Gjenfortellingen av historien om fødselen til vårt solsystem har vært veldig monotont i mange år. Det hele begynte for milliarder av år siden med en mørk og sakte roterende sky av gass og støv. Skyen trakk seg sammen og dannet Solen i sentrum. Over tid har åtte planeter og mange mindre kropper som f.eks. Siden den gang har planetene sirklet rundt solen og deres bevegelser er like presise og forutsigbare som et urverk.
Nylig har astronomer oppdaget fakta som motbeviser denne gamle historien. Sammenlignet med utformingen av tusenvis av nylig oppdagede eksoplanetariske systemer, de fleste karaktertrekk Solsystemet vårt – dets indre steinplaneter, ytre gassgiganter og mangel på planeter innenfor Merkurs bane – ser ganske merkelig ut. Ved å simulere fortiden på datamaskiner ser vi at disse særhetene var et produkt av en vill ungdom. Solsystemets historie må omskrives for å inkludere langt mer drama og kaos enn de fleste av oss forventet.
Den nye versjonen av historien forteller om vandrende planeter drevet fra hjemmene sine, om tapte verdener som gikk til grunne for lenge siden i Solens brennende inferno, og om ensomme kjemper forlatt i det kalde dypet ved kanten av det interstellare rommet. Ved å studere disse eldgamle hendelsene og "arrene" de etterlot seg, for eksempel en foreslått niende planet som kan gjemme seg utenfor Plutos bane, bygger astronomer et sammenhengende bilde av de viktigste formative epokene i solsystemet på bakgrunn av en ny forståelse av kosmiske prosesser.
Klassisk solsystem
Planeter er biprodukt dannelsen av stjerner, som finner sted i dypet av gigantiske molekylære skyer som overstiger solen vår i masse med 10 tusen ganger. Individuelle tettheter i skyen komprimeres under påvirkning av tyngdekraften, og danner en lysende protostjerne i sentrum, omgitt av en bred ugjennomsiktig ring av gass og støv - en protoplanetarisk skive.
I mange tiår har teoretikere modellert den protoplanetariske skiven til solen vår, og forsøkt å forklare en av de viktigste egenskapene til solsystemet: dets inndeling i grupper av steinete og gassplaneter. Omløpsperiodene til de fire jordlignende planetene faller mellom 88-dagers Merkur og 687-dagers Mars. Derimot har de kjente gassgigantene mye fjernere baner med perioder fra 12 til 165 år og har til sammen mer enn 150 ganger massen til planetene terrestrisk gruppe.
Begge typer planeter antas å ha blitt født i en enkelt dannelsesprosess, der solide støvkorn, rasende i en turbulent virvel av en gassskive, kolliderte og klistret sammen, og dannet kropper i kilometerskala kalt planetesimals (omtrent som på det uveisede gulvet på kjøkkenet, luftstrømmer og elektrostatiske krefter ruller opp støvpartikler). De største planetesimalene hadde størst gravitasjonskraft og vokste raskere enn andre, og trakk til seg små partikler inn i banen deres. Sannsynligvis i løpet av en million år, i ferd med å bli komprimert fra skyen, vrimlet den protoplanetariske skiven til vårt solsystem, som alle andre i universet, av planetariske embryoer på størrelse med Månen.
Det største embryoet befant seg like utenfor det moderne asteroidebeltet, langt nok fra lyset og varmen fra den nyfødte solen, hvor isen var bevart i den protoplanetariske skiven. Utenfor denne "isgrensen" kunne embryoer feste seg i rikelige forekomster av planetbyggende is og vokse til enorme størrelser. Som vanlig, "de rike blir rikere": det største embryoet vokste raskere enn andre, og rakte ut mesteparten av embryoet med gravitasjonsfeltet tilgjengelig is, gass og støv fra den omkringliggende disken. På omtrent en million år vokste dette grådige embryoet seg så stort at det ble planeten Jupiter. Dette var det avgjørende øyeblikket, mente teoretikere, da arkitekturen til solsystemet delte seg i to. Etterlatt bak Jupiter viste de andre gigantiske planetene i solsystemet seg å være mindre fordi de vokste saktere, og fanget med gravitasjonen bare gassen som Jupiter ikke hadde tid til å fange. Og de indre planetene viste seg å være enda mye mindre, siden de ble født innenfor isgrensen, hvor skiven nesten var blottet for gass og is.
Eksoplanetarisk revolusjon
Da astronomer begynte å oppdage eksoplaneter for to tiår siden, begynte de å teste teorier om solsystemdannelse på galaktisk skala. Mange av de første eksoplanetene som ble oppdaget, viste seg å være "varme Jupiters", det vil si gasskjemper som raskt går i bane rundt stjernene sine med perioder på bare noen få dager. Eksistensen av gigantiske planeter så nær den flammende overflaten til en stjerne, hvor is er helt fraværende, motsier fullstendig det klassiske bildet av planetdannelse. For å forklare dette paradokset har teoretikere foreslått at varme Jupitere dannes langt unna og deretter på en eller annen måte migrerer innover.
Basert på data fra tusenvis av eksoplaneter oppdaget i undersøkelser som de fra NASAs Kepler-romteleskop, har astronomer dessuten kommet til den alarmerende konklusjonen at tvillinger i solsystemet er ganske sjeldne. Det gjennomsnittlige planetsystemet inneholder en eller flere superjordar (planeter flere ganger stor jord) med omløpsperioder kortere enn omtrent 100 dager. Og gigantiske planeter som Jupiter og Saturn finnes i bare 10 % av stjernene, og enda sjeldnere beveger de seg i nesten sirkulære baner.
Bedraget i sine forventninger innså teoretikere at «flere viktige detaljer De klassiske teoriene om dannelsen av planetsystemet vårt krever en bedre forklaring. Hvorfor er det indre solsystemet så lavt i forhold til eksoplanetene? I stedet for superjordene har den små, steinete planeter, og ingen innenfor Mercurys 88-dagers bane. Og hvorfor er banene til de gigantiske planetene nær solen så runde og brede?
Åpenbart ligger svarene på disse spørsmålene i manglene ved den klassiske teorien om planetdannelse, som ikke tar hensyn til variasjonen til protoplanetariske skiver. Det viser seg at en nyfødt planet, som en redningsflåte i havet, kan drive langt fra fødestedet. Etter at planeten har vokst, begynner tyngdekraften å påvirke den omkringliggende disken, spennende spiralbølger i den, hvis tyngdekraft allerede påvirker bevegelsen til planeten selv, og skaper kraftige positive og negative tilbakemeldinger mellom planeten og disken. Som et resultat kan en irreversibel utveksling av momentum og energi oppstå, slik at unge planeter kan legge ut på en episk reise over foreldredisken.
Hvis vi tar hensyn til prosessen med planetarisk migrasjon, spiller ikke grensene til isen i diskene lenger en spesiell rolle i dannelsen av strukturen til planetsystemer. For eksempel kan gigantiske planeter født utenfor isgrensen bli varme Jupitere ved å drive mot midten av skiven, det vil si å reise sammen med gass og støv i en spiral mot stjernen. Problemet er at denne prosessen fungerer for godt og ser ut til å forekomme i alle protoplanetariske disker. Så hvordan forklare de fjerne banene til Jupiter og Saturn rundt solen?
Endring av tak
Det første hintet til en overbevisende forklaring kom i 2001 fra en datamodell av Frederic Masset og Mark Snellgrove fra Queen Mary University of London. De simulerte den samtidige utviklingen av banene til Saturn og Jupiter i Solens protoplanetariske skive. På grunn av Saturns mindre masse, er migrasjonen mot sentrum raskere enn Jupiters, noe som får banene til de to planetene til å bevege seg nærmere hverandre. Til slutt når banene en viss konfigurasjon kjent som gjennomsnittlig bevegelsesresonans, der Jupiter går i bane rundt solen tre ganger for hver annen omløpsperiode for Saturn.
To planeter forbundet med gjennomsnittlig bevegelsesresonans kan utveksle momentum og energi frem og tilbake med hverandre, omtrent som et interplanetarisk spill med varm potetkasting. På grunn av den koordinerte naturen til resonante forstyrrelser, utøver begge planetene en økt gravitasjonspåvirkning på hverandre og på omgivelsene. Når det gjelder Jupiter og Saturn, tillot denne "svingningen" dem å kollektivt påvirke den protoplanetariske skiven med massen deres, og skape et stort gap i den med Jupiter ved å innsiden og Saturn på utsiden. Dessuten, på grunn av sin større masse, tiltrakk Jupiter den indre disken sterkere enn Saturn, den ytre. Paradoksalt nok førte dette til at begge planetene endret bevegelse og begynte å bevege seg bort fra solen. En slik skarp endring i migrasjonsretningen kalles ofte en skjærendring (the grand tack) på grunn av dens likhet med bevegelsen til en seilbåt som går mot vinden.
