Вопрос № 4. Солнечная система и место Земли в ней.

Со́лнечная систе́ма — планетная система, включающая в себя центральную звезду — Солнце — и все естественные космические объекты, обращающиеся вокруг Солнца.
Солнечная система образовалась около 4,6 млрд. лет назад, и состоит из 9 планет – Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон, вращающихся вокруг своего центра – Солнца. Все планеты условно разделены на две большие группы имеющие схожий химический состав, среднюю плотность и сопоставимые размеры.
Внутренняя или земная группа - в нее входят Меркурий, Венера, Земля, Марс.
Внешняя группа - в нее входят Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун.
Планета Плутон, из-за своих особенностей ни входит, ни в одну из групп и рассматривается обособленно.
В астрономии принято измерять расстояние в астрономических единицах. Одна астрономическая единица равна среднему расстоянию от земли до солнца и составляет 149,6 млн. км. По нашим оценкам, размеры солнечной системы огромны. Расстояние от солнца, до самой далекой планеты Плутона равняется 39,4 а. е. Но зона влияния Солнца, на самом деле гораздо больше, оно способно, своим гравитационном полем удерживать планеты на расстоянии 230 000 а. е. Самое массивное тело солнечной системы, это конечно же, Солнце. Если не считать космической пыли, то на массу солнца приходится 99, 87 % общей массы.
Все планеты солнечной системы не находятся в покое, а вращаются вокруг собственной оси и движутся вокруг солнца. Сама солнечная система, в свою очередь, движется вокруг центра галактики со скоростью 250 км. сек. с полным периодом обращения около 200 млн. лет.

Какое место в Солнечной системе занимает Земля относительно Солнца и других планет? - третье по удаленности от солнца.

Земля – самая крупная планета среди земной группы планет по диаметру, массе и плотности.

Землю называют Голубой планетой. Она и действительно голубая, как на снимке, сделанном из космоса, но главное – она единственная известная на данный момент планета в Солнечной системе, населенная живыми организмами.
Конечно, помимо планет в солнечной системе имеются множество других объектов, это спутники планет, малые планеты или астероиды, кометы, и космическая пыль.

Более удачного положения, чем то, что занимает Земля, придумать невозможно. Участок нашей галактики самый спокойный. Солнце обеспечивает постоянное, равномерное свечение. Оно выделяет ровно столько тепла, излучения и энергии, сколько требуется для зарождения и развития жизни. Саму же Землю словно продумали заранее. Идеальный состав атмосферы, и геологическое строение. Нужный фон радиации и температурный режим. Наличие воды с её удивительными свойствами. Присутствие Луны, именно такой массы и на таком расстоянии, как это требуется. Есть ещё очень много совпадений, имеющих решающее значение для благоприятной жизни на планете. И нарушение практически любого из них сделало бы маловероятным возникновение и существование жизни.
В настоящее время, существует множество способов наблюдения за космосом, это оптические телескопы, радиотелескопы, математические расчеты, обработка данных с искусственных спутником, иными словами используются достаточно различные косвенные методы получения информации…

 

5. Гипотезы о происхождении планет Солнечной системы

Современное естествознание не дает точного описания образование Солнечной системы. Но современная наука решительно отвергает допущение о случайном образо­вании и исключительном характере образования планетных систем. Современная астрономия дает серьезные аргументы в пользу наличия планетных систем у многих звезд. Так, примерно у 10% звезд, находящихся в окрестностях Солнца, обнаружено избыточное инфракрасное излучение. Очевидно, это связано с присутствием вокруг таких звезд пылевых дисков, которые, возможно, являются начальным этапом формирования планетных систем.

О механизме образования планет в Солнечной системе нет общепризнанных заключении. Солнечная система образовалась примерно 5 млрд. лет назад, причем Солнце - звезда второго (или еще более позднего) поколения. Так что Солнечная система возникла на продуктах жизнедеятельности звезд предыдущего поколения, скапливавшихся в газопылевых облаках.

Таинство рождения Земли и других планет Солнечной системы волнует человеческий ум не одно тысячелетие. За это время люди совершили большой и трудный переход от наивных мифологических воззрений древних шумеров, ассирийцев, индусов до первых попыток научной постановки вопроса о происхождении Солнечной системы.

Но даже сегодня не существует теории, которая сумела бы объяснить происхождение Солнечной системы и все, известные сейчас ее особенности. Это связано с тем, что других подобных систем мы не наблюдаем. Нашу Солнечную систему не с чем пока сравнивать, хотя системы подобные ей, должны быть достаточно распространены и их возникновение должно быть не случайным, а закономерным явлениям.

