Происхождение планет. Старт в науке

Возьми фломастер и нарисуй на надувном шарике несколько «галактик» разной формы. Когда шарик высохнет, начни его надувать — и ты увидишь, как «галактики» разбегаются. Чем больше шарик раздувается, тем дальше убегают они друг от друга. То же самое происходит и во Вселенной. Это одна из моделей, предложенных учеными для иллюстрации расширения Вселенной.

Миллиарды лет назад солнечная система начала своё формирование с образования газопылевого облака. Центром системы является Солнце, вокруг которого под силой тяготения движется огромное число других объектов - планет, астероидов, комет, метеоритов и крайне много космической пыли. Солнце настолько массивно, что по сути составляет большую часть массы всей системы.

Строение Солнечной системы

Всего в солнечной системе выделяют восемь планет. Так называемые планеты земной группы - Меркурий, Венера, Земля и Марс являются внутренними планетами, в отличии от четырех планет гигантов, которые отделены поясом астероидов - Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Планеты земной группы в основном состоят из твердых веществ, в то время как внешние планеты - это в основном газовые планеты. Причем последние во много раз крупнее и массивнее.

Из-за чего именно образовался огромный пояс астероидов между внутренними и внешними планетами до сих пор остается загадкой, но ученые сходятся во мнение, что если бы не гравитационные поля Юпитера - то возможно они бы объединились в планету. Но догадок на этот счет очень много, некоторые даже считают, что пояс астероидов образовался из-за столкновения планеты с каким-то другим небесным телом.

Хотя строение солнечной системы казалось бы уже было изучено, однако ученые до сих пор вносят поправки, например в 2005 году была принята поправка в определении «что такое планета» из-за которой Плутон перестал быть планетой стал называться карликовой планетой, которых у солнечной системы довольно много.

Расположение планет Солнечной системы

Планеты в Солнечной системе располагаются по такой схеме:

Солнце > Меркурий > Венера > Земля > Марс > Пояс астероидов > Юпитер > Сатурн > Уран > Нептун

Происхождение Солнечной системы

Самая популярная версия состоит в том, что как и большинство галактик, планет и звезд, наша система образовалась после Большого взрыва, произошедшего 15 миллиардов лет назад. Огромное количество материи вырвавшееся наружу постепенно охлаждалось и образовывались космические тела, включая нашу галактику. Достоверно не известно в результате каких процессов, но около 5 миллиардов лет назад сгустки материи из пыли и газа, в результате действия силы притяжения начали сжиматься и крутиться друг вокруг друга. В центре этого действа и образовалось Солнце. Но внутри этого вихря начали объединяться другие части, образовывая «уплотнения», которые в дальнейшем и стали планетами.

Но все же происхождение солнечной системы до сих пор достоверно не изучено, потому что существуют некоторые загадки и нестыковки в теориях ученых, например не совсем понятно почему Венера вращается в другую сторону, относительно других планет. На этот счет есть гипотезы о том, что она столкнулась со своим спутником и он изменил направления её движения, но убедительных доказательств этому так и нет.

Солнечная система видео презентация:

3.Основные этапы геологической истории: эволюция литосферы, атмосферы, гидросферы и живого мира.

3.1.Эволюция литосферы.
3.2.Эволюция атмосферы.
3.3.Эволюция гидросферы.

1.Строение Вселенной и Солнечной системы.

Вселенной или космосом называется весь окружающий материальный мир (греч. « космос » -мир). Вселенная бесконечна в пространстве и во времени. Материя во вселенной распределена неравномерно и представлена звездами, планетами, пылью, метеоритами, кометами, газами. Доступная для изучения часть Вселенной называется Метагалактикой, включающая свыше миллиарда звездных скоплений галактик (греч. « галактика » -молочный, млечный).

Наша Галактика носит название Млечного пути и относится к типу спиральных и включает свыше 150 млрд. звезд. Она представляет собой широкую белесую полосу звезд. Возраст Галактики ~ 12 млрд. лет.

Масса Солнца -99,87% от всей массы Галактики (Юпитер -крупнейшая планета -0,1%), поэтому оно центр притяжения всех космических тел. Физически Солнце -плазменный шар. Химический состав -70 элементов; главные: водород и гелий; средняя t ° С ~5600 ° С; возраст -6-6,5 млрд. лет. Тепловая энергия Солнца обусловлена термоядерными процессами превращения водорода в гелий.

Тепло и свет излучаемые Солнцем оказывают большое влияние на геологические процессы. Непрерывная взрывная деятельность на Солнце вызывает образование так называемого солнечного ветра (движение в пространстве заряженных частиц), с которым связаны полярное сияние и магнитные явления в атмосфере Земли.

