Образование и эволюция солнечной системы

Введение
Солнечная система – большая система, состоящая из Солнца, планет, их спутников, астероидов, комет, метеорных тел, большого количества газа и пыли. Солнце – звезда, центральный объект Солнечной системы. Представляет собой огромный газовый шар, в центре которого происходят термоядерные реакции, в результате которых в окружающее пространство излучаются тепло и свет. В нем заключено более 99,9 % массы Солнечной системы. Своей силой тяготения оно удерживает и заставляет двигаться вокруг себя по орбитам все остальные объекты Солнечной системы
Образование и эволюция Солнечной системы является одним из фундаментальных вопросов естествознания. На протяжении многих веков вопрос о происхождении Солнечной системы и Земли волновал многих ученых и философов, но фактический материал в этой области почти полностью отсутствовал. Вопросу возникновения Солнечной системы и объяснению особенностей ее строения посвятили свои усилия многочисленные исследователи, такие, как Р.Декарт, И.Кант, Ж.Бюффон, П.Лаплас, Дж.Дарвин, Ф.Хойл, Дж.Койпер, У.МакКри и многие другие. Только в XVIII в. благодаря трудам выдающихся ученых И. Канта и П. Лапласа сформировалась наука о происхождении всех небесных тел – космогония. За два тысячелетия сложилась картина мира, в первую очередь, Солнечной системы.
1 Первые гипотезы
В 18-19 веках астрономы попытались создать теорию происхождения Солнечной системы. Первые гипотезы основывались на известных фактах, но не могли правильно объяснить все особенности строения Солнечной системы: 1. Считалось, что на Солнце упала комета, при взрыве было выброшено вещество Солнца, которое образовало планетную систему;
2. Предполагалось, что около Солнца прошла другая звезда, которая притяжением притянула к себе часть его вещества, из которого образовались планеты;
3. По третьей гипотезе думали, что вокруг Солнца двигались маленькие звезды, которые со временем остыли и стали планетами. Но все эти гипотезы не соответствовали истинному положению вещей.
В настоящее время проблема происхождения Солнечной системы остается открытой.
2 Популярные гипотезы: холодная и горячая гипотезы, гипотеза Шмидта, газопылевого холодного облака в результате его уплотнения
Гипотезы возникновения Солнечной системы существовали определённое время, и если они не объясняли многочисленные процессы Солнечной системы, то возникали новые гипотезы, которые развивались и дополнялись учеными. По одной гипотезе возникли идеи одновременного образования Солнца и планет Солнечной системы из облака диффузной космической материи — гипотеза И. Канта — «холодная гипотеза» (1755 г.), и гипотеза П. Лапласа — «горячая гипотеза» (1796 г). В пользу общности гипотез говорит родство тел Солнечной системы: сходство их химического и изотопного состава, возраст, особенности движения и строения.
В гипотезах другого направления формирование Солнца рассматривается отдельно от процесса образования планет системы и спутников (гипотезы учёных начала XX в. Ф. Мультона, Т. Чемберлена и Д. Джинса). К ним также относится гипотеза академика О. Ю. Шмидта: захват Солнцем холодного газопылево-метеоритного облака и дальнейшая конденсация его в планеты и спутники планет. Внутренние планеты в процессе эволюционных образований утратили летучие вещества из-за близости к Солнцу и состоят из железосиликатного каменного материала. Атмосфера внутренних планет связана с процессом дегазации недр в результате вулканических процессов. Внешние планеты и их спутники состоят замерзших лёгких газов — водорода, аммиака и метана.
Актуальной является гипотеза образования нашей системы из газопылевого холодного облака в результате его уплотнения. Планеты не были раскалёнными телами, и Земля разогрелась на последнем этапе формирования. Причину разогрева планет объясняют в выделении энергии в результате разделения магматического расплава под действием гравитации Земли по плотности и радиоактивного распада.
3 Существующие теории происхождения и эволюции Солнечной системы
Таким образом, сегодня существует несколько теорий происхождения и эволюции Солнечной системы:
Небулярная гипотеза Канта—Лапласа. Согласно естественнонаучным взглядам философа И. Канта, орбитальное движение планет возникло «после нецентрального удара частиц как механизма возникновения первичной туманности» (ошибочное предположение, так как движение могло начаться только при косом ударе туманностей). Он считал причинами, противодействующими стремлению к «равновесию», химические процессы внутри Земли, которые зависят от космических сил и проявляются в виде землетрясений и вулканической деятельности (1755 г.). П. Лаплас – французский ученый-физик, разделяя взгляды Канта в этот же период, исходил из предположения о горячей медленно вращающейся туманности, которая по мере охлаждения сжималась. По закону сохранения момента импульса, при этом росла скорость вращения, и центробежные силы отрывали от нее кольца. Материя в этих кольцах сжималась под действием тяготения, формируя компактные тела.
Российский ученый О. Ю. Шмидт в 1944 г. предложил метеоритную гипотезу, согласно которой Солнце при обращении вокруг центра Галактики захватило своим притяжением холодное облако пыли, из которого сформировались допланетные тела – планетезимали. В гипотезе Шмидта была снята проблема распределения количества движения в Солнечной системе.