I 2011, ti år etter at konseptet med grepskifte ble født, viste en datamodell av Kevin J. Walsh og hans kolleger ved Côte d'Azur-observatoriet i Nice, Frankrike, at ideen gjør en god jobb med å forklare mer enn bare dynamisk historie til Jupiter og Saturn, men også fordelingen av steinete og isete asteroider, samt den lave massen til Mars. Da Jupiter migrerte innover, fanget og flyttet gravitasjonspåvirkningen planetesimaler på vei gjennom skiven, og øser og dyttet dem fremover som en bulldoser. Hvis vi antar at Jupiter, før han snudde tilbake, migrerte mot solen til avstanden til den nåværende banen til Mars, kan den trekke isblokker total masse mer enn ti jordmasser inn i området til de jordlignende planetene i solsystemet, og beriker det med vann og andre flyktige stoffer. Den samme prosessen kunne ha skapt en tydelig ytre grense ved den indre delen av den protoplanetariske skiven, og stoppet veksten av det nærliggende planetariske embryoet, som til slutt ble det vi kaller Mars i dag.
Jupiter angrep
Til tross for at scenariet med takbytte i 2011 så veldig overbevisende ut, er forholdet til andre uløste mysterier av vårt solsystem, for eksempel det fullstendige fraværet av planeter i bane til Merkur, forble uklart. Sammenlignet med andre planetsystemer der superjordene er tettpakket, virker vårt nesten tomt. Har vårt solsystem virkelig gått glipp av det kritiske stadiet av planetdannelsen som vi ser i hele universet? I 2015 så to av oss (Konstantin Batygin og Gregory Laughlin) på hvordan en takendring kan påvirke en hypotetisk gruppe superjordar nær solen. Konklusjonen vår var forbløffende: superjordene ville ikke ha overlevd tråkkforandringen. Det er bemerkelsesverdig at vandringene til Jupiter inn og ut kan forklare mange av egenskapene til planetene vi kjenner, så vel som de som er ukjente.
Etter hvert som Jupiter stupte inn i det indre solsystemet, ville dens bulldoserende innflytelse på planetesimalene forstyrre deres pene sirkulære baner, og gjøre dem om til et kaotisk virvar av kryssende baner. Noen planetesimaler må ha kollidert med stor kraft, og knust i fragmenter som uunngåelig forårsaket ytterligere kollisjoner og ødeleggelser. Dermed utløste Jupiters innvandring sannsynligvis en kaskade av nedslag som ødela planetesimalene, og malte dem ned til størrelsen på steinblokker, småstein og sand.
Under påvirkning av kollisjonsfriksjon og aerodynamisk motstand i det gassede indre området av den protoplanetariske skiven, mistet de ødelagte planetesimalene raskt energien og spiralerte nærmere Solen. I løpet av denne høsten kunne de lett fanges opp i nye resonanser knyttet til hvilken som helst av superjordene nær dem.
Dermed kan endringen av grepet til Jupiter og Saturn ha forårsaket et kraftig angrep på befolkningen i urstammen indre planeter Solsystemet. Da de tidligere superjordene falt ned i solen, ville de ha etterlatt seg et øde område i den protoplanetariske tåken, som strekker seg til omløpsperioder på omtrent 100 dager. Som et resultat førte Jupiters raske manøver gjennom det unge solsystemet til utseendet til en ganske smal ring av steinete rusk, hvorfra de jordiske planetene dannet seg hundrevis av millioner av år senere. Sammenløpet av tilfeldige hendelser som førte til denne delikate koreografien indikerer at små, steinete planeter som Jorden – og kanskje til og med liv på dem – burde være sjeldne i universet.
Fin modell
Da Jupiter og Saturn dro tilbake fra sitt angrep inn i det indre solsystemet, var den protoplanetariske skiven av gass og støv allerede blitt alvorlig oppbrukt. Etter hvert kom resonansparet Jupiter og Saturn nær de nydannede Uranus og Neptun, og muligens en annen kropp av lignende størrelse. Ved å bruke gravitasjonsbremseffektene i gassen fanget den dynamiske duoen også disse mindre gigantene til resonanser. Da mesteparten av gassen forlot skiven, besto den indre arkitekturen til solsystemet sannsynligvis av en ring med steinete rusk i nærheten av jordens nåværende bane.
I det ytre området av systemet var det en kompakt, resonansgruppe på minst fire gigantiske planeter som beveget seg i nesten sirkulære baner mellom den nåværende banen til Jupiter og omtrent halvparten av avstanden til den nåværende banen til Neptun. I den ytre delen av skiven, bortenfor banen til den ytterste gigantiske planeten, i den fjerne kalde kanten av solsystemet, beveget seg iskalde planetesimaler. I løpet av hundrevis av millioner av år ble de jordiske planetene dannet, og de en gang så urolige ytre planetene slo seg ned i en tilstand som kunne kalles stabil. Dette var imidlertid ennå ikke det siste stadiet i utviklingen av solsystemet.
Endringen av tak og angrepet av Jupiter forårsaket det siste utbruddet av interplanetarisk vold i solsystemets historie, påførte den siste touchen som brakte det planetariske følget av vår sol nesten til den konfigurasjonen vi ser i dag. Denne siste episoden, kalt det sene tunge bombardementet, skjedde for mellom 4,1 og 3,8 milliarder år siden, da solsystemet midlertidig ble til et skytegalleri. fylt med mange kolliderende planetesimaler. I dag er arrene etter deres nedslag synlige som kratere på månens overflate.
I samarbeid med flere kolleger ved Côte d'Azur-observatoriet i Nice i 2005, skapte en av oss (Alessandro Morbidelli) den såkalte Nice-modellen for å forklare hvordan interaksjoner mellom gigantiske planeter kunne ha forårsaket det sene tunge bombardementet. Der stiften slutter, begynner Nice-mønsteret.
De gigantiske planetene som ligger nær hverandre beveget seg fortsatt i gjensidig resonans og kjente fortsatt den svake gravitasjonspåvirkningen fra de ytre iskalde planetesimalene. Faktisk var de på randen av ustabilitet. Akkumulert over millioner av banerevolusjoner over hundrevis av millioner år, endret hver enkelt ubetydelig påvirkning av de ytre planetesimalene litt etter litt bevegelsene til gigantene, og fjernet dem sakte fra den delikate balansen av resonanser som knyttet dem til hverandre. Vendepunktet kom da en av gigantene falt ut av resonans med den andre, og derved forstyrret balansen og utløste en rekke gjensidige kaotiske forstyrrelser av planetene, som flyttet Jupiter litt innover systemet, og de gjenværende kjempene utover. I løpet av en kosmisk kort periode på flere millioner år opplevde det ytre området av solsystemet en skarp overgang fra en tettpakket, nesten sirkulær bane til en diffus og uordnet konfigurasjon med planeter som beveget seg i brede, langstrakte baner. Samspillet mellom de gigantiske planetene var så sterkt at en eller til og med flere av dem kan ha blitt kastet langt utover solsystemet i det interstellare rommet.
Hvis dynamisk evolusjon stoppet der, ville strukturen til de ytre områdene av solsystemet samsvare med bildet vi ser i mange eksoplanetære systemer, der kjemper beveger seg rundt stjernene sine i eksentriske baner. Heldigvis hjalp skiven med iskalde planetesimaler som tidligere hadde forårsaket uorden i bevegelsen til de gigantiske planetene senere til å eliminere den ved å samhandle med deres langstrakte baner. Ved å passere nær Jupiter og andre gigantiske planeter, tok planetesimalene gradvis bort energien til deres banebevegelser og rundet dermed banene deres. I dette tilfellet ble de fleste planetesimalene kastet ut av solens gravitasjonspåvirkning, men noen forble i tilhørende baner og dannet en skive med isete "søppel", som vi nå kaller Kuiperbeltet.
SOLSYSTEMETS OPPRINNELSE
(planetarisk kosmogoni). Solens opprinnelse og utvikling vurderes av teorier stjernedannelse Og utvikling av stjerner, og når du studerer P.S. grunnleggende oppmerksomhet rettes mot problemet med dannelsen av planeter, og først og fremst jorden. Stjerner med planetsystemer kan danne en mellomklasse mellom enkelt og doble stjerner. Det er mulig at strukturen til planetsystemer og metodene for deres dannelse kan være svært forskjellige. Struktur solsystemet(SS) har en rekke mønstre som indikerer ledd dannelsen av alle planeter og sola i en enkelt prosess. Slike mønstre er: alle planeter i en elliptisk retning. baner som ligger nesten i samme plan; rotasjon av solen i samme retning rundt en akse nær vinkelrett på midten. planene til planetsystemet; aksial rotasjon i samme retning som de fleste planeter (med unntak av Venus, som roterer veldig sakte i motsatt retning, og Uranus, som roterer som om den ligger på siden); rotasjonen av de fleste av planetenes satellitter i samme retning; en naturlig økning i avstandene til planeter fra solen; inndeling av planeter i affiniteter. grupper som er forskjellige i masse, kjemiske. sammensetning og antall satellitter (jordiske planeter nær solen og gigantiske planeter langt fra solen, også delt inn i 2 grupper); tilstedeværelsen av et belte med mindre planeter mellom banene til Mars og Jupiter.
