21. Солнечная система - комплекс тел, имеющих общее происхождение

Раздел астрономии, в котором изучаются происхождение и развитие небесных тел, называется космогонией.

Решение вопроса о происхождении Земли и Солнечной системы в целом в значительной степени затрудняется тем, что других подобных систем мы не наблюдаем. Нашу Солнечную систему не с чем пока еще сравнивать, хотя системы, подобные ей, должны быть достаточно распространены и их возникновение должно быть не случайным, а закономерным явлением.

В настоящее время при проверке той или иной гипотезы о происхождении Солнечной системы в значительной мере основываются на данных о химическом составе и возрасте пород Земли и других тел Солнечной системы. Наиболее точный метод определения возраста пород состоит в подсчете отношения количества радиоактивного урана к количеству свинца, находящихся в данной породе. Дело в том, что свинец является конечным продуктом самопроизвольного распада уран^. Скорость этого процесса известна точно, и изменить ее нельзя никакими способами. Чем меньше урана осталось и чем больше свинца накопилось в породе, тем больше ее возраст. Самые древние горные породы в земной коре имеют возраст несколько миллиардов лет. Земля в целом возникла, очевидно, несколько раньше, чем земная кора.

Изучение окаменелых остатков животных и растений показывает, что за последние сотни миллионов лет излучение Солнца существенно не изменилось. По современным оценкам Солнцу около 5 млрд. лет. Солнце лишь ненамного старше Земли.

Для развития материалистического мировоззрения огромную роль сыграли уже первые научные предположения о происхождении Солнечной системы. Таковой была гипотеза немецкого философа И. Канта, разработанная им на основе закона всемирного тяготения. В середине XVIII в. он изложил идею о возникновении Солнечной системы из облака холодных пылинок, находящихся в хаотическом движении. В 1796 г. французский ученый П. Лаплас подробно описал гипотезу образования Солнца и планет из уже вращающейся газовой туманности. Лаплас учел основные характерные черты Солнечной системы, которые должна объяснить любая гипотеза о ее происхождении: основная масса системы сосредоточена в Солнце; орбиты планет и спутников почти круговые и лежат почти в одной плоскости; расстояния между ними возрастают по определенному закону; почти все планеты не только обращаются вокруг Солнца, но и вращаются вокруг своих осей в одном направлении. Свою гипотезу он строил на основе представлений о том, что и планеты, и вещество, из которого они образовались, первоначально были в горячем, расплавленном состоянии.

В настоящее время ученые пришли к выводу о том, что Земля никогда не была ни газовой, ни огненно-жидкой.

В данный период наиболее разработанной является гипотеза, основы которой были заложены работами советского академика О. Ю. Шмидта (1891-1956) в середине нашего века.

По гипотезе Шмидта, планеты возникли из вещества огромного холодного газопылевого облака, частицы которого обращались по самым различным орбитам вокруг незадолго до этого сформировавшегося Солнца. Со временем форма этого облака менялась. Столкновения частиц и обмен энергией между ними приводили к тому, что облако постепенно сплющивалось, а орбиты частиц становились круговыми. Крупные частицы присоединяли к себе мелкие. Стало преобладать движение в одном направлении. Возникали сгустки вещества, которое теперь распределялось в виде диска, имевшего толщину, в тысячу раз меньшую, его диаметра. Быстрее всего росла масса крупнейших сгустков. Затем из большого числа первоначально образовавшихся "рыхлых" комков вещества всевозможных размеров возникло несколько крупных тел - планет (рис. 66). Расчеты показывают, что Земля выросла до ее современной массы за несколько сот миллионов лет. Холодная на поверхности, она стала разогреваться внутри за счет распада радиоактивных элементов. Это привело к расплавлению земных недр. Тяжелые элементы образовали ядро, а легкие всплыли и образовали кору. В рое частиц, окружавшем зародыши планет, тоже происходил процесс слипания частиц, и возникли спутники планет.

Падение частиц и тел различного размера (диаметром до нескольких километров) на планеты и их спутники продолжалось и после образования их коры. Ударяясь о поверхность планет и спутников с космическими скоростями, они взрывались и образовывали многочисленные кратеры.

Рис. 66. Этапы возникновения Земли и планет из газопылевого по гипотезе О. Ю. Шмидта

Гипотеза происхождения Солнечной системы из газопылевого облака позволяет объяснить различия физических характеристик планет земной группы и планет-гигантов.

Сильный нагрев облака вблизи Солнца привел к тому, что водород и гелий улетучились из центра на окраины и в планетах земной группы почти не сохранились. В удаленных от Солнца частях газопылевого облака царила низкая температура, поэтому газы здесь намерзали на твердые частицы. Из этого вещества, содержавшего много водорода и гелия, образовались планеты-гиганты. Объем и масса этой удаленной от Солнца части облака были значительно больше, чем той, где образовались планеты типа Земли. Поэтому планеты-гиганты имеют большую массу.

О происхождении малых тел Солнечной системы (астероидов и комет) существует несколько различных гипотез.

Так, уже более ста лет назад было высказано предположение, что астероиды являются осколками планеты, ранее существовавшей между Марсом и Юпитером, но по какой-то причине разрушившейся. Б. А. Воронцов-Вельяминов (автор учебника) считает, что все малые тела Солнечной системы имеют общее происхождение. Они могли образоваться из различных частей этой некогда большой и неоднородной планеты в результате ее взрыва. Смерзшиеся в космическом пространстве после взрыва газы, пары и мелкие частицы стали ядрами комет, а обломки большей плотности - астероидами, которые, как показывают наблюдения, имеют явно обломочную форму.

Многие кометные ядра, как более мелкие и более легкие, при своем образовании получили большие и по-разному направленные скорости и ушли очень далеко от Солнца (или навсегда покинули Солнечную систему).

Другое возможное объяснение происхождения малых тел учитывает, что далеко не все зародыши выросли в планеты. Многие остались в Солнечной системе в виде астероидов и метеоритных тел. На больших расстояниях от Солнца эти зародыши существуют до сих пор в виде отдельных ледяных глыб с примесью твердых частиц вещества. Это ядра комет, образующие огромное облако, которое простирается далеко за пределы орбиты Плутона.

Большая часть комет движется по своим орбитам на периферии Солнечной системы. Притяжение Юпитера может превратить орбиты некоторых комет в очень вытянутые эллипсы, двигаясь по которым кометы попадают внутрь планетной системы. Они несут в себе вещество, сохранившееся в "космическом холодильнике" со времени ее формирования миллиарды лет тому назад. На планетах, где за это время происходило расплавление, кристаллизация и другие физико-химические процессы, первоначальный состав и строение вещества сильно изменились.

Вспомните сведения о химическом составе и возрасте пород обнаруженных на Луне и других телах Солнечной системы

Имеющиеся данные о возрасте и химическом составе пород на различных телах Солнечной системы вполне согласуются с гипотезой Шмидта, развитой в работах других ученых.

Расчеты, проводимые при помощи компьютеров и учитывающие наличие магнитного поля и ряд других факторов, позволяют объяснить происхождение планетной системы из газопылевого облака, которое окружало около 5 млрд. лет назад молодое Солнце. Однако отдельные стороны этого длительного сложного процесса продолжают изучаться и уточняться.