Введение в космогонию

Безусловно, взгляд науки на то, каким же образом возникла Земля, Солнце и вообще всё-всё-всё, несколько отличается от того, как эти события описывают, к примеру, в Библии. Но у науки есть право иметь своё мнение, давайте его уважать. И давайте, наконец, узнаем о том, как это было. С научной точки зрения.

Мы не в состоянии о делах столь давно минувших дней расспросить кого-либо из очевидцев. Жизнь возникла позже, чем образовались Солнце и планеты, что само по себе и не удивляет никого. В то же время, учёные имеют вполне ясное представление обо всём произошедшем благодаря изучению косвенных свидетельств небесных тел. Оказывается, всё в Солнечной системе носит отпечаток тех давних свершений.

Издавна совершались попытки обрисовать рождение Солнечной системы или, хотя бы, Земли. Эти гипотезы, со временем, не выдерживали критики. Наблюдение Солнца, Луны, планет и Вселенной вообще говорило о несостоятельности той или иной версии лучше любого живого свидетеля. Самое большое заблуждение, которое мы простим великим умам античного мира, заключалось в том, что они полагали Землю центром мира, а порою, Землю вовсе даже не  шарообразную. Трудно ждать верных суждений о происхождении Земли, Солнца, планет от людей, не знающих верного "положения вещей". В наше время, гипотеза о рождении Солнечной системы должна объяснять все те наблюдаемые факты, которые накопились за века. И далее мы опишем обстоятельства существования Солнца, Луны, планет, их спутников и малых тел Солнечной системы, которые обязательно должна не обойти вниманием современная модель рождения планетной системы.

Многое из того, что сейчас будет сказано, уже было затронуто здесь, так что можете полюбопытствовать. 

Итак, астрономические наблюдения говорят нам о том, что:

1. Все планеты и подавляющее число астероидов вращаются вокруг Солнца в одну сторону, совершая свой путь по почти круговым орбитам (последнее неверно для Плутона и Меркурия);

2. Все планеты, кроме Венеры, Урана, и Плутона вращаются вокруг своей оси в ту же сторону, в которую движутся по своей орбите;

3. Почти все спутники вокруг своих планет также соблюдают постоянство вращения в одну сторону, однако, тут исключений гораздо больше;

4. Орбиты планет расположены вблизи одной плоскости, близкой к плоскости экватора Солнца;

5. Средние расстояния от Солнца до планет подчиняются закону Тициуса-Боде, за исключением расстояний до Нептуна и Плутона;

6. Плоскости орбит спутников, за несколькими исключениями,  совпадают или близки к плоскости экваторов своих планет;

7. Планеты разделились на две группы: земную и гигантов, при этом, первые меньше по размерам и массе, у них мало спутников, больше плотность, особый химический состав и они расположены ближе к Солнцу;

8. Планеты земной группы, имеющие твердую поверхность, по форме близки к шару; подобное же свойство есть и у планет-гигантов, которые, однако, больше сплюснуты у полюсов и твердой поверхности не имеют;

9. Б'ольшая часть астероидов расположилась между орбитами Марса и Юпитера, а также за орбитой Нептуна;

10. Почти все кометы имеют вытянутые орбиты, иногда даже параболические и гиперболические. Эти орбиты могут быть по-разному ориентированы в пространстве;

11. На Солнце приходится почти вся масса Солнечной системы, однако, момент количества движения ее почти весь "достался" планетам.

Наука, занимающаяся вопросами образования и существования небесных тел, называется космогонией. Именно эта наука выдвигает гипотезы зарождения и развития Солнечной системы - некоторого собрания небесных тел. Эти гипотезы называют космогоническими.
 

От газопылевого диска до планет

В середине 20-го века Отто Юльевич Шмидт, советский учёный, изложил теорию, которая и по сей день лежит в основе представлений человека о происхождении планетной системы, нашей и любой ей подобной.

Отсылая Вас к этой странице, мы не станем здесь распространяться на тему возникновения вокруг молодого Солнца газопылевого диска. Оговоримся лишь, что диск этот являл собою остаток того облака, из которого возникло само Солнце. Ещё на ранних стадиях возникновения этого облака оно приобрело вращение, благодаря которому возник именно вращающийся сплюснутый диск, а не шар.

Начальный диск на 98-99% состоял из водорода и гелия. Остальные элементы были представлены в ничтожном количестве, однако именно с их наличием сегодня связывают возникновение планет.

При остывании облака тугоплавкие вещества (такие как железо, кремний, титан, никель, их соединения и др.) начинали конденсироваться  в пылинки. Конденсироваться означает переходить из газообразного состояния в твердое или жидкое. Образование росы, запотевание стёкол является следствием конденсации водяных паров при охлаждении воздуха. Но для конденсации таких газов как водород и гелий понадобились бы столь низкие температуры и высокие давления, что в естественных условиях газопылевого облака такой конденсации никогда бы не произошло. Кроме того, в допланетном облаке не было подходящих условий для существования большинства веществ в жидком состоянии, поэтому газы, более тяжёлые, чем гелий и водород, сразу образовывали твёрдые частицы, минуя жидкую фазу. Так же, к примеру, ведут себя пары воды на Марсе.

