Как образовалась Солнечная Система

I

Впервые попытки объяснить происхождение Солнечной системы предпринял французский учёный Пьер-Симон де Лаплас в 1796 году. Независимо от него похожую работу выпустил Иммануил Кант, немецкий философ. Поэтому первая теория образования Солнечной системы называется «гипотеза Лапласа-Канта». Но говорить мы будем именно о работе Лапласа, так как она в научном плане более совершенна и правильна, нежели статья Канта.

Итак, Лаплас предположил, что Солнечная система берет своё начало с вращающейся газовой туманности (сферической формы), в центре которой находится звезда -- наше Солнце. Туманность эта состоит из частиц и окутывающего их газа.

Лаплас, не имея наблюдений и знаний, не стал размышлять, откуда эта туманность взялась. Он утверждал, что подобная туманность имеет место быть (ибо до этого он изучал тему возникновения таких туманностей на основе наблюдений Вильяма Гершеля, известного английского астронома).

Лаплас говорил, что туманность будет крутиться вокруг Солнца, а также со временем сожмётся в диск. Так как плотность увеличится, орбиты частиц стабилизируются и станут более устойчивыми. В конце концов туманность начнёт остывать.

Остывание туманности ведёт к её уменьшению. А раз туманность начинает уменьшаться, скорость частиц начинает возрастать. В какой-то момент она возрастёт настолько, что от туманности начнут отслаиваться отдельные кольца частиц. Чем ближе кольцо к Солнцу, тем оно быстрее крутится. Впоследствии из этих колец образуются планеты. А позже, из колец, охватывающих планеты, образуются спутники.

Были выделены кольца двух видов -- неоднородные и однородные. Неоднородные образовывали планеты, а однородные ничего не образовывали и оставались кольцами. Именно однородностью объяснялось наличие колец у Сатурна (кольца других планет были на тот момент неизвестны).

Первый вопрос, который возник тогда, был таков: <<Почему планеты крутятся ещё и по своей оси, а не только вокруг Солнца?>>

Лаплас объяснял, что во время образования планеты (см.рис.выше) скорость внешних частиц кольца была больше скорости внутренних частиц этого же кольца, т.е. V?>V?.

Но раз одна скорость больше другой, при вычитании из большего меньшее мы получим ещё одну скорость -- V?. Именно она, по мнению Лапласа, и уходила на «раскрутку» будущей планеты по своей оси.

Итак, Лаплас получил планетную систему, в которой все планеты вращаются в одну сторону, их спутники также вращаются в одну сторону, а скорость вращения планеты вокруг Солнца (и следовательно вокруг своей оси) возрастает при приближении к нему. Гипотеза господствовала некоторое время, но, с совершением нескольких научных открытий, была существенно раскритикована и заменена.

Что же не так в ней?

По теории все планеты крутятся по своей оси в одну сторону. Но позже было сделано важное открытие -- Венера и Уран вращаются по своей оси в другую сторону относительно других планет (все планеты вращаются против часовой стрелки по своей оси, Венера -- по часовой, а Уран почти «лежит на боку»).

Также, по гипотезе Лапласа-Канта, у Сатурна должны быть однородные кольца. Позже оказалось, что кольца этой планеты-гиганта состоят из разнообразных мельчайших частиц.

Последним ударом стал тот факт, что Юпитер крутится вокруг своей оси быстрее, чем Меркурий (9 часов против 1407 часов), что противоречило факту возрастания орбитальных скоростей при приближении к Солнцу.

II

Срочно требовалась новая теория образования планетных систем, которая бы соответствовала возросшим требованиям науки.
Было множество разных предположений -- от прохождения рядом двух звёзд до распада Солнца на части, -- но все они не являлись правдоподобными и опровергались научными открытиями.
Самая лучшая теория из них была сформулирована Отто Шмидтом (советским математиком и астрономом). Однако развил её другой советский учёный -- Сафронов Виктор Сергеевич.

Итак, о чём она?

В теории есть также молодая звезда, вокруг неё газовый диск. Но он не отслаивается на кольца.

В этом диске частицы начинают прилипать друг к другу и достигают километровых размеров. Это напоминает снежный ком, катящийся с горы -- он все обрастает и обрастает снегом, пока катится. Эти «зародыши» планет называются «планетезимали».
Дальнейшее вращение диска приводит к тому, что вокруг звезды из этих планетезималей появляются планеты.

