Полная версия

Главная arrow Экология arrow Науки о Земле

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ   >>

ПРОИСХОЖДЕНИЕ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ

В одной из бесчисленных галактик, называемой Галактикой Млечного Пути, примерно 5 млрд лет назад возникла планетная Солнечная система, в которой располагается и Земля. Существует несколько гипотетических моделей ее образования, но, пожалуй, наиболее разработанной является модель взрыва сверхновой звезды и ее воздействия мощной ударной волной на скопление межзвездной пыли и газа, приведшее к их конденсации и формированию первичного диска межзвездной материи, из которой впоследствии и сформировались планеты (рис. I).

Гравитационная модель образования Солнечной системы. Согласно наиболее распространённым космогоническим гипотезам при образовании Солнца из сжимающейся и вращающейся туманности на заключительной стадии сжатия от центрального сгущения отделилась значительная масса горячей плазмы, которая образовала вокруг него протопланетное облако в виде диска. Облако быстро охлаждалось, и в нём возникла спонтанная конденсация вещества. В результате многостадийных реакций (конденсационный рост ядер, их коагуляция, процессы аккреции и агломерации) газовое облако превратилось в газопылевое. Одновременно происходила потеря облаком газов в космическое пространство. Холодное газопылевое облако в силу ротационной неустойчивости разбилось на ряд сгущений - протопланет, которые адиабатически сжимались. Благодаря этому процессу из холодного вещества протопланетного облака образовались планеты земного типа и астероидный пояс с астероидами и метеоритами. Наконец, на периферии протопланетного облака происходила при очень низких абсолютных температурах конденсация отлетевших газов (Н, Не, Т^Нз, СВЦ и др.), образовавших большие планеты - Юпитер, Сатурн, Нептун, Уран.

Физико-химическая модель эволюции Солнечной системы.

Г. П. Гладышев в 1977 г. обратил внимание на то обстоятельство, что одна из стадий эволюции Солнечной и спутниковых систем могла протекать по диффузионному механизму пространственнопериодической конденсации, ранее не учитываемому эволюционными

Формирование Солнечной системы

Рис. 1. Формирование Солнечной системы:

1 - взрыв сверхновой звезды порождает ударные волны, воздействующие на газово-пылевое облако (ГПО); 2 - ГПО начинает фрагментироваться и сплющиваться, закручиваясь при этом; 3 - первичная Солнечная небула; 4 - образование Солнца и гигантских, богатых газом планет - Юпитера и Сатурна; 5 - сильный ионизированный газ - Солнечный ветер - выдувает газ из внутренней зоны системы и с мелких планетезималий; 6 - образование внутренних планет из планетезималей в течение 100 млн лет и формирование «облаков» Оорта, состоящих из комет; 7 - схематическое строение Солнечной системы (Короновский Н. В., 2001; БСЭ).

теориями. Первичные кольца Солнечной и спутниковых систем возникали за счет поступления вещества центральных тел в соответствующие протооблака и протекания химических реакций, приводящих к конденсации вещества из пересыщенного состояния. Кроме того, периодическая конденсация могла наблюдаться и без протекания химических реакций вследствие образования твердой фазы отдельных веществ в системах с заметным градиентом температуры. Концентрация вещества в протооблаках была на протяжении некоторого времени достаточно высокой. Роль магнитогидродинамических эффектов была существенной не на всех этапах эволюции Солнечной и спутниковых систем.

Создание модели эволюции планетных и спутниковых систем является типичной макрокинетической задачей, предполагающей учет ряда физических и химических явлений.

Этапы эволюции рассматриваются с учетом представлений о пространственно-периодической конденсации вещества во вращающихся газово-пылевых протосолнечном и протопланетных облаках.

На первом этапе возникло Протосолнце, которое образовалось в результате аккреции из исходного облака Солнечной системы. Далее, на втором этапе, происходило размещение газа и пыли, образующих среду, около намагниченного центрального тела. Этот процесс не привел к заметному упорядочению в размещении вещества. С другой стороны, несомненно, что возникшие неоднородности отразились на дальнейших этапах эволюции. На третьем этапе наблюдался перенос момента количества движения от Протосолнца к окружающей среде, в результате чего частицы пыли и соответствующие массы газа стали двигаться по кеплеровым орбитам относительно центрального тела -Солнца.

