлением вышележащих слоёв. Следовательно, температура также растёт по мере приближения к центру. В зависимости от изменения физических условий Солнце можно разделить на несколько концентрических слоёв, постепенно переходящих друг в друга. В центре Солнца температура составляет 15 миллионов градусов, а давление превышает сотни миллиардов атмосфер. Газ сжат здесь до плотности около 150 000 кг/ .

 Почти вся  энергия Солнца генерируется  в центральной области с радиусом  примерно 1/3 солнечного. Через слои, окружающие центральную часть, эта энергия передаётся наружу. На протяжении последней трети радиуса находится конвективная зона. Причина возникновения перемешивания (конвекции) в наружных слоях Солнца та же, что и в кипящем чайнике: количество энергии, поступающее от нагревателя, гораздо больше того, которое отводится теплопроводностью. Поэтому вещество вынужденно приходит в движение и начинает само переносить тепло. Ядро и конвективная зона фактически не наблюдаемы. Об их существовании известно либо из теоретических расчётов, либо на основании косвенных данных. Над конвективной зоной располагаются непосредственно наблюдаемые слои Солнца, называемые его Атмосферой. Они лучше изучены, т.к. об их свойствах можно судить из наблюдений.

Солнце - ближайшая  к Земле звезда. Свет от него до нас  доходит за 8,3 мин. Солнце решающим образом  повлияло на образование всех тел  Солнечной системы и создало  те условия, которые привели к  возникновению и развитию жизни  на Земле.

За 5 миллиардов лет существования Солнца уже около половины водорода в его центральной части превратилось в гелий. В результате этого процесса выделяется то количество энергии, которое Солнце излучает в мировое пространство. Мощность излучения Солнца очень велика: около МВт. На Землю попадает ничтожная часть Солнечной энергии, составляющая около половины миллиардной доли. Она поддерживает в газообразном состоянии земную атмосферу, постоянно нагревает сушу и водоёмы, даёт энергию ветрам и водопадам, обеспечивает жизнедеятельность животных и растений. Часть солнечной энергии запасена в недрах Земли в виде каменного угля, нефти и других полезных ископаемы. Кроме этого Солнце посылает со скоростью 3000 км/сек потоки заряженных атомов водорода, которые, попадая в атмосферу Земли, вызывают полярное сияние и магнитные бури. 

Гравитационное притяжение солнца является главной силой, определяющей движение всех обращающихся вокруг него тел Солнечной системы. Среднее  расстояние от Солнца до самой далекой  от него планеты - Плутон 39,5 а.е., т.е. 6 миллиардов километров, что очень мало по сравнению с расстояниями до ближайших звёзд. Только некоторые кометы удаляются от Солнца на 100 тысяч а.е. и подвергаются воздействию притяжения звезд.

Солнце со всей солнечной системой движется в пространстве относительно других звезд в направлении созвездия Геркулеса со  скоростью 20 км/сек.

Двигаясь в Галактике, Солнечная система время от времени  пролетает сквозь межзвездные газопылевые  облака. Вследствие крайней разряженности вещества этих облаков погружение Солнечной системы в облако может проявится только при небольшом поглощении и рассеянии солнечных лучей. Проявления этого эффекта в прошлой истории Земли пока не установлены.

2.2.Планеты земной группы

Четыре планеты, ближайшие к Солнцу, составляют планеты земной группы - Меркурий, Венера, Земля и Марс, которые отличаются от планет-гигантов меньшими размерами, меньшей массой. Они движутся внутри пояса малых планет. В пределах одной группы планеты близки по таким физическим характеристикам, как плотность, размеры химический состав, но одна группа резко отличается при этом от другой. Каждая планета имеет свои неповторимые особенности.

2.2.1.Меркурий

Меркурий - самая близкая  к Солнцу планета Солнечной системы. Расположена на расстоянии 58 млн. км от Солнца.

Меркурий - четвертая по блеску планета: в максимуме блеска она почти так же ярка, как Сириус, ярче нее бывают только Венера, Марс и Юпитер. Тем не менее, Меркурий – очень трудный объект для наблюдений из-за малости его орбиты и, следовательно, близости к Солнцу.

Для невооруженного глаза  Меркурий – светлая точка, а в  сильный телескоп у него вид серпика или неполного круга. Изменения вида (фаз) планеты с течением времени показывают, что Меркурий – это шар, с одной стороны освещенный Солнцем, а с другой – совершенно темный. Диаметр этого шара – 4870 км.

Меркурий медленно вращается вокруг своей оси, будучи всегда обращенным, к Солнцу одной стороной (ось вращения Меркурия почти перпендикулярна плоскости его орбит). Таки образом период обращения вокруг Солнца (меркурианский год) составляет около 88 земных суток. Только в 1965г. благодаря применению радиолокации был измерен период вращения Меркурия вокруг своей оси, оказавшийся равным 58,65 сут, т.е. 2/3 его обращения вокруг Солнца. Такое вращение является динамически устойчивым.