В состав Солнечной системы входят 9 планет, 42 спутника, около 50 тысяч астероидов, множество метеоров и комет.

Орбиты планет располагаются в одной плоскости, совпадающей с экваториальной плоскостью Солнца и направлением обращения вокруг Солнца, кроме Венеры и Урана, оно обратное и совпадает с направлением вращения Солнца вокруг своей оси.

2.Гипотезы происхождения Солнечной системы и Земли.

Немецкий философ Эммануил Кассет в 1755 г. высказал идею происхождения Вселенной из первичной материи, состоящей из мельчайших частиц. Образование звезд, Солнца и других космический тел, по его мнению, произошло под воздействием сил притяжения и отталкивания в условиях хаотического движения частиц. Французский математик П. Лаплас (1796 г.) связывал образование солнечной системы с вращательным движением разряженной и раскаленной газообразной туманности, приведшим к возникновению сгустков материи -зародышей планет. По гипотезе Канта-Лапласа, первоначально раскаленная Земля охлаждалась, сжималась, что привело к деформации земной коры.

По гипотезе О. Ю. Шмидта (1943 г.) планетная система образовалась из пылевой и метеорной материи при попадании ее в сферу Солнца. Первоначально холодные Земля и другие планеты постепенно разогревались под воздействием энергии радиоактивного распада гравитационных и других процессов, а затем остывали.

Советский астроном В. Г. Фесенков в 50-е годы предложил решение проблемы с точки зрения образования Солнца и планет из общей среды, возникшей в результате уплотнения газопылевой материи. При этом предполагалось, что Солнце образовалось из центральной части сгущения, а планеты -из внешней частей.

По современным представлениям, тела Солнечной системы формировались из первично холодной космической твердой и газообразной материи путем уплотнения и сгущения до образования Солнца и прото планет. Астероиды и Метеориты считаются исходным материалом планет Земной группы (Меркурий, Венера, Земля, и Марс -небольшие по размерам; высокая плотность, малая масса атмосферы, небольшая скорость вращения вокруг своей оси); а кометы и метеоры -планет-гигантов (Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон -огромные размеры, низкая плотность, плотная атмосфера с H 2 , Ge и метаном, высокая скорость вращения). Формирование современных оболочек Земли связывается с процессами гравитационной дифференциации первоначального однородного вещества.

Самая передовая гипотеза -это объяснение возникновения Вселенной теорией Большого взрыва . В соответствии с этой теорией ~ 15 млрд. лет назад наша Вселенная была сжата в комок, в миллиарды раз меньше булавочной головки. По математическим расчетам ее диаметр был равен, а плотность близка к бесконечности. Такое состояние называется сингулярным -бесконечная плотность в точечном объеме. Неустойчивое исходное состояние вещества привело к взрыву, породившему скачкообразный переход к расширяющейся Вселенной.

Самый ранний этап развития Вселенной называется инфляционным -его период до 10 -33 секунды после взрыва. В результате возникают пространство и время. Размеры Вселенной в несколько раз превышают размеры современной, вещество отсутствует.

Следующий этап — горячий . Выброс тела связан с высвободившейся энергией при Большом взрыве. Излучение нагрело Вселенную до 1027 К. Затем наступил период остывания Вселенной в течение ~500 тысяч лет. В результате возникла однородная Вселенная. Переход от однородной к структурной происходил от 1 до 3 млрд. лет.

3.Основные этапы геологической истории: эволюция литосферы,

атмосферы, гидросферы и живого мира.

Геологическое развитие Земли характеризуется направленностью и необратимостью всех геологических событий, в том числе и тектонических, которые привели к формированию современной сложной структуры литосферы. Известный российский тектонист В. Е. Хаин. Виктор Ефимович (1914 г.р.) в 1973 году выделил этапы ее развития:

I. догеологический (4,6 -4,5 млрд. лет);

II. лунный; от образования земной коры до формирования гидросферы (4,5 -4,0 млрд. лет);

III. катархейский, образуется первичная континентальная литосфера, слагающая ядра будущих материков (4,0 -3,5 млрд. лет);

IV. подзднеархейско-раннепротерозойский или раннегеосинклинальный: образование протогеосинклиналей и первых платформ (3,5 -2,0 млрд. лет);

V. среднепротерозойский -раннерифейский или раннеплатформенный, консолидация первичной континентальной коры, 2,0 -1,4 млрд. лет;

VI. позднепротерозойский -палеозойский или геосинклинально-платформенный; обособление древних платформ и их развитие (1,4 -0,2 млрд.лет);

VII. мезозойско-кайнозойский или континентально-океанический; оформление современных континентов, создание на палеозойских и раннемезозойских складчатых структур молодых платформ; образование молодых океанов (0,2 млрд. лет).

