Солнечная система

Содержание 
 

      Введение 

     Как известно, единой, завершённой теории образования звёзд, планет или галактик пока не существует. Проблемы, с которыми столкнулись учёные, подчас трудно разрешимы. Решение вопроса о происхождении солнечной системы в целом значительно затрудняется тем, что других подобных систем мы пока не наблюдаем. Нашу солнечную систему не с чем пока ещё сравнивать, хотя системы, подобные ей, должны быть достаточно распространены и их возникновение должно быть не случайным, а закономерным явлением.

     На  протяжении многих веков вопрос о  происхождении Солнца оставался  монополией философов, так как фактический  материал в этой области почти  полностью отсутствовал. Первые научные  гипотезы относительно происхождения  солнечной системы и планет, основанные на астрономических наблюдениях, были выдвинуты только лишь в 18 веке. С тех пор не переставали появляться все новые и новые теории, соответственно росту наших космогонических представлений.

     Солнечная система состоит из центральной  звезды Солнца и окружающих его множества небольших спутников - планет, астероидов (малых планет), комет, метеоритов и бесчисленных мелких метеорных частиц и пылинок. Девять планет являются главными спутниками Солнца, но и у них суммарная масса в 743 раза меньше . Суммарная же масса всех остальных малых тел Солнечной системы, включая облако комет, составляет .¹

     Современная наука располагает богатым материалом о физико-химической основе жизни, о  путях, которые могли несколько  миллиардов лет привести к возникновению  примитивных организмов.

      1. Общие положения  происхождения Солнечной  системы 

     Серьезным поводом для философствования о  возможном устройстве Вселенной  могло стать открытие «блуждающих  светил» (планет). Попытки разгадать  непонятные петли, которые описывают  планеты на фоне якобы неподвижных  звезд, привели к построению первых астрономических картин или моделей мира. Апофеозом их по праву считается геоцентрическая система мира Клавдия Птолемея (II век н. э.). Древние астрономы пытались (в основном безуспешно) определить (но еще не доказать!), какое место Земля занимает по отношению к семи известным тогда планетам (таковыми считались Солнце, Луна, Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн). И только Николаю Копернику (1473-1543) это наконец удалось.

     Птолемея  называют создателем геоцентрической, а Коперника — гелиоцентрической  системы мира. Но принципиально эти системы отличались только содержащимися в них представлениями о расположении Солнца и Земли по отношению к истинным планетам (Меркурию, Венере, Марсу, Юпитеру, Сатурну) и к Луне.

     Коперник, по существу, открыл Землю как планету, Луна заняла подобающее ей место спутника Земли, а центром обращения всех планет оказалось Солнце. Солнце и движущиеся вокруг него шесть планет (включая Землю) — это и была Солнечная система, какой ее представляли в XVI веке.

     В начале 2002 года американские ученые «пообщались» со своей автоматической межпланетной станцией «Пионер-10», которая была запущена 30 лет назад и успела улететь от Солнца на расстояние 12 млрд километров. Ответ на радиосигнал, посланный с Земли, пришел через 22 ч 06 мин (при скорости распространения радиоволн около 300 000 км/сек). Учитывая сказанное, «Пионеру-10» еще долго придется лететь до «границ» Солнечной системы (конечно, достаточно условных!). А дальше он полетит к ближайшей на его пути звезде Альдебаран (самая яркая звезда в созвездии Тельца). Туда «Пионер-10», возможно, домчится и доставит заложенные в нем послания землян только через 2 млн лет…

     Предполагали, что звезды — далекие светила, но природа их была неизвестна. Правда, Джордано Бруно, развивая идеи Коперника, гениально предположил, что звезды — это далекие солнца, причем, возможно, со своими планетными системами. Правильность первой части этой гипотезы стала совершенно очевидной только в XIX веке. А первые десятки планет около других звезд были открыты лишь в самые последние годы недавно закончившегося XX века.

