Как образовалась Солнечная система

Людей всегда интересовало, как образовалась Солнечная система, ведь ответ на этот вопрос является ключом к пониманию множества космических событий и процессов. Поэтому была создана целая область науки, занимающаяся исследованием происхождения и эволюции небесных объектов, названная космогония.

Учёные, работающие в этой области, узнают данные из наблюдений за другими такими же телами или пытаются самостоятельно смоделировать ситуацию, основываясь на законах физики.

В 18-м веке, в период бурного развития астрономии, стали появляться предположения о том, как появилась Солнечная система. Их высказывали Кант, Лаплас, Джинс. Хотя они и не во всем были правы, но совершили большой прорыв, а также подтолкнули развитие этой области. На сегодняшний день люди располагают большими знаниями в космогонии, но до сих пор не существует такой теории, которая объяснила бы весь процесс того, как образовалась Солнечная система. Ведущую роль играет гипотеза туманностей, но даже она не способна ответить на вопрос, почему планеты имеют разный угол наклона оси вращения.

Основные этапы развития:

1. Первым этапом того, как появилась Солнечная система, служит начавшееся по непонятным причинам уплотнение межзвездного вещества и частичек пыли. Астрономы до сих пор спорят о причинах этого явления, но наиболее популярной версией является взрыв сверхновой, ударная волна от которого и запустила процесс;

2. Далее начался гравитационный коллапс-явление быстрого сжатия массивного объекта. В этом случае в одной области собирается настолько много газа, что его давление становится меньше гравитационных сил. Вещество в центре всё больше уплотняется и становится областью аккреции — захвата окружающих частиц с помощью гравитации;

3. Третьим этапом того, как образовалась Солнечная система, является образование протосолнца из уплотненного горячего газа в центре. Появляется и дискообразная протопланетная туманность, которая со временем приобретает кольцевую структуру. Также учёные предполагают, что в этот период на внешней стороне объекта начинают собираться частицы пыли, которые и формируют будущие планеты;

4. Процесс уплотнения продолжается, звезда всё больше напоминает по размерам нынешнее Солнце. Температура повышается до таких пределов, что запускаются термоядерные реакции. Продолжается формирование небесных тел вокруг светила из частичек пыли, которые могут не только объединяться, но и сталкиваться. В этот период наиболее активно образуются планеты земной группы, т.е. Меркурий, Венера, Земля, Марс и их спутники, которые, по некоторым версиям, могут быть частицами этих тел, отколотыми при столкновении с другим объектом. Газовые гиганты уже завершают своё формирование. Интересно, что из таких массивных объектов может сформироваться вторая звезда. К примеру, Юпитеру, пятой и самой большой планете нашей системы, не хватило совсем немного массы (по астрономическим меркам) для того, чтобы стать маленькой звездой. Но если бы это произошло, то некому бы было рассуждать сейчас над этим вопросом, ведь жизни на Земле в такой неустойчивой системе двух звёзд могло бы и не появиться.


Спустя 4,6 млрд лет мы можем видеть Солнечную систему такой, какой она представляется сейчас. Учёные с каждым годом все активнее пытаются узнать, с чего и как началась наша история. Почему вдруг произошёл

Большой взрыв, в результате которого и образовалась Вселенная. Поэтому необходимо знать, как образовалась Солнечная система, ведь чем больше мы изучаем космос, тем лучше мы понимаем его законы и процессы, которые могут подтолкнуть человечество к разгадке столь важного вопроса.

Похожие новости:

Не забывайте делиться. Спасибо.

cosmosplanet.ru

Образование Солнечной Системы

Проблема происхождения и эволюции Земли и планет оказалась «труднее», чем проблема происхождения и эволюции звезд. Во-первых, Солнечная система у нас «в одном экземпляре», она – единственная достоверно известная планетная система. Поэтому у нас нет возможностей с чем-то сравнивать, обобщать, применять могучие методы статистического анализа, как это делается в случае звезд. Во-вторых, как это ни странно звучит, мы слишком много знаем о Солнечной системе. Нам известно очень много деталей и подробностей, часто противоречивых, закономерностей, которые требуют объяснения в рамках данной теории или концепции.

Назовем основные закономерности, присущие Солнечной системе в целом.

1. Орбиты планет лежат почти в одной плоскости, и эта плоскость практически совпадает с плоскостью экватора Солнца.

2. Планеты обращаются вокруг Солнца в том же направлении, в каком Солнце вращается вокруг своей оси. Спиновое вращение планет (вокруг собственной оси) и обращение вокруг них естественных спутников происходит в этом же направлении. Распространенное явление в солнечной системе – резонансы между спиновыми и орбитальными вращениями планет и их спутников.

3. Расстояния от Солнца до планет подчиняются закону «планетных расстояний».

4. Солнечная система, несмотря на взаимные гравитационные влияния планет (возмущения), обладает устойчивостью.

5. Практически все вещество солнечной системы (99.9% всей массы) сосредоточено в Солнце. Лишь 1/1000 всей массы солнечной системы заключена в планетах, астероидах и т.д. (Заметим, что более половины этой доли сосредоточено в Юпитере.)

6. Планеты четко делятся на две группы: железо-каменные (состоящее в основном из тяжелых элементов Fe, Ni, Si, O) и водородо-гелиевые (с характерным «звездным» химическим составом). Первые (к ним относятся Меркурий, Венера, Земля и Марс) расположены сравнительно близко к Солнцу (все в пределах 1.5 а.е. от Солнца), вторые (Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун ) – далеко от Солнца (от 5 до 30 а.е.). Первые («планеты земной группы») имеют сравнительно небольшие размеры (радиусы от 0.4 R+ до 1 R+) и высокую среднюю плотность (от 4 до 5.5 кг/м3), вторые («планеты-гиганты») – действительно гиганты (радиусы от 3.4 R+ до 11 R+) с низкой средней плотностью (от 0.7 до 1.7 кг/м3).

Первую материалистическую модель мира (солнечной системы), в которой сам мир и небесные тела рассматривались в развитии попытался построить Рене Декарт (1596–1650). По Декарту, все небесные тела образовались в результате вихревых движений, происходивших в однородной вначале мировой материи – эфире. Солнечная система, согласно Декарту, представляет собой один из таких вихрей мировой материи. Центральное светило – Солнце – состоит из более тонкой мировой материи, а планеты и кометы – из более крупных частиц, отброшенных в процессе вращения к периферии. Планеты движутся вокруг Солнца, увлекаемые мировым вихрем. Каждая планета вращается, как соломинка в водовороте, в своем собственном вихре. Данные представления получили название вихревой гипотезы.

Истоком современной планетной космогонии можно считать гипотезу происхождения планетной системы, сформулированную Иммануилом Кантом в 1755 г. в книге «Всеобщая естественная история и теория неба». В соответствии с ней «в начале» мировое пространство было заполнено материей, находящейся в состоянии первозданного хаоса. Затем, под действием двух сил – притяжения и отталкивания – материя переходила к более организованным формам. Солнце и планеты, по Канту, образовались при слипании пылинок первичного вещества.

Лаплас в своем труде «Изложение системы Мира» (1796) развил теорию Канта, указав конкретный механизм образования планет. При сжатии протосолнца его вращение должно было ускоряться, что, по мнению Лапласа, должно было приводить к неустойчивости солнечного вещества в области экватора. Вследствие этого от экватора время от времени отделялись газо-пылевые кольца. И так несколько раз, по числу известных планет. Кольца постепенно удалялись от Солнца и занимали «свое» место в пространстве. Каждое кольцо разорвалось и охладилось, а уже из кусочков холодного кольца путем слипания образовалась планета.

Однако эта теория сталкивается с трудностью. Наша Солнечная система, состоящая из девяти планет разных размеров и масс, обладает особенностью: необычное распределение момента количества движения между центральным телом – Солнцем и планетами.

Момент количества движения есть одна из важнейших характеристик всякой изолированной от внешнего мира механической системы. Именно как такую систему можно рассмотреть Солнце и окружающие его планеты. Момент количества движения можно определить как «запас вращения» системы. Это вращение складывается из орбитального движения планет и вращения вокруг осей Солнца и планет.

Львиная доля момента количества движения Солнечной системы сосредоточена в орбитальном движении планет-гигантов Юпитера и Сатурна.

