Происхождение солнечной системы, ее состав

 Это основной  источник  той  таинственной,   жизненно  важной  примеси,   о

которой мы говорили раньше.  Теперь о выделении этой примеси.

 

 

 

5. Образование планет.

Вернемся  к  спутникам  нашего  Солнца,   к  тем  обрывкам  туманности,

которые оторвались от центрального сгустка под действием  центробежной  силы

и  начали  кружиться  вокруг  него.    Именно   здесь   создаются   условия,

способствующие разделению легких и тяжелых  частиц  туманности.   Происходит

нечто  похожее  на  наш  древний   способ   добычи   золота   промывкой   из

золотоносного песка или  на просеивание зерна в молотилках.  Струя  воды  или

воздуха  уносит  легкие   частицы,    оставляя   тяжелые.    Облака-спутники

находятся на очень разных расстояниях от Солнца.  Далекие  планеты оно  почти

не греет.  Зато  в  близких  планетах  -  его  жар  испаряет  все  способное

испариться.  А его  ослепительный ярчайший свет,   работая  как  своеобразный

"ветер",  выдувает  из них все испарившееся,  вообще  все  легкое,   оставляя

лишь то,  что тяжелее,  что "не сдвинешь с места".  Поэтому  здесь  почти  не

остается  легких  газов  -  водорода   и   гелия,    основной   составляющей

газопылевой туманности.  Мало остается и других "летучих" веществ.  Все  это

уносится  горячим  "ветром"  вдаль.   В  результате  через  некоторое  время

химический  состав  облаков-спутников  становится  совершенно   разным.    В

далеких планетах  - он почти не изменился.  А в тех,   что кружатся  вблизи

источающего жар и свет  Солнца,   остался  лишь  "прокаленный"  и  "обдутый"

материал  -  выделенная  "драгоценная  жизненно  важная   примесь"   тяжелых

элементов.  Материал  для  создания  обитаемой  планеты  готов.   Начинается

процесс  превращения  "материала"  в  "изделие",   частиц  туманности  -   в

планеты.

а).  Этап первый - слипание  частиц.   В  далеких  облаках-спутниках  много

численные  молекулы  легких  газов  и  редкие   легкие   пылинки   понемногу

собираются в  огромные  рыхлые  шары  малой  плотности.   В  дальнейшем  это

планеты группы Юпитера.  В облаках-спутниках,  близких  к  Солнцу,   тяжелые

пылинки слипаются в плотные  каменистые комки.  Они объединяются  в  огромные

массивные  скалистые  глыбы,   чудовищными   серыми   угловатыми   громадами

плывущие по орбитам  вокруг  своей  звезды.   Двигаясь  по  разным,   иногда

пересекающимся орбитам,  эти "астероиды",   размером  в  десятки  километров

каждый,  сталкиваются.  Если на небольшой относительной  скорости,   то  как

бы "вдавливаются" один в  другой,   "нагромождаются",   "налипают"  один  на

другой.  Объединяются в  более крупные.  Если на большой  скорости,  то  мнут,

крошат  друг  друга,   порождая  новую  "мелочь",   бесчисленные  обломки,

осколки,  которые вновь  проходят долгий путь объединения.   Сотни  миллионов

лет идет этот процесс слияния  мелких частиц в  крупные  небесные  тела.   По

мере увеличения своих  размеров  они  становятся  все  более  шарообразными.

Растет масса - возрастает сила тяжести  на  их  поверхности.   Верхние  слои

давят на  внутренние  слои.   Выступающие  части  оказываются  грузом  более

тяжелым и постепенно погружаются в толщу нижележащих масс,   раздвигая их

под собой.  Те,  отходя в стороны,  заполняют собой  впадины.   Грубый  "ком"

постепенно сглаживается.  В результате вблизи  Солнца  образуются  несколько

сравнительно небольших по размеру,  но очень плотных,   состоящих из  очень

тяжелого материала,  планет земной группы.  Среди  них  -  Земля.   Все  они

резко отличаются от планет группы Юпитера  богатством  химического  состава,

обилием тяжелых элементов,  большим удельным  весом.   Теперь  посмотрим  на

Землю.  На звездном фоне,  освещенный  с одной стороны яркими  солнечными

лучами,  плывет перед  нами огромный каменный шар.   Он  ещё  не  гладкий  не

ровный.  Ещё торчат кое-где  выступы слепивших его глыб.  Еще  "читаются"  не

полностью заплывшие "швы" между ними.  Пока это  еще  "грубая  работа".   Но

вот что интересно.  Уже  есть атмосфера.  Чуть мутная,  очевидно,   от  пыли,

но без облаков.  Это  выдавленные из недр планеты водород  и  гелий,   которые

в свое время прилипли к  каменистым частицам и каким-то  чудом  уцелели,   не

были "сдуты" солнечными лучами.  Первичная атмосфера  Земли.   Долго  она  не

продержится.  "Не  мытьем,   так  катаньем"  Солнце  уничтожит  её.   Легкие

подвижные молекулы водорода и гелия под действием нагрева  солнечными  лучами

будут  постепенно  улетучиваться  в   космос.    Этот   процесс   называется

"диссипацией".

