Fishlake-scripts.ru

Образование и уроки
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Образование планет видео

Как появилась Земля? Описание, иллюстрации, видео

Так приятно осознавать, что планета Земля оказалась наиболее пригодной для различных форм жизни. Здесь идеальные температурные условия, достаточно воздуха, кислорода и безопасного света. Трудно поверить, что когда-то ничего этого не было. Или почти ничего, кроме расплавленной космической массы неопределенной формы, плавающей в условиях невесомости. Но обо всем по порядку.

Взрыв вселенского масштаба

Ранние теории происхождения Вселенной

Ученые выдвигали разные гипотезы, объясняющие рождение Земли. В 18 веке французы утверждали, что причиной оказалась космическая катастрофа в результате столкновения Солнца с кометой. Англичане уверяли, что пролетающий мимо светила астероид отсек его часть, из которой в последствии появился целый ряд небесных тел.

Немецкие умы продвинулись дальше. Прототипом образования планет Солнечной системы они считали холодное пылевое облако невероятных размеров. Позже решили, что пыль была раскаленной. Ясно одно: образование Земли неразрывно связано с формированием всех планет и звезд, входящих в состав системы Солнца.

Большой взрыв

Сегодня астрономы и физики единодушны во мнении, что Вселенная образовалась после Большого Взрыва. Миллиарды лет назад гигантский огненный шар разлетелся на куски в космическом пространстве. Это вызвало гигантский выброс материи, частички которой обладали колоссальной энергией. Именно мощность последней мешала элементам создать атомы, заставляя отталкиваться друг от друга. Этому способствовала и высокая температура (примерно в миллиард градусов). Но через миллион лет пространство остыло приблизительно до отметки 4000º. С этого момента началось притяжение и образование атомов легких газообразных веществ (водорода и гелия).

Со временем они сгруппировались в скопления, называемыми туманностями. Такими были прототипы будущих небесных тел. Постепенно частицы внутри вращались все быстрее, наращивая температуру и энергию, заставляя туманность сжиматься. Достигнув критической точки, в определенный момент запустилась термоядерная реакция, способствующая формированию ядра. Так родилось яркое Солнце.

Появление Земли – от газа к твердому телу

Молодое светило обладало мощными силами гравитации. Их влияние послужило причиной формирования на разных расстояниях других планет из скоплений космической пыли и газов, в том числе и Земли. Если сравнить состав разных небесных тел солнечной системы, станет заметно, что они не одинаковы.

Меркурий в основном состоит из металла, наиболее стойкому к воздействию солнечного свечения. Венера, Земля обладают скальной поверхностью. А Сатурн и Юпитер остаются газовыми великанами из-за наибольшей удаленности. Кстати, они защищают другие планеты от метеоритов, отталкивая их от своих орбит.

Формирование Земли

Формирование Земли началось по тому же принципу, который лежал в основе появления самого Солнца. Происходило это примерно 4,6 миллиарда лет назад. Тяжелые металлы (железо, никель) в результате гравитации и сжатия проникали в центр молодой планеты, образуя ядро. Высокая температура создавала все условия для череды ядерных реакций. Произошло разделение мантии и ядра.

Выделение тепла плавило и выбрасывало на поверхность легкий кремний. Он стал прототипом первой коры. По мере остывания планеты летучие газы прорывались наружу из недр. Это сопровождалось извержениями вулканов. Расплавленная лава формировала в последствии горные породы.

Газовые смеси удерживались на расстоянии вокруг Земли силой притяжения. Они составили атмосферу, поначалу без кислорода. Встречи с ледяными кометами, метеоритами привели к появлению океанов из конденсата паров и растопленного льда. Материки разъединялись, вновь соединялись, плавая в горячей мантии. Это повторялось многократно почти 4 миллиарда лет.

История Вселенной

Путь к жизни

Формируясь, Земля усиливала способность притягивать космические частицы (камни, астероиды, метеориты, пыль). Падая на поверхность, они проникали постепенно в недра (действовали центробежные силы), полностью отдавая собственную энергию. Планета уплотнялась. Химические реакции послужили предпосылками образования первых форм жизни – одноклеточных.