В геологическом развитии последних этапов истории Земли наблюдается определенная направленность: постоянно увеличивается объем литосферы и верхней мантии, а также размеры устойчивых плит, несмотря на прослеживание противоположного процесса -океанизация за счет обрушения и развития облаков материков.

Для направленного развития литосферы характерна цикличность процессов, которые проявляются преимущественно на различных территориях. Т. о. в истории Земли наблюдаются определенные этапы развития литосферы, на протяжении которых тектонические процессы приводят к тектонической перестройке то одних участков литосферы то других.

При этом в истории литосферы можно выделить периоды интенсивных тектонических деформаций, в ходе которых происходжит горообразование. Это явление объясняют длительной аккумуляцией напряжений в литосфере и последующей их разрядкой в виде тектонических процессов.

Этапы тектоногенеза.

Длительные периоды, по завершении которых тектонические процессы, в т.ч. и горообразование, проявляются наиболее интенсивно, называются тектоническими циклами или циклами (этапами) тектоногенеза. Они носят планетарный характер.

В истории Земли выделяют 11 основных циклов тектоногенеза: от раннеархического до альпийского (или кайнозойского) незавершенного. В долембрии они имеют продолжительность 300-600 млн. лет, в фалерозое -140-170 млн. лет, в кайнозое -80 млн. лет.

Каждый тектонический цикл состоит из двух частей: длительного эволюционного развития и кратковременных активных тектонических деформаций , которые сопровождаются региональным метаморфизмом, горообразованием.

Завершающая часть цикла называется эпохой складчатости , для которой характерно окончание развития отдельных геосинклинальных систем и их превращение в эпигеосинклинальный ороген, после чего развивается плит форма или образуются внегеосинклинальные горные сооружения.

Для эволюционных этапов характерно:

— длительное прогибание геос-их (подвижных) областей и накопление в них мощных осадочных и осадочно-вулканических толщ;

— выравнивание рельефа суши (разрушение гор, плоскостной смыв с платформенных равнин и т.д.);

— обширные опускания окраин платформ, прилегающих к геосинклинальным областям, затопление их водами эпиконтинентальных морей;

— выравнивание климатических условий, что связано с широким распространением мелких темных эпиконтинентальных морей и увлажнением климата материков; в нижних слоях атмосферы происходит аккумуляция солнечной энергии; исчезают области определения;

— возникновение благоприятных условий для жизни и широкого расселения фауны и флоры.

Эти этапы эволюционного развития Земли называют таласократическими. Для них характерно широкое развитие морских отложений, развитие растительности и соотв. Формирование угольных залежей, бурное развитие жизни в морях, формирование нефтегазоносных толщ, карб. Пород в теплых морях.

Эпохам складчатости и горообразования присущи следующие черты:

— широкое развитие горообразовательных движений в геос. областях, колебательных движений на платформах;

— проявление мощного интрузивного, а затем и эффузивного магматизма;

— поднятие окраин платформ, прилегающих к эпиогеосинклинальным областям, регрессии эпиконтинентальных морей и усложнение рельефов суши;

— континентализация климатов, успокоение климатических условий, усиление зональности, расширение пустынь и появление областей континентального оледенения (в горах и у помостов).

— ухудшение условий для развития органического мира, в результате чего происходит вымирание господствующих и высокоспециализированных форм и появление новых.

Условия этих эпох складчатости называются геократическими, т.е. этапы относительного увеличения суши.

На Земле развиты континентальные отложения с частыми красно цветными образованиями (иногда карбональными, загипсованными и засоленными), имеющими разнообразный генезис (образование в пустынях, лагунах, солоноватых или пресных озерах, дельтах рек, на равнинах и предгорьях).

3.2.Эволюция атмосферы

Атмосфера не всегда имела современный состав и строение. Первичная гелиево-водородная атмосфера была утеряна Землей при разогреве. Из образовавшего планету вещества, при ее формировании выделялись различные газы. Особенно интенсивно это происходило в процессе тектонической деятельности: при образовании трещин и разломов.