С точки зрения гипотезы Лапласа, это совершенно непонятно. В эпоху, когда от первоначальной, быстро вращающейся туманности отделилось кольцо, слои туманности, из которых потом сконденсировалось Солнце, имели (на единицу массы) примерно такой же момент, как вещество отделившегося кольца (так как угловые скорости кольца и оставшихся частей были примерно одинаковы), так как масса последнего была значительно меньше основной туманности («протосолнца»), то полный момент количества движения кольца должен быть много меньше, чем у «протосолнца». В гипотезе Лапласа отсутствует какой-либо механизм передачи момента от «протосолнца» к кольцу. Поэтому в течение всей дальнейшей эволюции момент количества движения «протосолнца», а затем и Солнца должен быть много больше, чем у колец и образовавшихся из них планет. Но этот вывод противоречит с фактическим распределением количества движения между Солнцем и планетами.

Для гипотезы Лапласа эта трудность оказалась непреодолимой.

Другой, весьма распространенный, взгляд на происхождение планет именуют приливной гипотезой. В основе этой гипотезы – идея о том, что планеты образовались из солнечного вещества, выброшенного из Солнца в результате катастрофического события. В одном варианте приливной гипотезы таким событием являлась встреча Солнца с кометой (Бюффон, 1745), в другом – со звездой (Джинс, 1916). Гипотеза Джеймса Джинса была особенно популярна в 20–30-е гг. XX в. В большинстве учебников и популярных книг по астрономии приводился рисунок, иллюстрирующий рождение планет «по Джинсу». На нем показано, как сигароподобный сгусток материи, вырванный из Солнца в результате близкого прохождения звезды, может после распада на части дать «жизнь» планетам. Несостоятельность этой гипотезы доказал российский астроном Н.Н.Парийский.

В настоящее время считают, что планеты образуются из некоторой части вещества, оставшегося после конденсации протозвезды из газо-пылевого облака. Если это действительно так, то планеты должны быть обычным явлением в Галактике. Эти выводы подтверждаются наблюдениями протопланетных дисков около формирующихся звезд, а также рядом косвенных свидетельств существования планет около звезд.

Решаюший вклад в становление современной космогонической картины сделал Отто Юльевич Шмидт (1891–1956), который в 1940 г. сформулировал основные положения этой картины. Гипотеза Шмидта на новом современном уровне развивала классическую космогонию Канта и Лапласа. В основе новой космогонической концепции лежала идея образования планет не в результате сжатия раскаленных газовых сгустков, а путем объединения (аккумуляции) холодных твердых частиц и тел Эти тела (планетезимали), в относительно короткое время сформировались из пыли и газа дискообразной туманности, окружавшей молодое Солнце.

О.Ю.Шмидт показал, что вследствие законов сохранения энергии и момента количества движения туманность (протопланетное облако) должна была разделиться на несколько кольцеобразных «зон питания». В них-то и аккумулировались будущие планеты. Из такого представления с неизбежностью следовало, что Земля никогда не была огненно-жидкой. Вначале относительно холодная (во всяком случае не расплавленная) она разогрелась лишь потом: изнутри – при распаде радиоактивных элементов, а снаружи – в результате интенсивной бомбардировки поверхности метеоритами и падений на нее крупных (размером с Луну или даже с Марс) тел.

Хронология событий может быть восстановлена: на стадии формирования Солнца – из теории звездной эволюции, на стадии роста Земли – по модельным расчетам, на более поздних стадиях – по данным геологии и геохронологии.

Возраст Солнца оценивается в 4,7 млрд лет. Столько лет тому назад в недрах Солнца начались термоядерные реакции, продолжающиеся по сей день. На образование Солнца пошло около 90% вещества протопланетного облака. Еще раньше газо-пылевое облако, сжимаясь, ускоряло свое вращение. Это вращение не позволяло облаку сжиматься в направлениях, перпендикулярных оси вращения. В результате сжимаюшееся и вращающееся облако приобрело форму диска, который затем распался на кольцевые зоны.

В кольцевых зонах протопланетного облака происходило слипание пыли в планетезимали. Это сравнительно быстрый процесс. Расчеты показывают, что он должен был продолжаться всего лишь около 10 тыс. лет в окрестностях Земли и около 1 млн лет в окрестностях Юпитера.

В солнечной системе сохранился реликтовый рой планетезималей. Это пояс астероидов, расположенный между орбитами Марса и Юпитера.

В настоящее время известно более 5 тыс. малых планет в этом поясе. Суммарная масса всех тел в поясе астероидов не превышает 1/1000 массы Земли. Из-за малости массы вещества здесь так никогда и не сформировалась планета.

Много больше времени должен был занять процесс укрупнения и слияния планетезималей. Рост Земли от 10 км до размера планеты, по модельным расчетам, продолжался около 100 млн лет. Наша планета, по-видимому, в основном сформировалась в период около 4,56 млрд лет тому назад (именно таков возраст самых старых из метеоритов, найденных на Земле). Но и после этого еще в течение 120–150 млн лет она продолжала расти за счет падения планетезималей и метеоритной бомбардировки. При падении крупных планетезималей выделялась колоссальная тепловая энергия, расплавлявшая поверхность Земли. Весь этот период поверхность Земли представляла собой океан раскаленной расплавленной магмы глубиной 200–400 км. Разумеется, никакие виды жизни невозможны были в этот период. Как показали исследования возрастов и числа метеоритных кратеров на Луне, проведенные во время пилотируемых полетов программы Аполлон (США) и исследований с помощью автоматических управляемых роботов-луноходов (СССР), падения планетезималей были особенно частыми в описанный период, а затем их число резко уменьшилось, очевидно, вследствие истощения их запаса на орбите.

Сформулируем кратко основные положения современной концепции происхождения Солнца и планет, в рамках которой удается объяснить и описать количественно большинство из наблюдаемых фактов и названных выше закономерностей.

1. По современным представлениям планеты и Солнце произошли из одного холодного газо-пылевого облака. Сначала 90% вещества собралось в центре облака и возникло Солнце. Из остатков облака путем холодного слипания образовались планеты.

2. Холодное слипание происходило медленно и прошло через стадию планетезималей. Планетезимали – тела, по размерам близкие к метеоритам и астероидам, – сформировали твердые части планет. В случае планет земной группы твердая часть – это вся планета целиком. В случае планет-гигантов – это их ядро.

3. Различие между планетами земной группы и планетами гигантами определяется действием солнечного излучения. Работают два фактора. Первый. Ближе к Солнцу туманность теплее и легкие газы улетучиваются. Силы притяжения твердой части планеты недостаточно, чтобы их удержать. Второе. Ближе к Солнцу эффективно действует световое давление, которое сносит легкие газы на периферию туманности. Под влиянием названных факторов планеты земной группы оказываются практически лишенными летучих веществ, а планеты-гиганты содержат их очень много (в основном это водород и гелий – главные составляющие первичной туманности). Если бы не действовали эти факторы, Земля имела бы массу и строение Сатурна: в центре железо-каменное ядро размером с нашу планету, а снаружи гигантская водородо-гелиевая оболочка.

Современная теория происхождения Солнца и планет подтверждается многочисленными модельными расчетами, данными геофизики, геологии и астрономии. Решающие доказательства справедливости этой теории дали полеты пилотируемых космических кораблей к Луне, полеты автоматических станций к планетам Солнечной системы.

www.examen.ru

Как появилась Солнечная система. Популярная астрономия

Это странно, но людей гораздо больше интересует, что же произойдёт с Солнечной системой в будущем, нежели как она образовалась в прошлом. В подтверждение этому тысячи статей о возможных вариантах гибели нашего светила и гораздо меньшее количество информации о его рождении. А между тем образование Солнечной системы — это одна из загадок, так до сих пор и не разгаданных учёными.

Большой взрыв

 

Большой взрыв случился около четырнадцати миллиардов лет назад. Если вы любите более точные числа, то со времени образования нашей Вселенной прошло 13,77 ± 0,059 млрд лет. Понадобилось достаточно много времени, чтобы кварк-глюонная плазма охладилась настолько, чтобы в ней стало возможным существование атомов водорода и других строительных элементов будущих галактик и звёздных систем.

По пустому и абсолютно чёрному пространству во все стороны расползались огромные облака газа и пыли. Во Вселенной и сейчас есть подобные образования. Подобные газопылевые облака астрономы наблюдают в туманности Ориона. Считается, что они очень похожи на те, что послужили материалом для создания Солнечной системы. Подобные формирования не редкость для современной Вселенной. Например, гигантское облако Смита, в миллионы раз превышающее по массе наше Солнце, прямо сейчас мчится в сторону нашей с вами галактики Млечный Путь.

