Солнечная система и ее происхождение

    Гипотеза  Джинса в модификации Вулфсона заслуживает внимания. Она, по существу, связывает образование планет с образованием звезд. Последние образуются из межзвездной газопылевой среды группами в так называемых звездных ассоциациях. В таких группах, как показывают наблюдения, сперва образуются сравнительно массивные звезды, а потом всякая «звездная мелочь», которая эволюционирует в карлики. Это хорошо согласуется с гипотезой Джинса – Вулфсона. Расчеты показывают, однако, что если этот механизм был бы единственной причиной образования звездных систем, то их количество в Галактике было бы весьма мало (одна планетная система, примерно, на 100 тыс. звезд), хотя и не так катастрофически мало, как в первоначальной гипотезе Джинса. По существу, это является единственным уязвимым пунктом современной модификации гипотезы Джинса. Если с достоверностью будет доказано, что около хотя бы некоторых ближайших к нам звезд имеются планетные системы, эта гипотеза будет окончательно похоронена.

    Выдающийся  советский ученый О.Ю. Шмидт в 1944 г. предложил свою теорию происхождения  Солнечной системы. Согласно О.Ю. Шмидту наша планетная система образовалась из вещества, захваченного из газопылевой  туманности, через которую некогда  проходило Солнце, уже тогда имевшее  почти современный вид. При этом никаких трудностей с вращательным моментом планет не возникает, т.к. первоначальный момент вещества облака может быть сколь угодно большим. Начиная с 1961 г. эту гипотезу развивал английский космогонист Литтлтон, который внес в нее существенные улучшения. Нетрудно видеть, что блок-схема «аккреционной» гипотезы Шмидта – Литтлтона совпадает с блок-схемой «гипотезы захвата» Джинса – Вулфсона. В обоих случаях почти современное Солнце сталкивается с более или менее рыхлым космическим объектом, захватывая части его вещества. Следует, впрочем, заметить, что для того, чтобы Солнце захватило достаточно много вещества, его скорость по отношению к туманности должна быть очень маленькой, порядка ста метров в секунду. Если учесть, что скорость внутренних движений элементов облака должна быть не меньше, то, по существу, речь идет о «застрявшем» в облаке Солнце, которое, скорее всего, должно иметь общее с облаком происхождение. Тем самым образование планет связывается с процессом звездообразования. Имеются гипотезы, в которых планеты и Солнце образовались из единой «солнечной» туманности. По существу, речь идет о дальнейшем развитии гипотезы Канта – Лапласа. 
 

2.2 Гипотезы захвата

    Очевидно, что небулярная гипотеза Шмидта, а  равным образом и все небулярные гипотезы, имеют целый ряд неразрешимых противоречий. Желая избежать их, многие исследователи выдвигают идею индивидуального  происхождения, как Солнца, так и  всех тел Солнечной системы. Это  так называемые гипотезы захвата.

    Согласно  этим гипотезам, время от времени  в пределы Солнечной системы  входят небесные тела извне, т. е. из других частей Галактики, из других галактик и из межгалактического пространства. Под влиянием различных факторов: притяжения Солнцем и планетами, столкновения с другими блуждающими небесными телами или астероидами и кометами Солнечной системы, либо при прохождении через газово-пылевое облако, в котором как раз находится Солнечная система при своем обращении вокруг центра Галактики - под влиянием этих факторов инородные тела тормозятся и, погасив скорость своего движения, становятся пленниками Солнца или одной из планет Солнечной системы, перейдя с гиперболической орбиты на эллиптическую.

    Однако, избежав целого ряда противоречий, свойственных небулярным гипотезам, гипотезы захвата имеют другие, специфические  противоречия, не свойственные небулярным гипотезам. Прежде всего, возникает  серьезное сомнение, может ли крупное  небесное тело, такое, как планета, особенно планета-гигант, так сильно затормозиться, чтобы перейти с гиперболической  орбиты на эллиптическую. Очевидно, ни пылевая туманность, ни притяжение Солнца или планеты не могут создать такой силы тормозящий эффект.

    Возникает вопрос: не разлетятся ли вдребезги на мелкие куски две планетозимали при своем столкновении? Ведь под влиянием притяжения Солнца, вблизи которого должно произойти столкновение, они разовьют большие скорости, в десятки км. в секунду. Можно предположить, что обе планетозимали рассыплются на осколки и частично упадут на поверхность Солнца, а частично умчатся в космическое пространство в виде большого роя метеоритов. И только, быть может, несколько осколков будут захвачены Солнцем или одной из его планет и превратятся в их спутники - астероиды.