Вероятно, атмосфера и гидросфера разделись не сразу. Некоторое время Землю обволакивал мощный слой из водяного пара и газов (CO, CO 2 , HF, H 2 , S, NH 3 , CH 4); малопроницаемых для солнечных лучей. Эта оболочка имела температуру ~ +100 ° С. При понижении температуры произошло разделение этой оболочки на атмосферу и гидросферу. Свободного кислорода в этой атмосфере не было. Он должен был выделяться из земного вещестьва и образовывался за счет размножения молекул водяного пара, но расходовался на процессы окисления. Из-за отсутствия озона атмосфера не предохраняла Землю от коротковолнового излучения Солнца. Значительное количество соединений водорода на Земле -последствия его преобладания в первичной атмосфере.

Вулканические процессы обогатили атмосферу углекислым газом. Понадобилось длительное время, прежде чем в результате реакции с другими элементами и фотосинтеза произошло поглощение большого количества углерода из атмосферы. В конце PZ состав атмосферы в целом уже мало отличался от современного: она стала азотно-кислородной. Состав современной атмосферы как и в ранние геологические эпохи регулируется организмами.

Атмосфера находится в непрерывном взаимодействии с другими оболочками Земли, обмениваясь веществом и энергией, и постоянно испытывает влияние Космоса и Солнца.

3.3.Эволюция гидросферы.

Гидросфера -водная оболочка Земли, включающая химически не связанную воду независимо от ее состояния: жидкую, твердую, газообразную.

Земля -самая водная планета Солнечной системы: более 70% ее поверхности покрыто водами Мирового океана.

Вероятно, гидросфера образовалась одновременно с литосферой и атмосферой в результате остывания и дегазации вещества мантии. Химически связанная вода была уже в веществе холодного газово-пылевого протопланетного облака. Под влиянием глубинного тепла Земли она выделялась и перемещалась к поверхности Земли. Первичный океан, возможно, покрывал почти всю Землю, но не был глубоким. Океаническая вода, вероятно, была теплой, высоко минерализованной. Океан углублялся, а площадь его сокращалась. С поверхности Океана испарялась влага, выпадали обильные дожди.

Пресная вода на суше -результат прохождения океанской воды через атмосферу. Выделение воды из магмы продолжается до настоящего времени. При извержении вулканов выделяется в среднем за год 1,310 8 т воды. Термальные источники и фумаролы выносят 10 8 т.

Если допустить, что поступление воды из мантии в литосферу и на ее поверхность было равномерным и составляло в год на 1 см 2 поверхности планеты всего 0,00011г, то и этого достаточно, чтобы за время существования Земли образовалась гидросфера.

Предполагают также поступления воды из космоса в результате падения на Землю ледяных ядер комет, но ее количество в этом случае невелико.

Гидросфера также теряет воду с испарением ее в Космос, где под действием у/ф лучей H 2 O распадается на H 2 и O 2 .

3.4.Эволюция животного мира (биосферы).

Активное взаимодействие атмосферы, гидросферы и литосферы при участии солнечной энергии и внутреннего тепла Земли было важнейшей предпосылкой возникновения жизни.

Данные палеонтологических исследований позволяют предполагать, что примитивнейшие организмы сформировались из белковых структур в конце AR 1 (т.е. ~3 млрд. лет назад). Первые одноклеточные организмы, способные к фотосинтезу, возникли около 2,7 млрд. лет назад, а первые многоклеточные животные — не менее чем на 1-1,5 млрд. лет позже.

В условиях отсутствия озонового экрана местами развития жизни вероятно были прибрежные части морей и внутренние водоемы, на дно которых проникал солнечный свет, а вода не пропускала у/фиолетовую радиацию. Из соединений образовались многомолекулярные системы, взаимодействующие со средой.

В ходе эволюции они приобрели свойства живых организмов: размножение, обмен веществ, рост и т.д.

Водная среда способствовала обмену веществ, была опорой для организмов без скелета. Первые живые организмы появились в условиях теплого и влажного климата (в при экваториальной широте), поскольку колебания температуры губительны для зарождающейся жизни.

Длительное время жизнь « размещалась » в географической оболочке пятнами, « пле нка жизни » была очень прерывистой. Со временем масса живого вещества быстро увеличивалась, формы жизни становились сложнее и разнообразнее, области ее распространения расширялись, усложнялись взаимосвязи с другими компонентами географической оболочки.

Широкому и быстрому распространению жизни на Земле способствовали приспособляемость к среде и возможности размножения.

НАШЕ МЕСТО ВО ВСЕЛЕННОЙ

Это сейчас люди достаточно "легко" представляют себе свое место в безграничных просторах Космоса.
Они шли к таким представлениям многие тысячи лет - от первых вопрошающих взглядов первобытного человека на ночное небо Земли, до создания мощнейших телескопов во всех диапазонах частот ЭМ-колебаний.

