Как зародилась солнечная система. Возникновение солнечной системы Этапы формирования солнечной системы и земли

Происхождение Солнечной системы

Солнечная система состоит из центрального небесного тела – звезды Солнца, 8 больших планет, обращающихся вокруг него, их спутников, множества малых планет – астероидов, многочисленных комет и межпланетной среды. Большие планеты располагаются в порядке удаления от Солнца следующим образом: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун. Две последние планеты можно наблюдать с Земли только в телескопы. Остальные видны как более или менее яркие кружки и известны людям со времен глубокой древности.

К настоящему времени известны многие гипотезы о происхождении Солнечной системы, в том числе предложенные независимо немецким философом И. Кантом (1724–1804) и французским математиком и физиком П. Лапласом (1749–1827). Точка зрения И. Канта заключалась в эволюционном развитии холодной пылевой туманности, в ходе которого сначала возникло центральное массивное тело – Солнце, а потом родились и планеты. П. Лаплас считал первоначальную туманность газовой и очень горячей, находящейся в состоянии быстрого вращения. Сжимаясь под действием силы всемирного тяготения, туманность вследствие закона сохранения момента импульса вращалась все быстрее и быстрее. Под действием больших центробежных сил, возникающих при быстром вращении в экваториальном поясе, от него последовательно отделялись кольца, превращаясь в результате охлаждения и конденсации в планеты. Таким образом, согласно теории П. Лапласа, планеты образовались раньше Солнца. Несмотря на такое различие между двумя рассматриваемыми гипотезами, обе они исходят от одной идеи – Солнечная система возникла в результате закономерного развития туманности. И поэтому такую идею иногда называют гипотезой Канта–Лапласа.

Согласно современным представлениям, планеты солнечной системы образовались из холодного газопылевого облака, окружавшего Солнце миллиарды лет назад. Такая точка зрения наиболее последовательно отражена в гипотезе российского ученого, академика О.Ю. Шмидта (1891–1956), который показал, что проблемы космологии можно решить согласованными усилиями астрономии и наук о Земле, прежде всего географии, геологии, геохимии. В основе гипотезы О.Ю. Шмидта лежит мысль об образовании планет путем объединения твердых тел и пылевых частиц. Возникшее около Солнца газопылевое облако сначала состояло на 98% из водорода и гелия. Остальные элементы конденсировались в пылевые частицы. Беспорядочное движение газа в облаке быстро прекратилось: оно сменилось спокойным движением облака вокруг Солнца.

Пылевые частицы сконцентрировались в центральной плоскости, образовав слой повышенной плотности. Когда плотность слоя достигла некоторого критического значения, его собственное тяготение стало «соперничать» с тяготением Солнца. Слой пыли оказался неустойчивым и распался на отдельные пылевые сгустки. Сталкиваясь друг с другом, они образовали множество сплошных плотных тел. Наиболее крупные из них приобретали почти круговые орбиты и в своем росте начали обгонять другие тела, став потенциальными зародышами будущих планет. Как более массивные тела, новообразования присоединяли к себе оставшееся вещество газопылевого облака. В конце концов сформировалось девять больших планет, движение которых по орбитам остается устойчивым на протяжение миллиардов лет.

С учетом физических характеристик все планеты делятся на две группы. Одна из них состоит из сравнительно небольших планет земной группы – Меркурия, Венеры, Земли и Mapca. Их вещество отличается относительно высокой плотностью: в среднем около 5,5 г/см 3 , что в 5,5 раза превосходит плотность воды. Другую группу составляют планеты-гиганты: Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Эти планеты обладают огромными массами. Так, масса Урана равна 15 земным массам, а Юпитера – 318. Состоят планеты-гиганты главным образом из водорода и гелия, а средняя плотность их вещества близка к плотности воды. Судя по всему, у этих планет нет твердой поверхности, подобной поверхности планет земной группы.

Процесс образования Солнечной системы нельзя считать досконально изученным, а предложенные гипотезы – совершенными. Например, в рассмотренной гипотезе не учитывалось влияние электромагнитного взаимодействия при формировании планет. Выяснение этого и других вопросов – дело будущего.

Происхождение Земли

К настоящему времени известно несколько гипотез о происхождении Земли. Почти все они сводятся к тому, что исходным веществом для формирования планет Солнечной системы, в том числе и Земли, были межзвездная пыль и газы, широко распространенные во Вселенной. Однако до сих пор нет однозначного ответа на вопросы: каким образом в составе планет оказался полный набор химических элементов таблицы Менделеева и что послужило толчком для начала конденсации газа и пыли в протосолнечную туманность. Некоторые ученые предполагают, что появление разнообразия химических элементов связано с внешним фактором – взрывом Сверхновой звезды в окрестностях будущей Солнечной системы. Такой взрыв массивной звезды, в недрах и газовой оболочке которой в результате ядерных реакций происходил синтез химических элементов (звездный нуклеосинтез), мог привести к образованию всей гаммы химических элементов, в том числе и радиоактивных. Мощный взрыв своей ударной волной мог стимулировать начало конденсации межзвездной материи, из которой образовалось Солнце и протопланетный диск, впоследствии распавшийся на отдельные планеты внутренней и внешней групп с поясом астероидов между ними. Такой путь начальной стадии формирования Солнечной системы называется катастрофическим, так как взрыв Сверхновой – природная катастрофа. В масштабах астрономического времени взрывы Сверхновых звезд – не столь уже редкое явление: они происходят в среднем через несколько миллиардов лет.

Предполагается, что образованию планет из протоплазменного диска предшествовала промежуточная фаза формирования твердых и довольно крупных, до сотен километров в диаметре, тел, называемых планетизималями, последующее скопление и соударение которых явилось процессом аккреции (наращивания) планеты. Аккреция сопровождалась изменением гравитационных сил.

Рис.1. Вид Земли из космоса

Представления о тепловом состоянии новорожденной Земли претерпели в ХХв. принципиальные изменения. В противовес долго господствующему мнению об «огненно-жидком исходном состоянии Земли», основанном на классической гипотезе Канта–Лапласа, сначала ХХв., и особенно активно в 50-е годы, стала утверждаться идея об изначально холодной Земле, недра которой в дальнейшем стали разогреваться вследствие тепла при распаде естественных радиоактивных веществ. Однако в данной концепции не учитывается выделение тепла при аккреции и особенно при соударении планетезималей больших размеров. В этой связи в настоящее время обсуждается идея о весьма существенном разогреве Земли вплоть до температуры плавления ее вещества уже на стадии аккреции. Предполагается, что при таком разогреве начинается дифференциация Земли на оболочки и прежде всего на силикатную мантию и железное ядро. При этом нельзя исключать и радиоактивный источник тепла, которое выделялось в результате распада радиоактивных веществ, находящихся в планетезималях.

Выделявшееся тепло повлекло за собой образование газов и водных паров, которые выходя на поверхность, и положили начало формирования воздушной оболочки – атмосферы и водной среды нашей планеты.