    Второе  возражение, которое выдвигают оппоненты  авторам гипотез захвата, относится  к вероятности такого столкновения. По расчетам, выполненным многими  небесными механиками, вероятность  столкновения двух крупных небесных тел вблизи третьего, еще более  крупного небесного тела, очень мала, так что одно столкновение может  произойти за сотни миллионов  лет. А ведь это столкновение должно произойти очень «удачно», т. е. столкнувшиеся  небесные тела должны иметь определенные массы, направления и скорости движения и столкнуться они должны в определенном месте Солнечной системы. И при этом они должны не только перейти на почти круговую орбиту, но и остаться целыми и невредимыми. А это нелегкая задача для природы.

    Кроме того, можно поставить и такой  вопрос авторам гипотез захвата: а имеются ли в космическом  пространстве блуждающие, «бездомные»  небесные тела, да еще такие крупные, как планеты-гиганты? Если имеются, то почему они до сих нор не столкнулись  с одной из многочисленных в Галактике  звезд, мимо которых они двигались  в течение миллиардов лет? И как  возникли блуждающие планеты-гиганты  в космическом пространстве? Можно  предположить, что скорее всего все  небесные тела мирового пространства движутся по эллиптическим орбитам  вокруг того иди иного центрального тела: планеты, звезды, центра галактики  и т. д. А это в огромной степени  уменьшает вероятность столкновения двух крупных небесных тел вблизи третьего, еще более крупного тела.

    Но  допустим все же, что захват произошел. Тогда возникает ряд вопросов. Почему все захваченные планеты  и большинство других небесных тел  Солнечной системы обращаются вокруг Солнца в одном направлении и  почти в одной плоскости? Почему они имеют почти круговые орбиты? Почему вблизи Солнца располагаются  небольшие планеты земной группы, а вдали - планеты-гиганты? Почему в  межпланетных расстояниях имеется  определенная закономерность? Почему одни планеты вращаются вокруг своей  оси в прямом направлении, а другие (Венера, Уран) - в обратном? Гипотезы захвата не дают ответа на эти вопросы, по крайней мере, на все.

    Что же касается захвата блуждающих планетозималей без столкновения, за счет одной лишь силы гравитационного притяжения (при помощи третьего тела), то такой захват либо невозможен, либо его вероятность ничтожна мала, настолько мала, что такой захват можно считать не закономерностью, а редчайшей случайностью. А между тем в Солнечной системе имеется большое количество крупных тел: планет, их спутников, астероидов и больших комет, что опровергает гипотезы захвата. 

2.3. Другие гипотезы

Помимо  гипотез захвата и небулярных гипотез существуют гипотезы, согласно которым планеты и другие небесные тела Солнечной системы образовались в результате выбросов или отрыва от Солнца части его вещества, то ли при вспышке (новой, сверхновой), то ли в результате быстрого вращения в прошлом Солнца вокруг своей  оси.

Но небесные механики доказали, что если в каком-то месте с поверхности Солнца произойдет выброс, то выброшенное вещество либо уйдет от Солнца в межзвездное  пространство по гиперболической орбите и рассеется, либо, если оно будет  двигаться по эллипсу, облетит вокруг Солнца и упадет на него в том  же самом месте. Образоваться же из этого сгустка газа планеты не могут. А если бы планета, хотя бы одна, вопреки расчетам небесных механиков, все же образовалась, то она, надо полагать, состояла бы из газов (водорода и гелия) которые образуют внешнюю оболочку Солнца и других звезд. А откуда же в планетах силикатная компонента - горные породы и металлы?

Кроме того, гипотезы образования планет из солнечного вещества не в состоянии  объяснить, почему третья часть спутников  планет Солнечной системы обращается по своим орбитам в обратном, по отношению к Солнечной системе, направлении; почему половина планет Солнечной  системы имеет большие наклонения плоскостей экваторов к плоскостям своих орбит; почему орбиты планет являются почти круговыми; почему одни планеты  вращаются вокруг своей оси в  прямом направлении, а другие в обратном т. д.