В процессе эволюции, когда начался фотосинтез, рождались новые виды – уже многоклеточные. Они смогли существовать благодаря появлению воздуха с кислородом и озонового слоя. За миллионы лет одни живые формы исчезали из-за разрушительных обледенений, потеплений, извержения вулканов. Сохранившиеся обретали новые признаки и возможность приспособиться к изменившимся условиям.

Наша планета возникла из сгустка космической пыли (туманности) под влиянием солнечной энергии, термоядерных реакций и силы притяжения. Ее формирование заняло так много лет, что по сравнению с этим человек со своей жизнедеятельностью занимает лишь миг с точки зрения Вселенной. И он обязан беречь свой дом, а не разрушать его, ведь жить ему больше негде.

Как появилась Земля – интересное видео

Если Вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Происхождение Солнечной системы

Солнечная система состоит из центрального небесного тела – звезды Солнца, 8 больших планет, обращающихся вокруг него, их спутников, множества малых планет – астероидов, многочисленных комет и межпланетной среды. Большие планеты располагаются в порядке удаления от Солнца следующим образом: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун.

Один из важных вопросов, связанных с изучением нашей планетной системы – проблема ее происхождения.

Развитие представлений о происхождении Солнечной системы

К настоящему времени известны многие гипотезы о происхождении Солнечной системы, в том числе предложенные независимо немецким философом И. Кантом и французским математиком и физиком П. Лапласом:

  1. Точка зрения И. Канта заключалась в эволюционном развитии холодной пылевой туманности, входе которого сначала возникло центральное массивное тело – Солнце, а потом родились и планеты.
  2. П. Лаплас считал первоначальную туманность газовой и очень горячей, находящейся в состоянии быстрого вращения. Сжимаясь под действием силы всемирного тяготения, туманность вследствие закона сохранения момента импульса вращалась все быстрее и быстрее. Под действием больших центробежных сил от него последовательно отделялись кольца, превращаясь в результате охлаждения и конденсации в планеты.

Несмотря на такое различие между двумя рассматриваемыми гипотезами, обе они исходят от одной идеи – Солнечная система возникла в результате закономерного развития туманности. И поэтому такую идею иногда называют гипотезой Канта–Лапласа.

Английский астроном Хойл утверждает, что Солнце в момент рождения представляло собой сгусток газопылевой туманности, в котором существовало магнитное поле. Вначале он вращался с большой скоростью, а позже из-за влияния магнитного поля его вращение начало снижаться.

Гипотеза Джинса – формирование системы произошло в результате катастрофы. Солнце столкнулось с другой звездой, в результате часть выброшенного в космическое пространство вещества конденсировалось и образовало планеты.

Согласно современным представлениям, планеты солнечной системы образовались из холодного газопылевого облака, окружавшего Солнце миллиарды лет назад. Такая точка зрения наиболее последовательно отражена в гипотезе российского ученого, академика О.Ю. Шмидта.

Стадии образования Солнечной системы

Основная теория предполагает, что на месте нынешней Солнечной системы 5 млрд. лет тому назад существовало гигантское облако из газов и пыли. Оно имело огромные размеры, и было растянуто в пространстве на 6 млрд. км.

Аналогичные пылевые облака существуют во многих уголках необъятной Вселенной. Их основная масса состоит из водорода. Это тот газ, из которого первоначально образуются звёзды. Затем, в результате термоядерной реакции, начинает выделяться инертный газ гелий. На долю остальных веществ приходится всего 2%.

Образование Солнца

В какой-то момент пылевое облако получило внешний мощный импульс, представляющий собой огромный выброс энергии. Это могла быть ударная волна, сгенерированная взрывом сверхновой звезды. А возможно, что внешнего воздействия и не было. Просто за счёт закона притяжения облако стало уменьшаться в объёме и уплотняться.

Данный процесс дал толчок гравитационному коллапсу. То есть произошло быстрое сжатие космической массы. В результате этого в центре возникло раскалённое ядро с очень высокой плотностью. Вся остальная масса рассосредоточилась по краям ядра. А так как в космосе всё вращается вокруг своей оси, то эта масса приобрела форму диска.