     Далеко  не сразу стало понятно, что звезды, наблюдаемые в разных направлениях неба, имеют какое-то отношение к  звездам Млечного Пути. Одним из первых, кому удалось это доказать, был английский астроном и оптик  В. Гершель. Поэтому с его именем связывают открытие нашей Галактики (ее иногда так и называют — Млечный Путь).

     Итак, открыты Солнечная система и  наша Галактика, в которой Солнце — одна из триллионов звезд (невооруженным  глазом на всей небесной сфере видно  около 6000 звезд), а Млечный Путь — проекция части Галактики на небесную сферу. Но подобно тому, как в XVI веке земляне поняли, что наше Солнце — самая рядовая звезда, мы теперь знаем, что наша Галактика — одна из множества ныне открытых других галактик.

     В чрезвычайно огромном и практически скрытом от глаз мегамире (или в Метагалактике) удалось открыть его важные закономерности и свойства: расширение, крупномасштабную структуру. Все это несколько напоминает другой, уже открытый и во многом разгаданный микромир. Там исследуются совсем близкие к нам, но тоже невидимые кирпичики мироздания (атомы, адроны, протоны, нейтроны, мезоны, кварки). Познав устройство атомов и закономерности взаимодействия их электронных оболочек, ученые буквально «оживили» Периодическую систему элементов Д. И. Менделеева.

     Вновь обратимся к истории астрономии. Одной из ее триумфальных страниц  было открытие планеты Нептун «на  кончике пера». Гравитационное воздействие  какой-то массы на движение Урана  натолкнуло ученых на мысль о существовании  неизвестной еще планеты, позволило талантливым математикам определить ее местоположение в Солнечной системе, а потом точно указать астрономам, где ее искать на небесной сфере. И в дальнейшем гравитация оказывала астрономам подобные услуги: помогала открывать разные «диковинные» объекты — белых карликов, черные дыры. Так вот и теперь исследование движения звезд в галактиках и галактик в их скоплениях привело ученых к выводу о существовании таинственного невидимого («темного») вещества (а может быть, вообще какой-то неведомой нам формы материи), и запасы этого «вещества» должны быть колоссальными.

     Принципиально новым шагом были работы И. Ньютона, предложившего во 2-й половине 17 века динамическую модель Солнечной системы, основанную на законе всемирного тяготения. Динамическая модель согласуется с кинематической моделью, предложенной Кеплером, так как из динамической системы двух тел «Солнце — планета» следуют законы Кеплера.

     К 40-м годам 19 века выводы динамической модели, объектами которой были видимые  планеты, вошли в противоречие с накопленными к тому времени наблюдениями. Именно, наблюдаемое движение Урана уклонялось от теоретически вычисляемого движения. У. Леверье в 1846 расширил систему наблюдаемых планет новой гипотетической планетой, названной им Нептуном, и, пользуясь новой моделью Солнечной системы, определил массу и закон движения новой планеты так, что в новой системе противоречие в движении Урана было снято. Планета Нептун была открыта в месте, указанном Леверье. Аналогичным методом, используя расхождения в теоретической и наблюдаемой траектории Нептуна, в 1930 была открыта планета Плутон.

      2. Небулярные гипотезы 

     Все космогонические гипотезы можно  разделить на несколько групп: небулярные (Канта, Лапласа и др., к ним  же относится и гипотеза О. Ю. Шмидта), гипотезы захвата, выброса и др. Небулярные гипотезы, а их больше всего, можно, в свою очередь разделить на две подгруппы². Согласно первой из них Солнце и все тела Солнечной системы: планеты, спутники, астероиды, кометы и метеорные тела - образовались из единого газово-пылевого, или пылевого облака. Согласно второй Солнце и его семейство имеют различное происхождение, так что Солнце образовалось из одного газово-пылевого облака (туманности, глобулы), а остальные небесные тела Солнечной системы - из другого облака, которое было захвачено каким-то, не совсем понятным, образом Солнцем на свою орбиту и разделилось каким-то, еще более непонятным образом на множество самых различных тел (планет, их спутников, астероидов, комет и метеорных тел) имеющих самые различные характеристики: массу, плотность, эксцентриситет, направление обращения по орбите и направление вращения вокруг своей оси, наклонение орбиты к плоскости экватора Солнца (или эклиптики) и наклон плоскости экватора к плоскости своей орбиты.