Пояс астероидов тоже предполагается этой теорией -- из-за сильной гравитации планетезимали будущего Юпитера (а потом и из-за самого Юпитера) маленькие частицы постоянно сталкивались друг с другом, не собравшись в единое целое.
По температуре планетную систему можно разделить на две части -- «теплую» и «холодную». Эти две части разделяет снеговая линия.

На рисунке выше снеговая линия нашей Солнечной системы обозначена синим цветом между орбитами Марса и Юпитера, в поясе астероидов.
В тепловой зоне было слишком горячо для конденсации воды и газа, поэтому вблизи звезды не могли образоваться газовые и/или водяные планеты. Образовываться могли только каменные тела.
За снеговой линией, в холодной зоне, вышеописанные ограничения снимаются.
Эта картина прекрасно описывает нашу Солнечную систему -- у нас есть четыре каменные планеты вблизи Солнца и четыре планеты-гиганта вдали, за снеговой линией.
Что в этот-то раз могло пойти не так?

III

Наука не стоит на месте, и со временем астрономы научились находить планеты у других звёзд. И какого же было их удивление, когда среди открытых экзопланет (планет вне Солнечной системы) обнаружились так называемые «горячие юпитеры».

Горячие юпитеры -- это газовые гиганты, массы которых иногда больше массы Юпитера, расположенные на очень близком расстоянии от своих звезд (на более близком, чем Меркурий от Солнца!).
Теория Сафронова такие планеты отвергала совершенно (по ней они должны образовываться вдали от звезды, за снеговой линией), но факт оставался фактом.
Ещё одним ударом по теории стало измерение возраста протопланетных дисков(тех самых газовых туманностей со звездой в центре) -- он оказался очень маленьким (?10 млн лет), тогда как планеты из планетезималей образуются более сотен лет. Иначе говоря, планеты банально не успевают образоваться -- протопланетный диск рассеивается до их появления.

IV

В данный момент есть две теории образования планетных систем, и обе требуют серьёзных поправок:

1.Расширенная теория Сафронова (небулярная гипотеза)

Иное название этой модели -- модель аккреции (падения) вещества на ядро. По расширенной теории Сафронова сначала образуется планетезималь («зародыш» планеты). Впоследствии на неё может аккрецировать (падать) газ или вода -- тогда получается планета-гигант.

Или может вообще ничего не падать -- тогда планетезималь обрастает частицами протопланетного диска и становится каменной планетой.

Главная проблема данной теории -- время. Для образования планет требуются сотни миллионов лет, тогда как протопланетный диск живет всего лишь 10.

2. Теория гравитационной неустойчивости.

Эта теория предполагает создание планетных систем таким же образом, как и создание звёзд -- гравитационным сжатием.

Звезда образуется следующим образом: существует облако газа. Оно начинает сжиматься под собственной тяжестью. Энергия сжатия переходит в тепло, и в какой-то момент сжатие прекратится -- получится объект с высокой температурой сферической формы (так как гравитация объекта не даёт ему «расплюснуться»).

В этой теории планеты образуются подобным образом -- в массивном протопланетном диске есть какие-то неоднородности по массе. Под действием собственной тяжести они начинают сжиматься, образуя планеты.

У этой теории, в отличие от первой, нет проблемы возраста -- гравитационная неустойчивость может образовывать планеты за десятки и сотни тысяч лет. Это мало даже для возраста протопланетного диска.

Но возникает другая проблема: под действием такого сжатия вещество планет очень сильно нагревается, и эту избыточную энергию надо куда-то девать. Понятное дело, что она сбрасывается вокруг планеты, но на этот процесс уходят десятки миллионов лет, что опять не состыковывается с возрастом протопланетного диска -- планеты не успевают остыть, диск рассеивается, и в итоге мы получаем очень горячие тела на разном расстоянии от звезды. После их остывания остаются только каменные тела -- никаких газовых гигантов.

На данный момент, к сожалению, нет полностью работоспособной и надёжной теории образования нашей Солнечной системы, да и других планетных систем в принципе. Может, мы особенные в этом плане? Или наоборот -- типичный случай? А если всеми нашими планетами управляют инопланетяне, как марионетками? Что ж, возможно и такое. Время покажет.
На этом всё.

Источник: vk.com