Novelle. Utviklingen av planetarisk kosmogoni begynte med Kant-Laplace-hypotesen. I. Kant (I. Kant, 1755) fremmet ideen om dannelsen av planeter fra sjeldne støvete stoffer som kretser rundt solen. I følge P. S. Laplace (1796) var materialet for dannelsen av planeter en del av det gassformige stoffet skilt fra den kontraherende protosunen. Sammen med Kant-Laplace-hypotesen ble hypoteser basert på ideen om en "katastrofal hendelse" foreslått. I 1920-30-årene. Hypotesen til J. H. Jeans, som trodde at planetene ble dannet av materie revet ut av solen av tyngdekraften til en forbipasserende stjerne, var berømt. Imidlertid allerede på slutten. 30-årene Det viste seg at Jeans-hypotesen ikke er i stand til å forklare størrelsen på planetsystemet. En rekke viktige studier om problemet med dannelsen av den sirkumsolare planeten og dannelsen av planeter i den ble utført på 30-40-tallet. H. Alfven og F. Hoyle trakk oppmerksomhet til magnetohydrodynamikk. effekter som spiller en viktig rolle i de tidlige stadiene av dannelsen av en stjerne og dens miljø. H. Berlage (N. Berlage) og K. Weizsäcker (S. Weizsacker) bygde den første gassdynamikken. modeller av den primære circumsolar disken. Begynnelsen på den systematiske utviklingen av teorien om PS. lagt ned av verkene til O. Yu. Schmidt. I fedrelandets verk. Skoler for planetarisk kosmogoni er blitt avklart. trekk ved utviklingen av den protoplanetariske disken og prosessene som følger med dannelsen av planeter. På 80-tallet. Omfattende materiale med observasjonsdata om moderne stjernedannelse ble innhentet. Takket være romflyvninger. enheter har mengden informasjon om strukturen, sammensetningen og egenskapene til SS-legemer økt umåtelig. Lab. studie av utenomjordisk materie og bruk av astrofysikk i modellering. hendelser gjorde det mulig å gå videre til konstruksjonen av tilstrekkelig detaljerte modeller av P.S.
Dannelse av sola og preplanetarisk skive. Stjerner av soltypen dannes i gass-støvkomplekser med masse M(M-
massen til solen). Et eksempel på et slikt kompleks er det velkjente tåke Orion, der det er en aktiv en. Tilsynelatende ble Solen dannet sammen med en gruppe stjerner under de intermitterende prosessene med kompresjon og fragmentering av en slik tåke.
Evolusjon av den preplanetariske disken: EN- senke støvet til sentralplanet; b- dannelse av en støv-underdisk; V- desintegrering av støv-underdisken til støvkondensasjoner; G- dannelse av kompakte kropper fra støvkondensasjoner (ifølge B. Yu. Levin, 1964).
Evolusjon av den preplanetariske disken: dynamiske aspekter. Ved modellering avd. stadier av diskevolusjon (fig.) og planetdannelse, vies mye oppmerksomhet til begynnelsen. trinn - senking av støvpartikler til sentrum. skiveplan og deres adhesjon i turbulent gass. Tidspunktet for støvnedgang og dannelsen av en støvunderskive avhenger av intensiteten av turbulente bevegelser i gasskomponenten til skiven og er estimert til - år. Når støvlaget når kritisk. tetthet som et resultat gravitasjonsustabilitet støv-underdisken måtte brytes opp i støvkondensasjoner. Ved forskjellige avstander fra solen kan tidspunktene for dannelse av støvkonsentrasjoner og massene deres variere noe, men ifølge estimater onsdag. massene deres var nær massene til de største moderne. asteroider. Kollisjoner av kondenser forårsaket foreningen (og) av de fleste av dem og dannelsen av kompakte kropper - floatesimals. Denne prosessen, med kosmogoni. synspunkt, var også ganske rask (år).
Den neste fasen - akkumulering av planeter fra en sverm av planetesimaler og deres rusk - tok mye lengre tid (år). Numeriske metoder gjør det mulig å bestemme massene og hastighetene til preplanetære legemer samtidig. Først beveget kroppene seg i sirkulære baner i planet til støvlaget som fødte dem. De vokste, smeltet sammen med hverandre og øser opp det omkringliggende spredte materialet (rester av "primært" støv og rusk dannet under kollisjoner av planetesimaler). Tyngdekraften kropper, som intensiverte etter hvert som de vokste, endret gradvis sine baner, noe som økte gjennomsnittsverdien. eksentrisitet og jfr. vippes mot midten diskplan. Naib. massive kropper viste seg å være embryoer av fremtidige planeter. Når mange kropper ble kombinert til planeter, ble deres individuelle bevegelseskarakteristikker beregnet i gjennomsnitt, og derfor viste banene til planetene seg å være nesten sirkulære og koplanære. Estimert analytisk og innhentet i numeriske beregninger gjelder. avstander mellom planeter, deres masse og totalt antall, egne perioder. rotasjoner, aksiale helninger, eksentrisiteter og orbitale helninger er i tilfredsstillende samsvar med observasjoner.
Prosessen med dannelsen av gigantiske planeter var mer kompleks, mange av detaljene gjenstår å bli belyst. Dannelsen deres ble komplisert av den langsiktige tilstedeværelsen av gass og eff. frigjøring av stoff til det ytre soner og til og med utenfor SS. Ifølge modeller skjedde dannelsen av Jupiter og Saturn i to stadier. På det første stadiet, som varte i titalls millioner år i Jupiter-regionen og rundt hundre millioner år i Saturn-regionen, skjedde det en opphopning av faste kropper, lik den i sonen til jordplanetene. Da de største kroppene nådde en viss sverm av kritiske. masse (5 Mz, Mz- jordens masse), begynte det andre utviklingsstadiet - gass på disse kroppene, som varte i årevis. Den forsvant fra sonen til de terrestriske planetene i løpet av årene; i sonen Jupiter og Saturn ble den værende i flere år. lengre. Dannelsen av de faste kjernene til Uranus og Neptun, som ligger på store avstander, tok hundrevis av millioner år. På dette tidspunktet var gassen fra omgivelsene allerede praktisk talt gått tapt. Temperaturer i denne eksterne deler av SS oversteg ikke 100 K; som et resultat, i tillegg til silikatkomponenten, inkluderte sammensetningen av disse planetene og deres satellitter mange kondensater av vann, metan og ammoniakk.
Små SS-kropper - asteroider og kometer- representerer restene av en sverm av mellomkropper. Den største av moderne asteroider (100 km på tvers) ble dannet tilbake i epoken av dannelsen av planetsystemet, og mellomstore og små er stort sett fragmenter av store asteroider som ble knust under kollisjoner. Takket være kollisjoner av asteroidelegemer fylles tilførselen av støvstoff i det interplanetære rommet kontinuerlig opp. Dr. en kilde til små faste partikler - og oppløsningen av kometkjerner når de flyr nær solen. Kjernene til kometer ser ut til å være rester av steinete islegemer i sonen til de gigantiske planetene. Massene til de gigantiske planetene, selv før deres vekst var fullført, ble så store at tiltrekningen deres begynte å endre banene til små kropper som fløy forbi dem i stor grad. Som et resultat fikk noen av disse kroppene svært langstrakte baner, og strakte seg langt utenfor planetsystemets grenser. På kropper som beveget seg lenger enn 20-30 tusen a. e. fra solen, merkbar gravitasjon. påvirkningen ble utøvd av nærliggende stjerner. I de fleste tilfeller førte innflytelsen fra stjerner til at små kropper sluttet å komme inn i området med planetbaner. Planetsystemet viste seg å være omgitt av en sverm av steinete og isete kropper, som strekker seg til avstander på ca. e. og er kilden til de nå observerte kometene (Oort-skyen).
Opprinnelsen til et system med vanlige satellitter av planeter, som beveger seg i rotasjonsretningen til planeten i nesten sirkulære baner som ligger i ekvatorplanet, forklares vanligvis av prosesser som ligner på de som førte til dannelsen av planeter. Ifølge modeller, under dannelsen av planeten som et resultat av uelastiske kollisjoner av planetesimaler, kunne noen av dem fanges inn i en sirkumplanetær bane, og danner en sirkumplanetær pre-satellittskive. Estimater viser at de karakteristiske tidspunktene for akkumulering og ødeleggelse av små satellitter under fragmentering er mye mindre enn den karakteristiske tiden for dannelsen av selve planeten. Saken i pre-satellittskivene ble gjentatte ganger fornyet før et relativt stabilt satellittsystem kunne dannes. I følge modellberegninger er massene av pre-satellittskiver lik massen til planeten, noe som er tilstrekkelig for dannelsen av satellittsystemer av gigantiske planeter. Systemet med vanlige satellitter til Jupiter er delt inn i to grupper: silikat og vann-silikat. Forskjeller i kjemi. sammensetningen av månene viser at unge Jupiter var varm. Oppvarming kan gis ved frigjøring av tyngdekraften. energi under gassakresjon. I systemet av satellitter av Saturn, som hovedsakelig består fra is er det ingen inndeling i to grupper, noe som er assosiert med en lavere temperatur i nærheten av Saturn, hvor vann kan kondensere. Opprinnelsen til de uregelmessige satellittene til Jupiter, Saturn og Neptun, dvs. satellitter med omvendt bevegelse, så vel som små eksterne. Neptuns satellitt, som har direkte bevegelse i en langstrakt bane, forklares med fangst. De sakte roterende planetene (Merkur og Venus) har ingen satellitter. De opplevde tilsynelatende tidevannsbremsing fra planeten og falt til slutt ned på den. Effekten av tidevannsbremsing manifesterte seg også i Jorden - Månen og Pluto - Charon-systemene, hvor satellittene, som danner et dobbeltsystem med planeten, alltid er vendt mot planeten av samme halvkule.
