Происхождение Солнечной системы

Солнце комфортно устроилось в семействе, возникшем, как принято считать, вслед за ним из остатков того самого газопылевого молекулярного облака, что и сама звезда. Об этом позволяют говорить некоторые закономерности их движений. Хотя планетные системы возле других звезд могут быть построены на других принципах.

Состав Солнечной системы

В наше солярное семейство входят планеты с их спутниками и так называемые малые тела - астероиды, кометы, метеоры. Особенностью Солнечной системы является движение планет в одном направлении по орбитам, плоскости которых почти совпадают, общее направление вращения планет, хотя и с некоторыми исключениями - Венера медленно кружится в обратную сторону, а Уран вращается, вальяжно лежа на боку. Кроме того, в системе существует четкое разделение между двумя отличающимися группами планет - планетами земного типа и планетами-гигантами. Разграничивает их пояс малых планет и космических осколков-астероидов, такое же образование располагается за орбитой Нептуна - пояс Койпера и совсем уж на краю Солнечной системы, вероятно, находится облако Оорта - область концентрации обледеневших обломков первичного материала.

Ближе к Солнцу располагаются небольшие, каменистые шары, а за промежутком, который наполнен обломками камней, находятся огромные газовые и ледяные шары - все это планеты. Далеко за гигантами, мчится по своей орбите еще один маленький каменистый шарик, заброшенный сюда гигантской силой. И пока не известно - он последний в этом семействе или все-таки есть таинственная десятая планета там, за ним?

По физическим характеристикам явно выделяются две группы планет - планеты-гиганты (Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун) и планеты земной группы (Меркурий, Венера, Земля, Марс). К последним периодически то относят бедный-несчастный Плутон, который по размерам и составу вполне вхож в группу, то вдруг спохватившись, что какой-то он подозрительный, снова отовсюду изгоняют. А все дело в недостаточной информации - слишком далеко находится эта планета. Планеты земной группы сложены из вещества высокой плотности, это каменистые шары, имеющие относительно небольшие размеры. Особенно на фоне планет-гигантов, состоящих в основном из газов - водорода и гелия, и имеющих среднюю плотность сравнимую с плотностью воды. Если бы каким-то образом удалось бросить Сатурн в большой океан - он бы в нем красиво плавал, вместе со всеми своими кольцами. Массы гигантов во много раз превышают массу нашей планеты - Юпитер - в 318 раз, Уран - в 15 раз, Нептун - в 17 раз и Сатурн - в 95 раз.

Если планеты земной группы содержат не более пары спутников или не имеют их вовсе (Меркурий - 0, Венера - 0, Земля - 1, Марс - 2), то планеты-гиганты обычно сопровождаются целой свитой - вокруг Юпитера кружатся не менее 69 разных спутников всевозможных размеров и форм, вокруг Сатурна - не менее 62, Уран сопровождают не менее 27 попутчиков, а Нептун - не менее 14. Не менее - потому, что время от времени ученые находят еще пару-тройку новых. Кроме того планеты-гиганты окружены кольцевыми структурами, состоящими из каменистых обломков, космической пыли и льда. У Сатурна эти образования наиболее ярко выражены и хорошо видны даже в небольшие телескопы, благодаря чему и были открыты еще Галилео Галилеем. У остальных планет-гигантов они выражены слабее и обнаружились лишь при пролете космических аппаратов.

Полагают, что подобное разделение планет на две совершенно разные группы было обусловлено изначально разными условиями их формирования. Вблизи Солнца, где находятся планеты земной группы, температура была высокой и летучие вещества, вроде метана и алюминия, остались в газообразном состоянии и в состав планет не вошли. Планеты здесь создавались в основном из силикатов и металлов. А вдали от Солнца температура была гораздо ниже и кроме водорода и гелия, остальное вещество перешло в газообразное состояние. Особенно много здесь было метана, воды и аммиака, которые образовали ледяные Уран и Нептун. Юпитер же и Сатурн имеют в своем составе большое количество других газов.

Из множества попыток описать происхождение Солнечной системы, к настоящему времени наибольшей вероятностью отличается теория образования Солнечной системы и самого Солнца из одного обширного молекулярного газопылевого облака. Существуют некоторые тонкости в том, где это все происходило - ранее считалось, что процесс возбуждения возмущений в этом облаке был запущен взрывом ближней сверхновой, за которым последовал коллапс вещества внутри самого облака, что и стало началом рождения Солнца и системы планет. Недавно появились новые данные по этому процессу. Они позволяют с большой степенью вероятности предполагать, что наша система сформировалась внутри раздувшегося плазменного пузыря массивного сверхгиганта. Но так или иначе, гигантское облако межзвездного вещества присутствовало. И был какой-то толчок, который привел к нарушению его гравитационной устойчивости.

Основную руководящую роль в этом захватывающем процессе созидания сыграли планеты-гиганты. Считают, что они начали формироваться из клочков молекулярного облака, оставшихся после образования Солнца. Но есть и другой взгляд на этот процесс. Согласно нему, гиганты вначале формировались как и планеты земной группы, в процессе соударений набирая определенную массу вещества. Но став крупнее Земли примерно в 2 раза, они стали тянуть на себя газовое одеяло - их гравитационное притяжение начало собирать остатки газа из протопланетного облака. И это предположение пока выглядит более обосновано. Оно хорошо описывает нынешнее состояние как Юпитера и Сатурна, так и Урана и Нептуна.

Начало...

