10.14. Солнечная система

Наблюдая в темную августовскую ночь усеянное звездами небо, древние мыслители, философы и ученые разных эпох задумывались о происхождении Земли, звезд и окружающего космического пространства. Предлагались различные гипотезы происхождения Солнечной системы. Например, гипотезы Декарта, Бюффона, Канта, Лапласа, Шмидта и др.

Анализируя движение, и параметры планет Солнечной системы обнаружено, что из 40 спутников 29 обращаются в том же направлении, что и планеты и Солнце (сколько в действительности имеется спутников планет - постоянно уточняется).

Рис. 10.12

Cчитается, что приливное взаимодействие протопланетных сгустков ответственно за обратное вращение Венеры и синхронизацию этого вращения относительно Земли.

Изучение динамики движения и параметров Солнца, планет и спутников, позволило группе академика Шило предложить модель образования Солнечной системы, согласно которой они возникли из энергетически общей динамической системы, изолированной от других звезд.

Это могло быть спиралевидное облако, диаметр которого превышал современную Солнечную систему. Облако вращалось против часовой стрелки и могло возникнуть в рукаве нашей Галактики "Млечный Путь" в условиях сжатия, гравитационной неустойчивости и развития сильных газопылевых вихрей.

В центре ПротоСолнечного облака, которое можно назвать спиралью первого порядка (рис. 10.12), образовалось ядро, содержащее в себе основную массу облака (более 95 %).

На витках спирали первого порядка возникли местные спиралевидные движения, или вихри - протопланетные спирали второго порядка.

Их ядра впоследствии преобразовались в планеты. На них, в свою очередь, формировались спирали третьего порядка со своими ядрами - будущими спутниками планет. За счет магнитного поля произошла передача полного момента импульса от Солнца планетам.

В соответствии с направлением вращения всего облака (спирали первого порядка), спутники должны были приобрести движение,

согласованное с вращением планет и Солнца, возникшего из центрального протоCолнечного ядра.

Такая модель образования Солнечной системы снимает противоречия в распределении массы и момента импульса между Солнцем, планетами и их спутниками. У Солнца и планет-гигантов угловая скорость внешних газовых слоев отличается от угловой скорости внутренних слоев.

Этим объясняется и сильный рост удельного момента импульса по мере удаления планет от Солнца.

Предложенная модель образования Солнечной системы из спиралевидного облака с вихревой структурой объясняет причины сосредоточения спутников у Юпитера и Сатурна. Действительно, ближе к Солнцу спутники или вообще не возникали (Меркурий, Венера), или их количество лимитировалось незначительными массами вещества на витках спирали первого порядка (Земля, Марс), т.к. центральное ядро отбирало вещество, удаленное от протопланетных ядер спиралей второго порядка. Возникший дефицит массы не позволял или затруднял формирование спиралей третьего порядка. По мере удаления от ПротоСолнечного ядра, на витках спиралей первого порядка гравитационное его влияние было слабее, поэтому в сгустках ПротоСолнечного вещества накапливались достаточно большие массы с энергетически напряженными движениями вихрей. Из них формировались спирали второго порядка, чьи ядра затем превратились в планеты-гиганты.

В свою очередь на их спиральных витках вихревые движения преобразовывались в спирали третьего порядка, из ядер которых затем возникли спутники планет. На самых удаленных витках спирали первого порядка гравитационное поле еще более ослаблено и термический режим был невысок, что возбуждало менее сложные вихревые движения, и спутников формировалось меньше. В зоне образования планеты Плутон скорости убегания частиц были настолько малы, что на самом последнем витке спирали первого порядка происходило рассеивание вещества за пределы спирального облака. Подобные условия образования планет допускают формирование сложных двойных спиралей с разными по массе ядрами, вращающимися вокруг барицентра. Примером такой системы могут служить Земля и ее спутник Луна.

Спиралевидные движения широко распространены в космическом пространстве. Например, спиралевидные галактики, к которым относятся наша Галактика "Млечный Путь", галактика Андромеда и др.