Для исследования свойств космического пространства сейчас используются так же другие типы волновых процессов (гравитационные волны) и элементарные частицы (нейтринные телескопы). Используются космические разведчики - межпланетные космические аппараты, которые продолжают свою работу уже за пределами Солнечной системы и несут сведения о нашей планете тем обитателям Галактики (Вселенной), которые станут обладателями этих КА в будущем.

Изучая природу (др. греч. φύσις ), человечеству пришлось переходить от простого созерцания и мудрствования (натуральная философия) к созданию полноценной науки — физики — экспериментальной и теоретической (Г. Галилей). Физика смогла предсказывать будущее в развитии природных процессов.

Физика по своей сути является основой для всех наук, в том числе и математики, которая не может существовать отдельно от природы, поскольку черпает свои темы из природы и является инструментом для ее исследования. По мере разгадывания тайн движения планет были созданы новые разделы математики (И. Ньютон, Г. Лейбниц), которые с большим успехом используют сейчас во всех без исключения разделах деятельности людей, в том числе и в познании законов мироздания. Понимание этих законов и позволило определить наше место во Вселенной.

Процесс познания продолжается и не может остановиться, пока существует человек и его природное любопытство - он хочет знать, из чего всё сделано и как устроено (галактики, звезды, планеты, молекулы, атомы, электроны, кварки...), откуда всё берётся (физический вакуум), куда исчезает (чёрные дыры) и т.д. Для этого учёными создаются новые физико-математические теории, например, теория суперструн (М– теория)
(Э. Виттен, П. Таунсенд, Р. Пенроуз и др.), которые объясняют устройство и Макро– и Микромиров.

Итак, наша Галактика (Млечный путь) входит в так называемую местную группу галактик. Размеры галактик и расстояния между ними громадны и требуют специальных единиц измерения (см. в колонке справа).

наши соседи из местной группы галактик (увеличить картинку )

Наша Галактика — Млечный путь представляет собой гигантский диск, состоящий из звезд разного типа, звездных скоплений, межзвездного вещества, состоящего из различного типа излучений, элементарных частиц, атомов и молекул, тёмной материи, над тайной которой бьются сейчас астрофизики. В центре нашей Галактики существует чёрная дыра (по крайней мере одна) — ещё одна из астрофизических проблем современности.

На схема ниже показано устройство Галактики (рукава, ядро, гало), её размеры и место, которое занимают в ней Солнце, Земля и другие планеты — спутники Солнца.

расположение Солнечной системы в Галактике Млечный путь (схема)
увеличить картинку

схема рукавов (ветвей) Млечного пути (Солнечная система выделена)
увеличить картинку

КОСМОГОНИЯ (греч. κοσµογόνια от греч. κόσµος - порядок, мир, Вселенная и γονή - рождение - происхождение мира) - раздел астрономии, посвященный происхождению и развитию небесных тел.

ПРОИСХОЖДЕНИЕ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ

Полноценной теории образования Солнечной системы до сих пор не существует. Все гипотезы, начиная с Р. Декарта (1644), существовали определённое время, и когда они не могли объяснить некоторые явления, происходящие в Солнечной системе то, либо отвергались полностью, либо развивались и дополнялись другими учеными.

Первая серьезная космогоническая гипотеза о происхождении Солнечной системы была создана и опубликована в 1755 г. немецким философом Иммануилом Кантом (1724-1804), считавшим, что Солнце и планеты сформировались из твердых частиц огромного облака, которые сближались и слипались между собой под действием взаимного тяготения.

Вторая космогоническая гипотеза была выдвинута в 1796 г. французским физиком и астрономом Пьером Симоном Лапласом (1749-1827). Принимая кольцо Сатурна за газовое, отделившееся от планеты при ее вращении вокруг оси, Лаплас полагал, что Солнце возникло из газовой туманности, скорость вращения которой увеличивалась при ее сжатии, и из-за этого от Солнца отделялись кольца газового вещества (похожие на кольца Сатурна), породившие планеты.

