Развитие представлений об образовании Солнечной системы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Государственный Университет Управления. Институт Открытого Образования

Кафедра управление инновациями

Реферат

по дисциплине: «Концепция современного естествознания»

на тему: «Развитие представлений об образовании Солнечной системы»

Выполнил:

Шевяков Артем Сергеевич

г. Москва, 2017 г.

Введение

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.

Об истории возникновения Солнечной системы, происхождении звезд, Солнца и Земли с давних времен создавалось много учений, и во многих из них содержалось определенное рациональное зерно -- доля истины, объяснявшая какую-либо особенность космогенеза.

Начиная уже с V в. до новой эры проблемой образования Солнечной системы интересовался Гераклид Понтийский. Но только со второй половины XVIII века порождаются эволюционные космогонические гипотезы.

Открытие Ньютоном в XVII веке закона всемирного тяготения лежит в основе главных идей первых эволюционных космогонических гипотез Канта, Гершеля, Лапласа. Их смысл -- в постепенном изменении гравитирующей материи, непрерывной эволюции космических образований путем их уплотнения и ведущей роли в этом процессе сил гравитации.

1. Состав солнечной системы

В Солнечной системе центральное место занимает звезда - Солнце. Звезда - это космическое тело, которое излучает свет и является мощным источником энергии. Это объясняется, во-первых, происходящими в нем термоядерными реакциями, а во-вторых, процессами гравитационного сжатия, в результате которых выделяется огромное количество энергии.

Солнце - это звезда, без которой не могло бы существовать жизни на Земле. Она дает нам энергию и тепло. Согласно классификации звезд, Солнце - желтый карлик. Возраст около 5 млрд. лет. Имеет диаметр на экваторе равный 1 392 000 км, в 109 раз больше земного. Период вращения на экваторе - 25,4 дня и 34 дня у полюсов. Масса Солнца 2х10 в 27 степени тонн, примерно в 332950 раз больше массы Земли. Температура внутри ядра примерно 15 млн градусов Цельсия. Температура на поверхности около 5500 градусов Цельсия. По химическому составу Солнце состоит из 75% водорода, а из прочих 25% элементов больше всего гелия.

Четыре планеты земной группы (ближайшие к Солнцу) - Меркурий, Венера, Земля и Марс - имеют твердую поверхность. Они меньше, чем четыре планеты гиганта.

Меркурий ближайшая планета к солнцу движется быстрее других планет, обжигаясь солнечными лучами днем и замерзая ночью. Температура поверхности: t = 350 С днем и t = (-170) С ночью. Атмосфера очень разреженная, в основном гелий.

Венера похожа на Землю размерами и яркостью. Наблюдение за нею затруднено из-за окутывающих ее облаков. Поверхность - раскаленная каменистая пустыня. Средняя температура поверхности 480 градусов. Очень плотная атмосфера, в основном углекислый газ.

Земля, по одной из теорий, сформировалась из газопылевого облака, как и другие планеты. Частички газа и пыли сталкиваясь, постепенно "растили" планету. Температура на поверхности достигла 5000 градусов Цельсия. Затем Земля остыла и покрылась твердой каменной корой. Температура в недрах, и по сей день, довольно высока - 4500 градусов. Горные породы в недрах расплавлены и при извержении вулканов выливаются на поверхность. Только на земле есть вода и особая форма материи - жизнь. Она расположена сравнительно близко к Солнцу, чтоб получать не обходимые тепло и свет, но достаточно далеко, чтоб не сгореть. Средняя температура поверхности: t = 22 С градуса. Основной состав атмосфера: азот и кислород. Есть один естественный спутник - Луна.

Четвертая планета земной группы - Марс. По своим характеристикам тоже близок к Земле. Температура поверхности сильно меняется в течении суток, средняя: t = (-23) С. У планеты разреженная атмосфера, в основном углекислый газ. Планета Марс названая именем бога войны имеет два естественных спутника Фобос (Страх) и Деймос (Ужас).

Следующие 4 планеты - газовые гиганты (Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун). Атмосфера всех газовых гигантов схожа и состоит в основном из водорода и гелия. планета космический солнечный

Юпитер крупнейшая планета в Солнечной системе, превосходит Землю более чем в 10 раз по диаметру, в 300 раз по массе и в 1300 раз по объему. Он более чем вдвое массивнее всех планет Солнечной системы вместе взятых.