Månens opprinnelse er oftest assosiert med dens dannelse i bane nær jorden, men usannsynlige hypoteser om jordens fangst av den ferdige månen og separasjonen av månen fra jorden fortsetter å bli diskutert. En kompromisshypotese er også under utvikling, som forbinder utseendet til en massiv nær-jorden pre-satellittskive med en gigantisk utstøting av materie forårsaket av kollisjonen av proto-jorden med en stor kropp (med dimensjoner i størrelsesorden Merkur eller til og med Mars). Ifølge beregninger kan et system med flere dannes fra en massiv satellittsverm. store satellitter, hvis baner utviklet seg med forskjellige hastigheter under påvirkning av tidevannsfriksjon, og til slutt fusjonerte satellittene til ett legeme - Månen.
Kosmokjemiske aspekter (utvikling av sammensetning). Basert på fysisk-kjemisk Studier av de tidlige stadiene av SS-evolusjonen inkluderer data om sammensetningen av interstellart og interplanetarisk støv, planeter og deres atmosfærer, asteroider og kometer. Et spesielt sted tilhører laboratoriet. studier av meteoritter - prøver av asteroidalt stoff. Stoffet som kom inn i kroppene til SS gjennomgikk gjentatte fysisk-kjemiske tester. prosessering og har stort sett mistet minnet om de tidlige stadiene av evolusjonen. Imidlertid har avd. SS-legemer inneholder et stoff som lagrer denne eller den informasjonen i form av reliktmineralfraksjoner, inneslutninger osv. Prøver av slike stoffer brukes som "kosmokronometre", "kosmotermometre", "kosmobarometre".
Chem. Sammensetningen av den primære preplanetariske skiven antas vanligvis å være nær solen («middelkosmisk»). I primærskiven utgjorde gass (hovedsakelig hydrogen og helium) 98-99 % av den totale massen. Støv (ferromagnesiske silikater og aluminosilikater i den indre delen av skiven, som ble tilsatt is i den ytre delen) spilte i utgangspunktet en sekundær rolle. Under dannelsen og utviklingen av den preplanetariske skiven skjedde det endringer i den elementære og isotopiske sammensetningen av de gassformige og kondenserte komponentene, og forskjellige utvekslinger mellom disse to grunnleggende elementene skjedde. tanker. Ifølge modeller, under dannelsen av en disk i nærheten nærmest solen interstellart støv Under akkresjon fordampet den og først etter delvis avkjøling av gassen skjedde det en rekondensering av ildfaste og moderat ildfaste forbindelser. I ext. I SS-sonen kan sammensetningen av primærlegemene inkludere en interstellar støvkomponent. Lab. analyser av prøver maks. primitive karbonholdige kondritter indikerer tilstedeværelsen i dem av et stoff som i sin elementære, isotopiske og mineralske sammensetning ligner interstellart støv. Generelt viser bestemmelser av den isotopiske sammensetningen av terrestriske og måneprøver, meteoritter og interplanetært støv relative homogenitet, og derfor god blanding av basen. masse av protoplanetarisk materie. Dette er et sterkt argument for dannelsen av den preplanetariske skiven og Solen i en enkelt prosess. Dermed kan alderen etablert for Jorden, Månen og de eldste meteorittene på 4,5-4,6 milliarder år betraktes som SS-alderen. Samtidig endret den isotopiske sammensetningen av de gassformige og kondenserte komponentene seg utvilsomt under dannelsen av skiven og deretter under dannelsen av planeter. Tolkning av variasjoner i innholdet i avd. isotoper i prøver av utenomjordisk materie er ofte tvetydige og avhenger av valget av dynamikk. modeller. Det er imidlertid viktig at funnene av datterprodukter av nedbrytning av kortlivede isotoper osv. gjør det mulig å få anslag på varigheten av individuelle tidlige stadier. De oppnådde estimatene, basert på en rekke isotopiske systemer, inkludert utdødde kortlivede systemer, motsier ikke dynamikken. estimater av varigheten av stadiene av planetdannelse (år).
Det indre av de største primærlegemene ble oppvarmet til 300-700 K, og noen ganger til 1000-1500 K, noe som er tilstrekkelig for delvis og fullstendig smelting. Dette er bevist av representanter for spesielle klasser av meteoritter, sammensetning og fysiske egenskaper. hvis egenskaper indikerer at deres overordnede kropper har gått gjennom stadiene med oppvarming og differensiering av materie. Årsakene til oppvarmingen er ikke helt klare. Kanskje var det assosiert med frigjøring av varme under forfallet av kortvarige radioakter. isotoper; skapninger oppvarming kan gis ved gjensidige kollisjoner.
Restriksjoner på naturen til prosessene i den tidlige SS ble oppnådd ved å studere prøver av utenomjordisk materie som interagerte med galaktiske stjerner. og sol kosmiske stråler. Dermed studiet av korn av meteorittmateriale bestrålt av solenergiens kosmiske partikler. stråler, tillot oss å konkludere med at ved dannelsen av protoplaneter i den terrestriske gruppesonen, var gass hovedsakelig var allerede tapt. Dette er et viktig argument til fordel for ideen om at atmosfærene til Jorden, Venus og Mars er sekundære.
Opprinnelig tilstand og utvikling av planeter. Som et resultat av kollisjoner av voksende planeter med kropper 100-1000 km store, ble protoplaneter erfart. oppvarming, avgassing og differensiering av undergrunnen. Isotopanalyse (basert på uran- og blyisotoper) indikerer tidlig dannelse av jordens kjerne. Dens viktigste massen ble sannsynligvis dannet for mer enn 4 milliarder år siden, det vil si i de første hundrevis av millioner årene av jordens eksistens. Den eldgamle naturen til overflatene til Merkur og Månen og en rekke indirekte data om strukturen til Mars og Venus motsier ikke konseptet om den tidlige dannelsen av kjernene til de terrestriske planetene. Data om den mulige sammensetningen av planetene indikerer at dannelsen av kjernene til de terrestriske planetene skjedde som et resultat av separasjonen av jernrik smelte fra silikater. Den fysiske kjemien i prosessen med å separere jernsmelten og senke den til midten av planeten er ikke studert tilstrekkelig. Oppvarmingen av planetene under deres vekst ble ledsaget av frigjøring av flyktige komponenter inneholdt i saken om de fallende planetesimalene. Når det gjelder jorden, kondenserte vanndamp inn i vannet i de opprinnelige bassengene, og gassene dannet atmosfæren. I følge isotopanalyse (basert på isotoper av jod og xenon), grunnleggende. Massen av jordens atmosfære hadde samlet seg da planetens vekst var fullført. Sammensetningen av den eldgamle atmosfæren er fortsatt dårlig kjent.
Kjemisk prosess stratifisering av jordens indre skjer i vår tid. Lys smelter i form av magma som stiger opp fra mantelen til jordskorpen. De setter seg delvis fast og fryser inne i jordskorpen, og bryter delvis gjennom skorpen og renner ut i form av lava under en vulkan. utbrudd. Storskala bevegelser av materie i undergrunnen forårsaket av termisk konveksjon og kjemi. differensiering, manifesterer seg i form av opp- og nedturer av store områder av overflaten, bevegelse av litosfæriske plater som jordskorpen er dissekert inn i, i form av prosesser med vulkanisme og fjellbygging, samt jordskjelv (se. Seismologi). Om moderne for strukturen til planetens indre, se art. Planeter og satellitter.
Litt.: Protostars and planets, v, 1-2, Tucson, 1978-85; Safronov V, S., Vityazev A. V., Origin of the Solar System, i boken: Results of Science and Technology, ser. Astronomia, t., 24, M., 1983. A. V. Vityazev.
Fysisk leksikon. I 5 bind. - M.: Sovjetisk leksikon. Ansvarlig redaktør A. M. Prokhorov. 1988 .