Приливная, или планетозимальная, гипотеза. В XX в. американские астрофизики Т

. Чемберлен и Ф. Мультон рассмотрели идею встречи Солнца со звездой, вызвавшей приливной выброс солнечного вещества (1906 г.), из которого и образовались планеты. С. Аррениус – американский астрофизик, допустил и прямое столкновение Солнца со звездой (1913 г.). Предполагается, что в результате появилось некое волокно, распавшееся при вращении на части – основу планет. Еще один американский астрофизик – Дж. Джинс – предположил (1916 г.), что какая-то звезда прошла неподалеку от Солнца и вызвала «приливные выступы», принявшие форму газовых струй, из которых и возникли планеты.
Гипотеза захвата Солнцем межзвездного газа. Ее предположил шведский астрофизик X. Альфен (1942 г.). Атомы газа ионизировались при падении на Солнце и стали двигаться по орбитам в его магнитном поле, поступая в определенные участки экваториальной плоскости. Академик-астрофизик В. Г. Фесенков (1944 г.) предположил, что образование планет связано с переходом от одного типа ядерных реакций в глубинах Солнца к другому. Астроном и математик Дж. Дарвин и математик А. М. Ляпунов (40-е г. XX в.) рассчитали независимо друг от друга фигуры равновесия вращающейся жидкой несжимаемой массы. Согласно взглядам О. Струве – английского астрофизика (40-е гг. XX в.), быстро вращающиеся звезды могут выбрасывать вещество в плоскости своих экваторов. В результате этого образуются газовые кольца и оболочки, а звезда теряет массу и момент количества движения.
Кометная гипотеза происхождения планет Солнечной системы. Эту популярную ныне гипотезу предложил А. А. Маркушевич (1992 г.). Сводится она к следующему. В газопылевой туманности, имеющей вид дискообразного вращающегося облака и состоящей из мелких пылевидных железосиликатных частиц и газов – воды и водорода, при понижении температуры газы намерзали на пылинки, увеличивая их размер. Возникал состав, свойственный составу комет. Частицы сталкивались между собой, большие по объему концентрировались в центре туманности, а меньшие оттеснялись на периферию, дав начало планетам. Шло укрепление и разрастание образующихся тел – астероидов, комет, планет. При образовании планет происходила аккреция (стяжение кометной массы), выделялась теплота, которая разогревала центр сгустка до расплавленного состояния и расслаивала водородную оболочку и железосиликатное ядро, которое позже расслоилось на железоникелевое ядро и силикатную оболочку, не позволявшую рассеиваться теплоте в космическом пространстве. Так планеты приобрели почти сферическую форму.
Поскольку наиболее признанной в настоящее время является концепция академика О.Ю. Шмидта и небулярная концепция, уделим им пристальное внимание.
По современным представлениям образование Солнечной системы связано с формированием Солнца из газопылевой среды. Считается, что газопылевое облако, из которого около 5 млрд лет назад образовалось Солнце, медленно вращалось. По мере сжатия скорость вращения облака увеличивалась, и оно приняло форму диска. Центральная часть диска дала начало формированию Солнца, а его внешние области – планет. Этой схемой вполне объясняются различия в химическом составе и массах планет земной группы и планетгигантов. Действительно, по мере разгорания Солнца лёгкие химические элементы (водород, гелий) под действием давления излучения покидали центральные области облака, уходя к его периферии. Поэтому планеты земной группы сформировались из тяжёлых химических элементов с малыми примесями лёгких и получились небольших размеров. Из-за большой плотности газа и пыли излучение Солнца слабо проникало к периферии протопланетного облака, где царила низкая температура и пришедшие газы намерзали на твёрдые частицы. Поэтому далёкие планеты-гиганты получились крупными и состоящими в основном из лёгких химических элементов. Эта космогоническая гипотеза объясняет и ряд других закономерностей Солнечной системы, в частности распределение её массы между Солнцем (99,87%) и в семи планетами (0,13%), современные расстояния планет от Солнца, вращение планет и др. Она разработана в 1944–1949 гг. советским академиком О. Ю. Шмидтом (1891–1956) и развита его сотрудниками и последователями. Согласно гипотезе Шмидта, процесс формирования планет представляется следующим образом. В дискообразном газопылевом облаке вследствие взаимодействия его частиц возникали многочисленные сгущения. Множество мелких сгущений разрушалось от взаимных столкновений, а какие-то выпадали на крупные сгущения, в результате чего они увеличивались в размерах и уплотнялись, постепенно создавая зародыши планет. Неупругие удары при столкновениях сгущений вели к тому, что зародыши планет постепенно обособлялись, а их орбиты всё более походили на окружности. Со временем выжили лишь те наиболее крупные зародыши, которые располагались далеко друг от друга и не оказывали существенного взаимного гравитационного воздействия, поэтому их орбиты вокруг Солнца стали устойчивыми. Из этих зародышей на протяжении сотен миллионов лет и сформировались большие планеты. Между орбитами Марса и Юпитера, где значительное гравитационное влияние Юпитера препятствовало росту сгущений и нарушало устойчивость их орбит, образовались малые планеты – астероиды, которые и в нашу эпоху часто сталкиваются друг с другом и с планетами. На самой периферии начального газопылевого облака из остатков лёгких газов и незначительного количества пыли возникло множество долгопериодических комет. Анализ содержания радиоактивных элементов в земной коре, исследования метеоритов и лунного грунта, а также геологические данные указывают на то, что возраст Земли, вероятно, близок к 4,5 млрд лет