Диаметр планеты на экваторе составляет 143884 км. Открытых спутников: 16 (+ кольца). Главные спутники планет по порядку: Ио, Европа, Ганимед, Каллисто.

Сатурн вторая, по величине из планет солнечной системы. Сатурн имеет ярко выраженную систему колец, образованную из льда, камней и пыли, которые обращаются вокруг планеты. Существует три главных кольца с внешним диаметром 270000 км. Диаметр планеты на экваторе: 120536 км. На данный момент открыто 18 спутников (+ кольца). Главный спутник: Титан.

Уран уникальная планета Солнечной системы. Ее особенность в том, что она ось вращения практически совпадает с плоскостью эклиптики. Уран тоже имеет кольца, хотя их труднее увидеть. Диаметр на экваторе: 51118 км. Уран имеет 15 спутников (+ кольца). Главные спутники: Титания, Оберон.

На данный момент, Нептун считается последней планетой Солнечной системы. Его открытие происходило способом математических расчетов, а потом уже увидели в телескоп. Диаметр на экваторе: 50538 км. 8 спутников у Нептуна, главный из которых - Тритон.

Самое дальнее тело в Солнечной системе - это Плутон и его спутники. Раньше Плутон считался тоже планетой. Но 24 августа 2006 года Плутон потерял статус планеты. Международный астрономический союз вынес решение о том, какое небесное тело следует считать планетой. Плутон не удовлетворяет требованиям новой формулировки и теряет свой «планетарный статус», в то же время Плутон переходит в новое качество и становится прообразом отдельного класса карликовых планет. Орбита его сильно вытянута, пересекает орбиту Нептуна, а дальним своим концом входит в пояс Койпера, точнее, в некую торообразную структуру, состоящую из дискретных твердых тел, из которых малые тела имеют неправильную форму - астероидов, а крупные - форму шара и похожи на планеты и крупные спутники планет.

Много дальше пояса Койпера находится облако Оорта, которое словно оболочка шара заключает в себя Солнечную систему. Облако Оорта тоже состоит из дискретных тел неправильной и шарообразной формы, вращающихся вокруг Солнца. Орбиты этих тел не лежат в плоскости эклиптики и в своей совокупности образуют как бы шарообразную поверхность Солнечной системы. Некоторые объекты из облака Оорта имеют сильно вытянутые орбиты, одним своим краем очень близкие к Солнцу. Как и тела из пояса Койпера, тела из облака Оорта могут иметь неправильную форму астероидов и шарообразную форму планет и спутников планет.

Если эти тела из пояса Койпера или облака Оорта состоят из льда, то их называют кометами. Приближаясь к Солнцу, они нагреваются до температуры, при которой лед испаряется. При этом твердая часть кометы не испаряется, она облетает Солнце и удаляется от него обратно в пояс Койпера или в облако Оорта. А вот испарившееся газообразное вещество частично попадает в атмосферы планет гигантов, но в основном становится достоянием Солнца, становясь частью его атмосферы.

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).

2. Вихревая гипотеза образования Солнечной системы

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.

3. Небулярные гипотезы

Гипотезы Канта и Лапласа. Или «небулярные гипотезы» (от латинского nebula - туманность). Обе выдвинуты практически одновременно, на рубеже XVIII и XIX веков, немецким философом и естествоиспытателем Иммануилом Кантом и французским астрономом Пьером Лапласом.

Основная суть - происхождение Солнца и планет из общей гомогенной массы первичного вещества в едином процессе. Оба автора опирались в построении модели развития Солнечной системы на известные в то время законы физики, в первую очередь - закон всемирного тяготения. Именно силы тяготения должны были обеспечить группировку огромного числа рассеянных пылевых частиц и газовых молекул в ограниченное количество космических тел. Нередко эти две гипотезы рассматривают как одну (гипотезу Канта - Лапласа). Но на самом деле это две самостоятельные гипотезы, которые, при всём их сходстве, различаются некоторыми существенными деталями.

Главное отличие в том, что по И. Канту Солнечная система сформировалась из скопления холодного газа и пылевых частиц, изначально неподвижных. А по П. Лапласу - из раскаленного газового облака, которое вращалось.