б).   Этап  второй-разогревание.   Внутри  планеты,   в  смеси  с  другими

оказываются зажатыми,  "запертыми" радиоактивные вещества.   Они  отличаются

тем,  что непрерывно выделяют тепло,  чуть заметно нагреваются.  Но в  толще

планеты этому теплу некуда выйти,  нет  вентиляции,   нет  омывающей  влаги.

Над ними - мощная "шуба" из вышележащих  слоев.   Тепло  накапливается.   От

этого радиоактивного разогрева  начинается размягчение  всей  толщи  планеты.

В  размягченном  виде  вещества,   в  свое  время   хаотично,    бессистемно

слепившие её,  начинают теперь распределятся по  весу.   Тяжелые постепенно

опускаются,  тонут к  центру.  Легкие выдавливаются ими,   поднимаются  выше,

всплывают  все  ближе  к  поверхности.    Постепенно   планета   приобретает

строение,  подобное теперешней нашей Земле,  - в центре,  сжатой  чудовищным

весом навалившихся сверху слоев,  тяжелое ядро.  Оно  окружено  "мантией"  -

толстым слоем вещества легче весом.   И  наконец,   снаружи  совсем  тонкая,

толщиной всего в  несколько  десятков  километров,   "кора",   состоящая  из

наиболее легких горных пород.  Радиоактивные вещества в  основном  содержатся

в легких породах.   Поэтому  теперь  они  скопились  в  "коре",   греют  её.

Основное тепло с поверхности  планеты уходит в космос,  -  от  планеты  "чуть

повеяло теплом".   А  на  глубине  десятков  километров  тепло  сохраняется,

разогревая горные породы.

в). Этап третий - вулканическая  деятельность.   В  некоторых  местах  недра

планеты  накаляются  докрасна.   Потом  даже   больше.    Камни    плавятся,

превращаются в раскаленную,  светящуюся оранжево-белым светом огненную кашу-

"магму".  В толще  коры ей  тесно.   В  ней   полно  сжатых  газов,   которые

готовы были  бы  взорвать,   разбросать   всю  эту   магму  во  все  стороны

огненными брызгами. Но сил  для этого не хватает.  Слишком  крепка  и  тяжела

окружающая и  придавившая  сверху кора планеты. И  огненная  магма,  пытаясь

хоть как-нибудь вырваться наверх,  на свободу,  нащупывает  между  сжимающими  её глыбами слабые места,  протискивается в щели,  расплавляя  их  стенки  своим

жаром.  И понемногу  с годами,  столетиями  набирая   силу,  поднимается   из

глубин поверхности   планеты.  И  вот  победа!   "Канал"  пробит!   Сотрясая

скалы, с грохотом вырывается из недр  столб   огня.  Клубы   дыма   и   пара

вздымаются к  небу. Летят  вверх  камни и  пепел.  Огненная  магма,  которая

называется теперь "лава", выливается на поверхности планеты,  растекается  в

стороны. Происходит  извержение вулкана. Таких "пробитых изнутри  дырок"  на

планете много. Они помогают молодой планете "бороться с  перегревом".  Через

них   она   освобождается  от  накопившейся   огненной   магмы,   "выдыхает"

распирающие её горячие  газы - в основном углекислый  газ  и водяной пар, а  с

ними - разные примеси, такие, как  метан,  аммиак.  Постепенно  в  атмосфере

почти исчезли водород  и  гелий,  и  она  стала   состоять  в  основном   из

вулканических газов. Кислорода  в ней пока нет и  в  помине.  Для  жизни  эта

атмосфера совершенно непригодна. Очень важно, что  вулканы  выбрасывают   на

поверхность большое количество водяного пара. Он  собирается  в  облака.  Из

них  на  поверхность  планеты   льются   дожди.  Вода  стекает   в   низины,

накапливается. И понемногу  на планете  образуются  озера,  моря,  океаны,  в

которых может развиться жизнь.

     

 

6. Современные представления о строении Солнечной системы.

Все объекты  Солнечной системы можно разделить  на четыре группы: Солнце, большие планеты, спутники планет и малые тела. Мы пока ничего не говорим о спутниках  малых тел, поскольку к настоящему времени таких объектов открыто  всего два, а наблюдательной информации недостаточно, чтобы детально исследовать  их динамику.

Солнце  — динамический центр системы. Его  гравитационное влияние является доминирующим в Солнечной системе за исключением  малых областей в окрестности  других объектов.