Радиоактивным методом установлено, что возраст самых древних пород, найденных в земной коре, составляет около 4 млрд. лет. По оценкам ученых, формирование Земли длилось от 5 до 6 млрд. лет. Понадобились миллиарды лет, чтобы образовалась наша планета – Земля. Вращаясь, этот сплюснутый у полюсов шар летит в космическом пространстве по огромной эллиптической кривой вокруг Солнца.



Ни одна из большого числа различных моделей происхождения и развития Солнечной системы не удостоилась перевода в ранг общепризнанной теории.

Согласно гипотезе Канта – Лапласа система планет вокруг Солнца образовалась в результате действия сил притяжения и отталкивания между частицами рассеянной материи, находящейся во вращательном движении вокруг Солнца.

Впервые английский физик и астрофизик Дж.Х. Джинс (1877-1946) предположил, что когда-то Солнце столкнулось с другой звездой, в результате чего из него была вырвана струя газа, которая, сгущаясь, превратилась в планеты. Учитывая огромное расстояние между звездами, такое столкновение кажется невероятным.

Из современных гипотез происхождения Солнечной системы наиболее известна электромагнитная гипотеза шведского астрофизика Х. Альфвена (1908-1995) и английского Ф. Хойла (1915-2001). Согласно этой теории первоначальное газовое облако, из которого образовались и Солнце и планеты, состояло из ионизированного газа, подверженного влиянию электромагнитных сил. После того, как из огромного газового облака посредством концентрации образовалось Солнце, на очень большом расстоянии от него остались небольшие части этого облака. Гравитационная сила стала притягивать остатки газа к образовавшейся звезде – Солнцу, но его магнитное поле остановило движущийся газ на различных расстояниях – как раз там, где находятся планеты. Гравитационные и магнитные силы повлияли на концентрацию и сгущение этого газа. В результате образовались планеты. Когда возникли самые крупные планеты, тот же процесс повторился в меньших масштабах, создав, таким образом, системы спутников.

Известна также гипотеза образования Солнечной системы из холодного газопылевого облака, окружающего Солнце, предложенная советским ученым О.Ю. Шмидтом (1891-1956).

Согласно общепринятой в настоящее время гипотезе, формирование Солнечной системы началось около 4,6 млрд лет назад с гравитационного коллапса небольшой части гигантского межзвездного газопылевого облака. Это начальное облако было, вероятно, размером в несколько световых лет и являлось прародителем для нескольких звезд.

В процессе гравитационного сжатия размеры газопылевого облака уменьшились, и в силу закона сохранения углового момента, росла скорость вращения облака. Центр, где собралась большая часть массы, становился все более и более горячим, чем окружающий диск. Из-за вращения скорости сжатия облака параллельно и перпендикулярно оси вращения различались, что привело к уплощению облака и формированию характерного протопланетного диска с диаметром примерно 200 а.е. и горячей, плотной протозвезды в центре. Полагают, что в этой точке эволюции Солнце было звездой типа Т Тельца. Изучение таких звезд показывает, что они часто сопровождаются протопланетными дисками с массами 0,001-0,1 солнечной массы, с подавляющим процентом массы туманности, сосредоточенным непосредственно в звезде. Планеты сформировались аккрецией из этого диска (рис. 26).

Рис. 26. Эволюция Солнца

В течение 50 млн лет давление и плотность водорода в центре протозвезды стали достаточно большими для начала термоядерных реакций. Температура, скорость реакции, давление и плотность увеличились, пока не было достигнуто гидростатическое равновесие, с тепловой энергией, противостоящей силе гравитационного сжатия. На этом этапе Солнце стало полноценной звездой главной последовательности.

Солнечная система просуществует, пока Солнце не начнет развиваться вне главной последовательности диаграммы Герцшпрунга-Рассела, которая показывает зависимость между яркостью звезд и температурой их поверхности. Более горячие звезды являются более яркими.

Солнце сжигает запасы водородного топлива, при этом выделяющаяся энергия имеет тенденцию к исчерпанию, заставляя Солнце сжиматься. Это увеличивает давление в его недрах и нагревает ядро, таким образом ускоряя сжигание топлива. В результате Солнце становится ярче на примерно 10% каждые 1,1 млрд лет.

Через приблизительно 5-6 млрд лет водород в ядре Солнца будет полностью преобразован в гелий, что завершит фазу главной последовательности. В это время внешние слои Солнца расширятся примерно в 260 раз – Солнце станет красным гигантом. Из-за чрезвычайно увеличивающейся площади поверхности она будет гораздо более прохладной, чем при нахождении на главной последовательности (2600 К).

В конечном счете, внешние слои Солнца будут выброшены мощным взрывом в окружающее пространство, образовав планетарную туманность, в центре которой останется лишь небольшое звездное ядро – белый карлик, необычно плотный объект в половину первоначальной массы Солнца, но размером с Землю. Эта туманность возвратит часть материала, который сформировал Солнце, в межзвездную среду.

Теории происхождения Солнечной системы носят гипотетический характер, и однозначно решить вопрос об их достоверности на современном этапе развития науки невозможно. Во всех существующих теориях имеются противоречия и неясные места.

Отсутствие общепризнанной версии происхождения планетной системы имеет свое объяснение. Прежде всего, единственность объекта наблюдения исключает применение сравнительного анализа и заставляет решать нелегкую задачу восстановления истории на основании одних только знаний о сегодняшнем состоянии Солнечной системы. Например, представления об эволюции звезд от их рождения до гибели получены благодаря накоплению и статистической обработке наблюдаемых данных о современном состоянии множества звезд разных классов, находящихся на разных стадиях развития. Неудивительно, что о развитии далеких от нас звезд астрономия знает существенно больше, чем о происхождении и развитии места нашего обитания – Солнечной системы.

Таким образом, солнечная система – очень сложное природное образование, сочетающее разнообразие составляющих ее элементов с высочайшей устойчивостью системы как целого. При огромном числе и разнообразии составляющих систему элементов, при тех сложных взаимоотношениях, которые устанавливаются между ними, задача определения механизма ее образования, оказывается очень непростой.

В Солнечную систему входят:

• 4 планеты земной группы: Меркурий, Венера, Земля, Марс и их спутники;

  пояс малых планет-астероидов, куда входит планета-карлик Церера;

  бесчисленное число метеоритных тел, движущихся как роями, так и одиночно.

  4 планеты-гиганты: Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и их спутники;

  сотни комет;

  кентавры;

  транснептуновые объекты: пояс Койпера, куда входят 4 планеты-карлика: Плутон, Хаумеа, Макемаке, Эрида и рассеянный диск;

  отдаленные области, куда входят облако Оорта и Седна;

  пограничные области.

Пересказ истории рождения нашей Солнечной системы весьма однообразен уже многие годы. Все началось миллиарды лет назад с темного и медленно вращающегося облака газа и пыли. Облако сжималось, образуя в своем центре Солнце. Со временем из остатков газа и твердых обломков, крутившихся вокруг нашей звезды, сформировались восемь планет и множество меньших тел, таких как . С тех пор планеты кружат вокруг Солнца и их движения точны и предсказуемы, как часовой механизм.

