Вселленная, Галактика и Солнечная система

На протяжении последних триста лет, начиная от Рене Декарта (1596-1650), было высказано несколько десятков космогонических гипотез, в которых рассмотрены самые разнообразные варианты ранней истории Солнечной системы.

Говоря о далёких объектах Вселенной, астрономы обычно жалуются, что во многих случаях имеется слишком мало данных, чтобы осветить развитие объектов. Здесь же можно сказать, что всё обстоит как раз наоборот - данных слишком много.

Исторически первой гипотезой о происхождении планет была гипотеза Декарта (1644 г.). Декарт предположил, что все мировые пространства заполнено всепроницающей жидкостью, частицы которой находятся в вихреобразном движении. Каждая планета, по Декарту, как соломинка в водовороте, движется в собственном вихре. Так же он объяснял и движение планет по орбитам. «Обновленную» теорию вихрей использовал в планетной космогонии. Тер Хаар (1938 г.) и К. Вейцзекер.

В 1745 г. французский учёный Бюффон высказал предположение, что планеты образовались из вещества, выброшенного из Солнца при его встрече с кометой. Гипотеза «встречи» Солнца с другим небесным телом - звездой пользовалась популярностью у многих учёных от Бикертона (1878 г.) до Джинса (1916 г.).

Немецкий философ И. Кант (1724-1804) в своей книге «естественная Всеобщая история и теория неба» (1755 г.) развил гипотезу, согласно которой в начале мировое пространство было заполнено материей, находящейся в состоянии первозданного хаоса. Под действием двух сил - притяжения и отталкивания - материя со временем переходила в более организованные формы. Солнце и окружающие его планеты образовались в результате слипания пылинок первичного вещества.

Совершенно другая гипотеза была изложена в книге французского учёного Лапласа «Изложение системы мира», которая вышла в свет в 1796 г. По Лапласу, на ранней стадии своего развития Солнце представляло собой огромную медленно вращающуюся раскаленную туманность. Под действием Силы тяжести протосолнце сжималось, а скорость его вращения всё увеличивалась, поэтому оно приобретало сплюснутую форму. И как только на экваторе сила тяжести уравновешивалась центробежной силой, от протосолнца отделялось гигантское кольцо, которое в дальнейшем охлаждалось и разрывалось на отдельные сгустки. Из них будто бы и формировалась планета. Такой отрыв колец от протосолнца, по Лапласу, происходил несколько раз. Аналогичным путём будто бы образовались и спутники планет.

В 1935 г. Г. Рессел предположил, что Солнце было двойной звездой. Одна из компонент будто бы была разорвана встречной звездой и образовала волокно, из которого позже сформировались планеты. Год, спустя Литлон предположил, что Солнце было тройной звездой. Две из них будто бы столкнулись и удалились в межзвёздное пространство, оставляя «строительный материал». В 1944 г. Ф. Хойл высказал предположение, что Солнце в своё время было двойной звездой, причём одна из них вспыхнула как сверхновая, сбросила газовую оболочку и оставила систему.

В общем, говоря гипотез, было не мало, но на самом деле современная гипотеза говорит о том, что планеты и Солнце образовались из одного и того же газопылевого облака. Предполагается что около пяти миллиардов лет назад в протяжённом газопылевом облаке, пронизанном магнитными линиями, образовались сгущения - протосолнце, которое медленно сжималось. Другая часть облака с массой примерно в десять раз меньше этой, медленно вращалось вокруг него. В результате постепенно сплющивалась и разогревалась. Так вокруг протосолнца образовался протяжённый диск, пронизанный магнитными силовыми линиями. В значительной его части происходило интенсивное конвективно-турбулентное перемешивание вещества. Это благоприятствовало быстрому переносу энергии, освобождающейся при гравитационном сжатии облака, на бесконечность. В результате этого газопылевой диск существенно охлаждался.