Большие планеты  — визитная карточка Солнечной системы. Пять ближайших к Земле больших  планет были известны с ранней истории  человечества. Это — Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн. История открытия трех других больших планет показывает как менялось отношение астрономов к вопросу о размерах и населении Солнечной системы.

Открытие Урана явилось сюрпризом. Весной 1781 г. Вильям Гершель на своем 7-футовом (2.1 м) телескопе проводил наблюдения по программе определения параллаксов звезд. 13 марта 1781 г. он сделал запись об обнаружении туманной звезды или кометы. Спор о природе открытого объекта продолжался до 1787 г., когда Гершель открыл два спутника Урана: Оберон и Титанию.

Открытие Нептуна стало триумфом теории тяготения Ньютона. Анализируя неравенства в движении Урана, Бессель в Кенигсберге в 1840 г., Адамс в Кембридже в 1841 г. и Леверье во Франции в 1845 г. независимо друг от друга рассчитали орбиту планеты, ответственной за эти возмущения. 23 сентября 1846 г. Галле и д’Аррест из Берлинской обсерватории по эфемеридам Леверье открыли Нептун.

Открытие Плутона можно назвать запрограммированным. В 1896 г. Персиваль Ловелл обнаружил остаточные невязки в движении Урана после учета возмущений от Нептуна и высказал гипотезу, что эти возмущения производятся неизвестной занептунной планетой. В середине 90-х годов XIX века в Аризоне Ловелл построил обсерваторию, которая стала центром поиска новой планеты. В течение почти 30 лет было проведено несколько компаний по поиску Плутона. Но безрезультатно. В 1916 г. умер Ловелл. В 1929 г. Клод Томбо на 13-дюймовом (0.33 м) рефракторе начал новую атаку на Плутон. Открытие пришло 18 февраля 1930 г., когда Томбо сравнивал фотопластинки, полученные 23 и 29 января 1930 г. Директор Ловелловской обсерватории сообщил об открытии 13 марта 1930 г. в 149-ю годовщину открытия Урана Гершелем и 75-ю годовщину со дня рождения Персиваля Ловелла. За время поиска Плутона было проведено сравнение около 90 млн. изображений звезд в течение 7000 часов на блинк-компараторе.

Анализ  траекторий движения тел Солнечной  системы и космических аппаратов Пионер–10, Пионер–11, Вояджер–1, Воджер–2 позволяют утверждать, что объектов, сравнимых с Плутоном, и более крупных во внешней области Солнечной системы не существует.

История открытия спутников планет не менее драматична, но мы не будем на ней останавливаться. Отметим только, что спутниковые  системы планет-гигантов сложностью своего устройства зачастую превосходят  Солнечную систему. Не до конца решен  вопрос о происхождении двойных  планет Земля–Луна и Плутон–Харон.

Малые тела Солнечной системы — пробный камень и золотая жила небесной механики, кладезь новых открытий. Самые известные малые тела — кометы. Упоминания о кометах можно найти в легендах и летописях практически всех народов Земли. По динамическим признакам кометы разделяются на долгопериодические и короткопериодические.

Долгопериодические  кометы движутся по орбитам, большие  полуоси которых достигают десятков тысяч астрономических единиц, а  периоды обращения — десятков миллионов лет. Орбиты сильно вытянуты, их эксцентриситеты близки к единице. Ориентация орбит и их наклоны  к плоскости эклиптики распределены случайным образом. В настоящее  время имеются сведения более, чем о 700 таких комет.

Короткопериодические  кометы имеют периоды менее 200 лет, умеренные эксцентриситеты, для  большинства из них наклон орбит  к плоскости эклиптики не превышает 35° . Короткопериодические кометы делятся на семейства по признаку планеты-гиганта, определяющей динамику кометы. В настоящее время известно около 180 короткопериодических комет. Большинство из них принадлежит семейству Юпитера.

Самая многочисленная популяцию малых тел Солнечной системы — астероиды. 

Первый  астероид — Церера — был открыт в первый день XIX века сицилийским астрономом Пиацци. Хотя открытие и носило случайный характер, оно послужило толчком к разработке Гауссом классического метода определения орбит по трем наблюдениям и метода наименьших квадратов, благодаря которым удалось вычислить орбиту и переоткрыть Цереру спустя почти год после первых наблюдений. В настоящее время известно несколько десятков тысяч астероидов. И это число стремительно растет.

Популяция астероидов неоднородна. Большинство астероидов движутся по орбитам близким к круговым в поясе астероидов между орбитами Марса и Юпитера. В 1866 г. Кирквуд исследовал зависимость числа астероидов от больших полуосей их орбит и обнаружил, что полученное распределение имеет несколько глубоких минимумов. Позднее выяснилось, что эти минимумы соответствуют соизмеримости средних движений Юпитера и астероида. Они получили название люков Кирквуда.