Основная трудность, которую не смогли преодолеть ни И. Кант, ни П. Лаплас, ни их сторонники - несоответствие между моментами вращения Солнца и планет. По всем расчётам выходило, что если все элементы Солнечной системы возникли из первично единой «туманности», то и моменты их вращения должны были бы быть одинаковыми. Поэтому многие авторы в попытке устранить данное несоответствие, выдвигали другие гипотезы.

Эти иные гипотезы, при всём их разнообразии, можно объединить в одну группу.

3.1 Гипотезы образования планетной системы как случайного события

- гипотеза Бюффона (планеты образовались в результате выброса солнечного вещества от падения на Солнце кометы);

- гипотезы Чемберлена, Мултона, Джинса: различные вариации на тему образования планет в результате выброса солнечного вещества в результате взаимодействия сблизившихся или столкнувшихся звёзд;

-гипотеза Шмидта: образование планет в результате захвата Солнцем изначально чужеродной ему газово-пылевой туманности.

Общее для всех этих гипотез - представление об образовании Солнечной системы как о случайном событии. Большинство опровергнуты как несостоятельные.

Кометы слишком малы, чтобы их взаимодействие с Солнцем могло привести к столь значительным последствиям. Воздействие на Солнце другой звезды может оказать влияние, но, по всем расчётам, формирование в результате Солнечной системы в известной нам форме невозможно. Хотя отрыв части солнечного вещества при сближении с другой звездой достаточно вероятен, формирование из него планетных тел, находящихся на устойчивых орбитах, возможно в очень узком диапазоне условий, и при том все орбиты будут находиться лишь внутри современной орбиты Меркурия.

Аргументов, безусловно опровергающих гипотезу Шмидта, нет. Но многих учёных в ней не удовлетворяет уже то, что формирование у звёзд и планетных систем не рассматривается как закономерный процесс. И, следовательно, наличие у звезды планетной системы должно рассматриваться как редчайшее исключение. Между тем, новейшие астрономические данные говорят о наличии планет у ряда ближайших к нам звёзд, и нет оснований полагать, что и в более отдалённых частях Вселенной картина будет принципиально иной. К тому же, данные космохимии свидетельствуют, что, если взять только так называемую каменно-металлическую составляющую вещества Солнца и планет, то соотношение химических элементов в ней оказывается очень сходным. А это тоже заставляет считать более вероятным изначальное родство между Солнцем и окружающими его планетными телами.

4. Современные представления об образовании Солнечной системы

На рубеже XIX и XX веков большое распространение получила приливная гипотеза. Так, американцы Т. Чемберлен в 1901 г и Ф. Мультон в 1905 г выдвинули концепцию о встрече Солнца со звездой, вызвавшей приливный выброс вещества Солнца, известную под названием «теории встречи» или планетезимальной гипотезы. В соответствии с ней Солнце первоначально представляло собой одиночную постоянную звезду -- первичное Солнце. Позднее под действием сил притяжения какой-то близко проходившей крупной звезды часть его вещества была отторгнута и отделилась от него. Затем рассеянное вещество консолидировалось в планетезимали. Последние, вращаясь вокруг Солнца, по-видимому, сконцентрировались в нескольких точках, образовав планеты.

После Лапласа, первый ученый, который попытался рассматривать планеты как результат функционирования Солнца как звезды, был Бикерланд. В 1912 году Бикерланд на основе дискретности орбит спутников Солнца предположил, что ионы, выброшенные Солнцем, образовали кольца в магнитном поле Солнца.

Учитывая особенности распределения моментов количества движения в Солнечной системе, Г. Аррениус в 1913 году выдвинул теорию о прямом столкновении Солнца со звездой, в результате которого остались Солнце и длинное волокно, которое вращаясь, распалось на части и положило начало планетам. В основу своей концепции ученый положил опять-таки случайный фактор, не учитывающий прослеживающийся в строении солнечной системы закономерности.

Похожей на теории Аррениуса была провозглашенная в 1916 году Джеффрисом идея о скользящем столкновении Солнца со звездой, которое привело к возникновению длинного волокна, распавшегося на части.

В 1916 году была выдвинута популярная в свое время теория Джинса, английского физика, изучавшего состав газов. Он считал размеры и массу Солнца постоянными, неизменными величинами, так же как и силы его вращения. Его идея заключалась в частичном участии Солнца в формировании системы планет под действием двух вращающихся звезд: Солнца и его «случайной» соседки, вырвавшей из Солнца газовый рукав.