Благодаря относительно большой массе, пылинки стремились приобрести более устойчивое движение, перемещаясь к центру диска. Постепенно образовался тонкий пылевой диск внутри толстого газопылевого. С охлаждением  облака, число и размеры пылинок росли, плотность пылевого диска увеличивалась, а остальная часть начального диска становилась всё разреженнее. В конце концов, пылевой диск стал во много раз тоньше своего диаметра.

Состав этого пылевого диска был неодинаков в разных его частях и зависел от расстояния до Солнца. Внутренние прогретые Солнцем области состояли почти только из пылинок тугоплавких веществ. С удалением от центрального светила температура падает, и всё больше веществ могло образовывать твёрдые частички. Водяные пары, например, судя по современным исследованиям, могли активно переходить в лёд только где-то в районе орбиты Юпитера. С удалением от Солнца падала также и плотность диска. В то же время, солнечный ветер выдувал легкие молекулы газа из внутренних частей Солнечной системы быстрее, чем из внешних. Из-за этого газ вскоре почти покинул близкие к Солнцу области.

Постепенное охлаждение облака способствовало образованию бессчётного количества соединений, по большей части входивших в растущие пылинки. По законам физики, газы "охотнее" конденсируются именно на уже существующих пылинках и менее "охотно" образуют новые.

Ко времени, когда завершилось образование тонкого пылевого диска, его плотность в десятки раз превышала плотность окружающего газа. Размеры твёрдых частиц достигли нескольких сантиметров. Диск стал, как говорят, гравитационно неустойчивым: случайные уплотнения в нём не рассеивались, а наоборот росли, а разрежения - опустошались за счёт увеличения уплотнений. Этот процесс завершился образованием миллионов тел размером в несколько километров. Такие тела и стали зародышами планет. Их назвали планетезималями. Состав их был неодинаков, в соответствие с температурными условиями и плотностью изначального диска, которые, напомним, зависели от расстояния до Солнца.

В течение последующих нескольких сот миллионов лет шел рост самых больших допланетных тел, что сопровождалось разрушением малых. Малые допланетные тела также выбрасывались из Солнечной системы гравитационным влиянием массивных планетезималей. 

Рост будущего Юпитера шёл быстрее всего: он находился в той области Солнечной системы, где уже образовывались ледяные водные частицы. Они-то и способствовали быстрому начальному росту гиганта. Вторым важным обстоятельством роста Юпитера, давшим ему преимущество перед остальными планетами-гигантами, было более близкое его расположение к Солнцу, где плотность пылевого диска была выше. Зародыши Сатурна, Урана и Нептуна из-за меньшей плотности диска в районах их образования отстали в росте от Юпитера. Юпитер успел вобрать в свою атмосферу огромное количество газа, пока тот ещё не был рассеян солнечным ветром. Сегодня мы видим, что Юпитер больше всех остальных планет вместе взятых по массе.

Планеты земной группы, хотя и образовывались в самой плотной части допланетного диска, не смогли стать самыми массивными планетами Солнечной системы. Близко к Солнцу из-за высокой температуры и плотных потоков солнечного ветра твёрдые частицы образовывались без особого энтузиазма. А тяжёлые вещества (железо и кремний) в начальном облаке, как мы помним, были в явном меньшинстве.

Так Солнечная система получила маленькие планеты около Солнца, состоящие, в основном из кремния, железа и их соединений. Среди этих планет только Венера и Земля обладают достаточными массами, чтобы удерживать возле себя атмосферу, да и то состоящую лишь из тяжёлых газов, молекулы которых не так проворны. Поэтому Луна и Меркурий почти не имеют газовой оболочки, а Марс почти всю её уже растерял. 

Планеты-гиганты имеют твёрдые ядра в 2-3 массы Земли и мощную газовую оболочку. После того, как зародыши этих планет достаточно выросли, чтобы удерживать молекулы газа, они создали себе газовую одежду. Так как газа с каждым годом становилось всё меньше, атмосферы планет-гигантов развились по-разному. Первым вырос зародыш Юпитера, ему и досталось больше остальных. Ко времени, когда нужную массу обрёл Сатурн, газа осталось значительно меньше, и теперь Сатурн втрое уступает по массе Юпитеру. Уран и Нептун ещё в шесть раз беднее своими атмосферами. В то же время, атмосферы гигантов отличаются и по химическому составу. Пока в одиночестве быстро рос Юпитер, Солнце еще не успело вытеснить легкие гелий и водород из его окрестностей. Отставший на десятки миллионов лет Сатурн приобрел атмосферу с более значительным содержанием тяжелых газов: гелия и водорода оставалось немного. Уран и Нептун вообще поспели к шапочному разбору: лишь десятая часть их атмосфер приходится на легкие газы, зато в изобилии аммиак, метан и все та же вода.