    Из  гипотез происхождения Солнечной  системы наиболее известна электромагнитная гипотеза шведского астрофизика X. Альвена, усовершенствованная Ф. Хойлом.. Альвен исходил из предположения, что некогда Солнце обладало очень сильным электромагнитным полем. Туманность, окружавшая светило, состояла из нейтральных атомов. Под действием излучений и столкновений атомы ионизировались. Ионы попадали в ловушки из магнитных силовых линий и увлекались вслед за вращающимся светилом. Постепенно Солнце теряло свой вращательный момент, передавая его газовому облаку.

    Слабость  предложенной гипотезы заключалась  в том, что атомы наиболее легких элементов должны были ионизироваться ближе к Солнцу, атомы тяжелых  элементов - дальше. Значит, ближайшие  к Солнцу планеты должны были бы состоять из наилегчайших элементов - водорода и гелия, а более отдаленные - из железа и никеля. Наблюдения говорят  об обратном. Чтобы преодолеть эту трудность, английский астроном Ф. Хойл предложил новый вариант гипотезы. Солнце зародилось в недрах туманности. Оно вращалось, и туманность становилась все более плоской, превращаясь в диск. Постепенно диск начинал тоже разгоняться, а Солнце тормозилось. Момент количества Движения переходил к диску. Затем в нем образовались планеты. Если предположить, что первоначальная туманность уже обладала магнитным полем, то вполне могло произойти перераспределение углового момента.

    Трудностями и противоречиями гипотезы Хойла являются следующие: во-первых, нелегко представить, как могли "отсортироваться" избыточный водород и гелий в первоначальном газовом диске, из которого образовались планеты, поскольку химический состав планет явно отличен от химического состава Солнца; во-вторых, не совсем ясно, каким образом легкие газы покинули Солнечную систему (процесс испарения, предлагаемый Хойлом, сталкивается со значительными трудностями); в-третьих, главной трудностью гипотезы Хойла является требование слишком сильного магнитного поля у "протосолнца", резко противоречащее современным астрофизическим представлениям.

     Исследования  послевоенных лет привели к некоторому прояснению нашего происхождения. Как  уже считается доказанным, Вселенная  родилась примерно 15-20 млрд. лет назад  в результате "большого взрыва". Спустя миллиард лет из смеси водорода и гелия, заполнявших все пространство, началось образование галактик. Первые звезды, образовавшиеся в те времена, все еще видны в шаровых  скоплениях и в центрах галактик. Вслед за ними образовались спиральные рукава.

     Наиболее  массивные звезды, сформировавшиеся в самом начале, прошли очень быструю  эволюцию, при которой водород  превращался в более тяжелые  элементы (в том числе углерод  и кислород), а вновь образованное вещество выбрасывалось в окружающее пространство. Это и сейчас происходят в термоядерных реакциях, поставляющих всю энергию, излучаемую звездами. Этот "пепел" подвергался локальному сжатию, приводящему к рождению новых звезд, и цикл повторялся.

     Существуют  две принципиальные точки зрения на происхождения звезд и, в частности, Солнца. Первая гипотеза основывается на предположении, что звезды формируются из газовой материи - той самой, которая и в настоящее время наблюдается в Галактике. Предполагается, что газовая материя в тех местах, где ее масса и плотность достигают некоторой величины, начинает под действием своего собственного притяжения сжиматься и уплотняться, образуя сначала холодный газовый шар. В результате продолжающегося сжатия температура газового шара начнет подниматься. Потенциальная энергия частиц в поле притяжения газового шара при приближении к центру становится меньше, а это означает, что часть потенциальной энергии переходит в тепловую энергию. Совершенно тот же переход энергии происходит, когда лежавший на краю пропасти камень, упав на ее дно, теряет часть потенциальной энергии в силовом поле земного притяжения, и приобретает тепловую энергию, разогревшись от удара о дно пропасти. 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

     Таинство  рождения Земли и других планет Солнечной  системы волнует человеческий ум не одно тысячелетие. За это время  люди совершили большой и трудный  переход от наивных мифологических воззрений древних шумеров, ассирийцев, индусов до первых попыток научной постановки вопроса о происхождении Солнечной системы.

     Но  даже сегодня, когда 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. Это связано  с тем, что других подобных систем мы не наблюдаем. Нашу Солнечную систему  не с чем пока сравнивать, хотя системы  подобные ей, должны быть достаточно распространены и их возникновение должно быть не случайным, а закономерным явлениям.