Шукати в цьому блозі

вівторок, 14 червня 2011 р.

Поема Сонячної системи

Розв'язання питання про походження Землі і Сонячної системи в цілому значною мірою ускладнюється тим, що інших подібних систем ми не спостерігаємо. Нашу Сонячну систему поки що ні з чим порівняти, хоч системи подібні до неї, мають бути досить поширені і їх виникнення повинно бути не випадковим, а закономірним явищем.
У наш час, перевіряючи ту чи іншу гіпотезу про походження Сонячної системи, великою мірою виходять із даних про хімічний склад і вік порід Землі та інших тіл Сонячної системи. Найточніший метод визначення віку порід полягає в обчисленні відношення кількості радіоактивного урану до кількості свинцю, що містяться в розглядуваній породі. Справа в тому, що свинець є кінцевим продуктом самодовільного розпаду урану. Швидкість цього процесу відома точно, і змінити її не можна жодним способом. Чим менше урану лишилось і чим більше свинцю стало в породі, тим більший її вік. Найдавніші гірські породи земної кори мають вік кілька мільярдів років. Земля в цілому виникла, очевидно, дещо раніше, ніж земна кора.
Вивчення скам'янілих решток тварин і рослин показує, що за останні сотні мільйонів років випромінювання Сонця істотно не змінилося. За сучасними оцінками, вік Сонця становить близько 5 млрд. років. Сонце лише ненабагато старше від Землі.
У розвитку матеріалістичного світогляду величезну роль відіграли вже перші наукові припущення про походження Сонячної системи. Такою була гіпотеза німецького філософа І. Канта, розроблена на основі закону всесвітнього тяжіння. У середині XVIII ст. він висловив ідею про виникнення Сонячної системи з хмари холодних пилинок, що перебували в хаотичному русі. У 1796 р. французький учений П. Лаплас докладно описав гіпотезу про утворення Сонця і планет з газової туманності, яка вже оберталась. Лаплас врахував основні характерні риси Сонячної системи, що їх повинна пояснити будь-яка гіпотеза про її походження: основна маса системи зосереджена в Сонці; орбіти планет і супутників майже колові й лежать майже в одній площині; відстані між ними зростають за певним законом; майже всі планети обертаються не тільки навколо Сонця, а й навколо своїх осей в одному напрямі. Свою гіпотезу він будував на основі уявлень про те, що й планети, і речовина, з якої вони утворились, первісно були в гарячому, розплавленому стані.
Нині вчені дійшли висновку, що Земля ніколи не була ні газовою, ні вогняно-рідкою.
На сьогодні найдокладніше розроблено гіпотезу, основи якої закладені працями академіка О. Ю. Шмідта (1891 —1956) в середині ХХ століття.
Згідно з гіпотезою О.Ю.Шмідта, Сонячна система почала формуватися близько 5 млрд. років тому. Із газопилової хмари, що повільно оберталася, дуже швидко - за сотні років - утворилося Протосонце, яке внаслідок гравітаційного стискання нагрівалося. Протопланетна хмара оберталася все швидше, набуваючи форму диска, у центрі якого містилось Сонце. Молода зоря продовжувала розжарюватись, і під дією тиску її світла легкі хімічні елементи (Н, Не) розсіювались на периферію протопланетного диска, а важчі залишались ближче до центра. Тим часом частинки газу та пилу об'єднувалися в невеликі холодні тверді тіла - планетезималі (від англ. plenet - планети, infinitesimal - нескінченно мала величина). Масивніші планетезималі збільшувались за рахунок налипання на них дрібніших. Таким чином, речовина протопланетного диска зібралася у згустки, з яких і сформувалися планети, їхні супутники, астероїди, комети. Поблизу Сонця утворилися планети з важких хімічних елементів, а віддалені планети складаються переважно з водню та гелію. Сильне гравітаційне поле Юпітера перешкодило утворенню великої планети між орбітами Марса та Юпітера - зараз там пояс астероїдів. Формування планет тривало 100 млн. років, стільки ж часу розігрівалося, стискуючись, Сонце до початку термоядерних реакцій в його надрах.
У формування нашої Сонячної системи за теорією Шмідта виділяють три етапи формування протопланетного диска.