Газовое облако Смита состоит по большей части из водорода, имеет протяжённость 11 000 световых лет и ширину 2500 световых лет. Его скорость — около 1 100 000 километров в час, а после столкновения с нашей галактикой предполагается образование нескольких миллионов новых звёзд. Впрочем, до этого момента ещё осталось около 30 миллионов лет и в ожидании этого события мы вернёмся к образованию Солнечной системы.

Примерно две трети времени существования Вселенной потребовались на то, чтобы образовать облако пыли и газа и охладить его до требуемой температуры. Учёные считают, что облако содержало в себе не только лёгкие водород и гелий, но и оставшиеся от звёзд предыдущих поколений металлы (это свойство так и называется — металличность). Облако спокойно существовало как часть Млечного Пути (Галактика всё это время активно формировалась), однако 4,6 миллиарда лет назад что-то случилось.

«Я что-то сделала, и оно само»

 

Собственно, причина гравитационного коллапса, запустившего процесс образования Солнечной системы, до сих пор неизвестна. То ли звезда пролетала неподалёку, а может, ударная волна от взрыва сверхновой пошевелила массы газа. Теперь уже вряд ли получится ответить, что именно стало спусковым крючком, однако именно этот момент можно считать началом формирования Солнечной системы.

Часть вещества в облаке уплотнилась и стала центром гравитационного притяжения для остальной части Солнечной прасистемы. А дальше, как говорил классик, «всё заверте…». Центр гравитационного коллапса начал притягивать к себе не только водород и гелий, но и многочисленные тяжёлые вещества, те же самые металлы.

Гравитационное сжатие одновременно уменьшало размеры облака (оно как бы проваливалось в центр себя, постепенно сжимаясь), но и в силу закона сохранения углового момента увеличивалась его угловая скорость. Проще говоря, облако начало всё сильнее раскручиваться вокруг своей оси, наподобие огромного космического волчка. Учёные считают, что изначально и у пылевого облака уже была небольшая угловая скорость, но гравитационный коллапс начал её многократно увеличивать.

Подобно глине на гончарном круге, будущая Солнечная система становилась всё более плоской и расширяющейся по бокам. Так центробежная сила сформировала стремительно вращающийся диск, в центре которого уже начинала загораться протозвезда, наше будущее Солнце. Облако сжималось всё сильнее, соответственно росла и внутренняя температура. Опять же проще всего представить себе гончарный круг, где по центру собирается большая часть глины, а небольшие остатки откидывает на дальние части круга, где они продолжают своё вращение.

Зажечь звезду

 

Центральная часть пылевого облака, заботливо спрессованная гравитацией, стала будущим Солнцем, а остатки пошли на формирование планет и астероидов. Небольшие изначально уплотнения остаточных частей начали расчищать свои орбиты, формируя самостоятельные, хоть и вращающиеся вокруг центрального шара объекты.

Некоторые из них были достаточно большими, что могли и сами превратиться в звезду. Их массы лишь немного не хватило на то, чтобы запустить внутри себя термоядерную реакцию. В Солнечной системе это Юпитер — астрономы считают, что, находись он в других условиях и набери раз в десять больше массы, её могло бы хватить на формирование звезды-карлика.

Случись это, и о жизни на Земле можно было бы забыть. Системы с двумя и более звёздами считаются очень неустойчивыми и плохо подходящими для формирования жизни на планетах. Подобные процессы требуют времени и постоянства, а в системе из двух звезд не найти ни того, ни другого. К счастью, лишь одно Солнце загорелось, когда в протозвезде температура и давление стали достаточными для начала термоядерной реакции.

Температура внутри бывшего пылевого облака достигла нескольких миллионов кельвинов, и в самом сердце звезды началась реакция синтеза гелия из водорода, продолжающаяся и до сих пор. С днём рождения, Солнце!

Наше Солнце по спектральному классу относится к жёлтым карликам. К слову, если бы Юпитер был чуть побольше, он мог бы стать коричневым карликом. Средняя плотность Солнца всего в 1,4 раза выше воды и скорее похожа на детсадовский кисель или жидкий обойный клей. Эффективная температура поверхности Солнца — 5780 кельвинов, для человеческого глаза это практически идеальный белый свет.

Как же так, ведь глазу Солнце кажется желтоватым, а если вы внимательно рассматривали лампы накаливания, то помните, что жёлтые оттенки проявляются при температуре ниже 3000 кельвин. Всё так, но атмосфера Земли частично рассеивает идеально белый солнечный свет и придаёт ему желтоватый оттенок. В космосе же Солнце ослепительно белое, как и должно быть.

По местам стоять

 

А как изменилась Солнечная система за миллиарды лет существования? На каком расстоянии находились планеты во время своего образования и сейчас? Стали ли они ближе к светилу или, наоборот, удаляются от Солнца в глубины бесконечного космоса? Раньше считалось, что положение планет практически неизменно. Как сформировались, так и продолжают свой бесконечный бег по кругу.

Однако последние лет тридцать точка зрения учёных меняется. Специалисты считают, что на заре своего существования Солнечная система была гораздо компактнее. Пояс Койпера за орбитой Нептуна, где до сих пор осталось много «строительного материала» для формирования планет, в своё время был гораздо ближе к нашей звезде. То есть Солнечная система постепенно расширяется, потихоньку увеличиваясь в размерах.

Земля тоже постепенно удаляется от Солнца. Совсем по чуть-чуть, примерно 15 сантиметров в год. Достаточно долго астрономам не удавалось объяснить это, в ход шли всевозможные гипотезы: потеря звездой массы в результате выбросов и солнечного ветра, а также действие загадочной тёмной материи. Однако, согласно последним теориям, всему причиной гравитационное взаимодействие Земли и Луны.

Именно наш ближайший спутник немного замедляет Землю (период обращения Земли вокруг Солнца увеличивается на три миллисекунды каждые сто лет), а также удаляет планету от Солнца на микроскопические по космическим мерками 15 сантиметров в год. Кстати, стало известно о том, что Земля удаляется от Солнца, относительно недавно. Лишь в 2004 году российские астрономы Григорий Красинский и Виктор Брумберг смогли обнаружить это постоянное удаление.

Считается, что на этапе формирования планет было гораздо больше. Во внутренней части по орбитам кружилось от 50 до 100 небесных тел, готовых превратиться в постоянные планеты. В процессе формирования случались столкновения, в результате одного из них большей части своей мантии лишился Меркурий, также есть теория, что в результате другого удара Земля получила Луну. Впрочем, это лишь одна из теорий.

Так продолжалось несколько десятков миллионов лет, пока во внутренней области Солнечной системы не осталось четыре планеты земной группы, расчистившие свои орбиты от астероидов и других конкурентов. Это Меркурий, Венера, Земля и Марс, финалисты, выигравшие право получать достаточное количество тепла и света от Солнца. С этого момента можно было начинать выращивать жизнь.

А дальше

 

Вселенная не стоит на месте. Солнечная система — это тоже не статический объект, а сложнейшая система, постоянно, хоть и очень медленно меняющаяся. Астрономы регулярно обновляют своё понимание того, как она существует. Путь от газопылевой туманности до системы, включающей в себя как минимум одну обитаемую планету, занял несколько миллиардов лет. И останавливаться на достигнутом Солнечная система не собирается.

В ближайшее время, согласно современным моделям, серьёзных изменений не ожидается. Мало что изменится до того, как Солнце израсходует свои запасы водорода. Именно тогда Солнце начнёт своё превращение в красного гиганта, а Солнечную систему ждут катастрофические изменения. Впрочем, это случится ещё очень и очень не скоро. Как говорится, поживём — увидим.

brodv.ru

Образование Солнечной системы

Как и в случае со Вселенной, современное естествознание не дает точного описания этого процесса. Но современная наука решительно отвергает допущение о случайном образо­вании и исключительном характере образования планетных систем. Современная астрономия дает серьезные аргументы в пользу наличия планетных систем у многих звезд. Так, при­мерно у 10% звезд, находящихся в окрестностях Солнца, обна­ружено избыточное инфракрасное излучение. Очевидно, это связано с присутствием вокруг таких звезд пылевых дисков, которые, возможно, являются начальным этапом формирова­ния планетных систем.