Итак, следуя теории Чемберлена-Мультона, Джинс предполагал встречу первичного Солнца и какой-то звезды. Однако в остальном его объяснения существенно отличаются от положения Чемберлена и Мультона. По Джинсу наиболее мощное отделение вещества при прохождении звезды около Солнца должно произойти в направлении линии наикратчайшего расстояния между двумя телами. Далее вещество, отделившееся от солнечной атмосферы, должно было образовать массу сигарообразной формы со значительным сосредоточением материала в центральной части. Наиболее отдаленная от Солнца часть массы, состоявшая главным образом из внешнего вещества Солнца, должна была иметь малую плотность, в то время как ближняя к Солнцу часть, преимущественно состоявшая из вещества, извлеченного из более глубоких зон Солнца, должна была иметь более высокую плотность. Предполагается, что позднее сигарообразная масса разделилась на более мелкие массы, сконденсировавшиеся и образовавшие соответствующие планеты. Так гипотетически объясняется приуроченность к средней части системы двух наиболее крупных планет -- Юпитера и Сатурна, а также и более высокая плотность вещества внутренних планет по сравнению с внешними. В этой своей догадке Джинс интуитивно предвидел роль Солнечных зон звездной трансформации, перемещающихся вглубь звезды, и при последовательном сбросе оболочек дающих более уплотненное вещество формирующимся планетам. Джинс также был очень близок к решению проблемы о перетоке вещества в системе тесной двойной звезды, не являющейся случайным образованием.

Гипотеза Джинса была несколько видоизменена Джеффрисом, который дал геофизическое и геохимическое обоснование представлений о прохождении всех планет в прошлом через жидкую стадию развития. Одним из критиков гипотезы Джинса и Джеффриса был Рэссел (1935 г.), утверждавший, что концепция Джинса не может объяснить существующих размеров Солнечной системы и, особенно угловую скорость Солнца.

Итак, можно сказать, что и Лаплас и Джинс оба стояли на правильном пути к решению задачи, и именно из разрешения противоречия в их взглядах могла родиться истина о частичном участии Солнца в формировании системы.

Не случайно, видимо, ученый Берлаге в 1930 году снова вернулся к идее Лапласа и выдвинул более прогрессивную гипотезу, чем у Джинса, в которой за основу принял выбросы частиц из Солнца и образование газовых дисков или вращающихся колец, которые дали начало планетам.

Интересно, что уже в 1935 году ученым Рэсселом была высказана мысль о том, что Солнце было двойной звездой. Однако, не доведя свою мысль до логического завершения, ученый предположил, что эту двойную звезду разорвала встречная звезда, образовав волокно.

Английский теоретик Литтлтон высказал много интересных мыслей, в частности, в 1936 году идею о причастности Солнца к тройной звездной системе. При этом, пытаясь устранить указанные Рэсселом дефекты теории Джинса, Литтлтон сделал допущение, что какая-то звезда приблизилась к существовавшей двойной звезде Солнца и обусловила разрыв пары. Приливные силы, вызванные близко находившимися третьей звездой и звездой-напарницей, привели к возникновению между ними удлиненной ленты материи (волокна), которая позднее была захвачена Солнцем и конденсировалась вокруг него в виде планет. Математически было показано, что при движении двух звезд в разном направлении, возникающая меж ними лента материи может быть легко захвачена Солнцем.

Кроме того Литтлтоном выдвинута гипотеза о том, что Плутон является бывшим спутником Нептуна, который после столкновения с другой планетой (Тритоном) был выброшен на свою сильно эксцентрическую и наклонную орбиту.

Таким образом, ученым приходила в голову мысль о том, что Солнце развивалось не в одиночку, а в составе многокомпонентной системы.

В 1942 году шведский астроном Ханнеса Альвена нашёл свой путь к разрешению проблемы несоответствия между угловыми скоростями вращения Солнца и планет. Статья Х. Альвена, опубликованная в 1942 г., поначалу осталась не замеченной. Но с 1950-х гг. его идеи постепенно завоёвывают признание. В результате все современные модели происхождения Солнечной системы представляют собой развитие этих идей.