В связи с рассматриваемой моделью возникает проблема преобразования спиралевидных движений в кольцевые. Наличие спиралей и колец удалось обнаружить в Калифорнии (Невадийский гранитный массив). Спирали, или вихри - распространенная форма формирования и эволюционного развития вещества в Метагалактике. После полного распада спиралей первого, второго и третьего порядков произошло образование из их ядер Солнца, планет и спутников. Этот процесс длился 7 - 8 млрд. лет. Формирование планет земной группы (Меркурий, Венера, Земля, Марс) заняло около 10⁸ лет. Формирование планет-гигантов происходило в два этапа. Сначала образовались массивные твердые ядра. Для Юпитера этот процесс длился 310⁷ лет, для Сатурна - 210⁸ лет, для Урана и Нептуна - около 10⁹ лет. После образования ядра с массой около двух масс Земли начинается аккреция газа, которая длится не менее 10⁹ лет.

Солнце вместе с планетами вращается, как и все звезды, вокруг галактического центра. Находясь на расстоянии 8 - 10 кпк от центра Галактики Солнце, двигаясь по эллиптической орбите, совершает один оборот за 230 млн. лет. Одновременно Солнце совершает колебательное движение относительно галактической плоскости. Причина колебательного движения Солнца (Солнечной системы) заключается в том, что Солнце находится вблизи галактического экватора на расстоянии 20 пк.

Таблица 10.3

Соответствующие этим расчетам значения для различных эпох (млн. лет) приведены во втором столбце табл. 10.3. Как видно эти значения имеют хорошее согласие с наступлением кризисных эпох, т.е. эволюционные кризисы на Земле наступают всякий раз, когда Солнце пересекает галактический экватор и Солнечная система (и наша Земля) движутся в межзвездной среде, которая может воздействовать на биосферу. В пределах галактического центра диаметром до 1 кпк и в кольце 3 - 7 кпк обнаружены молекулярные облака. В них встречаются гигантские газопылевые комплексы, простирающие на многие десятки парсек, тяготея к спиральным рукавам Галактики. Средняя концентрация молекул водорода в них 300 см^3. Помимо молекул водорода в молекулярных облаках обнаружены многие десятки других органических химических соединений (например, аммиак, спирты и т.д.).

В созвездии Ориона газопылевой комплекс имеет концентрацию различных частиц до 10⁷ см^3. Их возраст 100 млн. лет и масса до 510⁵ М_С.

Средняя толщина газопылевых гигантских молекулярных комплексов (ГМК) образует очень плоскую подсистему вокруг галактического экватора толщиной до 100 пк. Если Солнце при колебаниях попадает в такое облако, то его пребывание в нем составляет 100 тыс. лет.

Попадая в молекулярное облако, при средней плотности его частиц до 100 см^3, границы гелиосферы сокращаются, и Земля значительную часть года будет находиться непосредственно в межзвездной среде Галактики, а не обычной среде околосолнечного пространства, заполненного солнечным ветром, что приводит к возрастанию интенсивности космических лучей. Следовательно, экологические условия ухудшаются. Кроме того, из-за относительно большой плотности межзвездной среде возможно глобальное похолодание и оледенение, частота которого составляет каждые 200 млн. лет.

В газопылевых комплексах возможно присутствие кометоподобных, метеоритных или астероидальных тел. Тогда в период пребывания Солнечной системы в молекулярном облаке возможен их захват Солнцем и последующее столкновение с Землей, что повлечет катастрофические последствия для биосферы Земли. Возможно ли это?

Об этом можно судить по результатам исследований. Например, в слое красной глины, соответствующему переходному периоду от мезозойской эры к кайнозойской, обнаружено аномально высокая концентрация иридия и осмия.

Содержание осмия и иридия весьма мало в земной коре, но более высоко в некоторых кометах, метеоритах и астероидах. Зная среднее отношение доли элементов иридия и осмия к содержанию силикатов и других элементов, широко распространенных в метеоритах, то можно оценить, например, массу астероида, его размеры и энергию, выделяемую при взрыве от удара о поверхность Земли.

Например, при диаметре астероида 104 км, энергия взрыва составит 10²⁵ Дж, что в 10⁶ раз больше энергии взрыва, выделенной в Тунгусской катастрофе 1908 г.