В последнее время астрономы обнаруживают факты, опровергающие эту старую сказку. По сравнению с устройством тысяч недавно обнаруженных экзопланетных систем наиболее характерные черты нашей Солнечной системы - ее внутренние каменистые планеты, внешние газовые гиганты и отсутствие планет внутри орбиты Меркурия - выглядят довольно странно. Моделируя на компьютерах прошлое, мы видим, что эти причуды стали продуктом бурной молодости. Необходимо переписать историю Солнечной системы, включив в нее гораздо больше драмы и хаоса, чем большинство из нас ожидали.

Новый вариант истории повествует о блуждающих планетах, изгнанных из родных мест, о потерянных мирах, сгинувших давным-давно в огненном пекле Солнца, и об одиноких гигантах, заброшенных в холодные глубины у границы межзвездного пространства. Изучая эти древние события и оставшиеся после них «шрамы» - вроде предполагаемой девятой планеты, которая может скрываться за орбитой Плутона, - астрономы выстраивают стройную картину важнейших формообразующих эпох Солнечной системы на фоне нового понимания космических процессов.

Классическая Солнечная система

Планеты- это побочный продукт формирования звезд, протекающего в недрах гигантских молекулярных облаков, превосходящих наше Солнце по массе в 10 тыс. раз. Отдельные уплотнения в облаке под действием гравитации сжимаются, образуя в своем центре светящуюся протозвезду, окруженную широким непрозрачным кольцом из газа и пыли - протопланетным диском.

Многие десятилетия теоретики моделировали протопланетный диск нашего Солнца, пытаясь объяснить одну из важнейших особенностей Солнечной системы: ее деление на группы каменистых и газовых планет. Орбитальные периоды четырех землеподобных планет заключены между 88-дневным Меркурием и 687-дневным Марсом. В отличие от этого известные газовые гиганты находятся на гораздо более далеких орбитах с периодами от 12 до 165 лет и все вместе более чем в 150 раз превосходят по массе планеты земной группы.

Оба типа планет, как полагают, родились в едином процессе формирования, в котором твердые пылинки, мчась в турбулентном вихре газового диска, сталкивались и слипались, образуя тела километрового масштаба - планетезимали (примерно так на неподметенном полу вашей кухни воздушные потоки и электростатические силы скатывают пылевые шарики). Самые крупные планетезимали обладали наибольшим гравитационным притяжением и росли быстрее других, притягивая мелкие частицы к своей орбите. Вероятно, в течение миллиона лет в процессе сжатия из облака протопланетный диск нашей Солнечной системы, как и любой другой во Вселенной, кишел планетными эмбрионами размером с Луну.

Самый крупный эмбрион располагался непосредственно за современным поясом астероидов, достаточно далеко от света и тепла новорожденного Солнца, где в протопланетном диске сохранялись льды. За этой «границей льдов» эмбрионы могли пировать на обильных россыпях планетостроительных льдов и вырастать до огромных размеров. Как водится, «богатые становятся богаче»: крупнейший эмбрион рос быстрее других, выгребая своим гравитационным полем большую часть доступного льда, газа и пыли из окружающего диска. Всего лишь примерно за миллион лет этот жадный эмбрион вырос настолько, что стал планетой Юпитер. Как думали теоретики, то был решающий момент, когда архитектура Солнечной системы разделилась надвое. Отстав от Юпитера, другие планеты-гиганты Солнечной системы оказались мельче, поскольку они росли медленнее, захватывая своей гравитацией лишь тот газ, который не успел захватить Юпитер. А внутренние планеты оказались еще намного мельче, так как они родились внутри границы льдов, где диск был почти лишен газа и льда.

Экзопланетная революция

Когда два десятилетия назад астрономы стали обнаруживать экзопланеты, они начали тестировать теорию формирования Солнечной системы на галактическом масштабе. Многие из первых открытых экзопланет оказались «горячими юпитерами», то есть газовыми гигантами, стремительно обращающимися вокруг своих звезд с периодами всего несколько суток. Существование гиганских планет так близко к пылающей поверхности звезды, где лед совершенно отсутствует, полностью противоречит классической картине формирования планет. Чтобы объяснить этот парадокс, теоретики предположили, что горячие юпитеры формируются вдали, а затем как-то мигрируют внутрь.

Более того, основываясь на данных о тысячах экзопланет, обнаруженных в таких обзорах, как сделанный космическим телескопом NASA «Кеплер», астрономы пришли к тревожному выводу о том, что двойники Солнечной системы весьма редки. Средняя планетная система содержит одну или несколько суперземель (планет, в несколько раз больших Земли) с орбитальными периодами короче примерно 100 суток. А гигантские планеты типа Юпитера и Сатурна встречаются лишь у 10% звезд, и еще реже они движутся по почти круговым орбитам.

Обманутые в своих ожиданиях, теоретики поняли, что «несколько важных деталей» классической теории формирования нашей планетной системы требуют лучшего объяснения. Почему внутренняя область Солнечной системы столь маломассивна в сравнении с ее экзопланетными аналогами? Вместо суперземель в ней мелкие каменистые планеты, и нет ни одной внутри 88-суточной орбиты Меркурия. И почему орбиты планет-гигантов у Солнца такие круглые и широкие?

Очевидно, ответы на эти вопросы кроются в недостатках классической теории формирования планет, не учитывающей изменчивость протопланетных дисков. Оказывается, новорожденная планета, как спасательный плотик в океане, может дрейфовать далеко от места своего рождения. После того как планета подросла, ее гравитация начинает влиять на окружающий диск, возбуждая в нем спиральные волны, гравитация которых оказывает влияние уже на движение самой планеты, создавая мощные положительную и отрицательную обратные связи между планетой и диском. В результате может происходить необратимый обмен импульсом и энергией, позволяющий молодым планетам отправляться в эпическое путешествие по родительскому диску.

Если учесть процесс миграции планет, то границы льдов внутри дисков уже не играют особой роли в формировании структуры планетных систем. Например, планеты-гиганты, рожденные за границей льдов, могут стать горячими юпитерами, дрейфуя к центру диска, то есть путешествуя вместе с газом и пылью по спирали по направлению к звезде. Беда в том, что этот процесс работает даже слишком хорошо и, кажется, должен происходить во всех протопланетных дисках. Тогда как же объяснить далекие орбиты Юпитера и Сатурна вокруг Солнца?

Смена галса

Первый намек на убедительное объяснение дала в 2001 г. компьютерная модель Фредерика Массе (Frederic Masset) и Марка Снэллгроува (Mark Snellgrove) из Лондонского университета королевы Марии. Они моделировали одновременную эволюцию орбит Сатурна и Юпитера в протопланетном диске Солнца. Из-за меньшей массы Сатурна его миграция к центру происходит быстрее, чем у Юпитера, в результате чего орбиты этих двух планет сближаются. В конце концов орбиты достигают определенной конфигурации, известной как резонанс средних движений, при котором Юпитер делает три оборота вокруг Солнца за каждые два орбитальных периода Сатурна.