Plan:
Introduksjon . 3
1. Hypoteser om opprinnelsen til solsystemet .. 3
2. Moderne teori om solsystemets opprinnelse .. 5
3. Solen er den sentrale kroppen i planetsystemet vårt .. 7
4. Terrestriske planeter .. 8
5. Kjempeplaneter .. 9
Konklusjon . 11
Liste over brukt litteratur .. 12
Introduksjon
Solsystemet består av et sentralt himmellegeme - stjernen til Solen, 9 store planeter som går i bane rundt den, deres satellitter, mange små planeter - asteroider, mange kometer og det interplanetære mediet. De store planetene er ordnet i rekkefølge etter avstand fra solen som følger: Merkur, Venus, Jorden, Mars, Jupiter, Saturn, Uranus, Neptun, Pluto. De tre siste planetene kan bare observeres fra jorden gjennom teleskoper. Resten er synlige som mer eller mindre lyse sirkler og har vært kjent for folk siden antikken.
Et av de viktige spørsmålene knyttet til studiet av planetsystemet vårt er problemet med opprinnelsen. Løsningen på dette problemet har naturvitenskapelig, ideologisk og filosofisk betydning. I århundrer og til og med årtusener har forskere forsøkt å finne ut fortiden, nåtiden og fremtiden til universet, inkludert solsystemet. Imidlertid er mulighetene for planetarisk kosmologi til i dag fortsatt svært begrensede - bare meteoritter og prøver av månebergarter er for tiden tilgjengelig for laboratorieeksperimenter. Mulighetene for den komparative forskningsmetoden er også begrenset: strukturen og mønstrene til andre planetsystemer er ennå ikke tilstrekkelig studert.
1. Hypoteser om opprinnelsen til solsystemet
Foreløpig er mange hypoteser om opprinnelsen til solsystemet kjent, inkludert de som er foreslått uavhengig av den tyske filosofen I. Kant (1724-1804) og den franske matematikeren og fysikeren P. Laplace (1749-1827). Immanuel Kants synspunkt var den evolusjonære utviklingen av en kald støvtåke, hvor først et sentralt massivt legeme - Solen - oppsto, og deretter ble planetene født. P. Laplace anså den opprinnelige tåken for å være gassformig og veldig varm, i en tilstand av rask rotasjon. Krymper under makt universell gravitasjon, tåken, på grunn av loven om bevaring av vinkelmomentum, roterte raskere og raskere. Under påvirkning av store sentrifugalkrefter som oppsto under rask rotasjon i ekvatorialbeltet, ble ringer suksessivt skilt fra det, og ble til planeter som et resultat av avkjøling og kondensering. Således, ifølge teorien til P. Laplace, ble planetene dannet før solen. Til tross for denne forskjellen mellom de to hypotesene som vurderes, går de begge fra samme idé - solsystemet oppsto som et resultat av den naturlige utviklingen av tåken. Og derfor kalles denne ideen noen ganger Kant-Laplace-hypotesen. Imidlertid måtte denne ideen forlates på grunn av mange matematiske motsetninger, og den ble erstattet av flere "tidevannsteorier".
Den mest kjente teorien ble fremsatt av Sir James Jeans, en berømt popularisator av astronomi i årene mellom første og andre verdenskrig. (Han var også en ledende astrofysiker, og det var først sent i karrieren at han begynte å skrive bøker for nybegynnere.)
Ris. 1. Jeans sin tidevannsteori. En stjerne passerer nær solen,
trekke substans ut av det (fig. A og B); planeter dannes
fra dette materialet (fig. C)
I følge Jeans ble planetarisk materie "revet" ut av solen under påvirkning av en nærliggende stjerne, og brøt deretter opp i separate deler og dannet planeter. Dessuten er de største planetene (Saturn og Jupiter) plassert i sentrum av planetsystemet, der den fortykkede delen av den sigarformede tåken en gang var lokalisert.
Hvis ting virkelig var slik, ville planetsystemer vært en ekstremt sjelden forekomst, siden stjerner er adskilt fra hverandre med enorme avstander, og det er ganske mulig at planetsystemet vårt kan hevde å være det eneste i galaksen. Men matematikere angrep igjen, og til slutt ble tidevannsteorien med i gassringene til Laplace i vitenskapens søppelkasse.
2. Moderne teori om solsystemets opprinnelse
I følge moderne ideer, ble planetene i solsystemet dannet av en kald sky av gass og støv som omringet solen for milliarder av år siden. Dette synspunktet gjenspeiles mest konsekvent i hypotesen til den russiske forskeren, akademikeren O.Yu. Schmidt (1891-1956), som viste at problemene med kosmologi kan løses ved samordnet innsats fra astronomi og geovitenskap, først og fremst geografi, geologi og geokjemi. Hypotesen er basert på O.Yu. Schmidt er ideen om dannelsen av planeter ved å kombinere faste kropper og støvpartikler. Gass- og støvskyen som oppsto nær Solen bestod i utgangspunktet av 98 % hydrogen og helium. De resterende elementene kondenserte til støvpartikler. Den tilfeldige bevegelsen av gass i skyen stoppet raskt: den ble erstattet av en rolig bevegelse av skyen rundt solen.
Støvpartikler konsentrert seg i sentralplanet og danner et lag med økt tetthet. Når tettheten til laget nådde en viss kritisk verdi, begynte dets egen tyngdekraft å "konkurrere" med tyngdekraften til solen. Støvlaget viste seg å være ustabilt og brøt opp i separate støvklumper. De kolliderte med hverandre og dannet mange solide tette kropper. Den største av dem skaffet seg nesten sirkulære baner og begynte å overta andre kropper i veksten, og ble potensielle embryoer til fremtidige planeter. Etter hvert som mer massive kropper, absorberte de nye formasjonene det gjenværende stoffet fra gass- og støvskyen. Til slutt ble det dannet ni store planeter, hvis baner holdt seg stabile i milliarder av år.
Med tanke på deres fysiske egenskaper, er alle planeter delt inn i to grupper. En av dem består av relativt små jordiske planeter - Merkur, Venus, Jorden og Mars. Stoffet deres har en relativt høy tetthet: i gjennomsnitt omtrent 5,5 g/cm 3, som er 5,5 ganger vanntettheten. Den andre gruppen består av de gigantiske planetene: Jupiter, Saturn, Uranus og Neptun. Disse planetene har enorme masser. Dermed er massen til Uranus lik 15 jordmasser, og Jupiter er 318. De gigantiske planetene består hovedsakelig av hydrogen og helium, og den gjennomsnittlige tettheten til stoffet deres er nær tettheten til vann. Tilsynelatende har disse planetene ikke en solid overflate som overflaten til de terrestriske planetene. Et spesielt sted er okkupert av den niende planeten - Pluto, oppdaget i mars 1930. I størrelse er den nærmere de terrestriske planetene. Det ble nylig oppdaget at Pluto er en dobbel planet: den består av en sentral kropp og en veldig stor satellitt. Begge himmellegemene kretser rundt et felles massesenter.
Under dannelsen av planeter skyldes deres inndeling i to grupper det faktum at i deler av skyen langt fra solen var temperaturen lav og alle stoffer, bortsett fra hydrogen og helium, dannet faste partikler. Blant dem dominerte metan, ammoniakk og vann, noe som bestemte sammensetningen av Uranus og Neptun. De mest massive planetene, Jupiter og Saturn, inneholder også en betydelig mengde gasser. I området til de terrestriske planetene var temperaturen mye høyere, og alle flyktige stoffer (inkludert metan og ammoniakk) forble i gassform, og ble derfor ikke inkludert i sammensetningen av planetene. Planetene i denne gruppen ble hovedsakelig dannet av silikater og metaller.
3. Solen er den sentrale kroppen i planetsystemet vårt
Solen er den nærmeste stjernen til Jorden, som er en varm plasmakule. Dette er en gigantisk energikilde: strålingseffekten er veldig høy - omtrent 3,86 × 10 23 kW. Hvert sekund sender solen ut en slik mengde varme som ville være nok til å smelte islaget som omgir kloden, tusen kilometer tykt. Solen spiller en eksepsjonell rolle i fremveksten og utviklingen av liv på jorden. En ubetydelig del av solenergien når jorden, takket være hvilken gasstilstanden til jordens atmosfære opprettholdes, overflatene til land og vann blir konstant oppvarmet, og den vitale aktiviteten til dyr og planter er sikret. En del av solenergien er lagret i innvollene på jorden i form kull, olje, naturgass.
Det er for tiden generelt akseptert at i solens dyp, ved ekstremt høye temperaturer - rundt 15 millioner grader - og monstrøse trykk, oppstår termonukleære reaksjoner, som er ledsaget av frigjøring av enorme mengder energi. En slik reaksjon kan være fusjon av hydrogenkjerner, som produserer kjernene til et heliumatom. Det anslås at hvert sekund i solens dyp omdannes 564 millioner tonn hydrogen til 560 millioner tonn helium, og de resterende 4 millioner tonnene hydrogen omdannes til stråling. Den termonukleære reaksjonen vil fortsette til hydrogenforsyningen går tom. De utgjør for tiden omtrent 60 % av solens masse. En slik reserve bør være nok i minst flere milliarder år.
