Новые воззрения на теорию образования Солнечной системы

Реферат на тему:

Новые воззрения на теорию образования Солнечной системы

Последние наблюдения процессов образования планет в нашей Галактике

Последние наблюдения процессов образования планет в нашей Галактике, заставляют по-новому взглянуть на теорию образования Солнечной системы.

Ранее обнаруженные объекты формирующихся звезд и планетных систем в разных районах нашей Галактики, вносят массу загадок того, на сколько сложны и разнообразны процессы образования планет. Все ранее существующие гипотезы оказались не состоятельны. Если проанализировать этапы становления Солнечной системы, опираясь на наблюдаемые текущие данные планетообразования других систем, то можно построить модель образования нашей Солнечной системы, которая объяснит все существующие текущие аспекты и характеристики для всех известных планет нашей системы.

Наша многопланетная Солнечная система, ранее образовывала минимум 9 протопланетных дисков. В их число не входил Плутон, но входил пояс астероидов.

Если исходить из новых данных последних исследований в этой области, то становление нашей Солнечной системы должно было происходить по подобному сценарию. Тогда сразу же становится понятным ряд существующих обстоятельств, которые ранее оставались необъяснимыми. Например, почему образовались планеты земной группы и планеты-гиганты? Почему они имеют такие размеры, как сейчас? Почему появился пояс астероидов и не образовалась планета на его месте? Объяснить это теперь, опираясь на текущие процессы рождения планет, происходящие в нашей Галактике, оказывается, довольно просто. Начнем сначала. Для красочности и приведения аналогий с рядом библиографических данных (о которых предлагается думать и рассуждать самостоятельно), можно сказать: …“Вначале была тьма. Но тьма была не пуста”… Во тьме было протооблако эллиптической формы, больше похожей на форму строения нашей Галактики. Такая изначальная форма согласуется со всеми известными законами астрофизики и не вносит ряд противоречий, как, например, форма газового облака в виде диска. Солнце, как звезда среднего класса (желтый карлик) не имеет столь сильного напора излучения радиации в виде солнечного ветра, как в звезды-гиганты, в обнаруженных районах. Это позволило протопланетным облакам не растерять свой потенциал массы вещества в виде газа и пыли, как это происходит в наблюдаемых системах. Кроме того, в виду меньшей массы, Солнце образовалось почти одновременно в то время, когда планеты были уже практически сформированы и вращались вокруг центральной Протозвезды (будущего Солнца). Еще в 1994 году космический телескоп Хаббл обнаружил такие системы сгустков газа и пыли в формирующейся звезде в созвездии Ориона. Эти сгустки вращались по протопланетным дискам вокруг большого центрального сгустка, образующего звезду-солнце. Каждый из них, как полагают ученые, скрывает формирующиеся планеты. В прошлом году астрономы, используя возможности космического телескопа Хаббл, объявили, что нашли три таких протопланетных образования в предместьях области нашей Галактике, где формируется много обычных звезд. Называемый NGC 3603, регион Галактики находится в 20000 световых лет от нас в полушарии Южного неба созвездия Киля. Протооблако будущей Солнечной системы образовывало аналогичные сгустки протопланет, число которых было равно минимум девяти. Протооблако будущей Солнечной системы имело форму, аналогичную форме строения нашей Галактике, поэтому планетарные массы уменьшались по мере отдаления от центра.

…“И стал свет”…

Образовавшаяся звезда - Солнце, сразу же вступила в активную фазу, и началось интенсивное излучение радиации. Активная фаза состояла в ядерном взрыве, который как в кино, прошел первой очень сильной ударной волной солнечной плазмы по почти сформировавшимся планетам. Основная масса газа, который находился на орбитах современных Меркурия, Венеры, Земли и Марса, была сорвана первыми ударными волнами и выброшена за пределы, где его сила ослабевает, - за границу орбиты Марса и пояса астероидов. То есть, ушла к орбите Юпитера, который в последствие и собрал в себя большую часть этого вещества. Собрал же он его потому, что за пределами магнитосферы Солнца, выброшенные массы вещества стали тормозиться. Часть из них попало в зону действия гравитационного поля протопланетного диска Юпитера и осталась в нем, увеличив его массу. То, что пролетело мимо гравитационного поля протопланетного диска Юпитера, досталось протопланетному диску Сатурна, а то, что пролетело дальше, досталось Урановому и Нептуновому протопланетным дискам. Первая ударная волна в зоне Юпитера уже ослабла настолько, что почти ничего с него не смогла “содрать”, а скорее принесла дополнительный объем газа.Так сформировались планеты-гиганты и планеты земной группы. Поэтому они имеют принципиально отличное внутреннее строение.

Строение планет-гигантов и планет земной группы

Планеты-гиганты состоят в основном из газа - водорода и гелия. Они жидкие по своей структуре, кроме своего ядра. Несмотря на большую массу и объем, их плотность мала, а у Сатурна, плотность вообще меньше, чем у воды. Но их ядро, если сбросить внешнюю оболочку, будет состоять из горных пород и вообще походить на твердую планету, аналогичную Земле.