Как считает сегодня большинство специалистов, создание Солнечной системы выглядело примерно так. Процесс начался 4, 6 миллиарда лет назад. Из центральной части громадного межзвездного молекулярного облака образовалось Солнце, а из остатков - протопланетный диск. Ранняя Солнечная система выглядела не так, как сейчас. Первыми из неясного контура диска стали проступать Юпитер и Сатурн. Их зародыши блуждали по орбитам, приближаясь к Солнцу на расстояние около 1 астрономической единицы и опять убегая вдаль (сейчас Юпитер живет на удалении в 5 астрономических единиц).

Формирование планет оказалось не точно выверенным механизмом, а хаотичным процессом, полным случайностей и определяемым множеством факторов. Наиболее вероятным здесь является путь последовательной аккреции - крошечные пылинки слипаются в глыбы и начинают притягивать газ. По мере удаления от звезды температура в газопылевом кольце падает, перебираясь через так называемую линию льда, за которой жидкая фаза вещества становится невозможной. В Солнечной системе эта грань разделила внутренние землеподобные твердые планеты и внешние газовые и ледяные гиганты.

Новорожденное Солнце было окружено газом и частичками пыли. Совсем мелкие частицы уносил газ, а те, размеры которых составляли более миллиметра, по спирали опускались к звезде. У линии льда частицы легче слипаются, образуя крупные куски вещества. Таким образом, линия льда служит некоторой границей, препятствуя приближению частиц к Солнцу. На этом барьере идет накопление льда. Но некоторые частицы прорываются во внутреннюю часть, поближе к Солнцу. Нагреваясь, они покрываются влагой и становятся липкими. Это облегчает слипание и позволяет при столкновениях быстро собирать вещество. Они становятся планетезималями - крупными фрагментами будущих планет.

Планетезимали подчищают окрестности, собирая всю пыль. Поначалу они вращаются по сильно вытянутым орбитам и их рост или распад при столкновениях является делом случая. Но с накоплением массы, увеличивается гравитационная сила этих протопланет и поглощение соседей идет уже планомерно. Когда масса зародыша перевалит за массу Луны, он начинает отбрасывать встречные маломассивные тела еще до столкновения и ведет борьбу за оставшиеся планетезимали.

Подозревают, что решающую роль в Солнечной системе сыграло появление Юпитера. Его зародыш набрал массу, сравнимую с земной, а затем приватизировал еще 300 земных масс, но уже газа. Такое образование могло возникнуть возле линии льда, где поглощаемый газ будет успевать охладиться. Набрать газ планетезималь должна быстро, до того, как газ рассеется в окружающем пространстве. При этом должно совпадать несколько условий, а потому не во всех планетных системах есть планеты типа Юпитера.

Возникшая молодая крупная планета разрушает молекулярный диск, выгребая его вещество в пределах досягаемости и очищая свою орбиту. Кроме того, она начинает, как и линия льда, играть регулирующую роль, не пропуская частицы во внутреннюю часть, к звезде. Молодой гигант заставляет их концентрироваться во внешней области и туда же выбрасывает планетезимали со своей орбиты. Там из этого материала формируются другие гиганты, которым таким образом помогает "старший брат", подбрасывая строительный материал. А во внутренней области, где нет газа и летучих веществ и высокая температура, образуются каменистые, небольшие планеты. По сути, Уран и Нептун сформировались из выброшенных Юпитером планетезималей. Их зародыши оказались слишком крупными, что замедлило аккрецию газа. Его к этому моменту почти не осталось в диске. А потому эти гиганты получились ледяными.

Появление большого количества планет привело к их хаотичным соударениям и миграциям. Это было время, когда каждый стремился стать покрупнее, прихватив заодно про запас и столько спутников, сколько мог удержать. Итоговый результат в большой степени зависел от вмешательства Юпитера. Он забрасывал оставшееся еще вещество в облако Оорта, к самым окраинам нарождающейся системы. Сейчас, согласно расчетам, там находится примерно 100 земных масс вещества. Уран и Нептун, в свою очередь, по мере сил оказывали воздействие на оставшиеся планетезимали, выталкивая их в пояс Койпера или к Солнцу. Сейчас планетезимали из облака Оорта или пояса Койпера в виде комет периодически подходят к Солнцу. Эта бурная деятельность гигантов отразилась и них самих - последовал период поздних столкновений и установление взаимного баланса, превратившие орбиты всех планет, практически, в круговые.

Окраины Солнечной системы

Теперь, более или менее представив, как, вероятно, обстояло дело в центральной области Солнечной системы, посмотрим на окраины - что там? А там скопился и сбалансировался на своих орбитах "строительный мусор" - оставшееся вещество, которое так никто и не убрал после окончания формирования планет - малые тела Солнечной системы. Это астероиды и кометы. Первые являются каменистыми обломками из внутренней части солнечных окрестностей, а вторые - каменно-ледяными телами из зоны планет-гигантов. И здесь поработали гиганты системы - они воздействовали на орбиты астероидов и комет, выталкивая одних за пределы Солнечной системы и привязывая других за длинный поводок вытянутой орбиты к планетному семейству. Хотя при определенной траектории и складывающейся конфигурации планет это равновесие нарушается. И тогда астероиды или кометы могут сбежать из нашей системы или наоборот, опасно сблизиться и упасть на ту или иную планету. Таким же образом Солнечная система может похищать малые тела из других звездно-планетарных систем.

Так и кружит в гигантском хороводе вокруг Солнца его свита, созданная трудолюбивой гравитацией. Здесь представлены все возможные варианты того, что можно было слепить из одного молекулярного облака, рационально израсходовав его вещество. И миллиарды лет эта конструкция мчится в просторах космоса, как составляющая часть звездной системы Млечный Путь, в которой есть много подобных семейств...