Две планеты, связанные резонансом средних движений, могут обмениваться друг с другом импульсом и энергией туда-сюда, наподобие межпланетной игры с перебрасыванием горячей картофелины. Из-за согласованной природы резонансных возмущений обе планеты оказывают усиленное гравитационное влияние друг на друга и на свое окружение. В случае Юпитера и Сатурна эта «раскачка» позволила им коллективно воздействовать своей массой на протопланетный диск, создав в нем большой разрыв с Юпитером на внутренней стороне и Сатурном на внешней. Причем из-за своей большей массы Юпитер сильнее притягивал к себе внутренний диск, чем Сатурн- внешний. Парадоксально, но это заставило обе планеты изменить движение и начать удаляться от Солнца. Такую резкую смену направления миграции часто называют сменой галса (the grand tack) из-за сходства с движением лавирующего парусника, идущего против ветра.

В 2011 г., через десять лет после рождения концепции смены галса, компьютерная модель Кевина Уолша (Kevin J. Walsh) и его коллег из Обсерватории Лазурного берега в Ницце (Франция) показала, что эта идея хорошо объясняет не только динамическую историю Юпитера и Сатурна, но и распределение каменистых и льдистых астероидов, а также малую массу Марса. Когда Юпитер мигрировал внутрь, своим гравитационным влиянием он захватывал и перемещал планетезимали на своем пути сквозь диск, сгребая и толкая их перед собой, как бульдозер. Если предположить, что Юпитер, прежде чем повернуть назад, мигрировал к Солнцу до расстояния нынешней орбиты Марса, то он мог перетащить ледяные блоки общей массой более десяти масс Земли в область землеподобных планет Солнечной системы, обогащая ее водой и другими летучими веществами. Этот же процесс мог создать четкую внешнюю границу у внутренней части протопланетного диска, прекратив рост ближайшего планетного эмбриона, который в результате стал тем, что сегодня мы называем Марсом.

Атака Юпитера

Несмотря на то что сценарий смены галса в 2011 г. выглядел весьма убедительным, его отношение к другим неразгаданным тайнам нашей Солнечной системы, таким как полное отсутствие планет внутри орбиты Меркурия, оставалось неясным. По сравнению с другими планетными системами, где плотно упакованы суперземли, наша кажется почти пустой. Неужели наша Солнечная система миновала важнейший этап формирования планет, который мы видим повсюду во Вселенной? В 2015 г. двое из нас (Константин Батыгин и Грегори Лафлин) рассмотрели, как бы могла повлиять смена галса на гипотетическую группу близких к Солнцу суперземель. Наш вывод оказался поразительным: суперземли не пережили бы смену галса. Замечательно, что миграциями Юпитера внутрь и наружу можно объяснить многие свойства планет, которые нам известны, а также и неизвестные.

Когда Юпитер погрузился во внутреннюю область Солнечной системы, своим «бульдозерным» влиянием на планетезимали он должен был нарушить их аккуратные круговые орбиты, превратив их в хаотический клубок пересекающихся траекторий. Некоторые планетезимали должны были сталкиваться с большой силой, разбиваясь на фрагменты, которые неизбежно порождали дальнейшие столкновения и разрушения. Таким образом, миграция Юпитера внутрь скорее всего вызвала каскад столкновений, который разрушал планетезимали, измельчая их до размера валунов, гальки и песка.

Под действием столкновительного трения и аэродинамического сопротивления в загазованной внутренней области протопланетного диска разрушенные планетезимали быстро теряли свою энергию и по спирали приближались к Солнцу. Входе этого падения они легко могли быть захвачены в новые резонансы, связанные с какой-либо из близких к ним суперземель.

Таким образом, смена галса Юпитера и Сатурна, возможно, вызвала мощную атаку на население первичных внутренних планет Солнечной системы. По мере того как бывшие суперземли падали на Солнце, они должны были оставлять за собой пустынную область в протопланетной туманности, простирающуюся до орбитальных периодов около 100 суток. В результате стремительный маневр Юпитера по молодой Солнечной системе привел к появлению довольно узкого кольца каменистых обломков, из которых через сотни миллионов лет сформировались планеты земной группы. Приведшее к этой тонкой хореографии стечение случайных событий указывает, что маленькие каменистые планеты типа Земли - а возможно, и сама жизнь на них - должны редко встречаться во Вселенной.

Модель Ниццы

К тому времени, когда Юпитер и Сатурн двинулись обратно из своего набега во внутреннюю часть Солнечной системы, протопланетный газово-пылевой диск уже сильно истощился. В конце концов резонансная пара- Юпитер и Сатурн - сблизилась с недавно сформировавшимися Ураном и Нептуном, а также, возможно, с еще одним телом подобного размера. С помощью гравитационных эффектов торможения в газе динамический дуэт захватил и эти меньшие гиганты в резонансы. Таким образом, когда большая часть газа ушла из диска, внутренняя архитектура Солнечной системы, вероятно, состояла из кольца каменистых обломков в окрестности нынешней орбиты Земли.

Во внешней области системы была компактная резонансная группа по меньшей мере из четырех планет-гигантов, движущихся по почти круговым орбитам между нынешней орбитой Юпитера и примерно половиной расстояния до нынешней орбиты Нептуна. В наружной части диска, за орбитой самой внешней планеты-гиганта, на дальнем холодном краю Солнечной системы двигались льдистые планетезимали. За сотни миллионов лет сформировались планеты земной группы, а некогда беспокойные внешние планеты пришли в состояние, которое можно было бы назвать стабильным. Однако это еще не было заключительным этапом эволюции Солнечной системы.

Смена галса и атака Юпитера вызвали последний всплеск межпланетного буйства в истории Солнечной системы, нанесли последний штрих, который привел планетную свиту нашего Солнца практически в ту конфигурацию, которую мы видим сегодня. Этот последний эпизод, названный поздней тяжелой бомбардировкой, произошел между 4.1 и 3,8 млрд лет назад, когда Солнечная система временно превратилась в тир. заполненный множеством сталкивающихся планетезималей. Сегодня шрамы от столкновений с ними видны в виде кратеров на поверхности Луны.

Работая с несколькими коллегами в Обсерватории Лазурного берега в Ницце в 2005 г., один из нас (Алессандро Морбиделли) создал так называемую модель Ниццы, чтобы объяснить, как взаимодействие между гигантскими планетами могло вызвать позднюю тяжелую бомбардировку. Там, где заканчивается смена галса, начинается модель Ниццы.

Близко расположенные друг к другу планеты-гиганты все еще двигались во взаимном резонансе и по-прежнему чувствовали слабое гравитационное влияние окраинных льдистых планетезималей. Фактически они балансировали на грани нестабильности. Накапливаясь за миллионы орбитальных оборотов в течение сотен миллионов лет, каждое незначительное по отдельности влияние внешних планетезималей понемногу меняло движение гигантов, медленно выводя из тонкого баланса резонансов, связывавшего их друг с другом. Переломный момент наступил, когда один из гигантов выпал из резонанса с другим, нарушив тем самым баланс и запустив серию взаимных хаотических возмущений планет, которые сдвинули Юпитер немного внутрь системы, а остальные гиганты - наружу. За короткое по космическим масштабам время в несколько миллионов лет внешняя область Солнечной системы пережила резкий переход от плотно упакованной, с почти круговыми орбитами к рассеянной и неупорядоченной конфигурации с движением планет по широким вытянутым орбитам. Взаимодействие между гигантскими планетами было настолько сильным, что одна или даже несколько из них, возможно, были выброшены далеко за пределы Солнечной системы, в межзвездное пространство.

