Зарождение Солнечной системы

реферат

Формирование Солнечной системы

В примечании к своему знаменитому трактату "Математические начала натуральной философии" Ньютон пишет: "… удивительное размещение Солнца, планет и комет может быть только творением всемогущего существа", однако, несмотря на это замечание великого Ньютона, уже в 1755 году на основе его же законов движения известный немецкий философ И. Кант (1724-1804) создал первую научную гипотезу происхождения Солнечной системы, которая получила настоящее развитие только в 40-х годах нашего столетия. В своей книге "Всеобщая естественная история и теория неба" ("История неба") Кант пишет: "Вселенная бесконечна в пространстве и времени. Последовательное продолжение мира на бесконечное время и пространство осуществляется через образование новых миров и гибель старых". Главная идея гипотезы Канта состоит в том, что звездный мир произошел из холодной диффузной материи путем ее конденсации вокруг центров избыточной плотности под действием силы тяготения. Рождение отдельной звезды, например Солнца, сопровождалось выделением из первичного "хаоса" газопылевой туманности с центральным сгущением (ядром), которое дало начало Солнцу; планеты и их спутники произошли из остальной массы такой туманности путем объединения частиц пыли и газа и начали затем двигаться в одной и той же плоскости по круговым орбитам. Остатки вещества туманности дали начало кометам.

Согласно гипотезе Лапласа, французского математика и астронома, первичное Солнце образовалось путем гравитационного (т.е. под влиянием силы тяготения) сжатия газопылевого облака. Вращающееся протосолнце продолжало сжиматься, а по закону сохранения момента количества вращения скорость его осевого вращения должна была увеличиться и Солнце поэтому начало терять массу из-за центробежных выбросов своей материи. Таким образом, Солнце дало начало вращающемуся диску, из которого образовались планеты. Гипотеза Лапласа благодаря его имени как автора пятитомного трактата по небесной механике стала широко известна. Однако критические замечания, высказанные в 1861 году Ж. Бабине и в 1884 году М. Фуше, надолго затормозили развитие гипотез в духе Канта и Лапласа. Одно из возражений сводилось к вопросу: если планеты и Солнце произошли из одной вращающейся туманности, то почему тогда угловой момент вращения Солнца составляет лишь 2%. тогда как планетам "принадлежат" 98%, а масса Солнца примерно в 700 раз превосходит суммарную массу всех планет? Трудность ответа на этот вопрос породила новый ряд новых космогонических гипотез; одна из них связана с приливным взаимодействием Солнца и проходящей мимо звезды с большой массой, другая - с захватом газопылевого облака уже сформировавшимся Солнцем и т.д., которые вошли в еще большее противоречие с данными наблюдений окружающего нас звездного мира.

Только немецкий физик К. Вайцзеккер в 1943 году пришел к выводу о необходимости развития космогонических гипотез в направлении, предложенном Кантом и Лапласом. Вайцзеккер применил физическую теорию турбулентности к развитию первичной туманности и доказал на этой основе возможность существования механизма переноса углового вращательного момента Солнца к планетам: центральное тело начинает вращаться медленнее, а образовавшаяся планета - быстрее.

Одновременно с Вайцзеккером гипотезу Канта начали развивать и другие ученые, в том числе академик О.Ю. Шмидт (1891-1956) в созданном им отделе эволюции Земли Геофизического института Академии наук. Главное внимание Шмидт обратил на эволюцию протопланетного облака, оставив в стороне проблему несоответствия углового вращательного момента Солнца и орбитальных моментов движения планет. В основе его гипотезы лежала идея объединения холодных пылевых частиц в небольшие тела - планетезимали. Шмидт показал, что газопылевое облако поле нескольких оборотов вокруг Солнца заняло обширную уплощенную деятельность в форме тора (бублика). По мере столкновения пылевых частиц друг с другом и торможения о газ они гасили свои скорости и начинали оседать в экваториальной области, где формировали тонкий диск с повышенной плотностью. Затем этот диск разделился на несколько кольцевых "зон питания", в которых путем объединения планетезималей, или процесса аккумуляции, образовались планеты и их спутники.

Данные геохимических исследований, проведенных под руководством выдающегося советского ученого академика А.П. Виноградова (1895-1975), приводят к заключению о том, что в протопланетной туманности первыми должны образовываться металлические (железоникелевые) ядра планет земной группы - Меркурия, Венеры, Земли и Марса. Следовательно, в облаке происходят процессы перераспределения первичного вещества и появляются области с высоким содержанием металлического железа. При этом возникают сильные турбулентные движения. Далее, после появления планетезималей с размерами около 1 км и более, начинаются процессы, связанные со взаимным притяжением этих тел и частиц материи облака. Численные эксперименты дают возможность объяснить некоторые закономерности, о которых уже упоминалось. Оказалось, что в зависимости от начального распределения планетезималей, их общей массы и общего суммарного сечения можно получить модель образования планет на расстояниях от Солнца, соответствующих вышеуказанному закону Тициуса-Боде. Это доказали исследования, выполненные членом-корреспондентом Академии наук Т.М. Энеевым и его сотрудниками. В облаке, содержащем несколько тысяч планетезималей, вначале под влиянием взаимных притяжений образуются так называемые зоны сгущения, в которых в дальнейшем и идет процесс планетообразования. При этом наилучшее соответствие наблюдаемым величинам расстояниям достигается для планет земной группы. Результаты, полученные учеными в США, показывают, что положенную в основу исследований численную модель необходимо усложнить за счет введения возмущающего влияния планет - гигантов. Учет влияния внешних планет представляется вполне оправданным, так как, по оценкам Е.Л. Рускол и В.С. Сафронова, скорость формирования планет - гигантов на порядок быстрее, чем планет земной группы, поэтому современные численные модели пока дают лишь представление о формировании отдельных групп планет.

Делись добром ;)