     2.1 Гипотеза Канта-Лапласа

       Научное предположение о происхождении  Земли и других небесных тел  впервые выдвинул немецкий философ  И. Кант. Это было в 1755 г. В  конце того же века, не зная  ничего о мыслях Канта, к  сходному же заключению пришел  выдающийся французский ученый Лаплас. Поэтому часто говорят о научной гипотезе (т. е. о научном предположении) Канта и Лапласа, хотя в их воззрениях было немало существенных различий.

       Кант и Лаплас обратили внимание  на то, что Солнце горячее, а  Земля холодная и по своему  размеру много меньше, чем Солнце. В то же время Земля — лишь одна из планет. Все планеты обращаются вокруг Солнца почти по окружностям, в одну и ту же сторону и почти в одной и той же плоскости. Это составляет основные отличительные черты солнечной системы, которые должны быть объяснены в первую очередь.

       Кант и Лаплас утверждали следующее:  все в природе непрерывно изменяется, развивается (иначе — эволюционирует). И Земля и Солнце раньше  не были такими, какие они сейчас; было время, когда составляющее  их вещество существовало совсем в другом виде.

       Лаплас обосновал свою гипотезу  более подробно и убедительно.  Как же он представлял себе  возникновение солнечной системы?

     Когда-то, говорил Лаплас, солнечной системы  не было, а была первичная разреженная  и раскаленная газовая туманность с уплотнением в центре. Она медленно вращалась, и размеры ее были больше, чем поперечник орбиты cамой удаленной от Солнца планеты. Притяжение частичек туманности друг к другу — притяжение, свойственное всем телам,— приводило к сжатию туманности, к уменьшению ее размеров. По известному из опытов закону механики, при сжатии вращающегося тела скорость его вращения возрастает.

       Вы можете в этом убедиться  сами. Сядьте на легко вращающуюся  табуретку у пианино и вертитесь,  держа в вытянутых руках какую-либо тяжесть. Если затем вы прижмете руки к груди, то вращение ваше ускорится. Но когда тело вращается быстрее, возрастает центробежная сила. Например, если вы вращаете камень, привязанный к веревке, слишком быстро, веревка может лопнуть, и камень оторвется.

     Так и при вращении туманности большое  количество частичек на ее экваторе (вращающихся  быстрее, чем у полюсов) отрывалось, или, точнее, отслаивалось, от нее. Вокруг туманности возникало вращающееся  кольцо. Вместе с тем туманность, круглая вначале, вследствие центробежной силы сплющивалась у полюсов и становилась похожей на линзу. По этой же причине сплющивается стальной обруч, надетый на ось и вращающийся на центробежной машине.

       Все время сжимаясь и ускоряя  свое вращение, туманность отслаивала  от себя кольцо за кольцом, которые вращались в одну и ту же сторону и в одной и той же плоскости.

     Но  газовые кольца не могли быть везде  одинаково плотными. Наибольшее из сгущений в каждом кольце постепенно притягивало к себе остальное  вещество кольца. Так каждое кольцо превращалось в один большой газовый клубок, вращавшийся вокруг своей оси. После этого с ним повторялось то же, что с огромной первичной туманностью: он превращался в небольшой шар, окруженный кольцами, опять сгущавшимися в небольшие тела. Последние, охладившись, становились спутниками больших газовых шаров, обращавшихся вокруг Солнца и после затвердения превратившихся в планеты. Наибольшая часть туманности сосредоточилась в центре; она не остыла до сих пор и стала Солнцем.