На этих трех этапах решающую роль должны были играть магнитогидродинамические эффекты, поскольку падающий по направлению к Солнцу газ был достаточно разрежен и представлял собой плазму. Разумеется, второй и третий этапы не были четко разделены по времени и соответствующие процессы протекали параллельно. По мере концентрирования вещества вокруг Солнца его плотность и роль магнитогидродинамических эффектов уменьшались. Когда протооблако остыло и превратилось в протодиск, эти эффекты стали малыми. Указанные три этапа завершились относительно быстро - за 10-1 (Г лет.

Далее последовал самый длительный, четвертый, этап эволюции -образование первичных колец Солнечной системы. Этот этап завершился сравнительно недавно; возможно также, что он еще заканчивается на периферии Солнечной системы. Согласно представлениям Г. П. Гладышева, этот этап протекал несколько менее 4,57-10 лет и был связан с диффузией (массопереносом) вещества Солнца (в том числе и с периферии системы) в эволюционирующий диск, в котором наблюдались процессы пространственно-периодической конденсации вещества из пересыщенного состояния. По мере возникновения первичных колец, которые сначала образовались у Солнца, начался следующий этап их эволюции. Он сопровождал предыдущий этап коль-цеобразования в течение всего периода в 4,57-10 лет. Все последующие этапы протекали параллельно.

Аккреционная эволюция каждого протопланетного кольца посредством эволюции «струйных» потоков приводила к возникновению планетезималей и далее зародышей планет. Эти зародыши состояли в основном из соединений тяжелых элементов. Если зародыш достигал достаточного размера и температура в соответствующей зоне диска была относительно низкой, наблюдался гравитационный захват неконденсирующихся веществ - водорода, гелия и др. Этот процесс был наиболее медленной стадией эволюции планет группы Юпитера.

После того как Юпитер и Сатурн заметно увеличились в размерах за счет захвата водорода и гелия, протодиск стал просветляться, поскольку концентрация газа в нем стала заметно уменьшаться. Снижение концентрации газа в диске привело к усилению роли магнитогидродинамических эффектов, влияющих на движение межпланетной плазмы и т. п. Кроме того, по мере роста зародышей планет и появления у них магнитного поля становились ощутимы магнитогидродинамические эффекты в их первичных протоспутниковых облаках. Здесь происходило то же самое, что и в процессе образования Солнца: газ и пыль размещались вокруг планеты, наблюдался перенос момента количества движения и частицы планетных дисков стали двигаться по кеплеровым орбитам. Далее, как и в случае Солнца, магнитогидродинамические эффекты ослабевали. При диффузии вещества протопланет в соответствующие диски в результате пространственной периодической конденсации возникли первичные кольца будущих спутников. После просветления спутниковых дисков магнитогидродинамические эффекты вновь становились ощутимы в ионосферах планет.

Таким образом, общие положения магнитогидродинамической теории эволюции Солнечной системы качественно хорошо согласовываются с развиваемой теорией пространственно-периодической конденсации. В связи с этим представляется целесообразным подчеркнуть, что роль магнитогидродинамических эффектов ослабевала по мере возникновения и сжатия протодисков и снова возрастала в тех областях, окружающих центральные тела, где наблюдалась конденсация газообразного вещества и просветлялся газ.

В итоге была сформирована Солнечная система, состоящая из восьми планет, вращающихся вокруг Солнца и подразделяющихся на внутренние планеты - Меркурий, Венера, Земля, Марс - и внешние -Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун (и Плутон, который в 2008 г. отнесли к крупным астероидам), разделенные поясом астероидов. За орбитой Плутона располагаются внутреннее и внешнее «облака» Оорта, являющиеся источниками большого количества комет (рис. 2).

Строение Солнечной системы

Рис. 2. Строение Солнечной системы: а. е. - одна астрономическая единица, равная 150 млн км.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ   >>