Х. Альвен доказал, что при взаимодействии Солнца с окружающим облаком ионизированного газа должны происходить не только гравитационные, но и магнитные взаимодействия, в результате которых вращение Солнца будет замедляться, а газового облака ускоряться. Последнего ни И. Кант, ни П. Лаплас учесть в принципе ещё не могли, так как изучение физики электромагнитных явлений в их времена находилось в самом зачаточном состоянии.

При этом расчёты показывают, что формирование планетных тел только из газов невозможно. Но достаточно наличия небольшого количества пылевых частиц, чтобы "процесс пошёл". Если считать, что исходная газово-пылевая туманность была единой по составу, можно рассчитать соотношение газовой и пылевой фракций по современному химическому составу Солнца.

На газы придётся 98 %. Остальное - пылевые частицы трёх видов: льдинки (замерзшие газы - вода, аммиак, метан и др.), минеральные частицы на кремнекислородной (силикатной) основе, металлические частицы.

Следующая стадия процесса - аккреция (слипание) этих частиц. Буквально - «приращение» (термин применяется и к другим процессам увеличения какого-либо объекта за счёт присоединения к нему новых составных частей).

В настоящее время предложено несколько различных вариантов реконструкции хода этого процесса, и именно в этой части современные модели разных исследователей в наибольшей мере расходятся. Модели аккреции разработаны ещё в рамках гипотез «случайного» образования Солнечной системы, так что эти отвергнутые идеи всё же внесли свой весомый вклад в создание современных представлений о происхождения планетных систем.

Теория Альвена интересна, но считается, что она не может объяснить возникновения внутренних планет. Кроме того, возможность встречи Солнца с газовым облаком рассматривается как маловероятная.

Как продолжение гипотезы Альвена в 1943 году советский математик и физик О. Шмидт выдвинул «метеоритную теорию». Согласно этой широко известной теории, Солнце встретило и захватило космическую туманность межзвездных частиц, из которых в результате соударений образовались планеты. Он исходил из предпосылок двух неразрешенных вопросов: «где же нашлась у Солнца сила, чтобы так далеко отбросить будущую Землю, и где эта одинокая, проходившая мимо звезда?». И этот вопрос Шмидт задавал не случайно.

Возможно, что этой звездой был двойник Солнца, ныне угасший и поэтому не проявляющий свойств звезды. Следуя Канту, Шмидт взял за основу развивающейся материи бесконечные скопления холодной космической пыли, которые образовывали, по его мнению, бесформенные сгустки газово-пылевых веществ. Каждый сгусток постепенно рос, вбирая в себя гигантские обломки и маленькие частицы из межзвездной туманности, падающие на поверхность и отдающие силу движения растущей планете. Шмидт считал, что лишь позднее началось колебание и вращение Земли, а также частичный разогрев и расплавление горных пород благодаря распаду радиоактивных элементов. Интересно, что радиоактивному распаду элементов Шмидт приписал определенную роль в происхождении планеты, не уделив при этом никакого внимания ядерному синтезу ее вещества, т.е. рассматривал качественный состав космических тел, как вполне образовавшийся, а не в постепенном развитии, от чего за три столетия до Шмидта предостерегал еще Декарт.

Итак, по Шмидту, планеты родились не из самого Солнца. При наличии высокого уровня математического обоснования космогоническая теория Шмидта полностью обошла вопрос качественного развития материи. Как показал Я. Мияки в 1969 году, прямые наблюдательные данные астрономов давно со всей несомненностью показали, что химический состав разных звезд различен, и что различие состава звезд, несомненно, обусловлено их эволюцией и связано со спектральным классом звезды.

Огромной заслугой астрономов всех веков является скрупулезное изучения параметров движения небесных тел Солнечной системы и Галактики и других количественных характеристик: их размеров, массы, плотности, альбедо, звездной величины, спектрального химического состава, температуры и т.д. Все это создало предпосылки для установления взаимосвязи целого ряда процессов и явлений, происходящих в космосе и управляющих формированием и развитием космических тел, завершившихся созданием концепции взаимообусловленности атомообразования и планетообразования в космосе (КВАП) А. Е. Ходькова (1943-45 гг).