На протяжении нескольких лет канадскими учеными изме­рялись очень слабые периодические изменения скорости дви­жения шестнадцати звезд. Такие изменения возникают из-за возмущения движения звезды под действием гравитационно связанного с ней тела, размеры которого много меньше, чем у самой звезды. Обработка данных показала, что у десяти из ше­стнадцати звезд изменения скорости указывают на наличие около них планетных спутников, масса которых превышает массу Юпитера. Можно предполагать, что существование крупного спутника типа Юпитера, по аналогии с Солнечной системой, указывает на большую вероятность существования и семейства более мелких планет. Наиболее вероятное существо­вание планетных систем отмечено у эпсилона Эридана и гам­мы Цефея.

Но следует отметить, что одиночные звезды типа Солнца — явление не столь уж частое, обычно они составляют кратные системы. Нет уверенности, что планетные системы могут обра­зовываться в таких звездных системах, а если они в них возни­кают, то условия на таких планетах могут оказаться неста­бильными, что не способствует появлению жизни.

О механизме образования планет, в частности, в Солнечной системе, также нет общепризнанных заключении. Солнечная система образовалась примерно 5 млрд. лет назад, причем Солнце — звезда второго (или еще более позднего) поколения. Так что Солнечная система возникла на продуктах жизнедея­тельности звезд предыдущего поколения, скапливавшихся в газопылевых облаках.

Вообще, сегодня мы больше знаем о происхождении и эво­люции звезд, чем о происхождении собственной планетной системы, что не удивительно: звезд много, а известная нам планетная система — одна. Накопление информации о Солнеч­ной системе еще далеко от завершения. Сегодня мы видим ее совершенно иначе, чем даже тридцать лет назад.

И нет гарантии, что завтра не появятся какие-то новые факты, которые перевернут все наши представления о процессе ее образования.

Сегодня существует довольно много гипотез образования Солнечной системы. В качестве примера изложим гипотезу шведских астрономов X. Альвена и Г. Аррениуса. Они исхо­дили из предположения, что в природе существует единый механизм планетообразования, действие которого проявля­ется и в случае образования планет около звезды, и в случае появления планет-спутников около планеты. Для объяснения этого они привлекают совокупность различных сил — гравитацию, магнитогидродинамику, электромагнетизм, плазмен­ные процессы.

К моменту, когда начали образовываться планеты, цен­тральное тело системы уже существовало. Чтобы образовать планетную систему, центральное тело должно обладать маг­нитным полем, уровень которого превышает определенное критическое значение, а пространство в его окрестностях должно быть заполнено разреженной плазмой. Без этого про­цесс планетообразования невозможен.

Солнце имеет магнитное поле. Источником же плазмы служила корона молодого Солнца. Сегодня она стала меньше. Но даже сейчас планеты земной группы (Меркурий. Венера, Земля, Марс) практически погружены в разреженную атмо­сферу Солнца, а солнечный ветер доносит ее частицы и к более далеким планетам. Так что, возможно, корона молодого Солнца распространялась до современной орбиты Плутона.

Альвен и Аррениус отказались от традиционного допуще­ния об образовании Солнца и планет из одного массива веще­ства, в одном нераздельном процессе. Они считают, что снача­ла из газопылевого облака возникает первичное тело, затем к нему извне поступает материал для образования вторичных тел. Мощное гравитационное воздействие центрального тела притягивает поток газовых и пылевых частиц, пронизываю­щих пространство, которому предстоит стать областью обра­зования вторичных тел.

Для такого утверждения есть основания. Были подведены итоги многолетнего изучения изотопного состава вещества метеоритов, Солнца, Земли. Обнаружены отклонения в изо­топном составе ряда элементов, содержащихся в метеоритах и земных породах, от изотопного состава тех же элементов на Солнце. Это говорит о различном происхождении этих эле­ментов. Отсюда следует, что основная масса вещества Солнеч­ной системы поступила из одного газопылевого облака и из него образовалось Солнце. Значительно меньшая часть веще­ства с другим изотопным составом поступила из другого газо­пылевого облака, и она послужила материалом для формирования метеоритов и частично планет. Смешение двух газо­пылевых облаков произошло примерно 4,5 млрд. лет назад, что и положило начало образованию Солнечной системы.

Молодое Солнце, предположительно обладавшее значи­тельным магнитным моментом, имело размеры, превышавшие нынешние, но не доходившие до орбиты Меркурия. Его окру­жала гигантская сверхкорона, представлявшая собой разре­женную замагниченную плазму. Как и в наши дни с поверхно­сти Солнца вырывались протуберанцы, но выбросы тех лет имели протяженность в сотни миллионов километров и дости­гали орбиты современного Плутона. Токи в них оценивались в сотни миллионов ампер и больше. Это способствовало стяги­ванию плазмы в узкие каналы. В них возникали разрывы, про­бои, откуда разбегались мощные ударные волны, уплотнявшие плазму на пути их следования. Плазма сверхкороны быстро становилась неоднородной и неравномерной. Поступавшие из внешнего резервуара нейтральные частицы вещества под дей­ствием гравитации падали к центральному телу. Но в короне они ионизировались, и в зависимости от химического состава тормозились на разных расстояниях от центрального тела, то есть с самого начала имела место дифференциация допланетного облака по химическому и весовому составу. В конечном счете, выделилось три-четыре концентрических области, плот­ности частиц в которых примерно на 7 порядков превышали их плотности в промежутках. Это объясняет тот факт, что вблизи Солнца располагаются планеты, которые при относи­тельно малых размерах имеют высокую плотность (от 3 до 5,5 г/см3), а планеты-гиганты имеют намного меньшие плот­ности (1 -2 г/см3).

Существование критической скорости, с достижением ко­торой нейтральная частица, движущаяся ускоренно в разре­женной плазме, скачком ионизируется, подтверждается лабо­раторными экспериментами. Оценочные расчеты показывают, что подобный механизм способен обеспечить накопление не­обходимого для образования планет вещества за сравнительно короткое время порядка ста миллионов лет.

Сверхкорона, по мере накопления в ней выпадающего ве­щества, начинает отставать в своем вращении от вращения центрального тела. Стремление выровнять угловые скорости тела и короны заставляет плазму вращаться быстрее, а цен­тральное тело замедлять свое вращение. Ускорение плазмы увеличивает центробежные силы, оттесняя ее от звезды. Между центральным телом и плазмой образуется область очень низ­кой плотности вещества. Создается благоприятная обстановка для конденсации нелетучих веществ путем их выпадения из плазмы в виде отдельных зерен. Достигнув определенной мас­сы, зерна получают от плазмы импульс, и далее движутся по кеплеровской орбите, унося с собой часть момента количества движения в Солнечной системе: на долю планет, суммарная масса которых составляет только 0,1% от массы всей системы, приходится 99% суммарного момента количества движения.

Выпавшие зерна, захватив часть момента количества дви­жения, следуют по пересекающимся эллиптическим орбитам. Множественные соударения между ними собирают эти зерна в большие группы и превращают их орбиты в почти круговые, лежащие в плоскости эклиптики. В конце концов, они собира­ются в струйный поток, имеющий форму тороида (кольца). Этот струйный поток захватывает все частицы, которые с ним сталкиваются, и уравнивает их скорости со своей. Затем эти зерна слипаются в зародышевые ядра, к которым продолжают прилипать частицы, и они постепенно разрастаются до круп­ных тел – планетезималий. Их объединение образует планеты. А как только планетные тела оформляются настолько, что возле них появляется достаточно сильное собственное магнит­ное поле, начинается процесс образования спутников, в ми­ниатюре повторяющий то, что произошло при образовании самих планет около Солнца.

Так, в этой теории, пояс астероидов — это струйный поток, в котором из-за нехватки выпавшего вещества процесс планетообразования прервался на стадии планетезималий. Кольца у крупных планет — это остаточные струйные потоки, оказав­шиеся слишком близко к первичному телу и попавшие внутрь так называемого предела Роша, где гравитационные силы «хозяина» так велики, что не позволяют образоваться устой­чивому вторичному телу.

Метеориты и кометы, согласно модели, формировались на окраине Солнечной системы, за орбитой Плутона. В отдален­ных от Солнца областях существовала слабая плазма, в ней механизм выпадения вещества еще работал, но струйные пото­ки, в которых рождаются планеты, образовываться не могли. Слипание выпавших частиц привело в этих областях к единст­венно возможному результату — к образованию кометных тел.