Ядро уменьшалось в размере, увеличивая свою температуру и плотность. В результате оно трансформировалось в протозвезду. А газовое облако вокруг ядра всё больше уплотнялось, пока в ядре температура и давление достигли критической величины. Это спровоцировало начало термоядерной реакции, и водород начал превращаться в гелий.

С момента формирования туманности до запуска в протозвезде термоядерных реакций проходит в среднем 100000 лет.

Читать еще:  Суперкалланетика с татьяной рогатиной видео смотреть

Протозвезда перестала существовать, а вместо неё возникла звезда под названием Солнце.

Новая звезда еще очень мала – она находится в стадии коричневого карлика. Она в течение нескольких сотен миллионов лет превращается в звезду солнцеподобного типа.

После того, как значительная часть массы протозвездной туманности сформировало звезду, вокруг нее образуется протопланетный диск.

Постепенно молодая звезда и окружающее ее пространство остывает, что приводит к конденсации летучих веществ. Формируются пылевые частички, начинающие слипаться между собой. Так постепенно образуются планетазимали – «кирпичики» диаметром не более 1 км, из которых строятся планеты.

Формирование планет земной группы

А вот далее пошёл другой процесс. Газопылевые облака, вращающиеся вокруг Солнца, стали стягиваться в плотные кольца.

Планеты внутренней группы сформировались в тех областях протопланетного диска, где температура слишком высока для существования частиц льда и газа в диком состоянии. Поэтому эти объекты построены преимущественно из термоустойчивых горных пород.

Планетазимали вначале быстро приращивают массу, достигая диаметра более километра. Далее крупные фрагменты притягивают к себе более мелкие, пока запас планетазималей в диске не окажется полностью исчерпан. Наступает стадия окончательного формирования Солнечной системы и приобретения ее телами определенной орбиты.

Весь процесс возникновения планеты внутренней группы занял от 10 до 100 миллионов лет.

Выражаясь совсем просто, можно сказать, что с ближайших ядер звезда «сдула» газовые оболочки. Так образовались маленькие планеты, вращающиеся рядом с Солнцем. Это Меркурий, Венера, Земля и Марс.

Возникновение газовых гигантов

Формирование газовых гигантов, к которым относятся Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун, более сложный процесс.

До момента образования крупных планетазималей их развитие подобно планетам земного типа. Но в их составе содержатся частицы льда, и они наращивают свою массу путем аккреции газа из протопланетного диска. Это возможно, т.к. во внешней области будущей звездной системы температуры относительно невысоки.

Процесс сбора газа занимает несколько миллионов лет до истощения газовых запасов диска.

Формирование газовых гигантов оказывает значительное влияние на количество твердотельных планет внутри системы. Чем раньше началось образование газовых планет, тем меньше строительного материала останется на формирование землеподобных тел.

Одной из заключительных стадий эволюции Солнечной системы стало образование главного пояса астероидов. Считается, что он образован из «строительного материала», оставшегося после формирования основных планет.

Образование спутников

В дальнейшем произошло возникновение спутников вокруг планет.

Естественные спутники образовались у большинства планет Солнечной системы, а также у многих других тел. Так возле Земли появилась Луна.

Различают три основных механизма их формирования:

  • формирование из около-планетного диска (в случае газовых гигантов);
  • формирование из осколков столкновения (в случае достаточно крупного столкновения под малым углом);
  • захват пролетающего объекта

И, в конце концов, образовалось единое космическое сообщество, которое существует по сей день.

Вот таким образом наука объясняет происхождение Солнечной системы. Кстати, данная теория присуща и другим звёздным образованиям, которых в космосе бесконечное множество.

Будущее Cолнечной системы

По последним научным данным, Солнечная система является стабильной системой. То есть больших изменений в ближайшее время не стоит ждать. Самые большие изменения будут происходить с изменением состояния Солнца.

Другими словами, не будет претерпевать экстремальных изменений до тех пор, пока Солнце не израсходует запасы водородного топлива. Этот рубеж положит начало переходу Солнца в фазу красного гиганта.

Спустя 1 миллиард лет из-за увеличения солнечного излучения околозвёздная обитаемая зона Солнечной системы будет смещена за пределы современной земной орбиты.