Согласно рассматриваемой концепции КВАП космические тела возникают и развиваются как внешние следствия внутренних процессов звездной эволюции -- развития атомов химических элементов. Звезды являются естественными производителями ядер химических элементов, развитие их протекает как последовательный периодический стадийный процесс формирования ядер периодов химических элементов и вторичных тел -- спутников звезд. Происходит это через взрывные события, определяющиеся высвобождением избыточной космической энергии.

Первоначально А.Е. Ходькову представлялось, что наблюдаемая Солнечно-планетная система является продуктом развития одиночной звезды с непосредственно порождаемыми ею спутниками. История солнечной системы представлялась как история развития по законам КВАП одиночной звезды Солнца.

В процессе последующего анализа и расчетов, А.Е. Ходьковым выяснено, что в составе Солнечной системы непосредственно планетами Солнца являются лишь Меркурий и Венера. Остальные планеты - ранее претерпевшие свой цикл развития звезды -- от зарождения до затухания, с той или иной выраженной полнотой эволюции по закону КВАП. Типичным представителем такой угасшей звезды является Юпитер.

Расчеты показали, что наблюдаемая Солнечная система - гетерогенна и разновозрастна, и среди известных всем нам планет, действительно, производными по механизму КВАП являются только Меркурий и Венера. Земля и Марс рождены Юпитером и перехвачены от него Солнцем. Сатурн, Уран, Нептун, Юпитер - бывшие двойники солнца и друг друга. Все они в свое время развивались по закону КВАП, порождая периоды химических элементов и соответствующие спутники.

После блистательных успехов ядерной физики недопустимо было обходить молчанием вопрос о происхождении химических элементов и качественном развитии материи в космических масштабах. Если механистическая теория Лапласа для XVIII века была крупнейшим научным достижением и успехом, то для XX века такой уровень решения космогонической проблемы уже не достаточен. Надо было ставить вопрос о развитии химических элементов, как о кардинальной проблеме космогонии.

Вероятно, возраст Луны и Земли близок возрасту Солнца, полагал в 50-60 гг. академик В.Фесенков. И вещество, из которого они состоят, возникало из околосолнечной газово-пылевой туманности, а не из межзвездных скоплений. По Фесенкову, Луна и Земля -- «дети молодого Солнца», которое вращаясь и постепенно сгущаясь, рождало вокруг себя вихревые сгущения -- будущие планеты и их спутники. В отношении Луны ученый оказался прав, ее происхождение, действительно, связано с взрывом молодого Солнца.

Вейцзекер в 1944 году исследовал проблему эволюции Вселенной с гидродинамической точки зрения и показал, что в сжимающейся оболочке протосолнца могли образовываться турбулентные завихрения, из которых возникли планеты и спутники. По его мнению, первичная Вселенная состояла из газов, содержавших различные элементы, при этом скорость движения газового вещества в разных местах была разной. Вследствие этого возникали турбулентные токи и многочисленные вихри. Плотность газа возрастала в направлении к центру каждого вихря, и в этих местах постепенно начиналась конденсация атомов. Таким образом, Вселенная распалась на множество вихрей, образовавших материнские туманности, в чем усматривается непосредственная связь с учением Декарта. Внутри каждой туманности существовали свои турбулентные токи, образовавшие материнские тела звездных скоплений, и наконец, в каждом звездном скоплении возникали постоянные звезды и планеты.

Солнце является одной из возникших таким образом постоянных звезд. Предполагается, что на ранней стадии развития оно было окружено быстро вращавшейся газовой мантией с массой около 1/10 массы Солнца. Благодаря вращению, газовая мантия приобрела дисковидную форму; температура внутри газовой мантии убывала обратно пропорционально квадрату расстояния от Солнца. Внутри этой линзы те же турбулентные токи привели к возникновению вихрей, вызвавших конденсацию и соответственно -- образование планет. Указанная вихревая теория объясняет большую плотность внутренних планет и их меньшие размеры следующим образом. Поскольку температура в дисковидной линзе ниже во внешней ее части, то здесь наиболее возможно перенасыщение газового вещества и легче всего осуществима его конденсация. При конденсации, во внутренней части концентрировалось только неорганическое вещество, в то время, как внешняя часть, вследствие более низкой температуры состояла из водорода, метана и аммиака. Количество конденсировавшегося вещества было больше во внешней части, в соответствии с чем, центры конденсации там росли быстрее, чем внутренние центры, улавливавшие вещество гравитационно. Во внутренней части, материал газовой мантии каждого центра, по-видимому, диссипировал до приобретения гравитационной массы, достаточно большой для захвата значительного количества окружающего материала. Поэтому, по Вейцзекеру, Марс и другие внутренние планеты имеют меньшие размеры и более высокую плотность, а Юпитер и все внешние планеты -- меньшую плотность и более крупные массы. Однако, и в данном случае, остается неясным вопрос, почему так мала угловая скорость Солнца, на который его теория ответа не дает. Вейцзекер предполагал, что исходный состав газа первичной Вселенной был таким же, как и сейчас, а турбулентное движение происходило в нем на первой стадии развития процесса, что неубедительно.