Сегодня есть уникальные сведения, полученные «Вояджерами» о планетных системах Юпитера, Сатурна, Ура­на. Можно уверенно говорить о наличии общих характерных особенностей у них и у Солнечной системы как целого.

1. Одинаковая закономерность в распределении вещества по химическому составу: максимум концентрации летучих ве­ществ (водород, гелий) всегда приходится на первичное тело и на периферийную часть системы. На некотором удалении от центрального тела располагается минимум летучих веществ. В Солнечной системе этот минимум заполнен самыми плотными планетами земной группы.

2. Во всех случаях на долю первичного тела приходится бо­лее 98% общей массы системы.

3. Имеются наглядные признаки, указывающие на повсеме­стное образование планетных тел путем слипания частиц (аккреция) во все более крупные тела, вплоть до окончатель­ного оформления планеты (спутника).

Конечно, это только гипотеза, и она требует дальнейшей разработки. Так же пока не имеет убедительных доказательств предположение, что образование планетных систем является закономерным процессом для Вселенной. Но косвенные дан­ные позволяют утверждать, что, по крайней мере, в определен­ной части нашей галактики планетные системы существуют в заметном количестве. Так, И.С. Шкловский обратил внимание на то, что все горячие звезды, температура поверхности кото­рых превышает 7000 К, имеют высокие скорости вращения. По мере перехода ко все более холодным звездам на определенном температурном рубеже возникает внезапный резкий спад ско­рости вращения. Звезды, входящие в класс желтых карликов (типа Солнца), температура поверхности у которых порядка 6000 К, имеют аномально низкие скорости вращения, почти равные нулю. Скорость вращения Солнца — 2 км/с. Низкие скорости вращения могут быть результатом передачи 99% пер­воначального момента количества движения в протопланетное облако. Если это предположение верно, то наука получит точ­ный адрес для поиска планетных систем.

studfiles.net

Солнечная система. | Астрономия в школе

Солнечная система.

ЧТ, 11/25/2010 — 21:38 — mav

Солнечная система

дополнительно смотрите в Википедии,  категория: Солнечная система  и Солнечная система
  Солнечная система, это: Солнце, а также планеты с их лунами, кометы, астероиды, метеорные рои и межпланетная среда, удерживаемые гравитационным притяжением Солнца.
    Предполагается, что Солнечная система сформировалась около 4,6 миллиардов лет назад из вращающегося газопылевого диска, при сжатии которого возникло Солнце и остальные тела системы. Доказательством этого является то, что в начале 2002 года астрономы обнаружили что Солнечная система окружена плотным пылевым облаком, начинающимся уже за орбитой Сатурна. Например астрономы с помощью космического телескопа Spitzer в январе 2005г обнаружили коричневый карлик OTS 44 тяжелее Юпитера всего в 15 раз и находится на расстоянии около 500 световых лет от Солнца, окружённый пылевым облаком в котором идет процесс образования планет.
    Однако Оливер Мануэль (Oliver Manuel), профессор кафедры ядерной химии из университета Миссури-Ролла еще в 1975г  вместе с д-ром Дварка Дас Сабу (Dwarka Das Sabu) впервые заявил о том, что Солнечная система образовалась из обломков вращающейся звезды, с которой случился взрыв сверхновой около 4,6 миллиардов лет назад.  После взрыва сверхновой из ее сжавшегося ядра образовалось Солнце, а из выброшенной в космос материи — планеты: ближние к Солнцу планеты образовались из внутренних частей, а дальние — из материи внешних слоев той звезды. Теория аргументируется тем, что в найденных на Земле метеоритах кроме первобытного гелия есть еще и «странный» ксенон, который, как он считает, был принесен из внешних слоев сверхновой звезды. «Странный» ксенон отличается от обычного своим изотопным составом. Гелий и «странный» ксенон в больших количествах есть на Юпитере, что доказал зонд «Galileo». «Странный» ксенон найден и в лунном грунте. А в мае 2004г команда ученых из Университета штата Аризона Джефф Хестер (Jeff Hester), работающий совместно с Л.А.Лешин (L.A.Leshin; Центр по изучению метеоритов, там же), указывает, что в начальной стадии существования Солнечной системы в области ее формирования присутствовал, как выяснилось недавно, изотоп 60Fe. Однако ни по одному из известных механизмов не может появиться внутри еще молодой звезды этот короткоживущий элемент, период полураспада которого 1.5 млн лет. А вот во время взрыва сверхновых попутно с 26Al, 41Ca и другими радиоизотопами образуется и 60Fe. Отсюда, по мнению авторов, следует, что наше Солнце никак не могло образоваться в условиях, характерных для молекулярного облака в районе созвездий Возничего и Тельца. Скорее это произошло там, где рождались и “тяжелые” звезды, где одна или несколько звезд превращались в сверхновые. Интенсивное ультрафиолетовое излучение массивных звезд образует среди плотных молекулярных облаков значительные ионизованные области, в которых и возникают звезды. Пример таких областей — туманности Ориона и Орла. В подобной среде образование звезд малой массы происходит под воздействием ударной волны от сверхновой, обрушивающейся на плотную окружающую среду.
    Планеты и астероиды движутся вокруг Солнца по орбитам, лежащим близко к плоскости земной орбиты и солнечного экватора и в том же направлении, что и Земля. В 1672 году Джованни Кассини и Жан Рише определили расстояние до Марса, благодаря чему астрономическая единица получила выражение в земных единицах измерения расстояния. Орбиты больших планет лежат в пределах 40 а.е. от Солнца, хотя область гравитационного влияния Солнца намного больше. Кометы, наблюдаемые внутри Солнечной системы, возможно, происходят из облака Оорта.
   Солнечная система движется в направлении апекса -точки небесной сферы в созвездии Геркулеса с координатами RA 17h38m, Dec. +30°. Солнечная система вращается вокруг галактического центра по почти круговой орбите со скоростью около 220 км/c и совершает полный оборот за 226 миллионов лет. Помимо кругового движения по орбите, Солнечная система совершает вертикальные колебания относительно галактической плоскости, пересекая её каждые 30—35 миллионов лет и оказываясь то в северном, то в южном галактическом полушарии. Двигаясь со скоростью около 25 км/с сквозь Местное межзвёздное облако, система может покинуть его в течение следующих 10 тысяч лет.

Планеты

ПланетаДиаметр, относительноМасса, относительноОрбитальный радиус, а. е.Период обращения, земных летСутки, относительноСпутники
Меркурий0,3820,060,380,24158,65427нет
Венера0,9490,820,720,6152435243нет
Земля1,01,01,01,01,055151
Марс0,530,111,521,881,0339332
Юпитер11,23185,2011,860,414132663
Сатурн9,41959,5429,460,42668762
Уран3,9814,619,2284,010,718127027
Нептун3,8117,230,06164,790,671163813
    Небесное тело, вращающееся вокруг Солнца, масса которого слишком мала для того, чтобы тело могло стать звездой (меньше одной двадцатой массы Солнца). В настоящее время насчитывается восемь планет. Планеты Солнечной системы делятся на земную группу (твердые): Меркурий, Венера, Земля, Марс; газообразными с небольшим твердым ядром, внешние планеты-гиганты: Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун. Плутон, считавшийся с 1930г девятой и самой удаленной планетой, с 2006г перестал таковой считаться и перешел в разряд карликовых планет, твердых и содержащих значительное количество льда — ледяной карлик. 

    В феврале 2000 года астрономами была открыта очередная комета, получившая обозначение 2000 CR105. Небесное тело размером более 400 км имеет сильно вытянутую эллиптическую орбиту и является одним из 70 тысяч объектов, относящихся к классу транснептунианских объектов (Trans Neptunian Objects, TNO).
    Изучая ее движение, специалисты обратили внимание на некоторое отклонение ее орбиты от рассчитанных параметров. Комета двигается не так, как должна бы, а немного отклоняется в сторону. Подобные погрешности заставили некоторых астрономов предположить наличие за орбитой Нептуна еще одной ДЕСЯТОЙ планеты, гравитационное поле которой и влияет на движение 2000 CR105, заставляя ее отклоняться от прогнозируемой траектории.
    15 марта 2004г доктор М.Браун (член наиболее активно работающей в этом направлении группы американские ученые с Ч.Труйлио и Д.Рабинович, которым, в частности, принадлежит открытие Квавара (Quaoar) в 2002г) объявил об обнаружении самого удаленного от Солнца объекта, принадлежащего т.н. «поясу Оорта»- Седны (объект 2003 VB12, открыт 14 ноября 2003 года на 48-дюймовом Паломарском телескопе системы Шмидта). Диаметр нового объекта — 1700 км. 