Эта гипотеза просуществовала более 100 лет. Однако, подобно гипотезе Канта, она была отвергнута, так как не объясняла закономерностей Солнечной системы. А достоверная гипотеза должна объяснить следующие основные закономерности Солнечной системы:

1) планеты обращаются вокруг Солнца по почти круговым орбитам, мало наклоненным к плоскости земной орбиты, составляющей с плоскостью солнечного экватора угол в 7° (исключение - [карликовая] планета Плутон, орбита которой наклонена к плоскости земной орбиты на 17°);

2) планеты обращаются вокруг Солнца в направлении его вращения вокруг оси (с запада к востоку), и в этом же направлении вращается большинство планет (исключение - Венера, Уран и Плутон, вращающиеся с востока к западу);

3) масса Солнца составляет 99,87% массы всей Солнечной системы;

4) произведение массы каждой планеты на ее расстояние от Солнца и ее орбитальную скорость называется моментом импульса этой планеты; произведение массы Солнца на его радиус и линейную скорость вращения представляет собой момент импульса Солнца. В общей сумме эти произведения дают момент импульса Солнечной системы, из которого 98% сосредоточено в планетах, а на долю Солнца приходится лишь 2%, т.е. Солнце вращается очень медленно (линейная скорость его экватора равна 2 км/с);

5) физические свойства планет земной группы и планет-гигантов различны.

Гипотезы Канта и Лапласа не смогли объяснить всех этих закономерностей и поэтому были отвергнуты.
Так, например, Нептун удален от Солнца на среднее расстояние d = 30 а.е. и его линейная скорость по орбите v = 5,5 км/с. Следовательно, при отделении породившего его кольца Солнце должно было иметь такой же радиус и такую же линейную скорость своего экватора.
Сжимаясь далее, Солнце последовательно порождало другие планеты, и в настоящее время имеет радиус R≈0,01 а.е.
Согласно законам физики, линейная скорость солнечного экватора должна была бы быть

т.е. во много превосходить действительную скорость 2 км/с. Уже этот пример показывает несостоятельность гипотезы Лапласа.

В начале XX в. были выдвинуты и другие гипотезы, но все они оказались несостоятельными, так как не смогли объяснить всех основных закономерностей Солнечной системы.

По современным представлениям, образование Солнечной системы связано с формированием Солнца из газопылевой среды. Считается, что газопылевое облако, из которого около 5 млрд. лет назад образовалось Солнце, медленно вращалось. По мере сжатия скорость вращения облака увеличивалась, и оно приняло форму диска. Центральная часть диска дала начало Солнцу, а его внешние области - планетам. Этой схемой вполне объясняется различие в химическом составе и массах планет земной группы и планет-гигантов.

Действительно, по мере разгорания Солнца легкие химические элементы (водород, гелий) под действием давления излучения покидали центральные области облака, уходя к его периферии. Поэтому планеты земной группы сформировались из тяжелых химических элементов с малыми примесями легких и получились небольших размеров.

Из-за большой плотности газа и пыли излучение Солнца слабо проникало к периферии протопланетного облака, где царила низкая температура и пришедшие газы намерзали на твердые частицы. Поэтому далекие планеты-гиганты сформировались крупными и в основном из легких химических элементов.

Эта космогоническая гипотеза объясняет и ряд других закономерностей Солнечной системы, в частности распределение ее массы между Солнцем (99,87%) и всеми планетами (0,13%), современные расстояния планет от Солнца, их вращение и др.

Она разработана в 1944-1949 гг. советским академиком Отто Юльевичем Шмидтом (1891-1956) и впоследствии развита его сотрудниками и последователями.

Теория Канта

На протяжении многих веков вопрос о происхождении Земли оставался монопо- лией философов, так как фактический материал в этой области почти полностью отсутствовал. Первые научные гипотезы относительно происхождения Земли и солнечной системы, основанные на астрономических наблюдениях, были выдви- нуты только лишь в xviii веке. С тех пор не переставали появляться все новые и новые теории, соответственно росту наших космогонических представлений. Первой в этом ряду была знаменитая теория, сформулированная в 1755 году немецким философом Иммануилом Кантом. Кант считал, что солнечная система возникла из некой первичной материи, до того свободно рассеянной в космосе. Частицы этой материи перемещались в различных направлениях и, сталкиваясь друг с другом, теряли скорость. Наиболее тяжелые и плотные из них под дей- ствием силы притяжения соединялись друг с другом, образуя центральный сгусток - Солнце, которое, в свою очередь, притягивало более удаленные, мелкие и легкие частицы.

Таким образом возникло некоторое количество вращающихся тел, траектории которых взаимно пересекались. Часть этих тел, первоначально двигавшихся в противоположных направлениях, в конечном счете были втянуты в единый поток и образовали кольца газообразной материи, расположенные приблизитель- но в одной плоскости и вращающиеся вокруг Солнца в одном направлении, не мешая друг другу. В отдельных кольцах образовывались более плотные ядра, к которым постепенно притягивались более легкие частицы, формируя шаро- видные скопления материи; так складывались планеты, которые продолжали кружить вокруг Солнца в той же плоскости, что и первоначальные кольца газо образного вещества.

