Откуда произошла Солнечная система?

 

В начале были холод (-260 °C), темное межзвездное облако из газа и пыли и чернильное пятно на звездном фоне.

 

Облако, вероятно, висело бы там всегда, ничего не делая, если бы не толчок, возможно, от ударной волны взорвавшейся звезды (сверхновой).

 

Приблизительно 4,55 млрд лет назад облако начало уменьшаться в объеме под действием собственной гравитации; его газ сжимался и становился более плотным.

 

Когда газ сжимают, он нагревается. Направленная наружу сила, действующая со стороны нагретого газа, должна остановить сжатие газа на его пути.

 

Но молекулярный водород, угарный газ и т. д. теряют тепло в виде света (микроволны), который улетучивается из облака, крадя у него способность противостоять гравитации.

 

Первоначально облако вращалось с маленькой скоростью (так же медленно вращается Млечный путь). Но, как только оно сжалось, вращение ускорилось. Это было подобно фигуристу на льду, сложившему руки.

 

Облако сжималось быстрее между полюсами, чем вокруг талии, где против силы тяжести действовала внешняя «центробежная» сила. Оно стало плоским вращающимся блином.

 

В центре облака — газ, сжатый и нагретый до миллионов градусов. Были запущены ядерные реакции, генерирующие солнечный свет. Солнце родилось.

 

В осколках диска, вращающихся вокруг новорожденного Солнца, частицы пыли ударялись и слипались, создавая более крупные «планетоподобные» частицы километровых размеров.

 

На последних бурных стадиях рождения Солнечной системы планетоподобные объекты неоднократно сталкивались, постепенно образуя планеты, включая Землю.

 

Моделирование часто показывает, что сформировалось 10 тел с массой Земли. Столкновения с гигантскими эмбриональными планетами забросили собратьев Земли в межзвездное пространство.

 

Но Солнечная система родилась не одна. В другом месте в необъятной звездной колыбели также родились облака, из которых образовались другие звезды и планеты.

 

Из-за взрывов сверхновых соседних массивных звезд (короткоживущих) сотрясалась молодая Солнечная система. Ядерные осколки сверхновой найдены в метеоритах.

 

45. Что такое планета?

 

Это слово происходит от греческого planetes, что означает «блуждающая». Планеты — небесные тела, которые движутся на фоне звезд.

 

В древности были известны семь планет: Солнце, Луна, Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн. Землю не считали планетой.

 

В «гелиоцентрическом» мировоззрении Николая Коперника (1543), планеты — объекты, вращающиеся вокруг Солнца: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер и Сатурн.

 

Различие между звездой и планетой в том, что звезда, большая и горячая, излучает свет и тепло; планета, небольшая и холодная, получает свет и тепло от звезды.

 

В ночном небе они тоже выглядят по-разному: планеты обычно кажутся более яркими, не мерцают, как звезды, и медленно изменяют положение между звездами.

 

Но не все небесные тела, которые вращаются вокруг Солнца, считаются планетами. Заметными исключениями являются кометы и астероиды, также известные как малые планеты.

 

С открытием многих подобных Плутону ледяных тел в «поясе Койпера», вне орбиты Нептуна, стало необходимым уточнить определение «планеты».

 

Были выделены три особенности этих небесных тел. 1. Планета должна вращаться вокруг Солнца. 2. Она должна быть сферической из-за собственной силы гравитации. 3. Планета должна иметь орбиту, чистую от мусора.

 

Только восемь тел в Солнечной системе удовлетворяют этим критериям: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун.

 

Несколько тел удовлетворяют только критериям 1 и 2. Такие объекты, прежде всего астероид Церера и Плутон (объект пояса Койпера), получили название карликовых планет.

 

Возможен еще критерий 4: планеты должны быть меньше, чем ~14 масс Юпитера. Более массивные объекты называются коричневыми карликами, что указывает на возможность ядерного синтеза.

 

Некоторые астрономы предложили критерий 5: планета должна быть сформирована путем объединения вещества обломков в диске, закрученном вокруг новорожденной звезды.

 

В то время как в нашей Солнечной системе известны только восемь планет, было обнаружено более чем 500 «экзопланет», вращающихся вокруг других звезд.