Если бы динамическая эволюция на этом остановилась, то строение внешних областей Солнечной системы соответствовало бы той картине, которую мы видим у многих экзопланетных систем, где гиганты движутся вокруг своих звезд по эксцентрическим орбитам. К счастью, диск из льдистых планетезималей, вызвавший до этого беспорядок в движении планет-гигантов, позже помог его ликвидировать, взаимодействуя с их вытянутыми орбитами. Проходя поблизости от Юпитера и других планет-гигантов, планетезимали постепенно отбирали у них энергию орбитального движения и тем самым округляли их орбиты. При этом большинство планетезималей были выброшены за пределы гравитационного влияния Солнца, но некоторые остались на связанных орбитах, образовав диск из льдистого «мусора», который теперь мы называем поясом Койпера.

Девятая планета: окончательная теория

Упорные наблюдения на крупнейших телескопах постепенно раскрывают нам просторы пояса Койпера, демонстрируя его неожиданную структуру. В частности, астрономы заметили своеобразное распределение самых далеких , движущихся у внешних границ области обзора. Несмотря на большую разницу расстояний от Солнца, орбиты этих объектов плотно сгруппированы, как будто бы все они испытывают общее и очень сильное возмущение. Компьютерное моделирование, выполненное Батыгиным и Майклом Брауном (Michael Е. Brawn) из Калифорнийского технологического института, показало, что такую картину могла бы создать не обнаруженная до сих пор с массой раз в десять больше, чем у Земли, движущаяся по весьма эксцентрической орбите вокруг Солнца с периодом около 20 тыс. лет. Такая планета вряд ли могла сформироваться настолько далеко, но ее появление там довольно легко можно понять, если она была заброшена туда в эпоху юности Солнечной системы.

Если существование девятой планеты подтвердится, это резко усилит ограничения на картину эволюции нашей странной - с «дырой» в центре - Солнечной системы и выставит новые требования к теории, которая могла бы объяснить все ее особенности. Сейчас астрономы используют крупнейшие телескопы Земли, пытаясь найти эту загадочную планету. Ее открытие завершило бы предпоследнюю главу в длинной и сложной истории о том, как мы пытались понять наше место во Вселенной. А завершится эта история лишь тогда, когда мы наконец-то найдем планеты с жизнью, обращающиеся вокруг других звезд.

Как секвенирование нитей ДНК раскрывает историю древних миграций человечества по поверхности нашей маленькой планеты, так и компьютерное моделирование позволяет астрономам реконструировать величественную историю путешествий планет за миллиарды лет жизни Солнечной системы. От момента своего рождения в темном молекулярном облаке к формированию первых планет, к разрушительным событиям смены галса, атаки Юпитера и модели Ниццы, к возникновению жизни и сознания вблизи по меньшей мере одной из звезд на просторах Млечного Пути полная биография нашей Солнечной системы станет одним из самых значительных достижений современной науки - и, несомненно, одной из самых грандиозных историй, которые когда-либо были рассказаны.

Должно быть, было холодно, невероятно холодно 5 млрд. лет назад - здесь, где теперь деревья, улицы и люди, - в нашем родном уголке Галактики. Но это было давно, очень давно, до рождения Солнца и возникновения планет. Простирающаяся на миллиарды и миллиарды километров во все стороны, разреженная межзвездная среда - холодный, почти абсолютный вакуум во тьме между древними звездами.

Температура тогда была ниже 50 градусов по абсолютной шкале температур. Для сравнения следует заметить, что «комнатная температура» по этой шкале соответствует приблизительно 300 градусам, а кислород воздуха, которым мы дышим, сжижается при 90 градусах выше абсолютного нуля. Но первичному межзвездному газу не грозила опасность «замерзнуть» (т.е. затвердеть) или перейти в жидкое состояние: его атомы были так далеко разбросаны друг от друга, что возможность столкнуться и соединиться была у них ничтожной.

Это был почти абсолютный вакуум: какой-нибудь десяток атомов в 1 см 3 . Напомним, что в 1 см 3 воздуха, которым мы дышим, содержится примерно 30 миллионов триллионов атомов. Космический путешественник - появись таковой в те времена - вряд ли смог бы осознать, что находится в середине огромного первичного газово-пылевого облака, из которого в конце концов должна была образоваться наша Солнечная система.

Самым распространенным веществом был водород. Приблизительно на три четверти (по весу) межзвездное облако состояло из водорода и почти на одну четверть из гелия. В переводе на численность атомов это означает, что на каждый атом гелия приходилось с десяток атомов водорода.

Более тяжелые элементы были представлены в межзвездном пространстве в ничтожных количествах. Свыше 95% массы межзвездного облака состояло из водорода и гелия, на долю всех других элементов приходилось всего лишь несколько процентов. Некоторые из более тяжелых элементов существовали в виде крошечных пылинок размерами порядка 0,001 мм. Но они были чрезвычайно редки и находились далеко друг от друга. Космический путешественник смог бы обнаружить внутри межзвездного облака не более сотни таких микроскопических пылинок на целый кубический километр.

Эти далеко разбросанные пылинки состояли главным образом из кремния, магния, алюминия и железа, т.е. тех веществ, из которых образованы обыкновенные земные породы. Но, кроме того, некоторые другие элементы, такие, как кислород, углерод и азот, иногда попадались и в составе органических молекул. В межзвездном пространстве находились десятки различных органических молекул. Иначе говоря, химические «блоки» для создания живой материи существовали задолго до того, как начали формироваться Солнце и планеты.

Существуют две теории относительно образования Солнечной системы. В первичном межзвездном облаке формирование Солнечной системы не могло начаться само по себе, хотя бы просто потому, что оно было слишком разреженным. Что-то должно было вызвать сжатие облака.

Мы живем в спиральной Галактике. Некоторые астрономы полагают, что спиральный рукав нашей Галактики проходил через область пространства, в которой мы обитаем, приблизительно 5 млрд. лет назад. Это могло вызвать легкое сжатие межзвездного облака, что, возможно, и послужило толчком к началу звездообразования. Действительно, сегодня мы обнаруживаем много молодых звезд и светящихся газовых облаков, очерчивающих спиральные рукава удаленных галактик.

По мнению других астрономов, где-то поблизости взорвалась неведомая древняя массивная сверхновая звезда. Возникшая в результате этого грандиозного разрушительного взрыва ударная волна могла оказаться достаточно сильной, чтобы сжать межзвездное облако и привести к звездообразованию. Подобная туманность, образовавшаяся при взрыве сверхновой, давшей начало Солнцу, давно исчезла. Тем не менее, изучая метеориты, ученые недавно обнаружили необычное обилие ряда элементов, которые вполне могли бы образоваться при взрыве близкой сверхновой.