Перший етап. Початковий розмір газопилової хмари перевищував сучасний розмір планетної системи, а його хімічний склад відповідав складу міжзоряних туманностей - 99% газу і 1% пилових частинок розмірами від 0,1 мкм до 1 мм. При підвищенні температури протозорі нагрівається і диск, частинки пилу випаровуються, молекули газу розпадаються на атоми, атоми іонізуються, а розміри диска за рахунок турбулентності збільшуються до кількох десятків астрономічних одиниць.
Протосонце мало відчутне магнітне поле, яке при взаємодії з іонізованим газом гальмувало його власне обертання і прискорювало обертальний рух протопланетної речовини. Далі диск охолоджується, турбулентність стихає. При цьому відбувається конденсація - знову утворюються тверді пилові частинки. Основні ж космічні елементи - водень і гелій - залишаються у вигляді газу (для їх конденсації потрібні температури, близькі до абсолютного нуля). Цей етап тривав близько 1000 років.
Другий етап. На другому етапі завершилось формування тонкого пилового шару - пилового субдиску. Далі частинки збільшуються у розмірах, зіштовхуються одна з одною, злипаються. І коли густина пилу стає вищою за густину газу в десятки разів, пиловий диск переходить у стан гравітаційної нестійкості, за якої навіть дуже маленькі згустки, що виникли випадково, не розсіюються, а, навпаки, з часом стають ще більшими.
Третій етап. Внаслідок обертання утворені згустки не можуть одразу стиснутись до густини твердих тіл. Але, зіштовхуючись один з одним, вони об'єднуються і все більше ущільнюються. В результаті утворюється рій допланетних тіл різного розміру - планетезималі.
Утворення планетезималей тривало десятки тисяч років. Подальше об'єднання їх у планети - набагато довший процес, який тривав сотні мільйонів років.
Допланетний рій був складною системою великої кількості планетозималей. Всі вони, окрім однакової швидкості для тіл на однаковій відстані від Сонця, мали ще й власні швидкості з випадковим розподілом напрямків. Планетезималі зіштовхувались, дробились, і тільки найбільші серед них поступово збільшували свої маси за умови, що швидкість зіткнення не перевищувала 1 м/с.
Внутрішню частину Сонячної системи утворили планети земної групи, їхній ріст відбувався за відсутності легких газів за рахунок кам'янистих частинок і тіл, що містили в собі залізо та інші метали. Основна маса газів розсіялась із зони планет земної групи через видування їх сонячним вітром, який очистив від них і віддаленіші простори Сонячної системи. Планети-гіганти формувались так: спочатку утворилось масивне ядро з кам'янистих та льодових планетезималей, потім поверх них нарощувались водно-гелієві оболонки шляхом захоплення газової атмосфери. Процес захоплення газу супроводжувався утворенням навколо планет-гігантів газопилових дисків, з яких пізніше утворились супутники та кільця.
Особливості обертання навколо своїх осей Венерн і Урана пояснюються тим, що в період «бурхливої юності» Сонячної системи ці планети пережили зустріч з дуже масивними планетезималями, такими, що енергії зіткнення виявилось достатньо для того, щоб Уран «покласти на бік», а у Венери змінити напрям обертання навколо осі на протилежний.
Разом з утворенням планет йшло також утворення й інших об’єктів Сонячної системи – комети та астероїди. Оскільки загальна маса всіх астероїдів на перевищує 1/20 маси Місяця, то пояс астероїдів, подібно до кілець Сатурна, - це речовина, що не спромоглася стати планетою. О. Ю. Шмідт припустив, що процесові акумуляції завадило сусідство масивного Юпітера.
Вчені довели, що в межах зони астероїдів легкі речовини присутні в газоподібному стані, тоді як на відстані Юпітера пролягає межа конденсації водяної пари. Це призвело до того, що ріст допланетних тіл у зоні Юпітера прискорився: згущення (в основному льодяні) були більші, ніж у зоні астероїдів, і тверді тіла росли набагато стрімкіше. А далі Протоюпітер, набравши масу, своїм гравітаційним збуренням не дав сформуватися планеті у поясі астероїдів. Більше того, він змінив орбіти деяких астероїдів так, що вони стали рухатися по витягнутих, а не колових орбітах, перетинаючи орбіти Марса, Землі і навіть Венери та Меркурія.
Періодичні комети за сучасними уявленнями приходять до Сонця із поясу Койпера та хмари Оорта. Всі інші комети - це льодяні планетезималі, закинуті планетами-гігантами в період формування планетної системи на відстань 100-150 тис. а.о., де вони утворюють велетенську і дуже розріджену кометну хмару Оорта. Кометна речовина під час руху комет поблизу Сонця поповнює міжпланетний простір пилом та газом, який вимітається сонячним вітром за її межі.