     Учитывая возможность появления в будущем аналогичной и 11 и 12 и т.д. планет, 24 августа 2006 года XXVI генеральная ассамблея Международного астрономического союза (МАС) оставила только 8 больших планет в Солнечной системе, отнеся Плутон с Хароном к карликовым планетам, как и первый открытый и самый крупный астероид Церера.
     В пределах Солнечной системы имеется множество малых планет, или астероидов, и небольших ледяных карликов, составляющих население так называемого пояса Койпера за пределами Нептуна.
Американский межпланетный зонд «Pluto-Kouper Express» (New Horizons), запущенный 19 января 2006г поможет ответить на многие вопросы о строении внешней части Солнечной системы.

Планеты у других звезд

   Планетные системы обнаружены и у других звезд. Так впервые за 15 лет наблюдений международной команде «охотников за планетами у других звезд» удалось обнаружить планетарную систему, напоминающую нашу. Профессор астрономии Калифорнийского университета в Беркли Джеффри Марси (Geoffrey Marcy) и астроном Пол Батлер (Paul Butler) из Университета Карнеги объявили 13 июня 2002г об открытии планеты класса Юпитера, которая обращается вокруг своей звезды на расстоянии приблизительно равном тому, на котором наш Юпитер облетает Солнце. Звезда 55 Cancri удалена от Земли на расстоянии 41 светового года и относится к типу солнцеподобных звезд. Открытая планета удалена от звезды на 5,5 астрономических единицы (Юпитер на 5,2 астрономические единицы). Период ее обращения составляет 13 лет (для Юпитера — 11,86 лет). Масса — от 3,5 до 5 масс Юпитера. Ранее близ 55 Cancri уже была открыта планета, в 10 раз превышающая по размерам Юпитер, но расположенная на расстоянии около 0,15 астрономические единицы от светила.
    Схожая планетарная система обнаружена и у звезды 47 в Большой Медведице по своему химическому составу похожей на Солнце. В этой системе имеются две планеты размером с Юпитер. В нашей, Солнечной системе, они находились бы между Марсом и Юпитером.
    Обнаружена планета в октябре 2002г у Epsilon Eridani, удаленной от Земли на 10 световых лет. Ее масса составляет 1/10 массы Юпитера. Планета весьма удалена от звезды и совершает полный оборот вокруг нее за 280 лет. Некоторое время назад у Epsilon Eridani уже была обнаружена планета юпитерианского класса, а теперь в звездной системе произошло пополнение.
    Летом 2003г количество известных планет, вращающихся вокруг далеких звезд, увеличилось на 8 штук. Семь из этих планет обнаружила группа европейских астрономов, работающих в Женевской обсерватории. Все эти планеты намного больше Земли. Они относятся к категории газовых гигантов. Масса самой маленькой из них приблизительно равна массе Юпитера, а самой большой — в 8 раз превышает массу Юпитера. На полный виток вокруг своих звезд они тратят от одного до четырех земных лет. А две из этих планет вращаются вокруг одной и той же звезды HD 169830. Восьмую планету обнаружили японские астрономы. Они нашли ее у звезды HD 104985. Причем, это вторая планета, вращающаяся вокруг этой звезды. Масса этой планеты в 6 раз больше массы Юпитера. Кстати, кроме нашего Солнца, астрономам известно всего 13 звезд, у которых имеется более одной планеты. К 1 марта 2006 года астрономами открыто у 147 звезд 171 планету, а по состоянию на 16.09.2009 года открыто 375 внесолнечных планет (список или Список экзопланетных систем), последняя версия каталога здесь.
 С помощью орбитального телескопа Hubble студент Университета Пенсильвании Джон Дебес (John Debes), который работал над проектом по поиску звезд в других системах, в начале мая 2004г впервые в истории сфотографировал планету в другой системе. Планета, которая по размеру в пять-десять раз больше Юпитера, вращается вокруг звезды, расположенной на расстоянии примерно 100 световых лет от Земли. Астрономы, правда, пока воздерживаются от комментариев, заявляя, что им нужно получить больше информации об этом объекте и в частности обнаружить перемещение обеих тел в пространстве.
    Причем звезды, содержащие металлы, с наибольшей вероятностью бывают окружены планетами. Как установила Дебра Фишер из университета Калифорнии, около 20% богатых металлом звезд окружены планетами. Исследовательница рассмотрела статистически значимую выборку из 61 звезды с планетами и 693 звезд без планет. Многие звезды являются просто шарами сгорающего водорода, другие — к примеру, наше Солнце — насыщены металлами, а зачастую имеют даже железное ядро. Поскольку молодые звезды и окружающие их диски пыли и газа должны обладать одним и тем же составом, то присутствие металлов в звездах должно отражать наличие исходного вещества, включая тяжелые металлы, из которых может образоваться планетарный диск. Умирающие звезды выделяют металлы, из которых, в свою очередь, образуются новые звезды. В результате с момента Большого Взрыва звезды становятся все богаче и богаче металлами. Это означает, что звезды, образующиеся сейчас, с большей вероятностью будут окружены планетами, чем более древние. А значит, в будущем Вселенная будет более богата планетами, чем когда-либо.
    Поиск наличия воды в планетных системах  17 звезд, показал ее наличие в системе Эпсилон Андромеды (50 световых лет), Эпсилон Эридана (10 световых лет), а также вблизи красного карлика Lalande 2185, до которого от нас всего восемь световых лет. Наиболее сильный сигнал на специфической длине излучения воды был зарегистрирован из системы Эпсилон Андромеды. Предполагается, что в этой системе есть три планеты с массами, составляющими примерно 0,7, 2,1 и 4,6 масс Юпитера. Все они представляют собой газовые гиганты, однако существует вероятность, что вокруг звезды обращаются также и планеты с твердой поверхностью, напоминающие Землю, и которые невозможно обнаружить с помощью современных инструментов.
     Мафусаил в шаровом скоплении М4 — древнейшая планета из известных на данный момент, находящаяся на расстоянии 3400 пк от нас. Она образовалась около 12 миллиардов лет назад. Она вращается на расстоянии 23 а.е. вокруг пары белый карлик — миллисекундный пульсар, делая один оборот примерно за 100 лет. Его масса, определенная по влиянию на пульсар, составляет 2,5 ± 1 масс Юпитера, иначе говоря, это газовый гигант. По всей видимости, его радиус близок к радиусу Юпитера, являющегося естественным пределом для массивных газовых планет (коричневые карлики имеют примерно тот же радиус, радиус самой маломассивной звезды главной последовательности, известной на данный момент, всего на 16% больше радиуса Юпитера). Химический состав звезд, образующих скопление М4, отличается от солнечного. Это очень древние звезды, и тяжелых элементов в них примерно в 20 раз меньше, чем на Солнце. По всей видимости, химический состав Мафусаила тоже резко обеднен тяжелыми элементами, т.е. он состоит почти целиком из водорода и гелия. Большую часть своего года Мафусаил нагревается излучением белого карлика, суммарным излучением звезд М4 и имеет температуру 60-80К. При таких температурах планета будет окутана легкими облаками из замерзшего метана, которые (в сочетании с релеевским рассеянием света белого карлика в прозрачной атмосфере) придадут ей глубокий темно-голубой цвет. Глубокая синева и легкие облака сделают ее похожей на планету Нептун.
    Среди планет схожих с Землей в настоящее время единственной известной планетой земной группы, лежащей в «зоне жизни», является Глизе 581 c (масса — 5 масс Земли) в планетной системе  красного карлика Gliese 581, расположенного в созвездии Весов, в 20,4 св. лет от Земли.

Элонгация

 Угловое расстояние между Солнцем и планетой (или Луной) с точки зрения земного наблюдателя, т.е. угол Солнце-Земля-Луна/планета (см. иллюстрацию). Для внутренних планет (Меркурия и Венеры) элонгация ограничена. Ее максимальные значения, восточное и западное, достигаемые при каждом обороте по орбите, называются наибольшей элонгацией. Наибольшая элонгация для Меркурия в зависимости от обстоятельств лежит между 18° и 28°; для Венеры аналогичный диапазон составляет 45° — 47°. Для планет, находящихся от Солнца дальше Земли, возможны любые значения элонгации. Элонгация 90° называется квадратурой, 0° — соединением и 180° — противостоянием.