В настоящее время

Солнечная система и ее происхождение изучаются во многих известных институтах мира.

Проходящие ежегодно международные конгрессы включают в программу обязательное обсуждение этого вопроса, а в дискуссиях уже неоднократно принимали участие ведущие российские специалисты из Геофизического института при Академии наук. Углубленным исследованиям по теме «Солнечная система и ее происхождение» отводится важное место, а средства для их проведения выделяются из государственного бюджета.

Наступит момент, и благодаря неустанным трудам ученых завеса тайны приоткроется, чтобы население Земли смогло узнать еще больше о происхождении нашей удивительной планеты.

Видео

Эволюция Земли

Появление и развитие жизни на Земле — это уникальное явление во всей Солнечной системе. Но оно не случайно, а было подготовлено сочетанием ряда благоприятных условий. Прежде всего для зарождения жизни должен был сформироваться сложный комплекс активно взаимодействующих природных компонентов, которые в течение чрезвычайно длительного времени в относительно стабильных гидротермальных условиях испытали строго направленную эволюцию.

Эволюция Земли делится на раннюю историю и геологическую историю. Под ранней историей подразумевается катархей. Под геологической же историей понимается все остальное время, от архея до современной эпохи. Временная граница между двумя главными интервалами в истории Земли точно не установлена. Но предположительно она намечается на рубеже от 3,5 до 3,8-3,9 млрд. лет назад. Ранняя история и геологическая история — существенно различные этапы жизни нашей планеты. Если в раннюю историю Земля развивалась так же, как и остальные планеты — Луна, Меркурий, Марс и Венера, — т. е. в очень медленном темпе, то путь развития Земли в геологическое время характеризуется необыкновенно быстрой эволюцией ее внешней области и земной коры. Все же другие планеты продолжают пребывать и в настоящую эпоху как бы в догеологическом прошлом.

Земля, как и другие планеты, пережила ранние фазы эволюции — фазу аккреции («рождения») и фазу расплавления внешней сферы земного шара и фазу первичной коры («лунную фазу»).

Фаза аккреции — это образование ее из хаотического роя твердых, преимущественно каменных, некрупных тел и пылевых частиц. Ее надо представлять себе как непрерывное выпадение на растущую Земли относительно все большего количества крупных тел, укрупняющихся в своем полете при соударениях между собой, и притяжением к себе более удаленных мелких частей материи. Вместе с крупными телами на Землю падали макрообъекты — планетезимали, неудавшиеся планеты. Они имели размеры астероидов или некрупных спутников больших планет.

В фазу аккреции Земля приобрела приблизительно 95% современной массы, на что потребовалось по разным оценкам от 17 млн. лет до 400 млн. лет, в период с 4,6 по 4,2 млрд. лет назад. Во время аккреции Земля долго оставалась холодным космическим телом, и только в конце этой фазы, когда началась предельно интенсивная бомбардировка ее крупными объектами, произошло сильное разогревание, а затем полное расплавление вещества внешней зоны планеты.

Фаза расплавления внешней сферы Земли устанавливается сообразно с ранней историей других планет, в первую очередь Луны, а также Меркурия, Марса. Лунная поверхность образована магматическими породами, которые отвердели 4,0 млрд. лет назад, т.е до этого Луна была расплавленным шаром. К этому же времени относят образование у Земли ядра, мантии и коры. Образование ядра создало условия для образования у Земли диполярного магнитного поля. Установление на Земле самых древнейших палеомагнитных пород с возрастом 3,7 млрд. лет — свидетельство существования в то время ядра, и естественно, мантии

Ландшафты того далекого времени были уникальны. Вся поверхность Земли представляла собой океан раскаленного тяжелого расплава с прорывающимися из него газами. В этот своеобразный океан продолжали стремительно врываться как малые, так и крупные космические тела, удары которых о жидкую поверхность вызывали образование всплесков, фонтанов и другие формы взлета и падения тяжелой жидкости. Над раскаленным океаном простиралось сплошь укутанное густыми тучами небо, с которого на поверхность не падало ни капли воды.