До сжатия первичное межзвездное облако находилось в равновесии. Сила тяготения, стремившаяся сжать облако, точно уравновешивалась давлением газа в облаке. Но после сжатия (вызванного либо прохождением облака через спиральный рукав Галактики, либо взрывом сверхновой) микроскопические пылинки в облаке гораздо ближе подошли друг к другу, чем раньше, так что плотность их стала достигать, возможно, 10000 на 1 км3, т. е. она увеличилась примерно в 100 раз. Увеличение плотности межзвездной пыли привело к тому, что свет от ближайших звезд уже не мог проходить через газово-пылевое облако.

Эффект затемнения, вызываемый частичками межзвездной пыли, сыграл важную роль в происхождении Солнечной системы. Поскольку свет звезд не мог больше проникать в облако и нагревать его, температура газа там приблизилась к абсолютному нулю. Давление газа и его температура всегда идут рука об руку. Поэтому, как только температура понизилась, уменьшилось и давление газа. Теперь давление газа в облаке, направленное наружу, уже не могло противостоять силе тяготения, направленной внутрь. Тяготение победило, и облако начало сжиматься.

Астрономы нередко обнаруживают холодные, темные, сжимающиеся облака межзвездных газа и пыли, которые находятся на начальных стадиях звездообразования. Как показано на рис. 4, эти так называемые глобулы легче всего увидеть, когда они вырисовываются на фоне яркой туманности. Размер типичной глобулы - несколько световых лет, а ее вещества достаточно для образования десятка систем, подобных Солнечной системе.

После того как глобула сжалась под действием тяготения, любая случайно возникшая турбулентность в облаке могла привести к образованию вихрей. Вихри вызвали распад облака на более мелкие части. Одной из таких медленно вращающихся частей облака и было суждено стать нашей Солнечной системой.

Так как эта часть облака продолжала сжиматься, ее вращение ускорялось, в результате она приобрела отчетливо выраженную дискообразную форму. Это была первичная солнечная туманность. При поперечнике 10 млрд. км (приблизительно размер орбиты Нептуна) туманность имела толщину около 200 млн. км (приблизительно расстояние от Земли до Солнца), и вещества в ней было в 2 раза больше, чем в настоящее время в Солнечной системе.

На ранних этапах эволюции первичной солнечной туманности тяготение продолжало преобладать, так как все больше вещества сжималось к центру диска. Это привело к тому, что центральные области солнечной туманности оказались значительно горячее, чем внешние. Частицы межзвездной пыли во внутренних областях первичной туманности вскоре полностью улетучились. Огромное различие в температурах в центре и на краях солнечной туманности в конечном счете существенно повлияло на строение Солнечной системы: внутренние планеты ее должны были сильно отличаться от внешних.

Через 50 млн. лет после «рокового» сжатия межзвездного облака формирование солнечной туманности закончилось. Вещество продолжало устремляться к центру туманности - так образовалось протосолнце. Все это время первичное магнитное поле Солнца связывало протосолнце с газами остальной части солнечной туманности. Не будь такой связи, Солнце вращалось бы с бешеной скоростью - точно так фигурист может вращаться с неимоверной скоростью, прижав к себе руки. Но Солнце вращается весьма медленно, делая только один оборот за четыре недели. Движение магнитного поля прото-солнца сквозь газ солнечной туманности должно было приводить к сильному торможению протосолнца. Поэтому солнечная туманность вращалась более или менее равномерно в целом. Эта стадия, в течение которой вращение передавалось от внутренних частей солнечной туманности к внешним, длилась всего несколько тысяч лет. После этого наступило время «рождения» планет.

Вещество первичной солнечной туманности можно было разделить по точкам плавления или кипения на три обширных класса. Во-первых, это вещества, обычно образующие земные породы. К ним относятся силикаты, окислы металлов, кремний, магний, алюминий и железо в различных химических соединениях. Все эти вещества имеют очень высокие точки плавления или кипения, обычно порядка тысяч градусов.

Во-вторых, там присутствовали вещества, обычно существующие в виде жидкостей и льдов. Сюда относятся главным образом химические соединения углерода, азота, водорода и кислорода. Возможно, наиболее знакомыми нам среди этих веществ были вода, углекислый газ, метан и аммиак. Точки плавления или кипения льдов и жидкостей этих веществ лежат в интервале 100-300 градусов по абсолютной шкале температур.

И наконец, в солнечной туманности были вещества, которые почти всегда являются газами: водород, гелий, неон и аргон в чистом виде. Эти вещества при всех условиях, за исключением крайне низких температур вблизи абсолютного нуля, находятся в газообразном состоянии.

Температурный режим играл решающую роль в определении природы планет, которые сформировались на различных расстояниях от Солнца. Поскольку в процессе образования протосолнца огромное количество вещества устремлялось к центру первичной солнечной туманности, температура в ее центральной части была весьма высока. Температура в несколько тысяч градусов была там нормой, и поэтому вещество полностью испарялось. Однако во внешних частях туманности температура никогда значительно не превышала 100 градусов по абсолютной шкале температур. Частицы межзвездной пыли в этих областях, вероятно, были покрыты слоем замерзших воды, углекислого газа, а также метана и аммиака. На эти покрытые льдом удаленные частицы гравитационное сжатие Солнца практически не оказывало влияния.

После того как образовалось протосолнце, температура во внутренних областях солнечной туманности стала падать и, когда температура газа стала достаточно низкой, начался процесс конденсации вещества солнечной туманности. Разумеется, первым должно было перейти в твердое состояние вещество, формирующее породы. Но поскольку температура вблизи протосолнца все же оставалась достаточно высокой, частицы вблизи протосолнца главным образом включали в себя железо, силикаты и окислы металлов.

Несколько дальше от протосолнца температура была еще ниже, и там частицы пыли могли быть покрыты слоем льда. Чем дальше от протосолнца находились частицы пыли, тем толще был слой покрывающего их льда. Но все эти пылинки и близкие, и далекие - по-прежнему находились в огромном облаке водорода и гелия, двух основных газов, которые вместе составляли более 95% вещества солнечной туманности. Однако на этой стадии впервые проявились существенные различия в составе частиц, находящихся на разных расстояниях от протосолнца.

Частицы пыли в солнечной туманности, по-видимому, были довольно рыхлыми, и, как большие снежинки, они легко слипались при столкновениях. Неоднократные столкновения на протяжении многих лет привели к образованию «комьев» пыли размерами порядка нескольких миллиметров или даже сантиметров в диаметре. Постепенно под действием тяготения эти комья оседали к центральной плоскости солнечной туманности.

Процесс оседания продолжался в течение нескольких сотен тысяч лет. К концу этой стадии большая часть твердого вещества в Солнечной системе распределилась в гигантский плоский слой с протосолнцем в центре. Но этот протяженный и весьма тонкий слой был неустойчивым вследствие действия сил тяготения. Те участки слоя, где случайно плотность комочков пыли оказалась несколько выше, притягивали все новые и новые комья из тех участков слоя, где их вначале случайно оказалось меньше. Таким образом комки межзвездной пыли постепенно слипались в астероидоподобные объекты размерами в километры - так называемые планетезимали.