Небулярная теория Лапласа

В 1796 году французский математик и астроном Пьер-Симон Лаплас выдвинул теорию, несколько отличную от предыдущей. Лаплас полагал, что Солнце существовало первоначально в виде огромной раскаленной газообразной туманности (небулы) с незначительной плотностью, но зато колоссальных размеров. Эта туманность, согласно Лапласу, первоначально медленно вращалась в пространстве. Под влиянием сил гравитации туманность постепенно сжималась, причем скорость ее вращения увеличивалась. Возрастающая в результате центробежная сила придавала туманности уплощенную, а затем и линзовидную форму. В экваториальной плоскости туманности соотношение между притяжением и центробеж- ной силой изменялось в пользу этой последней, так что в конечном счете масса вещества, скопившегося в экваториальной зоне туманности, отделилась от остального тела и образовала кольцо. От продолжавшей вращаться туманности последовательно отделялись все новые кольца, которые, конденсируясь в определенных точках, постепенно превращались в планеты и другие тела солнечной системы. В общей сложности от первоначальной туманности отделилось десять колец, распавшихся на девять планет и пояс астероидов - мелких небесных тел. Спутники отдельных планет сложились из вещества вторичных колец, оторвавшихся от раскаленной газообразной массы планет.

Вследствие продолжавшегося уплотнения материи температура новообразованных тел была исключительно высокой. В то время и наша Земля, по П. Лапласу, представляла собой раскаленный газообразный шар, светившийся подобно звезде. Постепенно, однако, этот шар остывал, его материя переходила в жидкое состояние, а затем, по мере дальнейшего охлаждения, на его поверхности стала образовываться твердая кора. Эта кора была окутана тяжелыми атмосферными парами, из которых при остывании конденсировалась вода.

Эти две теории взаимно дополняли друг друга, поэтому в литературе они часто упоминаются под общим названием как гипотеза Канта-Лалласа. Поскольку наука не располагала в то время более приемлемыми объяснениями, у этой теории было в XIX веке множество последователей.

Теория Джинса.

Предложенная в 1916 году Джеймсом Джинсом новая теория, согласно которой вблизи Солнца прошла звезда и ее притяжение вызвало выброс солнечного вещества, из которого в последующем образовались планеты, должна была объяснить парадокс распределения момента импульса. Однако в настоящее время специалисты не поддерживают эту теорию. В 1935 году Рассел предположил, что Солнце было двойной звездой. Вторая звезда была разорвана силами гравитации при тесном сближении с другой, третьей звездой. Девятью годами позже Хойл высказал теорию, что Солнце было двойной звездой, причем вторая звезда прошла весь путь эволюции и взорвалась как сверхновая, сбросив всю оболочку. Из остатков этой оболочки и образовалась планетная система. В сороковых годах ХХ века советский астроном Отто Шмидт предположил, что Солнце захватило при обращении вокруг Галактики облако пыли. Из вещества этого огромного холодного пылевого облака сформировались холодные плотные допланетные тела - планетезимали. Элементы многих из перечисленных выше теорий использует современная космогония.

Теория Шмидта.

В 1944 г. советский ученый О. Ю. Шмидт предложил свою теорию происхождения Солнечной системы. Согласно О. Ю. Шмидту наша планетная система образовалась из вещества, захваченного из газово-пылевой туманности, через которую некогда проходило Солнце, уже тогда имевшее почти "современный" вид. При этом никаких трудностей с вращательным моментом планет не возникает, так как 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.

Теория Фесенкова.

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

На протяжении многих веков вопрос о происхождении Земли оставался монополией философов, так как фактический материал в этой области почти полностью отсутствовал. Первые научные гипотезы относительно происхождения Земли и солнечной системы, основанные на астрономических наблюдениях, были выдвинуты только лишь в 18 веке. С тех пор не переставали появляться все новые и новые теории, соответственно росту наших космогонических представлений.

Согласно современным представлениям, формирование Солнечной системы началось около 4,6млрд лет назад с гравитационного коллапса небольшой части гигантского межзвёздного молекулярного облака. Большая часть вещества оказалась в гравитационном центре коллапса с последующим образованием звезды -- Солнца. Вещество, не попавшее в центр, сформировало вращающийся вокруг него протопланетный диск, из которого в дальнейшем сформировались планеты, их спутники, астероиды и другие малые тела Солнечной системы.

Теории происхождения Солнечной системы

Небулярная гипотеза Канта-Лапласа. Согласно естественнонаучным взглядам философа И. Канта, орбитальное движение планет возникло «после нецентрального удара частиц как механизма возникновения первичной туманности» (ошибочное предположение, так как движение могло начаться только при косом ударе туманностей). Он считал причинами, противодействующими стремлению к «равновесию», химические процессы внутри Земли, которые зависят от космических сил и проявляются в виде землетрясений и вулканической деятельности (1755г.).