Nesten all energien til solen genereres i dens sentrale region, hvorfra den overføres av stråling, og deretter i det ytre laget overføres den ved konveksjon. Den effektive temperaturen på soloverflaten - fotosfæren - er omtrent 6000 K.
Solen vår er ikke bare en kilde til lys og varme: overflaten avgir strømmer av usynlig ultrafiolett og røntgenstråler, så vel som elementærpartikler. Selv om mengden varme og lys som sendes til jorden av solen forblir konstant over mange hundre milliarder år, varierer intensiteten av dens usynlige stråling betydelig: den avhenger av nivået av solaktivitet.
Det observeres sykluser der solaktiviteten når sin maksimale verdi. Frekvensen deres er 11 år. I løpet av årene med størst aktivitet øker antallet flekker og fakler på soloverflaten; magnetiske stormer, øker ioniseringen øvre lag atmosfære osv.
Spørsmålet om hvordan Jorden ble til har opptatt hodet til mennesker i mer enn ett årtusen. Svaret på det har alltid vært avhengig av kunnskapsnivået til folk. Opprinnelig var det naive legender om skapelsen av verden av en guddommelig kraft. Deretter fikk jorden, i arbeidet til forskere, formen av en ball, som var sentrum av universet. Så, på 1500-tallet, dukket læren om N. opp, som plasserte Jorden i en rekke planeter som kretser rundt Solen. Dette var det første trinnet i en virkelig vitenskapelig løsning på spørsmålet om jordens opprinnelse. For tiden er det flere hypoteser, som hver på sin egen måte beskriver periodene for dannelsen av universet og posisjonen til jorden i.
Kant-Laplace hypotese
Dette var det første seriøse forsøket på å lage et vitenskapelig bilde av solsystemets opprinnelse. Det er knyttet til navnene til den franske matematikeren Pierre Laplace og den tyske filosofen Immanuel Kant, som arbeidet på slutten av 1700-tallet. De trodde at solsystemets stamfader var en varm gass-støvtåke, som sakte roterte rundt en tett kjerne i sentrum. Under påvirkning av kreftene til gjensidig tiltrekning begynte tåken å flate ut og bli til en enorm skive. Dens tetthet var ikke jevn, så separasjon i separate gassringer skjedde i skiven. Deretter begynte hver ring å tykne og bli til en enkelt gassklump som roterte rundt sin akse. Deretter avkjølte klumpene og ble til planeter, og ringene rundt dem til satellitter.
Hoveddelen av tåken forble i sentrum, ble fortsatt ikke avkjølt og ble til Solen. Allerede på 1800-tallet ble utilstrekkeligheten til denne hypotesen avslørt, siden den ikke alltid kunne forklare nye data i vitenskapen, men verdien er fortsatt stor.
Den sovjetiske geofysikeren O.Yu Schmidt forestilte seg utviklingen av solsystemet noe annerledes, og virket i første halvdel av det 20. århundre. I følge hans hypotese passerte solen, som reiste gjennom galaksen, gjennom en sky av gass og støv og bar en del av den med seg. Deretter smeltet de faste partiklene i skyen sammen og ble til planeter, som opprinnelig var kalde. Oppvarmingen av disse planetene skjedde senere som et resultat av kompresjon, så vel som tilstrømningen av solenergi. Oppvarmingen av jorden ble ledsaget av massive utstrømninger av lava på overflaten som et resultat av aktivitet. Takket være denne strømningen ble de første dekkene av jorden dannet.
De skilte seg ut fra lavaene. De dannet en primær, som ennå ikke inneholdt oksygen. Mer enn halvparten av volumet av den primære atmosfæren besto av vanndamp, og temperaturen oversteg 100°C. Med ytterligere gradvis avkjøling av atmosfæren skjedde det, noe som førte til nedbør og dannelsen av primærhavet. Dette skjedde for rundt 4,5-5 milliarder år siden. Senere begynte dannelsen av land, som består av fortykkede, relativt lette deler som hever seg over havnivå.
J. Buffons hypotese
Ikke alle var enige i det evolusjonære scenariet for opprinnelsen til planetene rundt solen. Tilbake på 1700-tallet gjorde den franske naturforskeren Georges Buffon en antagelse, støttet og utviklet amerikanske fysikere Chamberlain og Multon. Essensen av disse antakelsene er dette: det var en gang en annen stjerne blinket i nærheten av Solen. Tiltrekningen forårsaket en enorm overflate på solen, som strekker seg i verdensrommet i hundrevis av millioner kilometer. Etter å ha brutt bort, begynte denne bølgen å virvle rundt solen og gå i oppløsning til klumper, som hver dannet sin egen planet.
F. Hoyles hypotese (XX århundre)
Den engelske astrofysikeren Fred Hoyle foreslo sin egen hypotese. Ifølge den hadde solen en tvillingstjerne som eksploderte. De fleste av fragmentene ble ført ut i verdensrommet, en mindre del ble værende i solens bane og dannet planeter.
Alle hypoteser tolker forskjellig opprinnelsen til solsystemet og familiebåndene mellom jorden og solen, men de er forent i det faktum at alle planetene stammer fra en enkelt materieklump, og deretter ble skjebnen til hver av dem bestemt. på sin måte. Jorden måtte reise 5 milliarder år og oppleve en rekke fantastiske transformasjoner før vi så den i sin moderne form. Imidlertid bør det bemerkes at det ennå ikke er en hypotese som ikke har alvorlige mangler og svarer på alle spørsmål om opprinnelsen til jorden og andre planeter i solsystemet. Men det kan anses som fastslått at solen og planetene ble dannet samtidig (eller nesten samtidig) fra et enkelt materiell medium, fra en enkelt gass-støvsky.
Den første geosentriske modellen av universet ble foreslått av matematikeren Alexander Ptolemaios i 150 e.Kr. Modellen hans ble akseptert av kristne teologer og i hovedsak kanonisert – hevet til rangeringen av absolutte sannheter. I følge denne modellen inntar den stasjonære jorden den sentrale posisjonen i universet, og solen, månen, planetene og stjernene kretser rundt den i forskjellige sfærer. Imidlertid ble lignende ideer fremmet mye tidligere gammel gresk filosof Aristoteles (384–322 f.Kr.). Han hevdet at jorden er sentrum av universet. Og disse ideene til Aristoteles lammet tankene til tenkerne i halvannet tusen år, noe som i stor grad ble lettet av den kristne kirke, som kanoniserte dem.
Nicolaus Copernicus var den første som var i stand til å tilbakevise Claudius Ptolemaios og vitenskapelig bevise at jorden ikke er sentrum av universet. Han plasserte solen i sentrum av universet og skapte en heliosentrisk modell av universet. I frykt for forfølgelse fra kirken publiserte Copernicus arbeidet sitt kort før sin død. Systemet hans ble publisert etter den store vitenskapsmannens død. Men kirken anathematiserte ham og boken og forbød den offisielt.
En tilhenger av læren til Kopernikus var Galileo Gallilei, som for første gang brukte et teleskop til å studere stjernehimmelen og så at universet er mye større enn tidligere antatt, og at det er satellitter rundt planetene, som i likhet med planeter rundt omkring solen, kretser rundt planetene deres. Galileo studerte bevegelseslovene eksperimentelt. Men kirken forfulgte vitenskapsmannen og stilte ham for retten av inkvisisjonen. Galileo ble skremt av torturen og skjebnen til Giordano Bruno og ga offisielt avkall på læren hans. Men da han forlot retten, mumlet han angivelig: «Og likevel snur den (jorden).
Giordano Bruno gikk lenger enn Copernicus og Galileo: han skapte læren om at stjerner er som solen, at planeter også beveger seg i baner rundt stjerner. Dessuten hevdet han at det er mange bebodde verdener i universet, at det i tillegg til mennesker er andre tenkende vesener i universet. For dette ble Giordano fordømt av den kristne kirke og brent på bålet, og læren hans ble anathematisert.
Giordano Bruno hadde et ekstraordinært minne; de sa at han var i stand til å resitere utenat 26 tusen artikler om kanon og sivil lov, 6 tusen passasjer fra Bibelen og tusen dikt av Ovid. Takket være denne gaven ble han mottatt ved domstolene til hertugene og kongene i Europa, hvor han diskuterte matematikk, astronomi og filosofi med stor glede. Bruno tok til orde for en kjærlighetsreligion for alle mennesker uten unntak. Han sjarmerte med sitt oratoriske talent og kunnskap. Bruno reiste over hele Europa. Kong Henry III gjorde ham til ekstraordinær professor ved Sorbonne.