Важно ясно представлять себе, что планетезимали в различных областях солнечной туманности сильно отличались по своему химическому составу. Вблизи прото-солнца они почти целиком состояли из каменистого вещества. Это произошло потому, что первоначальные пылинки (а позже комья) содержали только то вещество, которое могло оставаться твердым во внутренних прогретых областях первичной Солнечной системы. Дальше от протосолнца, где температура была ниже, в них наряду с каменистым веществом входил лед. А планетезимали в далеких холодных областях включали также замерзшие метан и аммиак.

Постепенно в течение нескольких следующих миллионов лет планетезимали объединялись и уплотнялись под действием гравитационного притяжения в значительно более крупные объекты - протопланеты. Во внутренних областях первичной Солнечной системы образовалось четыре протопланеты. И еще четыре протопланеты сформировались гораздо дальше от протосолнца. Есть основание полагать, что Плутон, считающийся в настоящее время самой малой планетой в Солнечной системе, первоначально был спутником Нептуна.

Четырем внутренним протопланетам было суждено стать Меркурием, Венерой, Землей и Марсом. Радиоактивные процессы в недрах протопланет скоро привели к нагреванию, а в конечном счете к расплавлению вещества в их недрах. И снова вступила в действие сила тяготения, в результате чего более тяжелое вещество (в основном железо) опустилось к центрам расплавленных протопланет, а более легкое вещество поднялось вверх, к их поверхностям. Таким образом планеты стали «химически дифференцированными» телами с плотными железными ядрами, окруженными слоями менее плотных пород.

В далекие времена, когда четыре внутренние планеты находились по существу в расплавленном состоянии, газы легко улетучивались из расплавленных пород. Меркурий, самая малая после Плутона планета Солнечной системы, был не в состоянии удержать какие-либо газы. Под воздействием палящего жара молодого Солнца и вследствие малого ускорения силы тяжести на поверхности Меркурия все газы скоро «ускользнули» из его первичной атмосферы.

На Марсе, который по своим размерам лишь незначительно превышает Меркурий, ускорение силы тяжести тоже очень мало. Поэтому Марс также потерял большую часть своей первичной атмосферы. Остался только очень тонкий слой углекислого газа.

Только на Венере и на Земле, наиболее массивных из внутренних планет, ускорения силы тяжести достаточно велики, чтобы удержать атмосферу. Но их атмосферы очень скудны -всего лишь слой газов, прилегающих к поверхности планеты. Большая часть атмосферных газов, окружающих Венеру и Землю, сосредоточена на высотах до 10 км над поверхностями планет. Совершенно иная картина наблюдается на внешних планетах, атмосферы которых простираются на десятки тысяч километров. Основная причина такого различия непосредственно связана с химическим составом исходных частиц пыли, из которых образовались планеты. В прогретых внутренних частях солнечной туманности эти частицы были либо слегка покрыты льдом, либо лишены его полностью. Поэтому четыре внутренние планеты, как и частицы пыли, из которых они сформировались, почти целиком состояли из каменистого вещества. И при нашем первом, всего лишь поверхностном описании строения внутренних планет вряд ли стоит упоминать о ничтожных количествах газа и жидкости, оставшихся вблизи некоторых из них.

Различия химического состава первичных частиц пыли сыграли также определяющую роль в формировании структуры недр четырех внутренних планет. Все они имеют железные ядра, окруженные мантиями из менее плотных пород. Но среди внутренних планет Меркурий явно обладает самым большим по размерам железным ядром. Оно простирается от центра к поверхности на три четверти радиуса планеты. На железное ядро приходится 80% массы Меркурия. У Венеры и Земли радиус железного ядра не превышает половины радиуса планеты. А железное ядро Марса и того меньше.

Железо, никель и окислы некоторых других металлов были первыми веществами, сконденсировавшимися во внутренних горячих областях первичной солнечной туманности, ибо эти вещества имеют самые высокие температуры конденсации. Силикаты и другие породообразующие минералы конденсируются при несколько меньших температурах. Поэтому частицы пыли, которые конденсировались вблизи протосолнца, содержали большее количество железа, чем более удаленные частицы. Таким образом, планета, образовавшаяся ближе всех к Солнцу, более богата железом, чем удаленные планеты.

Образование внешних планет-гигантов должно было начаться приблизительно в то же время и проходить аналогичным образом. Однако планетезимали в далеких холодных областях солнечной туманности содержали значительное количество льдов, и у планет, формировавшихся там, должны были образоваться толстые атмосферы из метана, аммиака и других газов.

При формировании Юпитера и Сатурна объединение и слипание планетезималей было столь эффективным, что сильные гравитационные поля этих огромных протопланет легко притягивали водород и гелий. Помимо того что прото-Юпитер и прото-Сатурн удерживали эти газы, они, обращаясь вокруг молодого Солнца, выметали огромное количество водорода и гелия протопланетного облака. В самом деле, создание Юпитера и Сатурна должно было имитировать образование самой солнечной системы. Каждая из этих планет-гигантов окружена значительной свитой спутников, образуя систему, подобную миниатюрной Солнечной системе.

В случае Урана и Нептуна объединение и уплотнение планетезималей происходило несколько иначе. Эти протопланеты, хотя и очень большие по сравнению с внутренними планетами, никогда не достигали колоссальных размеров Юпитера и Сатурна. Уран и Нептун могли захватить из солнечной туманности только небольшое количество легких газов: водорода и гелия. Поэтому толстые атмосферы Урана и Нептуна содержат меньше водорода и гелия, чем атмосферы Юпитера и Сатурна. Но, подобно своим гигантским соседям. Уран и Нептун окружены спутниками. Возможно, что Плутон, который сейчас является планетой, первоначально был спутником Нептуна.

Пока планеты образовывались из вещества солнечной туманности, протосолнце продолжало изменяться. Под давлением триллионов триллионов тонн газа, направленным внутрь, в центре сжимающегося протосолнца становилось все горячее. Наконец, 4,5 млрд. лет назад температура в центре Солнца достигла такой величины, что там могли начаться процессы термоядерного синтеза -превращения водорода в гелий при температуре в миллионы градусов. Начало таких процессов служит сигналом о рождении звезды. Так родилось наше Солнце.

Астрономы часто обнаруживают на небе молодые и «только что родившиеся» звезды. В ядрах многих из них сейчас только начинаются процессы термоядерного синтеза.

Тщательно наблюдая очень молодые звезды, астрономы в настоящее время установили, что в конце процесса рождения звезды часто выбрасывают значительное количество вещества. Как только вновь образовавшаяся звезда «приспосабливается» к началу термоядерных реакций в ядре, с ее поверхности срывается большое количество газа. Этот выброс вещества называется ветром Т Тельца.

Естественно полагать, что звездные ветры испускают все звезды. Эти «ветры» в действительности представляют собой непрерывное испускание частиц в основном протонов и электронов-с поверхности звезды. Наше Солнце также непрерывно выбрасывает частицы, образующие солнечный ветер. Солнечный ветер был обнаружен в начале 1960-х годов первыми межпланетными космическими аппаратами, и это явилось одним из самых важных успехов программы космических исследований. На орбите Земли средняя скорость солнечного ветра составляет 400 км/с. Средняя плотность солнечного ветра в окрестностях Земли равна 10 частицам на 1 см3. Но иногда наблюдаются сильные «порывы» солнечного ветра. Космические аппараты, совершающие путешествия к другим планетам Солнечной системы, зарегистрировали плотности приблизительно до 100 частиц на 1 см3 и скорости, близкие к 1000 км/с.