Планетологічних теорій  існує досить багато. Крім теорії виникнення Сонячної системи О. Ю. Шмідта можна розглянути ще планетологічну теорію П. Лоуелла.
Термін «планетологія» уперше з'явився в 1906 році. Планетологія – це комплекс наук, які вивчають планети Сонячної системи та їх супутники, вивчає фізичні властивості, хімічний склад, будову поверхні та особливості будови ядра, внутрішніх та зовнішніх оболонок планет і супутників.
Персиваль Лоуелл уперше ужив цей термін в циклі лекцій, присвяченому підсумкам тридцятирічного дослідження планети Марс. Американський астроном сподівався на те, що систематичне вивчення «генезису світу» — еволюції планет Сонячної системи і їх супутників — заповнить прогалину між тодішніми побудовами космогонії і теорією еволюції Чарльза Дарвіна (1809—1882).
Поема нашої Сонячної системи, писав Лоуелл, почалася з найбільшої катастрофи. Все, що було, загинуло в зіткненні двох сонць. Все, чому лише належало бути, народилося. Маловірогідно, що небесні тіла зіткнулися лоб в лоб. Але і без цього результати зіткнення були згубними. Із| великих і малих осколків утворилися великі і малі небесні маси. Початок нашому центральному тілу дали уламки ядра, що розлетілося вщент...
Маса — ось бог, на якого молився Лоуелл! Він вважав її визначальним чинником планетологічної еволюції і стверджував, що будь-яка планета у Всесвіті проходить шість стадій розвитку.
На першій стадії вона — самосвітне тіло, подібне до Сонця. Таким же залишається і на другій стадії.
На третій стадії планета остигає і твердне.
На четвертій — на ній утворюються кора і океани.
На п'ятій і шостій стадіях випаровуються океани, зникає атмосфера, і планета стає порожнім і безводим безжиттєвим тілом, подібним до Місяця.
По гіпотезі Лоуелла, Земля перебуває в четвертій стадії розвитку, Марс — на межі п'ятої і шостої. Життю лише належить зародитися на Юпітері, Сатурні і інших планетах-гігантах, що завершують другу стадію зоряної еволюції.
Для сучасних планетологічних побудов модель Лоуелла видається занадто простою. Гіпотези, одна складніше і вишуканіше іншої, змінюють одна одну, для кожної з них знаходяться «вагомі» і «неспростовні» докази. У «кометчиків» одні, у «метеоритчиків» інші, у «небулістів» треті, у «традиціоналістів» четверті...
Теорій і гіпотези багато, а ось знань гнітюче мало. До ладу ми нічого не знаємо і про те, як влаштована наша рідна планета. Шпилькові уколи свердловин, що не перевищують в глибини 1/600 земного радіусу, не дають відповіді на питання про «нутрощі» Землі. Як же так, скажете ви, а кора, мантія і ядро, відомі ще з курсу астрономії в школі! Ось так: шкільні підручники знають відповіді, а наука — ні. Точніше, учені вдають, що знають, тому міркують про магматизм, метаморфізм, перехідний шар, рідке ядро, астеносферу, поверхню Махоровічича...
У гіпотезах, побудовах і моделях недоліку дійсно немає:
-     Земля утворилася в результаті зіткнення холодного метеоритного матеріалу і розігрілася внаслідок вивільнення енергії;
-    Земля утворилася і «розігрілася» після того, як радіоактивні, речовини в скупченні холодних уламків протоматерії досягли критичної маси і почався розпад атомних ядер;
-    спочатку з метеоритних мас заліза утворилося ядро, а потім внаслідок дії сили тяжіння довкола нього сформувалася і решта оболонки;
-    залізо і нікель, що сконденсувалися з космічного туману, утворили ядро Землі, а утворення сульфідів і силікатів привело до формування зовнішньої оболонки;
-    Земля утворилася шляхом гравітаційної конденсації з розсіяної в навколосонячному просторі газопилової речовини...
Завдяки щасливому випадку в захопленому тяжінням Сонця «пудингу з родзинками» — тобто протопланетній хмарі — опинилися всі відомі в Природі хімічні речовини. Однак для утворення життя на Землі не вистачило б і мільярда таблиць Менделєєва. Будь на місці нашого світила гарячіша або холодніша зірка, і опинися Земля не третьою, а, припустимо, четвертою по рахунку від Сонця, поява розуму на нашій старенькій планеті так би ніколи і не відбулося...

Немає коментарів:

Дописати коментар