Удовлетворительная теория происхождения Солнечной системы должна объяснить огромную массу наблюдаемых фактов и не должна противоречить законам динамики и современной физики. Все гипотезы, выдвинутые до сих пор, были опровергнуты или остались недоказанными при строгом применении физической теории. Современное наступление на проблему идет менее прямым путем, чем прежни методы, опиравшиеся на всеобъемлющие гипотезы. Новый метод приносит плоды не так быстро, но он гораздо более надежен. Путем непосредственного изучения фактов можно определить физические условия, в которых развивались планеты, во все более сужающихся рамках. В конце концов, механизм их происхождения станет ясен.

Интересно отметить, что современная наука определила возраст Земли, хотя детали ее происхождения окутаны мраком неизвестности. Древнейшие породы земной коры затвердели 4 млрд. лет назад, а сама Земля образовалась 4,6 млрд. лет назад. Измерение времени, прошедшего с тех пор, как Земля остыла, основывается на незначительных следах свинца, гелия и других элементов, оставшихся в породах после распада радиоактивных элементов. Изучение метеоритов и образцов лунного грунта показывает, что их возраст в твердом состоянии не превышает возраста Земли. Поскольку метеориты – это составляющая Солнечной системы, можно сделать вывод, что Солнечная система имеет такой же возраст. Поэтому изучение происхождения Земли равносильно изучению происхождения Солнечной системы.

Удовлетворительная теория происхождения Солнечной системы должна быть достаточно гибкой, чтобы объяснить большой объем разнообразных данных, собранных о телах Солнечной системы. Видимо поэтому нет единой, общепризнанной, идеальной теории происхождения Солнечной системы.

Сегодня больше известно о происхождении и эволюции звезд, чем о происхождении собственной планетной системы, что не удивительно: звезд много, а известная нам планетная система - одна. Накопление информации о Солнечной системе еще далеко от завершения. Сегодня мы видим ее совершенно иначе, чем даже тридцать лет назад.

Сегодня в космогонии, науке, изучающей происхождение и развитие небесных тел, существует довольно много гипотез образования Солнечной системы. Все космогонические гипотезы можно разделить на несколько групп: небулярные (Канта, Лапласа и др., к ним же относится и гипотеза О. Ю. Шмидта), гипотезы захвата, выброса и др.

Небулярные гипотезы, а их больше всего, можно разделить на две подгруппы. Согласно первой из них Солнце и все тела Солнечной системы: планеты, спутники, астероиды, кометы и метеорные тела - образовались из единого газово-пылевого, или пылевого облака. Согласно второй Солнце и его семейство имеют различное происхождение, так что Солнце образовалось из одного газово-пылевого облака (туманности, глобулы), а остальные небесные тела Солнечной системы - из другого облака, которое было захвачено каким-то, не совсем понятным, образом Солнцем на свою орбиту и разделилось каким-то, еще более непонятным образом на множество самых различных тел (планет, их спутников, астероидов, комет и метеорных тел) имеющих самые различные характеристики: массу, плотность, эксцентриситет, направление обращения по орбите и направление вращения вокруг своей оси, наклонение орбиты к плоскости экватора Солнца (или эклиптики) и наклон плоскости экватора к плоскости своей орбиты.

В середине XVIII века немецкий философ И. Кант предложил свою теорию образования Солнечной системы, основанную на законе всемирного тяготения. Она предполагала возникновение Солнечной системы из облака холодных пылинок, находящихся в беспорядочном хаотическом движении. В 1796 году французский учёный П. Лаплас подробно описал гипотезу образования Солнца и планет из уже вращающейся газовой туманности. Лаплас учёл характерные основные черты Солнечной системы, которые должна была объяснить любая гипотеза о её происхождении.