Межпланетная среда

  Среда между планетами в Солнечной системе неоднородна, содержащая межпланетную пыль, электрически заряженные солнечные частицы и нейтральный газ из межзвездной среды. Наблюдения показывают, что Солнце движется со скоростью около 25 км/с сквозь Местное межзвёздное облако и может покинуть его в течение следующих 10 тысяч лет. Большую роль во взаимодействии Солнечной системы с межзвёздным веществом играет солнечный ветер. Заряженные частицы представлены электронами, протонами и гелиевыми ядрами (альфа-частицы), которые, устремляясь от Солнца и образуют солнечный ветер. Атомы нейтрального водородного и гелиевого газа поступают в окрестность Солнца из межзвездной среды. Из-за влияния солнечного ионизирующего излучения время жизни этих атомов в нейтральном состоянии (на расстоянии от Солнца до Земли) составляет около двадцати дней.

  Средняя скорость солнечного ветра, наблюдаемая на Земле, составляет 450 км/с. По мере удаления от Солнца, плотность солнечного ветра ослабевает, и наступает момент, когда он оказывается более не в состоянии сдерживать давление межзвёздного вещества. В процессе столкновения образуется несколько переходных областей.

Межзвездный полет

Пионер

  Из серии 11 американских космических аппаратов, запущенных в 1958 — 1973 гг. КА «Пионер» (с номерами с первого по четвертый) были направлены к Луне; все они потерпели неудачу. КА «Пионер» (с номерами с пятого по девятый) были выведены на орбиты вокруг Солнца и использованы для изучения Солнца и условий в межпланетном пространстве. «Пионер-10 и -11» осуществили весьма успешные пролеты вблизи Юпитера и вблизи Юпитера и Сатурна соответственно.
 «Пионер-10» первый КА к звездам был запущен 3 марта 1972 г и прошел около Юпитера по пролетной траектории 4 декабря 1973 г на расстоянии 132000 км, передав на Землю лучшие для того времени изображения планеты. Он продолжал непрерывно передавать информацию вплоть до выхода за пределы Солнечной системы. Дальнейший полет станции, маршрут которой проходил вдали от планет, не предвещал ничего необычного, но оказалось, что она способна преподнести еще немало сюрпризов. Во-первых, выяснилось, что гелиопауза, которую рассматривают как своеобразную границу Солнечной системы, удалена от Солнца на гораздо большее расстояние, чем считалось ранее. Даже в 1999 году «Pioneer-10» не достиг гелиопаузы, хотя первоначально это прогнозировалось на конец 80-х — начало 90-х годов. Во-вторых, был выявлен интересный эффект, который ставит под сомнение справедливость казавшихся незыблемыми и вечными законов Ньютона. Как показали данные измерений, уменьшение скорости станции во времени происходило несколько быстрее, чем это должно бы было происходить по ньютоновской механике. И хотя эта величина довольно мала, но для законов небесной механики является существенной погрешностью. Аналогичные данные были получены и при анализе движения других АМС, удаляющихся от Солнца. 30 марта 1996 г, находясь на расстоянии больше 66 а.е. от Солнца, он «замолчал». 31 марта 1997 года было прекращено финансирование работ со станцией и в течение последующих двух с половиной лет управление полетом осуществлялось специалистами Исследовательского центра имени Эймса в порядке тренировки персонала. Осенью 1999 года в НАСА были наконец-то найдены средства, которые позволили продолжить работу со станцией.
    28 апреля 2001г в 17:27:30 UTC (21:27:30 мск) станция дальней космической связи близ Мадрида (Испания) зарегистрировала слабый сигнал от аппарата, связь с которым была утеряна 19 августа 2000 года. В это время «Pioneer-10» находится на удалении 11,74 миллиарда километров от Земли и двигался со скоростью 12,24 км/с относительно Солнца. На отправку сигнала на станцию и получение ответа требуется 21 час 45 минут. Продолжает уменьшаться интенсивность космического излучения. Сейчас оно составляет 77 % от своего максимального значения, которое было зафиксировано датчиками космического излучения в 1998-1999 годах. Это говорит о том, что КА все еще не достиг границ гелиопаузы. «Pioneer-10» двигается в общем направлении звезды Альдебарана в созвездии Тельца в сторону, противоположную остальных трех КА. Согласно расчетам, АМС примерно через 33 тысячи лет пройдет в районе звезды РОСС-348, находящейся на расстоянии 3,3 светового года от Солнца. До 17 февраля 1998 года станция оставалась самым удаленным от Солнца рукотворным объектом, пока ее не «обогнала» другая американская АМС «Voyager-1».
    Как сообщил Исследовательский центр имени Эймса в своем очередном бюллетене, 4 декабря 2002 года и 22 января 2003 года состоялись очередные сеансы связи с аппаратом. К сожалению, не удалось получить никакой телеметрической информации с борта, но сам факт приема ответного сигнала свидетельствует о том, что зонд «еще жив». Сигнал на зонд был отправлен со станции дальней космической связи DSS-14 в Голдстоуне, шт. Калифорния, а на следующий день ответный сигнал был зафиксирован станцией дальней космической связи DSS-63 под Мадридом, Испания. На прохождение радиосигнала с Земли к зонду и обратно потребовалось 22 часа 24 минуты 4 декабря 2002г  и  22 часа 35 минут 22 января 2003 года
     По данным группы управления полетом, на начало февраля 2003г  Pioneer-10 находится на удалении 82,19 астрономических единиц от Солнца и движется со скоростью 12,224 км/с относительно нашего светила. От Земли зонд отделяют 12,21 миллиарда километров. На прохождение радиосигнала “туда-обратно” требуется 22 часа 38 минут. Попытка связаться с КА в марте 2006г не увенчалась успехом.
   «Пионер-11» был запущен 6 апреля 1973 г и встретился с Юпитером 3 декабря 1974г (минимальное расстояние составило 42800 км) и с Сатурном — 1 сентября 1979г (минимальное расстояние — 20800 км). Притяжение Юпитера развернуло «Пионер-11» почти на 180°. После нескольких коррекций траектории полёта он пересёк орбиту Сатурна на расстоянии около 20 тыс. км от облачной поверхности Сатурна, произведя различные измерения и передав фотографии планеты и её спутника Титана в сентябре 1979г. Движется в направлении набегающего потока межзвездного газа, как и «Вояджеры», отстав от всех трех КА. «Пионер- II» покинул Солнечную систему, но слабые сигналы с него ещё улавливались земными антеннами. В  1995г контакт с аппаратом был потерян.

«Вояджеров»

