6. Происхождение и структура Солнечной системы

Научные концепции возникновения и эволюции Солнечной системы

появились более 250 лет назад. В основном конкурировали две из них.

Первая связана с гипотезами о катастрофическом, «одномоментном» вы-

бросе вещества из Солнца с образованием планет. Это гипотезы о крити-

ческом сближении Солнца и большой кометы (Ж. Бюффон, XVIII в.) или

звезды (Д. Джинс, Г. Джеферсон, Т. Чемберлен и Ф. Мультон, XX в.), или,

будучи двойной звездой, Солнце столкнулось с массивным космическим

объектом и вторая звезда послужила материалом для образования планет

(Б. Рассел, XX в). Вторая гипотеза объединяет представления о длитель-

ном формировании Солнечной системы за счет универсального для Все-

ленной процесса «комкования» первоначально разряженной космической

среды в локальные плотные космические тела за счет гравитационных сил

(Р. Декарт, XVII в., И. Кант и П. Лаплас, XVIII в.).

Первой естественно-научной космогонической гипотезой о проис-

хождении Солнечной системы считают небулярную концепцию Кан-

та — Лапласа. Однако она не объясняла наблюдаемого распределения

момента количества движения между центральным телом — Солнцем и

8 планетами разных размеров и масс.

Российский ученый О. Ю. Шмидт в 1944 г. предложил метеоритную

гипотезу, согласно которой Солнце при обращении вокруг центра Галак-

тики захватило своим притяжением холодное облако пыли, из которого

сформировались допланетные тела — планетезимали. В гипотезе Шмидта

была снята проблема распределения количества движения в Солнечной

системе. Трудностей в объяснении вращения планет не возникало, по-

скольку первоначальный момент вращения захваченного облака мог быть

большим.

39

Академик В. Г. Фесенков считал, что образование планет связано с пе-

реходом от одного типа ядерных реакций в глубинах Солнца к другому.

Однако, какая концепция соответствует действительности решить сложно,

поскольку все выдвинутые концепции имеют недостатки и носят характер

гипотезы.

В настоящее время о Солнечной системе известно достаточно много из

астрономических наблюдений, астрофизических исследований, из факти-

ческих данных, собранных космическими аппаратами, а также получен-

ных в результате исследований космического излучения и метеоритов,

попадающих на Землю. В этой связи наиболее влиятельной является кон-

цепция шведских астрономов Х. Альвена и С. Аррениуса. Они исходят

из представления о некотором едином механизме планетообразования на

основе гравитационных, электромагнитных и магнитогидродинамических

взаимодействий, происходящих в горячей плазме. Закономерное действие

единого механизма проявляется в образовании планет, а затем их спутни-

ков. К моменту образования планет должны сложиться определенные ус-

ловия. Центральное тело — Солнце уже должно существовать и обладать

магнитным полем, превышающим некоторое критическое значение.

Звездная окрестность должна содержать разряженную плазму. Ученые

считают, что материал для планет имел внешнее происхождение. Мощное

гравитационное поле молодого Солнца притянуло поток газопылевых час-

тиц межзвездного пространства. Так возникла область вторичных тел

Солнечной системы.

Вышеназванная концепция подтверждается сравнительными исследо-

ваниями изотопного состава вещества метеоритов, Солнца и Земли: обна-

ружены совпадения изотопного состава метеоритов и Земли и отклонения

в одноименном ряду изотопов Земли и Солнца. Это говорит о том, что в

истории Солнечной системы существовали первоначальная газово-

40

пылевая туманность и некоторая часть вещества с иным изотопным соста-

вом, поступившая из другого газово-пылевого облака. Смешение двух об-

лаков, произошедшее более 4,5 млрд лет назад, положило начало образо-

ванию Солнечной системы.

Солнечная система представляет собой группу планет, их спутников,

множество астероидов и метеоритов. С учетом физических характеристик

все планеты делятся на две группы: землеподобные — Меркурий, Венера,

Земля, Марс и планеты-гиганты — Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Пла-

неты земной группы состоят из силикатов и алюмосиликатов и отличают-

ся высокой плотностью, в среднем 5,5 г/см3. Планеты-гиганты состоят из

водорода и гелия, а средняя плотность их вещества близка к плотности

воды. Самая дальняя от Солнца планета — Плутон, открытая в марте

1930 г., по своим размерам близка к астероидам. Она состоит из централь-

ного тела и спутника. Плутон — малоизученная планета, поэтому ученые

расходятся во мнении, к какой группе ее отнести.

Все планеты вращаются вокруг Солнца в одном направлении и почти в

одной плоскости, называемой эклиптикой. Они светят отраженным све-

том и по своему размеру и массе значительно меньше Солнца. Планеты

имеют спутники: у Земли и Плутона — по одному спутнику, у Марса и

Нептуна — по два, Уран имеет 5 спутников, Сатурн — 32, Юпитер — 39.

Характерные параметры планет земной группы (в долях от соответст-

вующих характеристик Земли) представлены в табл. 1. Самая массивная

из планет земной группы — Земля, её масса 5,89 × 1024 кг, средняя плот-

ность Земли 5,52 г/см3.