 Получается, что от восхода Солнца до его захода на Меркурии проходит год, то есть 88 земных суток. За такое время дневная сторона поверхности планеты нагревается почти до 700 К (430°С), а ночная охлаждается до 150 К (-120°С).

С помощью радионаблюдений удалось  определить тепловые свойства наружного  покроя планеты, которые оказались  близкими к свойствам тонко раздробленных  пород лунного реголита. Причиной такого состояния пород, по всей видимости, являются непрерывные удары метеоритов, почти не ослабляемые разряжённой атмосферой Меркурия.

Фотографирование поверхности  Меркурия американским космическим  аппаратом "Маринер-10" в 1974-1975 гг. показало, что по виду планета напоминает Луну. Поверхность усеяна кратерами разных размеров, причём их распределение по величине диаметра аналогично распределению кратеров Луны. Это говорит о том, что они образовались в результате интенсивной метеоритной бомбардировки миллиарды лет назад на первых этапах эволюции планеты. Встречаются кратеры со светлыми лучами, с центральными горками и без них, с тёмным и светлым дном, с резкими очертаниями валов (молодые) и полуразрушенные (древние). Обнаружены долины, напоминающие известную Долину Альп не Луне, гладкие круглые равнины, получившие название бассейнов. Наибольший из них - Калорис - имеет диаметр 1300 км. Наличие тёмного вещества в бассейнах и заполненных лавой кратерах свидетельствует о том, что в начальный период своего существования планета испытала сильное разогревание, за которым последовала одна или несколько эпох интенсивного вулканизма.

Атмосфера Меркурия очень сильно разряжена  по сравнению с земной атмосферой (давление атмосферы у поверхности Меркурия в 500 млрд. раз меньше давления земной атмосферы). По данным, полученным с "Маринера-10", её плотность не превосходит плотности земной атмосферы на высоте 620 км. В составе атмосферы обнаружено небольшое количество водорода, гелия и кислорода, присутствуют и некоторые инертные газы, например, аргон и неон. Такие газы могли выделится в результате распада радиоактивных веществ, входящих в состав грунта планеты.

Обнаружено слабое магнитное поле, напряженность которого меньше, чем  у Земли, и больше, чем у Марса. Межпланетное магнитное поле, взаимодействуя с ядром Меркурия, может создавать в нём электрические токи. Эти токи, а также перемещения зарядов в ионосфере, которая у Меркурия слабее по сравнению с земной, могут поддерживать магнитное поле планеты. Взаимодействуя с солнечным ветром, оно создаёт магнитосферу.

Средняя плотность Меркурия значительно выше лунной и почти равна средней плотности Земли (около 5,44 г/см³). Высказывается гипотеза о том, что Меркурий имеет мощную силикатную оболочку (500 - 600 км.), а оставшиеся 50% объема занимает железистое ядро. Жизнь на Меркурии из-за очень высокой дневной температуры и отсутствия жидкой воды не может существовать. Спутников Меркурий не имеет.

2.2.2.Венера

Венера - вторая по расстоянию от Солнца и ближайшая к Земле планета  Солнечной системы. Среднее расстояние от Солнца - 108 млн. км. Период обращения вокруг него - 225 сут. Во время нижних соединений может приближаться к Земле до 40 млн. км, т.е. ближе любой другой большой планеты Солнечной системы. Синодический период (от одного нижнего соединения до другого) равен 584 сут.

Венера - самое яркое светило  на небе после Солнца и Луны. Известна людям с глубокой древности. Диаметр  Венеры - 12 100 км.(95% диаметра Земли), масса - 81,5% массы Земли или 1:408 400 массы  Солнца, средняя плотность 5,2 г/см3, ускорение  силы тяжести на поверхности - 8,6 м/ (90% земного).

Период вращения Венеры долго не удавалось установить из-за плотной  атмосферы и облачного слоя, окутывающих  эту планету. Только с помощью  радиолокации установили, что он равен 243,2 сут, причём Венера вращается в обратную сторону по сравнению с Землёй и другими планетами. Наклон оси вращения Венеры к плоскости её орбиты равен почти 90°.

Существование атмосферы Венеры было обнаружено в 1761 г. М. В. Ломоносовым  при наблюдениях прохождения  её по диску Солнца. В XX веке с помощью спектральных исследований в атмосфере Венеры найден углекислый газ, который оказался основным газом её атмосферы. По данным советских межпланетных станций серии "Венера", не долю углекислого газа приходится 97% всего состава атмосферы Венеры. В неё входят так же около 2% азота и инертных газов, не более 0,1% кислорода и небольшие количества окиси углерода, хромоводорода и фтороводорода. Кроме того, в её атмосфере содержится около 0,1% водяного пара. Углекислый газ и водяной пар создают в атмосфере Венеры парниковый эффект, приводящий к сильному разогреванию планеты. Причина этого состоит в том, что оба газа интенсивно поглощают инфракрасные (тепловые) лучи, испускаемые нагретой поверхностью Венеры. Температура её достигает около 500°С.