Мысль ученых снова вернулась к идее двойной звезды Солнца, когда Хойл в 1944 году предположил, что второй компонент двойной звезды стал сверхновой звездой, которая сбросила газовые оболочки и перестала существовать. Хойл создал теорию происхождения Солнечной системы, исходя из представления Литтлтона о двойной звезде. По Хойлу, Солнце принадлежала к группе двойных звезд, причем вторая звезда, вероятно, была больше Солнца. Масса второй звезды была настолько велика, что высокое потребление водорода, являющегося источником энергии звезд, привело к истощению его запасов в очень короткий промежуток времени. В результате, для сохранения внутреннего равновесия тела и излучаемой энергии большая звезда начала сжиматься. Сокращение звезды вызвало повышение ее внутренней температуры и скорости вращения, пока наконец ни было достигнуто состояние такой неустойчивости, при котором произошел взрыв типа сверхновой звезды. При таком взрыве звезда должна была быстро разрушиться, извергая свое вещество, наподобие колеса фейерверка. При возникших высоких температурах, гелий в центральной части зоны взрыва, по Хойлу, должен был синтезироваться в более тяжелые элементы.

В любом случае, в результате взрыва сверхновой звезды возник колоссальный газовый объем или пылевое облако, которое должно было остаться около Солнца, образовав мантию. Это облако должно было постепенно остывать, вследствие чего происходила конденсация, и частицы пыли концентрировались на месте современных планет. Предполагая, что взрываться может любая звезда, кроме Солнца, Хойл был весьма близок к пониманию функции второй звезды, справедливой и для случая, когда она осталась в системе и перестала быть звездой. Ошибка Хойла, так же как и других исследователей, -- в том, что считалось: «постоянная» звезда вечно должна быть звездой. Но уже совсем недалеко до понимания, что все сущее должно иметь начало и конец, так же как и звезды.

Гипотеза Уиппла (1947 г.) основана на космогонической концепции пылевого облака, которое сходно с находимыми в Млечном Пути массами и состоит из газового вещества и мелких твердых частиц, которые постепенно концентрировались в узлах и ядрах. Само пылевое облако не имело углового момента, но внутри него существовали течения, позволявшие частицам конденсироваться и образовывать планеты. Так Уиппл объяснил небольшое значение углового момента Солнца, а орбитальный момент планет -- как результат существования течений внутри пылевого облака.

В том же 1947 году Койпер выдвинул «аккумулятивную или, аккреционную теорию», по которой первично существовало окружавшее первичное Солнце солнечное облако, которое быстро приобрело форму уплощенного диска, ориентированного в эллиптической плоскости современной солнечной системы. Оно имело массу около 1/10 массы Солнца; его химический состав предположительно соответствовал современной распространенности элементов во Вселенной. Облако представляло собой смесь газового вещества и тонкой пыли; действие турбулентных потоков внутри облака привело к неравномерному распределению плотностей. Как следствие -- облако претерпело разделение на вихри или протопланеты. Центры тяжести протопланет были близки к положению современных планет. Первоначально протопланеты также имели дисковидную форму и быстро аккумулировали вещество в соответствующих местах вокруг Солнца. Вначале протопланеты занимали все пространство между Меркурием и Плутоном, соприкасались друг с другом, но по мере развития аккреции, разъединялись.

Облако и протопланеты из-за утечки с периферии экваторов газового вещества постепенно теряли угловую скорость. Энергия, терявшаяся при этом, по Койперу, возмещалась гравитационной энергией планетной конденсации, равно как и энергией падающего на Солнце вещества. Хотя происхождение солнечного облака Хойла и Койпера и не ясно, оно, по-видимому, возникло одновременно с Солнцем и имело гравитационную неустойчивость в оболочке, окружавшей протосолнце.