 

46. Почему планеты круглые?

 

Сила тяжести — универсальная сила притяжения между всеми массами, так что каждый фрагмент большого тела пытается притянуть к себе любой другой фрагмент.

 

Если материал может течь, тело образует сферу. Эта форма гарантирует, что каждый составляющий кусок максимально близок к любому другому.

 

Гигантские планеты, такие как Юпитер и Сатурн, образованы из газа (и жидкости глубоко внутри, она находится там, где газ сжат), который течет. Поэтому они круглые.

 

Фактически у Юпитера и Сатурна выпуклые талии. Поскольку они вращаются быстро, газ на их экваторах имеет тенденцию оттесняться вовне.

 

Каменистые и ледяные тела имеют другую форму. Сила тяжести не может настолько сжать внутреннюю часть, чтобы та текла. Поэтому они имеют неправильную форму, подобную картофелинам.

 

Но чем массивнее тело, тем больше сила тяжести, объединяющая и сжимающая его вещество.

 

При определенном размере тела сила тяжести достаточна, чтобы сделать текучей его сердцевину. Для каменистых тел пороговый размер ~400 км; для ледяных ~600 км.

 

Соответственно, в Солнечной системе все каменистые тела больше ~400 км в диаметре, а все ледяные тела более ~600 км.

 

Таким образом, это борьба между тяготением, которое сдавливает материю, и электромагнитной (ЭМ) силой, которая делает материю жесткой и противодействует силе тяжести.

 

ЭМ сила, благодаря которой электроны соседних атомов отталкивают друг друга, более чем в 1000 трлн трлн триллионов раз превышает силу тяжести…

 

Итак, необходимо, чтобы огромное число атомов объединилось вместе, т. е. чтобы астрономическое тело было большим для победы гравитации.

 

Конечно, если масса достаточная, то гравитация является подавляющей силой и ничто во Вселенной не может бросить ей вызов. Результат: черная дыра. Но это уже другая история!

 

47. Какая планета самая маленькая?

 

Самая маленькая планета в нашей Солнечной системе это Меркурий. Ее диаметр всего 4880 км, что только на 40 % больше нашей Луны.

 

Меркурий установил множество планетарных рекордов: самая маленькая, самая глубокая, самая быстрая, самая плотная планета. Она имеет самый большой диапазон температур, является самой вытянутой и имеет самую перекошенную орбиту.

 

Расположенный так близко к Солнцу (58 млн км), Меркурий виден чуть выше горизонта на закате или рассвете. Его нельзя наблюдать, если есть здания или деревья.

 

Обследование поверхности, сделанное с помощью телескопа, казалось, приводило к предположению, что Меркурий сохраняет одну сторону постоянно обращенной к Солнцу.

 

Но радиолокационные наблюдения в 1960-х выявили, что Меркурий совершает оборот раз в 59 дней, что составляет 2/3 от 88 дней, требуемых для его обращения вокруг Солнца.

 

Подобно Луне, Меркурий покрыт кратерами: его поверхность подвергалась ударам. Когда-то на нем была вулканическая активность, но она прекратилась несколько млрд лет назад.

 

Из-за высокой температуры и слабой гравитации (37 % от земной) Меркурий не имеет атмосферы. Температура на нем +450 °C (днем) и -185 °C (ночью).

 

Фактически доказано наличие льда на Меркурии. Ось планеты не наклонена, как у Земли. Значит, дно глубоких кратеров на полю всегда в тени.

 

Железное/никелевое ядро Меркурия огромно в сравнении с планетой. Если оно частично расплавленное, с циркулирующими токами, то это может объяснить магнетизм планеты.

 

Железное ядро может быть большим, потому что в далеком прошлом сам Меркурий был гораздо больше. Гигантские удары могли сжечь большую часть каменной мантии планеты.

 

Первым космическим кораблем, направленным к Меркурию, был Маринер 10: в ходе трех облетов в 1974 и 1975 была составлена карта половины планеты. Большинство кратеров были названы в честь художников.

 

В марте 2011 на орбиту прибыл космический аппарат НАСА Мессенжер. Он исследовал состав поверхности, магнитное поле и внутреннюю структуру Меркурия.