Descartes' fysiske studier forholder seg hovedsakelig til mekanikk, optikk og universets generelle struktur. Han mente at universet er fullstendig fylt med materie i bevegelse og er selvforsynt med sine manifestasjoner. Descartes anerkjente ikke udelelige atomer og tomhet og kritiserte skarpt atomister, både gamle og samtidige. I tillegg til vanlig materie, identifiserte han en omfattende klasse av usynlige subtile saker, ved hjelp av disse forsøkte han å forklare virkningen av varme, tyngdekraft, elektrisitet og magnetisme. Descartes introduserte begrepet momentum og formulerte loven om bevaring av momentum. Han studerte lovene for lysutbredelse - refleksjon og brytning. Han kom opp med ideen om eter som en bærer av lys, en forklaring på regnbuen. Descartes utledet loven om lysbrytning ved grensen til to ulike miljøer, som gjorde det mulig å forbedre optiske instrumenter, inkludert teleskoper.
Hypoteser om opprinnelsen til solsystemet
Mange forskere har forsøkt å løse problemet med opprinnelsen til solsystemet. Først vitenskapelig hypotese dannelsen av solsystemet ble foreslått i 1644 av Rene Descartes. Ifølge den ble solsystemet dannet av en urtåke, som hadde form som en skive og besto av gass og støv. I 1745 foreslo Buffon at stoffet som planetene ble dannet av ble revet bort fra solen av en stor komet eller annen stjerne som passerte for nært. På slutten av 1800-tallet foreslo filosofen I. Kant og matematikeren P. Laplace sine hypoteser, hvor essensen er at stjerner og planeter ble dannet av kosmisk støv gjennom gradvis kompresjon av den opprinnelige gass-støvtåken.
Kants og Laplaces hypoteser var forskjellige. Kant gikk videre fra den evolusjonære utviklingen av en kald støvtåke, hvor en sentral massiv kropp først dukket opp - den fremtidige solen, og deretter planetene. I følge Laplace var den opprinnelige tåken gassformig og varm og roterte raskt. Ved å komprimere under påvirkning av universell tyngdekraft, roterte den raskere og raskere. På grunn av sentrifugalkrefter i ekvatorialbeltet ble ringene suksessivt skilt fra det. Deretter kondenserte disse ringene for å danne planeter. Ifølge Laplace ble planetene dannet tidligere enn solen. Til tross for de betydelige forskjellene mellom disse hypotesene, er de forent til én: Solsystemet oppsto som et resultat av den naturlige utviklingen av en gass-støvtåke som et resultat av kondens. Hypotesen til Kant og Laplace kunne ikke takle den uvanlige fordelingen av vinkelmomentet til solsystemet mellom sentralkroppen - Solen og planetene. Vinkelmomentet er "rotasjonsreserven" til systemet. Denne rotasjonen består av banebevegelsen til planetene og rotasjonen rundt deres akser til solen og planetene. Jeans-hypotesen (begynnelsen av det 20. århundre) forklarer dannelsen av solsystemet ved en tilfeldighet, og anser det som et sjeldent fenomen. Stoffet som planetene senere ble dannet av ble kastet ut fra den ganske "gamle" solen da en stjerne ved et uhell passerte i nærheten av den. Takket være tidevannskrefter som virket fra den innkommende stjernen, ble en strøm av gass kastet ut fra overflatelagene til solen. Denne strålen forble i tyngdekraftsfæren til solen. Deretter kondenserte jetflyet og planeter ble dannet. Hvis Jeans' hypotese var riktig, ville det vært betydelig færre planetsystemer i galaksen. Derfor bør Jeans' hypotese forkastes. I tillegg er den heller ikke i stand til å forklare fordelingen av vinkelmomentum i solsystemet. Beregninger av Lyman Spitzer viste at materialet til strålen som ble kastet ut fra stjernen burde være spredt i det omkringliggende rommet, men kondens vil ikke oppstå. Den nyeste versjonen av Jeans-hypotesen, utviklet av Wolfson, antyder at gassstrålen som planetene ble dannet av, ikke ble kastet ut fra solen, men fra en løs stjerne som flyr forbi av enorm størrelse (10 ganger radius av den nåværende jordbanens bane) ) og relativt liten masse. Beregninger viser at dersom planetsystemer ble dannet på denne måten, ville det vært svært få av dem i galaksen (ett planetsystem per 100 000 stjerner). Oppdagelsen av planeter rundt mange stjerner begravde til slutt Jeans-Wolfson-hypotesen.
Det viste seg at brorparten av vinkelmomentet til solsystemet er konsentrert i banebevegelsen til de gigantiske planetene Jupiter og Saturn. Sett fra Laplaces hypotese er dette helt uforståelig. Når en ring skilte seg fra en raskt roterende tåke, hadde lagene i tåken som solen deretter kondenserte fra omtrent samme vinkelmoment per masseenhet som substansen i den separerte ringen. Dermed bør det totale vinkelmomentet til planetene være mye mindre enn "proto-solen". Derfor motsier hovedkonklusjonen fra hypotesen til Kant og Laplace den faktiske fordelingen av vinkelmomentum mellom solen og planetene.
H. Alven, reddet hypotesen til Kant og Laplace, antydet at solen en gang hadde en veldig sterk elektromagnetisk felt. Tåken rundt stjernen besto av nøytrale atomer. Under påvirkning av stråling og kollisjoner ble atomene ionisert. Ionene falt i feller fra magnetiske kraftlinjer og ble ført bort etter den roterende stjernen. Gradvis mistet solen sin rotasjonsmomentum og overførte den til gasskyen. Svakheten ved den foreslåtte hypotesen var at atomene til de letteste grunnstoffene skulle ha blitt ionisert nærmere Solen, atomene til de tunge grunnstoffene videre. Dette betyr at planetene nærmest Solen skal bestå av hydrogen og helium, og de som er fjernere - av jern og nikkel. Fakta tyder på det motsatte. For å overvinne denne vanskeligheten foreslo astronom F. Hoyle at solen ble født i dypet av tåken. Den roterte raskt, og tåken ble mer og mer flat og ble til en skive. Etterhvert begynte også skiven å akselerere, og solen sakket ned. Vinkelmomentet ble deretter overført til disken. Så dannet det seg planeter i skiven. Men det er umulig å forestille seg bremsingen av solen uten innblanding fra en tredje kraft. Vanskeligheten og selvmotsigelsen i Hoyles hypotese er at det ikke er lett å forestille seg hvordan overskudd av hydrogen og helium kunne ha blitt "sortert" i den originale gassskiven som planetene dannet seg fra, siden den kjemiske sammensetningen av planetene er klart forskjellig fra kjemisk oppbygning Sol; for det andre er det ikke helt klart hvordan de lette gassene forlot solsystemet (fordampningsprosessen foreslått av Hoyle står overfor betydelige vanskeligheter). Hovedvanskeligheten i Hoyles hypotese er kravet om et for sterkt magnetfelt i "protosunen", som er i skarp motsetning til moderne astrofysiske konsepter.
Otto Yulievich Schmidt (1891–1956) i 1937 Portrett av Nesterov. Bilde fra nettstedet: http://territa.ru/ |
I 1944 foreslo O. Yu. Schmidt en hypotese om at planetsystemet ble dannet av materie fanget opp fra en gasstøvtåke som solen en gang passerte gjennom, som selv da hadde et nesten "moderne" utseende. Det er ingen dreiemomentvansker i denne hypotesen. Siden 1961 har denne hypotesen blitt utviklet av den engelske kosmogonisten Littleton. Det bør bemerkes: for at solen skal fange en tilstrekkelig stor mengde materie, må hastigheten i forhold til tåken være veldig liten, i størrelsesorden hundre meter per sekund. Ganske enkelt, solen skal sitte fast i denne skyen og bevege seg med den. I denne hypotesen er ikke dannelsen av planeter forbundet med prosessen med stjernedannelse. Men denne hypotesen svarer ikke på spørsmålet: hvor, når og hvordan ble solen dannet? Moderne kosmofysikk antar (selv om det ikke er klart hvorfor?) at gass, når dens masse og tetthet når en viss verdi, under påvirkning av sin egen tiltrekning, komprimeres og kondenseres, og danner en kald gasskule. Antakelsen om spontan komprimering av en gassky er veldig useriøs. Slik kompresjon har ikke blitt observert noe sted i naturen, og kan ikke eksistere. Men denne hypotesen sier at som et resultat av pågående kompresjon, bør temperaturen på gasskulen stige, siden den potensielle energien til partikler i tiltrekningsfeltet til gasskulen visstnok avtar når de nærmer seg sentrum. |
Temperaturen på skyen på den tiden var –220°C. Først var skyen homogen, og så begynte det å komme kondensasjoner i den ( men hvorfor, forklarer ikke hypotesen; A.G.), hovedsakelig på grunn av gravitasjonskompresjon ( men hva komprimerte gassen og støvet? A.G.). Som et resultat begynte saken i skyen å varmes opp og differensiere seg gjennom separasjon kjemiske elementer og deres forbindelser i gravitasjonsfeltet ( men hva skapte dette gravitasjonsfeltet? A.G.). Således viste astrofysiker L. Spitzer at hvis massen til en sky er 10–20 tusen ganger større enn massen til solen, og tettheten av materie i den er over 20 atomer per kubikk cm, så begynner en slik sky å komprimeres under påvirkning av sin egen masse. ( Men slike tette skyer har ikke blitt oppdaget i galaksen).