  Продолжается полет «Вояджера-1» и «Вояджера-2» после завершения исследования Солнечной системы. Как ожидается, источники энергии на обеих АМС будут работать до 2020 г. Бортовая аппаратура АМС будет продолжать измерение магнитного поля и обнаружение частиц в гелиосфере. Ожидается, что впервые будут получены данные о гелиопаузе, где солнечный ветер сливается с межзвездной средой.
   Американская автоматическая межпланетная станция «Вояджер-1» (10321 / 1977 084А) запущена 5 сентября 1977г по быстрой траектории. Инструменты на «Вояджерах» состояли из двух групп. Одна из них была предназначена для анализа окружающей аппарат среды и работала все время полета, в том числе и при перелете от одной планеты к другой. С помощью этого набора измерялось магнитное поле, фиксировались заряженные частицы низкой энергии и космические лучи, а также определялись локальные характеристики плазмы. Другая группа инструментов включала широкоугольную фотокамеру (3°), фотокамеру для получения крупноплановых изображений (0,4°), интерферометр Майкельсона для анализа инфракрасного излучения атмосфер планет, ультрафиолетовый спектрометр, фотополяриметр для измерения интенсивности и поляризации света, а также детектор радиоизлучения планетарных магнитосфер. Главная передающая антенна «Вояджеров» с ядерным источником питания на плутонии-238 имела диаметр 3,7 м. Масса 733кг. Сближение с Юпитером – 5 марта 1979г, Сатурном – 12 ноября 1980г. Космический аппарат прошел в юпитерианской системе вблизи Ио и Каллисто, а в системе Сатурна — около Титана, Реи и Мимаса. 16 декабря 2004 года Voyager-1 достиг гелиопаузы. Начиная с этого момента с Voyager-1 перестала поступать какая-либо информация о внешней среде. 26 сентября 2008 года «Вояджер-1» был примерно в 107,58 а. е. (16,093 млрд. км) от Солнца.
    Американская автоматическая межпланетная станция «Вояджер-2» (10271 / 1977 076А) запущена 20 августа 1977г по медленной траектории. Сближение с Юпитером – 9 июля 1979г, затем близко подошел к Европе и Ганимеду, галилеевым спутникам, не исследованным ранее «Вояджером-1». Сатурн был достигнут в августе 1981г, причем минимальное расстояние (25 августа) составило 101000 км. Далее траектория прошла около спутников Сатурна Тефия и Энцелад. 24 января 1986г «Вояджер-2» достиг Урана, пройдя от него на расстоянии 107000 км, а затем пролетел мимо Нептуна (24 августа 1989 аппарат находился в 48000 км от поверхности) и Тритона. Провел фотографирование планет, их спутников, колец. Скорость полета 19км/с, масса 808кг, масса научных приборов 105кг, диаметр антенны зонда 3,7м. «Вояджер-2» фактически идентичен «Вояджеру-1», за исключением того, что был использован более мощный источник питания, позволяющий осуществить длительный полет к Урану и Нептуну.
    14 марта 2002г Лаборатория реактивного движения в Пасадене (шт.Калифорния, США) опубликовала сообщение № 1215 о полете межпланетных зондов «Voyager-1» и «Voyager-2». Активных действий с аппаратами в последнее время не проводилось, хотя оба они сохраняют свою работоспособность. Запасы топлива на борту аппаратов составляют: на «Voyager-1» — 30,97 кг, на «Voyager-2» — 32,85 кг.
    КА «Voyager-1» за время своего полета уже преодолел расстояние в 14 миллиардов 358 миллионов километров. От Солнца его отделяет дистанция в 12 миллиардов 540 миллионов километров, а от Земли — 12 миллиардов 573 миллиона километров. Относительно Земли «Voyager-1» движется со скоростью 20,971 км/с, а относительно Солнца — 17,234 км/с. Чтобы отправить на КА радиосигнал и получить ответ требуется 23 часа 17 минут 52 секунды. 31 марта 2006г организация радиолюбителей AMSAT сообщила , что ряду ее членов удалось принять радиосигналы от зонда, находящегося на расстоянии 14,7 миллиарда километров от Земли. Сигналы от Voyager-1 ретранслировались для радиолюбителей с помощью антенны Станции дальней космической связи под Мадридом (Испания).
    Те же показатели для КА «Voyager-2» составляют: пройденное расстояние — 13 миллиардов 475 миллионов километров, удаление от Солнца — 9 миллиардов 925 миллионов километров, удаление от Земли — 10 миллиардов 28 миллионов километров, скорость относительно Земли — 28,575 км/с, скорость относительно Солнца — 15,725 км/с. На то, чтобы установить связь с «Voyager-2» требуется 18 часов 34 минуты 54 секунды. «Вояджер-2» продолжает исследование космического пространства за пределами Солнечной системы. Учёные надеются получать сведения с этого космического аппарата до 2013 г.
  Положение КА на 19 октября 2009 года:
текущее положение КА
 Pioneer 10Pioneer 11Voyager 2Voyager 1New Horizons
Расстояние от Солнца (АЕ)99.34579.53490.374111.43514.826
Скорость относительно Солнца (км/с)12.08711.45415.49417.08216.739
Скорость относительно Солнца (АЕ/год)2.5502.4163.2683.6043.531
Эклиптическая долгота3.0°14.4°-32.8°34.9°1.7°
Склонение (J2000)25.94°-8.77°-54.65°12.01°-21.83°
Прямое восхождение (J2000)5.135 hrs18.644 hrs19.730 hrs17.107 hrs18.056 hrs
СозвездиеTauSctTelOphSgr
Расстояние от Земли (АЕ)98.73379.79890.494111.98115.225
Время прихода радиосигнала (часы)13.6911.0612.5415.522.11
Видимая зв. величина солнца для КА-16.7-17.2-16.9-16.5-20.8
КА еще функционирует?NoNoYesYesYes
Дата запускаMar 3, 1972Apr 6, 1973Aug 20, 1977Sep 5, 1977Jan 19, 2006

смотрите в Википедии

www.astro.websib.ru

Как образовалась Солнечная Система? — Все уголки вселенной — LiveJournal

С первых зарегистрированных записей люди — ученые, астрономы, философы и почти все остальные — искали ответ на вопрос, как образовалась Вселенная. Нет никакой авторитетной модели для того, как образовалась Вселенная, но ученые согласились на самую популярную модель.


Вид «шпиля» внутри M16, туманности Орел (Eagle Nebula). Предоставлено: NASA/ESA.

Самая популярная теория называется небулярной космогонической теорией. Она попадала в немилость в течение ряда лет, но теперь она возвращается как окончательная модель.

Согласно небулярной гипотезе, наша Солнечная Система образовалась около 4.6 миллиардов лет назад, когда часть молекулярного облака межзвездного газа, который был заполнен частицами льда, пыли, камня и другими частицами, стянулась вместе. Эти облака стягивались от какого-то вида турбулентности, который заставлял их их нагреваться и, наконец, превращаться в звезду.

Большая часть облака образовала Солнце. Остальное вещество из облака выравнивалось вокруг Солнца, формируя протопланетный диск. Вещество из протопланетного диска, также известного как солнечная туманность, начало образовывать планеты и другие объекты в нашей Солнечной Системе.

Часть вещества образует твердый объект, который становится больше, когда другие частицы с ним сталкиваются и сдерживаются вместе. В конечном счете, объект становится достаточно большим, чтобы притягивать больше пыли и льда своим гравитационным влиянием. Эти шары затем образуют ядра планет. Если один из этих шаров покидает Солнце достаточно рано, он превращается в комету.

Из-за радиации и столкновения с другими объектами эти шары из льда, камня и пыли превращаются в самые разные планеты. Астрономы полагают, что для образования планеты требуются миллионы лет. Астероиды и другие планетезимали — это «неудавшиеся планеты» — объекты, образовавшиеся из солнечной туманности, которые никогда не становились достаточно большими, чтобы превратиться в планеты. В настоящее время астрономы изучают планеты, образующиеся в других солнечных системах.

Хотя небулярная теория широко распространена, с ней все еще существуют проблемы, которые астрономы не смогли объяснить. Одна из этих проблем — это осевые наклоны планет. Согласно небулярной теории, они должны иметь одну и ту же эклиптику планеты, но внутренние планеты и внешние планеты имеют сильно отличающиеся осевые наклоны.

С помощью технологических усовершенствований, позволяющих астрономам изучать экзопланеты (внесолнечные планеты), ученые заметили неравномерности, которые бросают сомнения на небулярную гипотезу. Одни из этих отклонений от нормы — это горячие Юпитеры, которые проходят орбиту вокруг их звезд всего за несколько дней. Астрономы установили, что небулярная гипотеза имеет некоторые проблемы, но до сих пор она не ответила на все вопросы.

Автор: Abby Cessna

Universetoday-rus.com по материалам NASA: Theory of Planetary System Formation и NASA: The Solar System’s Big Bang

—————————————-———————
Еще по теме:

Бедное место
Обет молчания
Поплаваем
Куда податься
Обитаемые Земли

Все самое интересное о космосе здесь — ru_deep_space

ru-deep-space.livejournal.com

Как зародилась Солнечная система | Мир Знаний

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 Плутон. 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.

Это было бы весьма печально для тех планет, которые оказались бы вынуждены делиться своей орбитальной энергией с паразитическими роями космического мусора. Постоянно тормозясь потоками газа в диске, эти рои должны были бы по спирали быстро падать на Солнце. Но из-за резонанса с суперземлями они задерживались, откачивая орбитальную энергию у планет и рассеивая ее в виде тепла входе аэродинамического торможения. В результате разрушенные планетезимали с безжалостной эффективностью толкали планеты к гибели, постепенно понижая орбиту каждой из них, так что одна за другой все они упали на Солнце. Наши расчеты показывают: ни одна из этих гипотетических планет не сохранилась бы дольше сотни тысяч лет после того, как начался каскад столкновений.

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 объектов пояса Койпера, 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 девятая планета 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.

Оставить эмоцию

Нравится Тронуло Ха-Ха Ого Печаль Злюсь