Приливная, или планетозимальная, гипотеза. В XXв. американские астрофизики Т. Чемберлен и Ф. Мультон рассмотрели идею встречи Солнца со звездой, вызвавшей приливной выброс солнечного вещества (1906г.), из которого и образовались планеты.

Гипотеза захвата Солнцем межзвездного газа. Ее предположил шведский астрофизик X. Альфен (1942г.). Атомы газа ионизировались при падении на Солнце и стали двигаться по орбитам в его магнитном поле, поступая в определенные участки экваториальной плоскости.

Академик-астрофизик В.Г. Фесенков (1944г.) предположил, что образование планет связано с переходом от одного типа ядерных реакций в глубинах Солнца к другому.

Астроном и математик Дж. Дарвин и математик А.М. Ляпунов (40-е г. XX в.) рассчитали независимо друг от друга фигуры равновесия вращающейся жидкой несжимаемой массы.

Согласно взглядам О. Струве - английского астрофизика (40-е гг. XX в.), быстро вращающиеся звезды могут выбрасывать вещество в плоскости своих экваторов. В результате этого образуются газовые кольца и оболочки, а звезда теряет массу и момент количества движения.

В настоящее время общепризнанной является теория формирования планетной системы в четыре этапа. Планетная система формируется из того же протозвездного пылевого вещества, что и звезда, и в те же сроки. Первоначальное сжатие протозвездного пылевого облака происходит при потере им устойчивости. Центральная часть сжимается самостоятельно и превращается в протозвезду. Другая часть облака с массой, примерно в десять раз меньше центральной части, продолжает медленно вращаться вокруг центрального утолщения, а на периферии каждый фрагмент сжимается самостоятельно. При этом стихает первоначальная турбулентность, хаотичное движение частиц. Газ конденсируется в твердое вещество, минуя жидкую фазу. Образуются более крупные твердые пылевые крупинки - частицы.

Чем крупнее образовавшиеся крупинки, тем быстрее они падают на центральную часть пылевого облака. Часть вещества, обладающая избыточным моментом вращения, образует тонкий газопылевой слой - газопылевой диск. Вокруг протозвезды формируется протопланетное облако - пылевой субдиск. Протопланетное облако становится все более плоским, сильно уплотняется. Из-за гравитационной неустойчивости в пылевом субдиске образуются отдельные мелкие холодные сгустки, которые, сталкиваясь друг с другом, образуют все более массивные тела - планетезимали. В процессе формирования планетной системы часть планетезималей разрушилась в результате столкновений, а часть объединилась. Образуется рой допланетных тел размером около 1 км, количество таких тел очень велико - миллиарды.

Затем допланетные тела объединяются в планеты. Аккумуляция планет продолжается миллионы лет, что очень незначительно по сравнению со временем жизни звезды. Протосолнце становится горячим. Его излучение нагревает внутреннюю область протопланетного облака до 400 К, образовав зону испарения. Под действием солнечного ветра и давления света легкие химические элементы (водород и гелий) оттесняются из окрестностей молодой звезды. В далекой области, на расстоянии свыше 5 а.е., образуется зона намерзания с температурой примерно 50 К. Это приводит к различиям в химическом составе будущих планет.

В центре Солнечной системы сформировались менее массивные планеты. Здесь солнечный ветер выдул мелкие частицы и газ. А вот более тяжелые частицы, наоборот, стремились к центру. Рост Земли продолжался сотни миллионов лет. Ее недра прогрелись до 1000-2000 К благодаря гравитационному сжатию и участвовавшим в аккумуляции крупным телам (до сотен километров в поперечнике). Падение таких тел сопровождалось образованием кратеров с очагами повышенной температуры под ними. Другой и основной источник тепла Земли - распад радиоактивных элементов, в основном, урана, тория и калия. В настоящее время температура в центре Земли достигает 5000 К, что гораздо выше, чем в конце аккумуляции. Солнечные приливы затормозили вращение близких к Солнцу планет - Меркурия и Венеры. С появлением радиологических методов был точно определен возраст Земли, Луны и Солнечной системы - около 4,6 млрд. лет. Солнце существует 5 миллиардов лет и еще столько же будет излучать практически неизменный поток энергии вследствие протекающих в его недрах ядерных реакций. Затем, в соответствии с законами звездной эволюции, Солнце превратится в красный гигант, и его радиус значительно увеличится, станет больше орбиты Земли.