В отличие от планет-гигантов, планеты земной группы имеют более плотную внутреннюю структуру и имеют внешнюю твердую поверхность. Планеты земной группы, по сути, образовались каждая из ядра, которое окружал большой слой газа и пыли, как сейчас у Юпитера. Если простейшими расчетами, сопоставить предполагаемую наукой внутреннюю структуру планет-гигантов с текущими размерами планет земной группы, то можно рассчитать, какими были раньше планеты земной группы.

Если полагать, что планеты земной группы - это оставшиеся ядра от некогда окружавшей их оболочки, то легко прикинуть, исходя из того, что ядро Юпитера составляет 0,15 величины от всей планеты (средний радиус которого - 69720 км), что, Земля, которая сейчас имеет средний радиус - 6371 км, раньше имела радиус в 42473,3 км, Венера имела радиус - 40333,3 км, Меркурий - 16260 км, Марс - 22600 км. Нужно не забыть и Луну, которая в тот период составляла с Землей двойную систему и фактически слипалась с Землей (рисунок). В тот период Протолуна была сгустком (радиус которого был примерно 11586 км), вероятно оторвавшимся от Протоземли из-за большой скорости вращения последней. Он вплотную касался Протоземли газовой оболочкой, но их ядра не соприкасались. В момент прохождения ударной волны, вся газовая оболочка Протолуны была легко сорвана и Луна осталась без атмосферы. Сохранилась и траектория постепенного удаления Луны от Земли.

Меркурий не входит в общие соотношения пропорций. Он был меньше, чем Венера и Земля потому, что основную его массу газа перетащило на себя Солнце. Кроме того, на него пришлась основная сила ядерной ударной волны родившегося Солнца. По этим же причинам Венера чуть меньше Земли. Все остальные протопланетные облака за орбитой будущей Земли стояли строго по ранжиру в сторону уменьшения размеров гиперболически.

Сила внутреннего давления в пределах атмосферы того времени образовала на каждой планете земной группы твердое железное ядро в центре и твердые слои оболочки вокруг него.

Самой большой и массивной планетой тогда была как ни странно - Земля. Ведь в настоящее время она имеет самые большие размеры из всех планет земной группы, а значит, она имела первоначально самое массивное ядро. Это теперь ядро Юпитера (10451 км) как и он сам - самые большие среди планет Солнечной системы. Но раньше так не было. Юпитер по своим размерам, когда еще был в виде протопланетного сгустка, имел размеры, меньшие, чем у Марса того времени. Еще меньше по размерам был Сатурн, Уран и Нептун.

Ядерные реакции при вспышке Солнца и потоки солнечного ветра

Когда вспыхнуло Солнце и в его недрах начались ядерные реакции, фаза активности была максимальной, но не долго, - лишь до тех пор, пока первой ударной волной ядерного взрыва вблизи поверхности Солнца не был сброшен весь груз свободно циркулирующей массы газа. До этого момента (рождения Солнца как звезды), потоков солнечного ветра вообще не было, а после рождения, они стали постепенно и очень быстро ослабевать, пока не дошли по силе до текущего состояния.

Все газы из вращающихся протопланетных дисков были выброшены первыми ударными волнами вспыхнувшего Солнца. Со всех планет земной группы были сорваны газовые оболочки до уровня, который удерживался гравитационным полем ядра.

Нужно сказать, что, например, находись сейчас Юпитер на орбите Земли, Солнце с него сможет сразу же согнать лишь малую массу внешнего газового слоя (который составляет 0,02 радиуса планеты), но в дальнейшем, будет это делать постепенно, сгоняя жидкий молекулярный водород по мере дальнейшего уменьшения массы Юпитера, за счет постоянной потери им части своей массы и уменьшения силы гравитационного поля. Пройдут сотни миллионов лет, прежде чем от Юпитера останется твердое ядро с атмосферой. Причем общий диаметр планеты будет составлять примерно 0,37 ее текущего размера (металлический водород и яро из горных пород). От планет земной группы осталось лишь ядро - 0,15 от всего объема массы. Почему так произошло?

Кольца вокруг Солнца, образованные остаточными слоями газа и пыли

В то время, условия были немного другие. Помимо самих протопланет, по орбитам вращались еще остаточные слои газа и пыли, образуя своего рода кольца вокруг Солнца, которые были выброшены первыми же ударными волнами при его рождении. До того, как Солнце стало звездой, - это было самое массивное облако газа, постепенно сгущающегося к центру. Это облако по своим размерам доходило до границ орбиты Меркурия, от чего последний стал меньше в объеме, передав часть своей массы будущему Солнцу.

Низкая плотность протопланет земной группы в момент зарождения Солнца

Центра масс Солнечной системы как сейчас в то время как такового не было. Это была симметричная структура правильной формы (как на рис. 1). Чтобы удерживать вокруг себя газовую оболочку, протопланетным сгусткам земной группы требовалось гораздо меньшее по силе гравитационное поле, чем потом, когда Солнце стало звездой и стало постоянно бомбардировать их своими частицами солнечной радиации. Поэтому плотность протопланет земной группы была очень низкой и металлического водорода, для создания которого требуется огромное давление, просто не было.