Возникновение спутников планет

В ходе образования планет планетезимали и меньшие частицы  сталкивались друг с другом. Если такое столкновение происходило вблизи  будущей планеты, то столкнувшиеся тела (независимо от их размеров) могли настолько сильно потерять свою скорость, что их движение вокруг Солнца становилось невозможным. Попадая под влияние массивной планеты, они вовлекались во вращение вокруг неё. Так около больших планет образовывался вращающийся рой частиц. Его судьба напоминала судьбу пылевого диска. 

Большинство частичек упало на планету, как и большинство тел допланетного диска упало на Солнце. Но некоторая доля вещества пошла на образование спутников планет, как и в случае допланетного диска не обошлось без образования планет. История повторялась в меньших масштабах. Вот только образование спутников шло быстрее. Спутники так же предпочитают орбиты, лежащие в плоскости экватора планеты, как и планеты, предпочитают двигаться вокруг Солнца, не удаляясь сильно от плоскости солнечного экватора. В этой плоскости орбиты наиболее гравитационно устойчивы.

Спутники иногда сталкивались из-за того, что под влиянием планеты и Солнца, их орбиты начинали пересекаться. Некоторые из существующих сейчас спутников вполне могут представлять собой "повторные" тела, разрушенные в прошлом и собравшиеся в единое целое вновь. Разрушение спутников при взаимных столкновениях или столкновениях с другими телами привело и к тому, что сегодня некоторые пары или даже тройки спутников вращаются по одной орбите. Пример - Телесто, Калипсо и Тефия (спутники Сатурна).

Спутники Меркурия и Венеры, могли либо не существовать вовсе, либо давно в прошлом упасть на планету, либо, тоже не исключено, покинули околопланетную орбиту под влиянием Солнца. Где-то даже возникала теория о том, что Меркурий - в прошлом, спутник Венеры. 

Луна возникла из околоземного массивного роя частиц. Вот только образование его воспринимается учёными неоднозначно. Некоторые придерживаются общего взгляда на образование спутников планет, другие считают, что Луна собралась из того вещества, которое было выброшено с поверхности Земли при столкновении нашей планеты в те небезопасные времена с крупным, не меньше Марса, телом. 

Спутники Марса столь сильно напоминают собою типичные астероиды, что у учёных возник соблазн считать их и впрямь астероидами, захваченными Марсом. Благо Марс действительно расположен рядом с поясом астероидов, о которых речь еще впереди. Но всё это ещё требует исследований и доказательств.

Катастрофы, такие как столкновения двух массивных тел, в начале жизни планетной системы были редким событием. Но обилие носящихся туда-сюда тел, всё же, делали такие столкновения в тысячи и миллионы раз более вероятными, чем в наши дни. Возможно, свой отпечаток оставили столкновения в том, что Уран вращается на боку вместе со своими спутниками и кольцами, а Венера вращается в обратную сторону. В противоположную обычному направлению сторону вращается вокруг своей оси Тритон, некоторые спутники других планет столь же неидеальны. Кое-какие из внешних спутников планет-гигантов, возможно,  были захвачены этими планетами, когда пролетали неосторожно близко. Такие пришельцы, например, спутник Юпитера Феба, часто вращаются вокруг планеты в обратном направлении.

Кольца планет - остатки того самого вещества, которое шло на строительство спутников. Также эти кольца могут пополняться время от времени разрушением какого-нибудь мелкого спутника, попавшим под мощное приливное влияние планеты. Происходящие извержения на Ио также вносят свой вклад в существование слабо выраженного кольца Юпитера.

Образование астероидов

Пояс астероидов образовался там, где не смогла родиться планета. По соседству раньше успел вырасти гигант-Юпитер, он-то и мешал частицам собраться воедино. Раньше в поясе астероидов было гораздо больше вещества. Однако, со временем, из-за соударений, влияния Солнца и Юпитера пояс заметно поредел. Общей массы астероидов не хватит и на новую Луну.

Образование комет

Кометы являются теми ледяными телами, которые оказались не у дел при развитии планет. Гравитационным влиянием молодых планет-гигантов кометные ядра были выброшены далеко за пределы орбиты Плутона, где и образовывают облако Оорта. Там их может быть миллиарды. Орбиты комет представляют, тем самым, вытянутые эллипсы. По законам Кеплера подавляюще большую часть времени кометные ядра проводят именно вдали от планет и Солнца. Лишь ненадолго они приближаются к центру Солнечной системы. Попав под влияния всё тех же гигантов, кометы могут прейти на менее вытянутые орбиты. Так появляются короткопериодические кометы.

Происхождение метеорных тел

Одни метеорные тела образовались и образуются при разрушении комет, другие метеорные тела являются архаичными остатками того облака, из которого возникали планеты, третьи - осколками астероидов.

Так, в общих словах, образовалась Солнечная система, если доверять сегодняшним знаниям. В эту теорию могут быть, в дальнейшем, внесены поправки. Возможно, что всё, что мы изложили здесь, и неверно. Четкое понимание такой возможности и движет развитие науки. Так или иначе, геологические исследования (подвергнутые всяческой критике) показывают, что планета Земля возникла 4,5 миллиарда лет назад. С тех пор много воды утекло...