«Лунная фаза». Остывание расплавленного вещества внешней сферы Земли вследствие излучения тепла в космос и ослабления метеоритной бомбардировки, не могущей компенсировать потерю тепла, привело к образованию тонкой первичной коры базальтового состава. В раннюю историю Земли происходило и формирование гранитного слоя материковой коры. Самые древние из выявленных гранитных интрузий имеют возраст не менее 3,5 млрд. лет, т. е. они, безусловно, доархейские. В течение всей фазы формирования коры, поверхность которой имела температуру выше 100° С, продолжалось выпадение преимущественно крупных тел. На всей поверхности нашей планеты создавался типичный для всех других планет земной группы рельеф ударных кратеров. Из-за широкого распространения метеоритных кратеров фаза существования ранней коры называется также «лунной фазой» назвал время первичной горячей коры, когда происходила ее бомбардировка крупными объектами, временем гигантской бомбардировки, датируя ее интервалом от 4,2 до 3,8 млрд. лет назад.

Читать еще:  Приемы боевого самбо видео

В лунную фазу существования Земля постепенно охлаждалась от температуры плавления базальтов (1000°- 800°) до 100° С. С преодолением температурного рубежа + 100° С связано все последующее преобразование природной среды и эволюция земной коры.

Геологическое время эволюции Земли это принципиально новый период развития нашей планеты в целом, особенно ее коры и природной среды.

Как только температура опустилась ниже 100° С, состояние воды, которая находилась в атмосфере в виде горячего пара, изменилось. Водяные пары атмосферы, а в них была сосредоточена практически вся гидросфера Земли, почти целиком превратились в жидкость, наиболее активное состояние воды по сравнению с ее газовой и твердой фазами. Сухая до того времени Земля стала необычайно обводненной. Сформировались поверхностный и грунтовый стоки, возникли водоемы, и, наконец, океаны. Начался круговорот воды в природе.

На заре геологической истории существовали обширные водоемы — моря и, вероятно, какие-то первоначальные океаны. В 1973 г. геологи Оксфордского университета обнаружили в юго-западной части Гренландии бурый железняк возрастом 3,76 млрд. лет (+- 70 млн. лет). Бурый железняк — осадочная порода, сформировавшаяся в водном бассейне. Еще раньше те же геологи вместе с сотрудниками Управления геологической съемки Гренландии обнаружили в 1971 г. метаморфизованные осадочные породы возрастом 3,98 млрд. лет. Факт обнаружения осадочных пород такого древнего возраста трудно переоценить. Это означает, что временной рубеж между ранней и геологической историей проходит где-то около 4 млрд. лет назад. Следовательно, на всю раннюю историю Земли остается всего 0,6 млрд. лет. Если помимо внешней сферы Земли расплавлялась и центральная область, то на планете могли образоваться океаны, близкие по объему современным. После охлаждения земной поверхности до температуры ниже 100° С на ней образовалась огромная масса жидкой воды, которая представляла собой не простое скопление неподвижных вод, а находящихся в активном глобальном круговороте. Несмотря на эволюцию этого круговорота в ходе времени, основные особенности его сохранились неизменными. В структурном отношении круговорот, как и в настоящее время, распадался на звенья: атмосферное (испарение, перенос влаги, осадки), литосферное (поверхностный и подземный стоки) и океаническое. В процессе функционирования круговорота воды в природе происходит поглощение солнечной энергии и распределение ее по земному шару. Вода благодаря своей необычайной подвижности и химической активности вступает во взаимодействие с природными компонентами, способствуя их взаимосвязям, чем и обеспечивает формирование того глобального природного комплекса, который в настоящее время называется географической оболочкой.

Аррокот помог понять, как образовались планеты

Самый далёкий объект, когда-либо посещавшийся космическим аппаратом, почти не изменился со времён рождения Солнечной системы. Новые данные о нём помогли учёным заглянуть глубоко в прошлое и разобраться в механизмах образования планет.

Достижение описано в трёх научных статьях (1, 2, 3), опубликованных в престижном журнале Science.

Зонд «Новые горизонты» (New Horizons) 1 января 2019 года пролетел в непосредственной близости от объекта Аррокот, ранее неофициально известного как Ультима Туле . Тем самым тот стал самым далёким небесным телом, когда-либо посещавшимся космическим аппаратом.