Таким образом, противоречивые данные (в импульсах вращения) об участии Солнца в формировании Солнечной системы трактовались исследователями весьма однозначно, по взаимоисключающему признаку.

Из 20 наиболее выдающихся исследователей Космоса, полностью отрицали роль Солнца в образовании Солнечной системы: Декарт, Кант, Шмидт, частично отрицали роль Солнца -- Альвен и Уиппл.

Предполагали формирование Солнечной системы только за счет эволюции Солнца: Лаплас, Бикерланд, Берлаге, Фесенков, Вейцзекер, Койпер.

Многие были не так далеко от истины, предполагая тесное взаимодействие Солнца с другой звездой: это Аррениус, Чемберлен, Мультон, Бикертон, Джеффрис, Рэссел, Хойл.

В каждом из упомянутых учений содержится доля истины, объясняющая одну из отдельных особенностей формирования Солнечной системы.

Заключение

Проблема происхождения Солнечной системы -- одна из древнейших и сложнейших -- занимала не одно поколение ученых. На пути ее раскрытия достигнуты внушительные успехи, особенно в части накопления информации о физических параметрах тел Солнечной системы. Известными из истории науки мыслителями указано немало логических троп к ее решению. И все же до недавнего времени два главнейших вопроса всей проблемы:

1) о происхождении вещества Солнечной системы.

2) о путях формирования ее тел и способов становления их механических структур -- не находили своего решения.

Причина этого, конечно, -- не в недостатке эрудиции и таланта ученых, а в недостаточности теоретических основ некоторых важных разделов физики, определяющих ее парадигму. В космогонических учениях можно выделить основные принимаемые физические модели процесса космогенеза:

1-- Солнечная система (Солнце, планеты и другие тела) возникли в результате механической эволюции единого первичного газово-пылевого скопления, причем Солнце и планеты формировались одновременно.

2-- система Солнца возникла в результате отрыва части вещества светила из-за внешнего воздействия на него постороннего космического тела.

3-- Солнечная планетная система возникла в результате захвата Солнцем газово-пылевого вещества из какой-то части галактики в процессе прохождения системы через туманность.

4-- Солнечная планетная система возникла в результате развития двойной или даже тройной звезды. История науки знает много различных гипотез о происхождении Солнечной системы, внесших свой вклад в развитие космогонии.

Несмотря на то, что ученые строят достаточно точные модели черных дыр и нейтронных звезд, не существует теории, которая сумела бы объяснить происхождение Солнечной системы и все известные сейчас ее особенности. Теория происхождения Солнечной системы должна объяснить все известные факты и не должна противоречить законам динамики и современной физики. Кроме того, из этой теории должны выводиться следствия, которые подтверждались бы будущими открытиями: теория должна не только объяснять, но и предсказывать. Все гипотезы, выдвинутые до сих пор, были опровергнуты или остались недоказанными при строгом применении физической теории.

Древнейшие породы земной коры затвердели 4 млрд. лет назад. Считается, что сама Земля образовалась 4,6 млрд. лет назад. Измерение времени, прошедшего с тех пор, как Земля остыла, основывается на незначительных следах свинца, гелия и других элементов, оставшихся в породах после распада радиоактивных элементов. Изучение метеоритов и образцов лунного грунта показывает, что их возраст в твердом состоянии не превышает возраста Земли. Предполагают, что и вся Солнечная система имеет такой же возраст.

Удовлетворительная теория происхождения Солнечной системы прежде всего должна учитывать существование планет, спутников, астероидов и комет. Она должна объяснить расположение планет, форму их орбит, наклон осей и скорость вращения и движения по орбите, должна объяснить распределение момента количества движения по планетам. Пока что такой теории нет, и можно говорить только о создании гипотез.

Список литературы

1. Ходьков А.Е. Виноградова М.Г. От атома водорода до Солнечной системы или основы новой космогонической теории. СПб.: Изд-во «Недра», 1996.

2. Миессеров К.Г. Новый взгляд на образование Солнечной системы и эволюцию Вселенной. М.: Изд-во «Машиностроение»,1993.

3. Брандт Дж. Ходж П. Астрофизика Солнечной системы. М.: Изд-во «Мир», 1999.

Размещено на Allbest.ru