Под действием светового давления легкие химические элементы водород и гелий «выметались» из близких окрестностей Солнца. И, наоборот, попадая на пылинки, световые лучи тормозили их движение вокруг Солнца. При этом пылевые частицы теряли свой орбитальный момент количества движения и приближались к Солнцу. Этот механизм торможения «работает» даже в случае, если размеры частицы достигают нескольких метров. В конечном итоге это и привело к существенному различию в химическом составе планет, их разделению на две группы.

После достижения «критической» плотности пылевой диск, в соответствие с критерием гравитационной неустойчивости, распадался на отдельные сгущения. Далее в результате взаимных столкновений происходило слипание отдельных пылинок и образование твёрдых тел, для которых американский биолог Т. Чемберлен ещё в 1901 г. ввёл название «планетезимали».

По оценкам В. С. Сафронова, превращение системы сгущений пыли в рой твёрдых тел продолжалось всего 10000 лет на расстоянии Земли от Солнца и около 1000000 лет на расстоянии Юпитера. При этом масса планетезималий в области планет земной группы была значительна меньше, чем в области планетегигантов.

Всё это время протосолнце проявляло очень высокую активность. При мощных вспышках оно выбрасывало потоки заражённых частиц, которые, двигаясь вдоль магнитных силовых линий, переносили момент количества движения от Солнца к протопланетному облаку. Кроме того, благодаря столкновениям высокоэнергичных, лёгких частиц (протонов и нейтронов) с веществом протопланетного облака, происходили определённые ядерные реакции. Именно таким путём и образовался большой избыток лёгких химических элементов - лития, бериллия и бора, которых в земной коре и метеоритах значительно больше, чем в атмосфере Солнца.

В результате взаимных столкновений планетезималий происходил рост одних и дробление других. Со временем орбиты крупнейших из них приближались к круговым орбитам, а сами они превращались в зародыши планет, объединяя всё окружающее вещество. Расчёты показывают, что рост Земли до современных размеров продолжался всего 100 млрд. лет.

Выпадение отдельных сгущений на Землю и её сжатие привели к постепенному разогреву её недр. На момент сформирования Земли температура в её центре не превышала 800 К, на поверхности 300 К, а на глубине 300-500 км - около 1500 К. Со временем всё большую роль здесь играли процессы радиоактивного распада, при котором выделялось значительное количество энергии. В результате этого отдельные области земных недр разогрелись до температуры плавления. Наступила продолжительная фаза гравитационной дифференциации вещества: Тяжёлые химические элементы и соединения опускались вниз, лёгкие - поднимались вверх. Этот начальный этап формирования земной коры продолжался около 1 млрд. лет.

На ранней стадии своего развития протоземля была окружена облаком небольших спутников, радиусы которых достигали 100 км. Со временем из них на расстоянии около 10 земных радиусов (60000 км) сформировалась Луна. Одновременно началось её медленное удаление то Земли, которое продолжается и теперь. Оно сопровождается уменьшением скорости вращения Земли вокруг её оси.

И всё же уже сейчас можно вполне уверенно говорить о том, что планеты и Солнце образовались из одного газопылевого облака и что сами планеты сформировались из роя холодных и твердых тел.

Нет на Земле человека, который, вглядываясь в звёздное небо, не чувствовал бы всей его красоты и величия, который не испытывал бы желания познать его тайны.

Успехи астрономии и космонавтики «приблизили» нас к звёздам. Сегодня каждый взгляд человека в небо наполняется конкретным содержанием: где-то там через причудливую мозаику из ярких звёзд прокладывает свой путь очередной пилотируемый космический корабль, в другом созвездии расположен интереснейший пульсар, в третьем - не менее знаменитая галактика или квазар.

Сейчас на звёздном небе выделено около 100 созвездий. Они имеют точно указанные на карте неба границы. 235 звёзд, кроме буквенных обозначений, имеют собственные названия, которые в подавляющем большинстве случаев перешли от арабских астрономов.