Небольшой объект на окраинах Солнечной системы — настоящий подарок для астрономов, желающих понять, как образовались планеты. Ведь он почти не изменился со времён своего рождения.

Скромная масса небесного тела означает, что гравитация не запустила в его недрах активных геологических процессов, до неузнаваемости изменивших вещество планет. К тому же снимки показывают, что на его поверхности мало метеоритных кратеров. Другими словами, мы видим Аррокот практически таким, каким он появился на свет.

Используя самые подробные сведения о форме, рельефе и химическом составе небесного тела, исследователи, по-видимому, ответили на вопрос, волнующий специалистов десятилетиями. Это вопрос о происхождении планетезималей — зародышей планет.

Одна из теорий гласит, что пылевое облако на месте будущей планетезимали плавно сжимается под действием собственной гравитации. Из этого вещества и формируется зародыш будущей планеты. При этом в облаке могут образоваться несколько крупных тел, которые плавно слипаются друг с другом.

Альтернативная модель предполагает куда более бурный процесс. Небольшие объекты формируются из пыли в разных частях Солнечной системы, а потом сталкиваются на большой скорости. В результате этих столкновений и образуется планетезималь. Таким образом, она состоит из множества фрагментов, образовавшихся далеко друг от друга (как сказано у классика, «если бы губы Никанора Ивановича да приставить к носу Ивана Кузьмича. «).

Собрав все возможные данные и воссоздав по ним историю Арракота, исследователи уверенно сделали выбор в пользу первой теории.

Как известно, это небесное тело выглядит так, как будто оно состоит из двух слипшихся между собой отдельных объектов. Именно такое событие, согласно данным новых исследований, имело место в истории небесного тела.

По расчётам учёных, две части Арракота сформировались неподалёку друг от друга и двигались друг относительно друга с небольшой скоростью. Обращаясь вокруг общего центра масс, они постепенно приближались друг к другу и в конце концов плавно «состыковались».

На этот сценарий указывает целый набор признаков. Во-первых, обе части небесного тела имеют практически одинаковый состав. А это означает, что они образовались в одном относительно небольшом пылевом облаке.

Во-вторых, экваторы и полюса обоих объектов поразительно хорошо совпали друг с другом. Это легко объяснить, если они исполняли медленный орбитальный танец, позволяя гравитации их выравнивать. Это было бы просто невероятным совпадением, если бы один из них примчался на большой скорости из далёких краёв и с налёту врезался в другой, как предполагает конкурирующая теория.

Наконец, как уже упоминалось, на поверхности Аррокота почти нет ударных кратеров. Значит, он не подвергался бомбардировке быстрыми объектами.

Планетологи предполагают, что сценарий образования этого далёкого небесного тела может быть общим не только для Солнечной системы, но и для всего космоса.

«»Новые горизонты» поразительны, поскольку они изменяют наши знания и понимание того, как планетные тела образуются в солнечных системах по всей Вселенной», — восхищается Лори Глэйз (Lori Glaze), директор Отделения наук о планетах НАСА.

Впрочем, нельзя исключать и того, что сценарии образования планет и менее крупных тел весьма разнообразны. Так ли это, покажут новые аппараты и новые будущие исследования.

Космос

До середины 90-х годов такая тема, как образование планетных систем, можно сказать, не существовала. Однако существовал другой сюжет: образование планетной системы, — поскольку в то время была известна единственная такая система во всей Вселенной — наша Солнечная система. В результате все усилия, которые и теоретиками, и наблюдателями направлялись на решение этой проблемы, были ориентированы на единственный объект во Вселенной, обитателями которого мы являемся.

Первые идеи о том, как могла сформироваться Солнечная система, были высказаны еще в XVII-XVIII веке.