Men hvordan dannes en slik sky av seg selv? Hvordan vil den komprimeres til et slikt trykk? Gass kan bare komprimeres når den er avkjølt. I dette tilfellet blir det først til en væske og går deretter over i den faste fasen. Når en slik fast kropp varmes opp, fordamper den og blir tilbake til en sky. Dette er for eksempel hvordan kometer oppfører seg når de nærmer seg solen. De fordamper og mister masse. Astrofysikere antyder at Proto-solen med en protoplanetær sky ble dannet for rundt 6 milliarder år siden. Stoffet i den protoplanetariske skyen ble først jevnt fordelt, og begynte deretter å samle seg i separate områder, hvorfra stjerner senere ble dannet. Men denne hypotesen forklarer ikke på noen måte hvorfor kondensasjoner og klynger begynte å dannes i en homogen protoplanetarisk sky. Men hvis vi antar at, i motsetning til fysikkens lover, ble gasskyen en ball, og ballen kollapset til en stjerne, så er det umulig å forklare energikilden til denne stjernen, som lar den sende ut partikler og elektromagnetiske bølger. Tross alt, før en termonukleær reaksjon begynner, må temperaturen i dypet av skystjernen stige til minst 20 millioner grader Kelvin. Hvis en annen ikke-gravitasjonsenergikilde ikke vises, vil strålingsprosessen som et resultat av komprimeringen av stjernen ganske raskt føre til utmattelse av energi, og en slik stjerne vil fordampe og igjen bli til en løs sky, men vil ikke skinne. Imidlertid fører kompresjonsprosessen, i motsetning til alle fysikkens lover, til det faktum at de sentrale områdene av stjernen varmes opp til svært høye temperaturer, trykket i dem blir så høyt at den termonukleære reaksjonen av fusjon fra hydrogenkjerner til helium kjerner begynner. I dette tilfellet frigjøres mye energi som varmer opp gasskulen. For at termonukleær fusjon skal skje, kreves temperaturer på flere titalls millioner grader. Perioden der en stjerne, som komprimeres fra en gassky, når en tilstand når termonukleære reaksjoner begynner å fungere i dens sentrale områder, kalles kompresjonsperioden. Etter at alt hydrogenet i en stjerne blir til helium, når det det røde kjempestadiet - det utvider seg. ( Det er helt uforståelig hvorfor den, når stjernen avkjøles, plutselig utvider seg i stedet for å trekke seg sammen). Videre sier hypotesen at en stjerne bestående av helium nå vil trekke seg sammen. Denne kompresjonen vil føre til at temperaturen i midten øker til 100 millioner grader eller mer. ( En veldig useriøs antagelse!) Da vil en annen termonukleær reaksjon begynne - dannelsen av karbonkjerner fra heliumkjerner. Denne reaksjonen vil også være ledsaget av tap av masse og frigjøring av strålingsenergi. Temperaturen på stjernen vil øke igjen, noe som fører til at komprimeringen av stjernen stopper. Denne hypotesen om opprinnelsen til stjerner fra gassformig materiale møter alvorlige vanskeligheter: det er for lite hydrogen i galaksen, bare omtrent 2% av dens totale masse. Hvis stjerner virkelig ble dannet av gass, bør stjernedannelsen i galaksen raskt ta slutt. I mellomtiden, i galakser, inkludert vår, dukker det opp nye unge stjerner - blå kjemper og superkjemper.
Tåkehypotesene til Kant og Laplace har en betydelig ulempe: de forklarer ikke hvorfor solen og planetene fordelte mengden bevegelse (vinkelmomentum) så ujevnt mellom seg: Solen står for omtrent 2 % av vinkelmomentet, og planeter utgjør omtrent 98 %, selv om den samlede massen til alle planeter er 750 ganger mindre enn massen til solen.
Schmidt baserer sin hypotese på de forskjellige opprinnelsene til solen og planetene. Men hvis vi skulle være konsekvente til slutten, må vi anta at ikke bare solen og planetene oppsto hver for seg, men at alle planetene også hadde et eget opphav, siden de også har forskjellig spesifikt vinkelmoment (mengden av bevegelse per masseenhet). Hvis jordens spesifikke vinkelmomentum tas som 1, vil planetene i solsystemet ha følgende spesifikke vinkelmomentum (Levin B.S. Origin of the Earth and Planets):
De delene av den protoplanetariske gass-støvskyen, som en gang visstnok møtte solen, ble fanget av den i sin bane. Og disse delene av skyen, med mindre sistnevnte roterte (hvis skyen roterte, skulle den tilsynelatende ha forsvunnet under påvirkning av sentrifugalkraft i det interstellare rom selv før de møtte Solen), skulle ha hatt absolutt samme spesifikke vinkel momentum, siden de før fangst, beveget de seg i samme retning og hadde samme hastighet. Og planetene måtte også ha samme spesifikke vinkelmomentum hvis de hadde skjedd i henhold til Schmidts hypotese.
En tredjedel av satellittene til planetene i solsystemet har en rotasjonsretning motsatt den til solsystemet. Dette er en av de største satellittene til Neptun i solsystemet, Triton, deretter Saturns satellitt Phoebus, fire ytre små satellitter av Jupiter og fem satellitter av Uranus. Ifølge Schmidts hypotese skal alle legemer i solsystemet rotere i samme retning og i samme plan.
Halvparten av planetene i solsystemet har store helninger av ekvatorialplanet til planet for deres bane (mer enn 23° for Jorden, Mars, Saturn og Neptun, og for Uranus er helningen 98°). Hvis planetene ble dannet fra én sky, ville de ha samme helning av banene til planet til solens ekvator, og ville ikke ha en helning av planetene til ekvatorene deres til banene deres.
Hvis stjerner virkelig ble dannet av gass, kunne man i galaksen finne merkbart tettere gasskyer, som gradvis ble til stjerner. Men det er ingen slike klynger i stjerneassosiasjoner. Det er ingen overgangsstadier fra gassskyer til stjerner. Men det er områder i galaksen som "klare" stjerner blir kastet ut fra, og i Metagalaxy - til og med hele "klare" galakser.
En gass-støvsky med et betydelig rotasjonsmoment, i henhold til mekanikkens lover, kan ganske enkelt ikke eksistere og kan ikke bli til en enkelt sakte roterende stjerne som Solen. Separasjonen av en slik sky som roterer på egen hånd til ringer er også umulig. Det er ingen tilfeldighet at rotasjonen av stjerner i galaksen rundt sentrum skjer en størrelsesorden raskere enn rotasjonen til den gassformede skiven til galaksen, som for øvrig ikke består av ringer, men av armer. Dermed er de eksisterende hypotesene for dannelsen av stjerner og planeter, bortsett fra hypotesen til V. Ambartsumyan, veldig langt fra sannheten.
Victor Amazaspovich Ambartsumyan og Jan Hendrik Oort i Byurakan (Armenia) i 1966. Foto fra nettstedet: http://www.ambartsumian.ru/Til tross for at forskere bygger ganske nøyaktige modeller av sorte hull og nøytronstjerner, er det ingen teori som kan forklare opprinnelsen til solsystemet og alle dets kjente egenskaper. Teorien om solsystemets opprinnelse burde forklare alt kjente fakta og bør ikke motsi lovene for dynamikk og moderne fysikk. I tillegg må det trekkes konsekvenser fra denne teorien som ville bli bekreftet av fremtidige oppdagelser: teorien må ikke bare forklare, men også forutsi. Alle hypoteser som er fremsatt så langt har blitt tilbakevist eller forblir ubevist ved streng anvendelse av fysisk teori.
De eldste bergartene i jordskorpen størknet for 4 milliarder år siden. Det antas at selve jorden ble dannet for 4,6 milliarder år siden. Måling av tiden siden jorden ble avkjølt er basert på de små sporene av bly, helium og andre grunnstoffer som er igjen i bergarter etter at radioaktive grunnstoffer forfaller. Studie av meteoritter og prøver månejord viser at deres alder i fast tilstand ikke overstiger jordens alder. Det antas at hele solsystemet er av samme alder.
En tilfredsstillende teori om solsystemets opprinnelse må først og fremst ta hensyn til eksistensen av planeter, satellitter, asteroider og kometer. Den må forklare plasseringen av planetene, formen på banene deres, helningen til deres akser og rotasjonshastigheten og banebevegelsen, og må forklare fordelingen av vinkelmomentum mellom planetene. Så langt er det ingen slik teori, og vi kan bare snakke om å lage hypoteser.
Vi anbefaler å lese
Hvordan åpne en dør uten nøkkel - flere tilgjengelige metoder
Bruksområde for flytende glass Hvordan brukes flytende glass
Installere en lås på en innvendig dør med egne hender Installere en lås på en innvendig dør med egne hender
Hvordan installere en lås på en innvendig dør på riktig måte Hvordan installere en lås på en dør riktig