Потеря части своей внешней оболочки оставшимися на орбитах планетами

В результате, в момент зарождения Солнца, прошел цикл первых фронтальных ударных волн, который смыл слабо держащиеся на своей орбите частицы газа далеко за пределы магнитосферы. Оставшиеся на орбитах планеты, еще были весьма внушительных размеров, несмотря на потерю почти 1/3 своей внешней оболочки. Но в виду того, что атмосферное давление внутри планет спало, планетные ядра стали остывать и затвердевать, превращаясь из жидкого состояния в твердое. Это препятствовало дальнейшему сжатию оставшейся массы газа к центру планеты, поскольку их твердая поверхность создавала обратное давление в сторону атмосферы. Произошел дисбаланс состояния равновесия. Гравитационные поля планет не смогли удерживать на себе такие плотные атмосферные слои под действием потоков солнечного ветра. Постепенно, но довольно быстро по астрономическим меркам, лишняя часть атмосферы была сброшена. Остальную массу газа твердым оболочкам планет удалось удержать на себе.

Понятно, что Меркурий, в виду малости и близости к Солнцу, растерял почти всю атмосферу. У Венеры и Земли они сформировались почти одинаковые. Марс был вдвое меньше, поэтому и удержать сумел лишь малую часть атмосферы.

Пояс астероидов

Отдельно стоит остановиться на поясе астероидов. Он находится сразу же за пределами магнитосферы Солнца. Сила потоков солнечного ветра была еще действенной, а размер протопланетного облака был слишком мал, чтобы удержать в себе газ. В результате, под действием солнечной радиации с одной стороны и гравитационных полей Марса и набирающего силу Юпитера, с другой, планеты на этой орбите так и не сформировалось. Оставшееся нестабильное голое ядро бывшего протопланетного облака, под действием разностороннего тяготения (или скорее всего от удара крупного метеорита или иной массы диаметром в 100 и более км) постепенно развалилось на ряд крупных обломков, превратившихся в крупные астероиды - Цереру (в поперечнике 1000 км), Палладу (610 км), Весту (540 км) и Гигею (450 км).

Оставшиеся мелкие частицы очень быстро покинули этот пояс, а более крупные слиплись и стали мелкими астероидами, 98% которых летает на орбите между Марсом и Юпитером.

Протокометное облако

Нужно также сказать, что половина или больше вещества, сброшенного в момент рождения Солнца ударными волнами, сразу ушла далеко за орбиту Нептуна. В этот момент протопланетные диски будущих планет-гигантов смогли поймать лишь незначительную часть идущего на них газа. Однако, уйдя далеко за границы орбиты Нептуна, началось торможение вещества и постепенно оно стало под действием тяготения падать обратно в сторону Солнца.

Скорость этого падения была низкой. Поэтому, часть более легких частиц ушла еще дальше и сформировалась в Протокометное облако, откуда в последствие рождались кометы.

Обратное падения вещества

Другая основная более тяжелая часть вещества, падая к центру, постепенно присоединялась к протопланетным дискам планет-гигантов, постепенно затормаживая свое падение в сторону Солнца за счет гравитационного поля протопланетных дисков будущих планет-гигантов.

Чем больше была планета, тем больше она смогла остановить и поймать вещества. Урану и Нептуну досталось почти равное количество, не смотря на то, что протопланетное облако Урана было больше по массе. Этот нюанс объясняется просто.

На орбите Нептуна, скорость обратного падения вещества была низкой (не успело набрать ускорения). Поэтому, Нептуновый протосгусток “оттяпал” большую часть вещества, чем сумел ухватить Уран, поскольку скорость приближения вещества к Солнцу, при пролете вблизи орбиты Уранового протосгустка была уже вдвое больше. Сатурн и Юпитер сумели поймать достаточное количество вещества, поскольку сами по себе были массивными. В последствие, Юпитер и Сатурн добирали себе массы за счет приноса ее потоками солнечного ветра из зоны планет земной группы. Описанная модель также и объясняет, почему, например, у планет-гигантов есть кольца, а у планет земной группы их нет.

Образование колец

Эти кольца могли образоваться лишь при условии начала собственного вращения планетных сгустков вокруг своей оси. Постепенно, мизерная часть вещества разбросалась по спирали перпендикулярно оси вращения, образовав вблизи планет-гигантов кольца, а чуть дальше - крупные спутники.

Что касается Плутона, то, скорее всего, учитывая большой наклон плоскости его орбиты к эклиптике, первоначально он был спутником Нептуна, который под действием гравитационного поля близко пролетающего крупного астероида - будущего его спутника - Харона, был выведен с орбиты Нептуна на орбиту Плутона. В последствие они образовали двойную систему Плутон - Харон.

Этот вариант развития событий наиболее вероятен по причине того, орбита Плутона сильно вытянута и пересекает орбиту Нептуна. В результате бывают моменты, когда Плутон ближе к Солнцу, чем Нептун.