Согласно идеям, высказанным Сафроновым, в газо-пылевом диске, который окружает молодую звезду, пылинки начинают постепенно слипаться между собой, превращаться во все более и более крупные тела, которые достигают сначала метровых, а потом километровых размеров. На этом этапе они приобретают специальное имя — планетезимали. Дальнейшая агломерация планетезималей приводит к тому, что в планетной системе образуются гигантские тела — планеты. При этом протосолнечная система по температурному режиму оказывается разделена на две области: ближе к звезде, там, где достаточно горячо из-за ее излучения, не могут конденсироваться льды, не могут конденсироваться в твердое вещество вода, аммиак, другие газы, поэтому там возможно образование только каменных планет. И, соответственно, эти планеты получаются менее массивными, потому что для их образования доступно меньше вещества. За снеговой линией возможна конденсация льдов, возможно образование более массивных тел, и там мы имеем массивные планеты — планеты-гиганты. Эта картина очень красиво описывает Солнечную систему. Мало того, что она объясняет, почему у нас 4 каменных планеты и 4 планеты-гиганта, она объясняет еще и химический состав пояса астероидов. Эта граница называется снеговой линией и в Солнечной системе проходит по поясу астероидов. И оказывается, что те астероиды, которые находятся внутри снеговой линии, действительно, менее богаты водой, водяным льдом, чем астероиды, которые находятся за снеговой линией, дальше от Солнца, чем это нужно для конденсации водяного льда.

Читать еще:  Как делают брови в салоне видео

Очень логичная и стройная картина существовала до 90-х годов, однако именно в этот период было сделано несколько открытий, которые прямо или косвенно затрагивали наше представление об образовании планет. Во-первых, это открытие пояса Койпера, во-вторых, открытие первых коричневых карликов, в-третьих, начало первых прямых наблюдений протопланетных дисков у других звезд, и, конечно, самое главное — это открытие внесолнечных планет.

Первая внесолнечная планета была открыта в 1995 году. Сейчас их число уверенно приближается к тысяче. И именно с открытием внесолнечных планетных систем мы начали понимать, что Солнечная система далеко не типична среди планетных систем в нашейГалактике. Нельзя сказать, что она имеет совершенно уникальные характеристики, но она, как минимум, представляет собой не единственный возможный вариант. Соответственно, теории, которые разрабатывались для объяснения существования Солнечной системы, нуждаются в каких-то поправках, поскольку они не способны объяснить все многообразие планетных систем, которые нам сейчас известны. Поэтому, начиная с середины 90-х годов, наши представления об образовании планет претерпели довольно-таки существенную эволюцию.

Основные новшества, которые пришлось ввести в уже существующие к 90-ым годам теории, связаны с тем, что среди внесолнечных планет оказалось очень большое количество так называемых горячих юпитеров. Это планеты-гиганты, массы которых иногда значительно превышают массу Юпитера и которые обращаются на очень небольшом расстоянии от своих звезд. У многих из них орбиты находятся ближе к их звездам, чем в Солнечной системе орбита Меркурия находится к Солнцу. Согласно прежним объяснениям, Юпитер должен образоваться далеко от Солнца, за снеговой линией. В новой ситуации мы имеем те же самые массивные планеты, но на расстояниях в сотые доли астрономической единицы от звезды. Традиционные представления объяснить данное явление были не в состоянии. Еще одна проблема, с которой пришлось столкнуться людям, которые занимаются изучением образования планет, — это обнаруженное с тех пор очень короткое время жизни протопланетных дисков. Благодаря тому, что мы умеем измерять возраст звезд, мы можем измерять возраст и протопланетных дисков у этих звезд. И оказывается, что протопланетные диски живут не более 10 миллионов лет. Тогда как в стандартном варианте, в варианте Сафронова, для образования планет требуются сотни миллионов лет. Такого времени у молодой планетной системы нет: планету нужно образовать за несколько млн. лет, потом диск просто прекращает существовать, рассеивается вещество протопланетного диска.

В настоящее время есть два подхода к образованию планетных систем. Один из них — это развитие подхода Сафронова, так называемая модель аккреции на ядро. Согласно этой модели, сначала образуется некая заготовка планеты, зародыш, каменное ядро, на которое потом аккрецирует газ, и образуется уже планета-гигант наподобие Юпитера, Сатурна или внесолнечных планет-гигантов. В этом случае существует проблема возраста, и люди, которые разрабатывают эту модель, сейчас пытаются каким-то образом ускорить этот модельный процесс, понять, как он может идти не сотни миллионов лет, а всего несколько миллионов лет.