Точки зрения Канта и Лапласа в ряде важных вопросов резко отличались. Кант исходил из эволюционного развития холодной пылевой туманности, в ходе которого сперва возникло центральное массивное тело - будущее Солнце, а потом планеты, в то время как Лаплас считал первоначальную туманность газовой и очень горячей с высокой скоростью вращения. Сжимаясь под действием силы всемирного тяготения, туманность, вследствие закона сохранения момента количества движения, вращалась все быстрее и быстрее. Из-за больших центробежных сил от него последовательно отделялись кольца. Потом они конденсировались, образуя планеты. Однако, несмотря на различия, общей важной особенностью является представление, что Солнечная система возникла в результате закономерного развития туманности. Поэтому и принято называть эту концепцию “гипотезой Канта-Лапласа”

Существует гипотеза Джинса, полностью противоположная гипотезе Канта-Лапласа. Если последняя рисует образование планетарных систем как единственный закономерный процесс эволюции от простого к сложному, то в гипотезе Джинса образование таких систем есть дело случая. Исходная материя, из которой потом образовались планеты, была выброшена из Солнца (которое к тому времени было уже достаточно “старым” и похожим на нынешнее) при случайном прохождении вблизи него некоторой звезды. Это прохождение был настолько близким, что его можно рассматривать практически как столкновение. Благодаря приливным силам со стороны налетевшей на Солнце звезды, из поверхностных слоев Солнца выброшена струя газа. Эта струя останется в сфере притяжения Солнца и после того, как звезда уйдет от Солнца. Потом струя сконденсируется и даст начало планетам.

Если бы гипотеза Джинса была правильной, число планетарных систем, образовавшихся за десять миллиардов лет ее эволюции, можно было пересчитать по пальцам. Но планетарных систем фактически много, следовательно, эта гипотеза несостоятельна. И ниоткуда не следует, что выброшенная из Солнца струя горячего газа может сконденсироваться в планеты. Таким образом, космологическая гипотеза Джинса оказалась несостоятельной.

Выдающийся советский ученый О.Ю. Шмидт в 1944 г. предложил свою теорию происхождения Солнечной системы. Согласно О.Ю. Шмидту наша планетная система образовалась из вещества, захваченного из газопылевой туманности, через которую некогда проходило Солнце, уже тогда имевшее почти современный вид. При этом никаких трудностей с вращательным моментом планет не возникает, т.к. первоначальный момент вещества облака может быть сколь угодно большим. Начиная с 1961 г. эту гипотезу развивал английский космогонист Литтлтон, который внес в нее существенные улучшения.

Гипотезы захвата

Очевидно, что небулярная гипотеза Шмидта, а равным образом и все небулярные гипотезы, имеют целый ряд неразрешимых противоречий. Желая избежать их, многие исследователи выдвигают идею индивидуального происхождения, как Солнца, так и всех тел Солнечной системы. Это так называемые гипотезы захвата.

Однако, избежав целого ряда противоречий, свойственных небулярным гипотезам, гипотезы захвата имеют другие, специфические противоречия, не свойственные небулярным гипотезам. Прежде всего, возникает серьезное сомнение, может ли крупное небесное тело, такое, как планета, особенно планета-гигант, так сильно затормозиться, чтобы перейти с гиперболической орбиты на эллиптическую. Очевидно, ни пылевая туманность, ни притяжение Солнца или планеты не могут создать такой силы тормозящий эффект.

Возникает вопрос: не разлетятся ли вдребезги на мелкие куски две планетозимали при своем столкновении? Ведь под влиянием притяжения Солнца, вблизи которого должно произойти столкновение, они разовьют большие скорости, в десятки км. в секунду. Можно предположить, что обе планетозимали рассыплются на осколки и частично упадут на поверхность Солнца, а частично умчатся в космическое пространство в виде большого роя метеоритов. И только, быть может, несколько осколков будут захвачены Солнцем или одной из его планет и превратятся в их спутники - астероиды.

Второе возражение, которое выдвигают оппоненты авторам гипотез захвата, относится к вероятности такого столкновения. По расчетам, выполненным многими небесными механиками, вероятность столкновения двух крупных небесных тел вблизи третьего, еще более крупного небесного тела, очень мала, так что одно столкновение может произойти за сотни миллионов лет. А ведь это столкновение должно произойти очень «удачно», т. е. столкнувшиеся небесные тела должны иметь определенные массы, направления и скорости движения и столкнуться они должны в определенном месте Солнечной системы. И при этом они должны не только перейти на почти круговую орбиту, но и остаться целыми и невредимыми. А это нелегкая задача для природы.

Что же касается захвата блуждающих планетозималей без столкновения, за счет одной лишь силы гравитационного притяжения (при помощи третьего тела), то такой захват либо невозможен, либо его вероятность ничтожна мала, настолько мала, что такой захват можно считать не закономерностью, а редчайшей случайностью. А между тем в Солнечной системе имеется большое количество крупных тел: планет, их спутников, астероидов и больших комет, что опровергает гипотезы захвата.