При таком мощном взрыве частицы пыли выбрасываются в стратосферу, что вызовет охлаждение атмосферы и океанов. Полностью или частично будет остановлен фотосинтез, из-за уменьшения интенсивности света в 10⁵ раз. Уменьшится слой озона. Мельчайшая пыль будет оседать после взрыва в течение нескольких лет и в конечном счете вызовет иридиево-осмиевую аномалию. В результате возможно вымирание некоторых видов животного мира.

О встрече Земли с астероидальными телами свидетельствуют кратеры ударного происхождения. Например, древний кратер на территории ЮАР (образовался 1,970,01 млрд. лет назад), имеет кратер размером в 140 км или кратер Сэдбери (провинция Онтарио, Канада) имеет возраст 1,840,15 млрд. лет.

Для одной из иридиево-осмиевой аномалии и близкой к ней даты вымирание видов животного мира в позднем эоцене (37 млн. лет назад) в каталоге земных кратеров сразу обнаруживаются три кратера: Вэнапайти Мистастин (Канада; 28 км, 384 млн. лет); Попигайская котловина (СССР; 389 млн. лет). Величина этого периода практически совпадает с периодом колебаний Солнца относительно галактического экватора.

Это примечательно еще и тем, что время вымирания видов животного мира и кратерообразования на Земле совпадают по фазе, т.е. приходится на максимумы частоты кратерообразования. По одной из теорий бомбардирующие тела находятся в Солнечной системе, так называемое Облако Оорта, которое содержит не менее 10¹¹ кометных ядер, столько же звезд находится в нашей Галактике. Эти кометы большую часть времени проводят вблизи точки афелия своих вытянутых орбит примерно на расстоянии 40 тыс. а.е. от Солнца.

Для гравитационного возмущения Облака Оорта со стороны молекулярного облака межзвездной среды Солнечная система не обязательно должна проходить через молекулярное облако. Достаточно близкого прохождения на расстоянии 5 - 10 пк от Солнца.

Существует гипотеза, что гравитационное возмущение Облака Оорта вызвано необнаруженным пока спутником Солнца (звезда Немезида). Предполагается, что в настоящее время она находится вблизи своего афелия, примерно на расстоянии 90 тыс. а.е. от Солнца (1 а.е. =1,49597870  10 ¹¹ м ).

Ближайшая точка Немезиды - периастр должна располагаться примерно на расстоянии 30 тыс. а.е. от Солнца. Возможно, что Облако Оорта возмущает десятая планета, и тогда период в 30 млн. лет связан с прецессией ее орбиты.

Независимо от происхождения источника бомбардирующие тела появляются группами. Следовательно, в полном соответствии с результатами анализа данных о древних кратерах ударного происхождения можно говорить о цикличности повторяющихся эпизодов бомбардировки, а не об отдельных падениях единичных кометных или астероидальных тел.

Рассмотрим влияние вспышек близких Сверхновых на экологию Земли.

Тщательный анализ 140 газовых остатков Сверхновых (I и II) показывает, что частота вспышек Сверхновых в нашей Галактике составляет как одно событие каждые 4020 лет. Считаются опасными для биосферы Земли вспышки Сверхновых на расстоянии 10 пк. Это происходит периодически примерно каждые 300 млн. лет. Энергия вспышек Сверхновых черпается из ядерной и гравитационной энергий предсверхновой звезды.

Анализ изотопного состава ряда химических элементов, содержащихся в веществе метеоритов, показывает, что вещество Солнечной системы содержит некоторую долю химических элементов, синтезированных всего за несколько млн. лет до эпохи формирования твердых тел. Присутствие в старом веществе добавки вещества, более молодого, возраста свидельствует о вспышке близкой Сверхновой.

Согласно одной из гипотез считается, что вспышка Сверхновой индуцировала коллапс газопылевого облака, приведший к образованию самой Солнечной системы.

Ряд антропологов считают, что появление современного типа человека связано с явлением мутаций. А импульс гамма- и рентгеновского излучения от вспышки близкой Сверхновой должен сопровождаться кратковременным (в течение года) увеличением числа мутаций.

Так как при этом на поверхности Земли резко возрастает поток ультрафиолетового излучения, которое само по себе является мутагенным агентом, вызывающем появление других мутаций.