Звездные ветры, испускаемые звездами «среднего возраста», - это легкий ветерок по сравнению с ветром Т Тельца Ветер Т Тельца - настоящий ураган, оказывающий существенное давление на все, что встречается на его пути.

«Ветер Т Тельца», сопровождавший рождение Солнца, выдул из первичной солнечной туманности весь избыток водорода и гелия далеко в межзвездное пространство. Первичная солнечная туманность содержала достаточно вещества (в основном водорода и гелия), из которого могло бы сформироваться два Солнца. Но за миллионы лет, когда «ветер Т Тельца» бушевал в молодой Солнечной системе, почти половина первичного газа улетучилась в глубины космического пространства.

«Ветер Т Тельца» «очистил» Солнечную систему. Он был так силен, что внутренние планеты лишились большей части своих первичных атмосфер. Только твердые тела - планеты, спутники, астероиды и метеориты - могли устоять против такого ветра и остаться на орбитах около Солнца.

Хотя планеты и продолжали развиваться в течение последующих нескольких миллиардов лет, создание Солнечной системы завершилось. После того как Солнце прошло стадию Т Тельца, с планетами не происходило действительно радикальных изменений, за исключением таких процессов, как кратерообразование на внутренних планетах. «Ветер Т Тельца» закончил процесс образования планет.

После прекращения «ветра Т Тельца» большая часть вещества, оставшегося в Солнечной системе, сосредоточилась в Солнце. Ту же самую картину мы наблюдаем и в настоящее время; свыше 99,8% массы Солнечной системы заключено в Солнце, а на все планеты вместе остается менее 0,2%. Общая масса комет, астероидов, спутников и метеоритов составляет менее 0,001% массы Солнечной системы.

Если бы космический путешественник, странствующий по Галактике, оказался вдруг в окрестностях Солнечной системы, то с первого взгляда он мог бы заметить только Солнце - слабую карликовую звезду. При тщательном рассмотрении с близкого расстояния, меньше одного светового года, путешественник, возможно, увидел бы Юпитер, а затем Сатурн. Но лишь с большим трудом или с очень близкого расстояния он мог бы заметить какую-нибудь другую планету. Планеты представляют собой буквально микроскопические соринки в бескрайнем космическом вакууме, окружающем Солнце.

Происхождение Солнечной системы напрямую обязано силам тяготения. Именно, благодаря им, существуют Вселенная, галактики, звёзды и планеты. Люди, жившие много столетий назад, предполагали, что должны существовать какие-то таинственные силы, исподволь управляющие миром. Но первым, кто создал математическую модель всемирного тяготения, был английский физик, математик и астроном Исаак Ньютон (1642-1727). Он заложил основы небесной механики.

Именно на основании работ Ньютона появились эмпирические законы Кеплера. Была создана теория движения комет и Луны. Ньютон научно объяснил прецессию земной оси. Всё это по сей день считается огромным вкладом в науку. А вот свои соображения об образовании Солнца и планет высказал впервые немецкий философ Иммануил Кант (1724-1804).

В 1755 году увидело свет его сочинение "Всеобщая естественная история и теория неба". В ней философ предположил, что все небесные тела и само светило возникли из туманности, которая изначально представляла собой огромное газопылевое облако. Кант первым заговорил о космогонии - происхождении мира.

Для этого необходим первичный материал и силы тяготения. А вот божественное вмешательство в данном вопросе не требуется. То есть мир возник в результате физических законов, а Бог в этом не принимал никакого участия. В то время это было довольно смелое утверждение.

Три стадии образования Солнечной системы

Современные взгляды на происхождение Солнечной системы во многом совпадают с умозаключениями Канта. Недаром же он, если верить Булгакову, постоянно завтракал с самим Дьяволом . Стало быть, философ знал, что говорил, и нынешние учёные умы с ним во многом согласны.

Основная теория предполагает, что на месте нынешней Солнечной системы 5 млрд. лет тому назад существовало гигантское облако из газов и пыли . Оно имело огромные размеры, и было растянуто в пространстве на 6 млрд. км. Аналогичные пылевые облака существуют во многих уголках необъятной Вселенной. Их основная масса состоит из водорода. Это тот газ, из которого первоначально образуются звёзды. Затем, в результате термоядерной реакции, начинает выделяться инертный газ гелий. На долю остальных веществ приходится всего 2%.

В какой-то момент пылевое облако получило внешний мощный импульс, представляющий собой огромный выброс энергии. Это могла быть ударная волна, сгенерированная взрывом сверхновой звезды. А возможно, что внешнего воздействия и не было. Просто за счёт закона притяжения облако стало уменьшаться в объёме и уплотняться.

Данный процесс дал толчок гравитационному коллапсу. То есть произошло быстрое сжатие космической массы. В результате этого в центре возникло раскалённое ядро с очень высокой плотностью. Вся остальная масса рассосредоточилась по краям ядра. А так как в космосе всё вращается вокруг своей оси, то эта масса приобрела форму диска.

Ядро уменьшалось в размере, увеличивая свою температуру и плотность. В результате оно трансформировалось в протозвезду . Так называется звезда, в которой существуют предпосылки для начала термоядерной реакции. А газовое облако вокруг ядра всё больше уплотнялось.

Наконец, в ядре температура и давление достигли критической величины. Это спровоцировало начало термоядерной реакции, и водород начал превращаться в гелий. Протозвезда перестала существовать, а вместо неё возникла звезда под названием Солнце . Весь этот процесс продолжался около одного млн. лет. По космическим меркам совсем немного.

А вот далее пошёл другой процесс. Газопылевые облака, вращающиеся вокруг Солнца, стали стягиваться в плотные кольца. В каждом из них образовался сгусток с более высокой плотностью. Причём наиболее тяжёлые вещества оказались в центре сгустка, а лёгкие создали внешнюю оболочку. Так сформировались ядра планет, окружённые газами.

Выражаясь совсем просто, можно сказать, что с ближайших ядер звезда "сдула" газовые оболочки. Так образовались маленькие планеты, вращающиеся рядом с Солнцем. Это Меркурий, Венера, Земля и Марс . А другие планеты находились на большом расстоянии от светила. Поэтому свои "газовые шубы" и сохранили. В настоящее время они известны как газовые планеты-гиганты: Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун . На все эти трансформации ушло ещё 4 миллиона лет.

В дальнейшем произошло возникновение спутников вокруг планет. Так возле Земли появилась Луна . Остальные планеты также обзавелись спутниками. И, в конце концов, образовалось единое космическое сообщество, которое существует по сей день.

Вот таким образом наука объясняет происхождение Солнечной системы. Кстати, данная теория присуща и другим звёздным образованиям, которых в космосе бесконечное множество. Кто знает, может быть где-то в чёрной бездне существует аналогичная нашей звёздная система. Там есть разумная жизнь, а, следовательно, имеется и какая-то цивилизация. Вполне возможно, что когда-нибудь люди встретят братьев по разуму. Это станет самым выдающимся событием нашей истории .