Малые планеты — астероиды. Между орбитами Марса и Юпитера

обращается вокруг Солнца множество космических тел — это астерои-

ды5р. Большинство астероидов — карлики. Самый крупный астероид был

открыт в 1801 г. итальянским астрономом Лд. Пиацци и назван Цере-

41

рой, его диаметр 770 км. Происхождение астероидов пока не известно.

Согласно одной гипотезе, они представляют собой осколки бывшей

планеты, но более вероятно то, что астероиды никогда не были частями

одного тела, а образовались в процессе сгущения пылевой среды в ре-

зультате взаимного притяжения составляющих их частиц. Сейчас из-

вестно более 3000 малых планет, вращающихся вокруг Солнца в сред-

нем на расстоянии 2,75 а. е. Структуру пояса астероидов определяет

возмущающее влияние соседних планет, в основном Юпитера и Марса.

Общая масса малых планет составляет 0,001 % массы Земли, они не

имеют правильных форм, о химическом составе можно судить по выпа-

дению метеоритов из этого пояса. Астероиды диаметром более 1 км и с

орбитами, пересекающими орбиту Земли, составляют 43 % и могут

столкнуться с ней. Над проблемой защиты от астероидной опасности

работают ученые Европы, России, США. Так, 7 января 2002 г. астероид

VB5 пролетел на расстоянии от Земли всего 823 тыс. км.

Кометы — это глыбы твердого вещества, состоящие из различных ви-

дов льда — замерзших воды, метана, аммиака и углекислого газа. В эту

ледяную смесь заключены песчаная пыль, крупные камни и куски метал-

ла. Кометы движутся вокруг Солнца по орбите, имеющей форму вытяну-

того эллипсоида и даже парабол. При приближении к Солнцу лед начина-

ет испаряться и вокруг ядра кометы образуется оболочка, которая под

действием светового давления и солнечного ветра отталкивается в сторо-

ну от Солнца, образуя хвост кометы.

Этот хвост может тянуться на сотни миллионов километров. Сейчас

известно почти 1000 комет, некоторые из них возвращаются к Солнцу, а

другие, появившись раз, уходят в межзвездное пространство. Так, коме-

та Галлея, открытая в 1786 г., возвращается каждые 76,03 года. Самое

последнее ее появление происходило в 1985—1986 гг. Комета Шумей-

42

кер-Леви, открытая в 1993 г., в июле 1994 г. столкнулась с Юпитером

(выделив энергию в тротиловом эквиваленте 1 Мт) и закончила свое

существование.

Планеты Солнечной системы

Планета	Среднее расстояние от Солнца, а.е.	Радиус, км	Период обращения вокруг Солнца, годы	Масса	Плотность
Меркурий	0,4	2439	0,24	0,06	0,72
Венера	0,72	6052	0,62	0,82	0,94
Земля	1	6371	1	1	1
Марс	1,52	3378	1,88	0,11	0,74
Юпитер	5,2	-	11,86	318	0,24
Сатурн	9,54	-	29,46	95,1	0,12
Уран	19,18	-	84,01	14,6	0,24
Нептун	30,07	-	164,8	17,2	0,23

Подобное, но меньших масштабов произошло на Земле 30 июня 1908 г. В

районе Подкаменной Тунгуски снежный шар диаметром 120 м (вторичный

фрагмент ледяного ядра кометы Энке) столкнулся с атмосферой Земли и на

высоте 8—9 км взорвался (выделив энергию равную 450 Хиросимам), полу-

чив название Тунгусского метеорита. Считают, что 65 млн лет назад с Зем-

лей столкнулось ледяное ядро диаметром 10 км, в результате на полуострове

Юкатан образовался ударно-взрывной кратер. Поскольку кометы несут до

30 % пыли, которая при взрыве поднимается вверх и закрывает Солнце, то

примерно через 4 месяца температура на Земле снизилась до –50 оС. Амери-

канские ученые полагают, что именно с этой катастрофой связана гибель

динозавров. Открытие все новых комет продолжается.

Метеоры и метеориты. Видимый след в небе, оставляемый вспыхнув-

шим объектом при его вхождении в атмосферу, называется метеором. Это

43

световое явление еще называют «падающими звездами». Иногда метеорное

тело при движении в атмосфере не успевает испариться и достигает поверх-

ности Земли. Этот остаток называют метеоритом. За год на Землю попадает

около 2000 метеоритов. Они бывают каменные, железные и железокамен-

ные. Поверхность Земли покрыта метеоритными кратерами, заметны более

130 кратеров ударно-взрывного происхождения диаметрами до 400 км.

Крупнейший метеорит находится в Западной Африке, его масса оценивается

в 100 000 т; Сихотэ-Алиньского метеорита, упавшего в дальневосточной

тайге, — 23 т. Полагают, что метеориты части астероидов. Изотопный метод

показал, что возраст метеоритов достигает 4,5 млрд лет, что согласуется с

данными о возрасте Земли и Солнечной системы в целом.