Второй вариант связан с попытками объяснить образование планет в протопланетном диске тем же механизмом, который приводит и к образованию звезд — гравитационной неустойчивостью. Другими словами, если диск достаточно массивен и в нем достаточно много вещества, в нем могут образовываться какие-то неоднородности, которые будут сжиматься под действием собственной тяжести. Если они будут достаточно массивны, они будут падать внутрь себя, коллапсировать и превращаться в массивные планеты. У такого процесса нет проблемы возраста: гравитационная неустойчивость может приводить к тому, что планеты типа Юпитера будут образовываться за тысячу лет, за десять тысяч лет. Такое время образования планеты — мгновение даже по сравнению с небольшими возрастами протопланетных дисков. Но пока создателям этой модели не удается объяснить, каким образом сжимающееся вещество успевает остыть. Дело в том, что при сжатии вещество разогревается и эту избыточную энергию необходимо куда-то сбрасывать. Однако пока неизвестно, как этот сброс энергии может происходить так быстро. Именно поэтому в научной среде преимущество сейчас имеет первая, сафроновская теория образования планет, согласно которой образование планеты происходит в два этапа: образование каменного ядра, которое потом либо становится либо самостоятельной планетой земного типа, либо затравкой для планеты-гиганта: потом на него уже выпадает вещество из протопланетного диска и образуется планета-гигант.

Слипание пылинок на самом раннем этапе происходит под воздействием физических и химических сил, то есть, они просто прилипают друг к другу. На этом раннем этапе пылинки слишком малы, чтобы они могли гравитационно воздействовать друг на друга. Здесь есть такой интересный момент: на пылинках в межзвездной среде образуется ледяная мантия, которая состоит, в основном, из оксида углерода, воды и аммиака. Под воздействием излучения звезды в этой ледяной мантии могут происходить химические реакции, которые приводят к образованию более сложных органических соединении, которые имеют «липкие» свойства. То есть, пылинки могут обрастать такими органическими мантиями, благодаря чему они будут очень хорошо прилипать друг к другу, и это облегчит образование будущей планеты. Когда эти мега-пылинки вырастают до размеров порядка одного километра, между ними начинает действовать гравитация. Далее пылинки (планетезимали) начинают объединяться друг с другом за счет взаимного притяжения.

Исследования Солнечной системы: состояние и перспективы. Зеленый Л.М., Захаров А.В., Ксанфомалити Л.В. Успехи физических наук, том 179, стр. 1118–1140 (2009)

Изучение образования планетных систем связано с двумя трудностями. Во-первых, планетная система, которую мы знаем очень хорошо, — наша Солнечная система — существует уже четыре с половиной миллиарда лет. Мы не знаем, какие её свойства являются врожденными, а какие благоприобретенными. Другими словами, мы не знаем, что именно нам надо образовать, что сначала появилось, а что добавилось в Солнечную систему потом. Вторая трудность состоит в том, что нам пока очень сложно наблюдать другие планетные системы. Сегодня в этой сфере существуют очень значительные наблюдательные продвижения. Запускаются специальные космические телескопы, телескоп «COROT», телескоп «Кеплер», которые специально нацелены на поиск других планетных систем и, в первую очередь, на поиск планет, которые по своим свойствам были бы похожи на Землю. Второе продвижение связано с тем, что осенью 2011 года в Чили начал работать телескоп субмиллиметрового диапазона «ALMA», интерферометр, обладающий очень высоким угловым разрешением. С его помощью мы впервые получим возможность исследовать детальную структуру протопланетных дисков, тех объектов, из которых потом формируются планетные системы. Есть надежда, что благодаря «Альме» мы сможем впервые наблюдать в подробностях начало процесса образования планет, начиная от слипания пылинок и заканчивая образованием планетезималей. До этого мы не имели возможности детального изучения протопланетных дисков: смотрели на них только как на целое, но не знали, что происходит внутри, и вынуждены были догадываться об этом.

Дмитрий Вибе , доктор физико-математических наук, заведующий отдела физики и эволюции звезд Института астрономии РАН

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector