Космология

На стадии быстрой аккреции освобождалось огромное количество энергии, и верхние слои планет сильно нагревались. Максимальная температура поверхности Юпитера и Сатурна, по-видимому, составляла несколько тысяч градусов - почти как у звезд. В диске Юпитера, где формировались его спутники, на близких расстояниях от планеты температура была выше точки конденсации водяного пара, а на более далеких - ниже. И действительно, ближние спутники Юпитера, включая Ио и Европу, состоят из каменистых веществ, а более отдаленные - Ганимед и Каллисто - наполовину из водяного льда. У Сатурна в диске температура была ниже, поэтому лед там конденсировался на всех расстояниях (частицы колец Сатурна и все его близкие спутники - ледяные).

Образование астероидов

Общая масса всех астероидов, заполняющих  зону на расстоянии 2-4 а.е. от Солнца, не превышает массы Луны. Если вещество в допланетном диске распределялось достаточно равномерно, то первоначально в зоне астероидов могло содержаться в 100-1000 раз больше вещества, чем в настоящее время. Пояс астероидов - это несостоявшаяся планета. Такое определение впервые дал О.Ю. Шмидт, предположивший, что процессу аккумуляции планеты помешало соседство массивного Юпитера. Сегодня ясно, что дело обстояло сложнее. Высокие хаотические скорости астероидов (5 км/с) не могли быть порождены современными возмущениями Юпитера даже за весьма длительные промежутки времени. Сами астероиды совершенно неспособны совершить подобную "раскачку". Следовательно, искать причину больших хаотически скоростей, а заодно и "опустошения" астероидного пояса нужно в прошлом, в процессе аккумуляции планет. В нем скрыт ответ на вопрос, почему именно рост Юпитера мог обогнать образование планеты, более близкой к Солнцу.

При одинаковой плотности конденсированного  вещества в зоне "питания" планета  формируется тем быстрее, чем  короче период ее обращения вокруг Солнца. У астероидов период обращения  составляет 3-6 лет, а у Юпитера - около 12 лет. Во всех моделях допланетного диска плотность с увеличением расстояния от Солнца убывает. Как же объяснить преимущество Юпитера? Ученые доказали, что в пределах зоны астероидов летучие вещества присутствовали в газообразном состоянии, тогда как на расстоянии Юпитера проходила граница конденсации паров воды. Это привело к тому, что рост допланетных тел в зоне Юпитера ускорился: гравитационная неустойчивость проявилась раньше; сгущения (в основном ледяные) были больше, чем в зоне астероидов; твердые тела, в которые они превращались, росли намного стремительнее.

Гравитационные возмущения Юпитера  особенно сильно действуют на астероиды, периоды обращения которых вокруг Солнца соизмеримы с периодом Юпитера. Их орбиты становятся вытянутыми, они могут пересекать орбиту Марса и даже Земли. Их осколками являются метеориты, выпадающие на Землю. Вещественный состав метеоритов свидетельствует о том, что астероиды сформировались как отдельные тела 4,6 млрд лет назад, т.е. в ту же эпоху, что и планеты. Кометы представляют собой небольшие тела поперечником 5-10 км. Состоят они в основном из водяного льда с вкраплениями льдов летучих соединений, способных конденсироваться лишь при очень низких температурах. Рассматривались два варианта происхождения комет: в межзвездном пространстве и на периферии Солнечной системы. Кометные орбиты - не параболы, а скорее очень вытянутые эллипсы с большими полуосями порядка 100 тыс. астрономических единиц. Поэтому кометы должны принадлежать Солнечной системе. По современным представлениям кометы - побочный продукт образования планет-гигантов. Это ледяные планетезимали, заброшенные формировавшимися планетами - Юпитером, Сатурном, Ураном и Нептуном - не очень далекую периферию нашей системы. Там кометы образуют гигантское разреженное облако, так называемое облако Оорта.

Как появились спутники планет

В современной планетной космогонии формирование спутников мыслится как  сопутствующий процесс. О.Ю. Шмидт  писал: "При образовании планет, в процессе сближения частиц с  крупными зародышами планет, некоторые  из частиц, сталкиваясь, настолько теряли скорость, что выпадали из общего роя  и начинали обращаться вокруг планеты. Таки образом, около планетного зародыша образуется сгущение - рой частиц, обращающихся около него по эллиптическим орбитам. Эти частицы также сталкиваются, изменяют свои орбиты. В уменьшенном  масштабе в этих роях будут происходить  те же процессы, что и при образовании  планет. Большинство частиц упадет на планету, часть же их будет образовывать околопланетные зародыши - будущие  спутники планет...".

Развитие этой идеи показало, что  появление околопланетных роев во время  образования планет неизбежно, вопрос лишь в том, сколько массы может  быть захвачено той или иной планетой и сколько спутников уцелеет  в дальнейшем. Важную роль в эволюции спутниковых систем играет приливное  трение. Солнечные приливы затормозили  вращение близких к Солнцу планет - Меркурия и Венеры, а они в  свою очередь воздействовали на имевшиеся  у них в прошлом спутники, замедляя из обращение. Спутники должны были постепенно приблизиться к планетам и упасть на их поверхность. Луна же, наоборот, из-за быстрого вращения Земли постепенно удаляется от нашей планеты вследствие приливного трения. Сама Луна могла образоваться лишь из массивного околоземного роя. Спутники Марса очень малы и по своим свойствам напоминает астероиды. Не исключено, что они - продукт столкновений тел астероидного пояса, залетевших в зону Марса. Следовательно, спутники планет земной группы столь различны, что для понимания их образования нужен индивидуальный подход. Спутники планет-гигантов, напротив, многочисленны и дают богатый материал для проверки общих космогонических идей.

Согласно схеме Шмидта, необходимо учитывать также присутствие  газа, преобладавшего над твердым  веществом в зоне образования  планет-гигантов и их спутников. Вместо околопланетных роев из твердых частиц вокруг планет должны были образовываться газопылевые аккреционные диски, в которых спутники формировались из пылевых субдисков. Газовая составляющая в них не вошла, поскольку массы спутников слишком малы, чтобы началось присоединение газа. Аккумуляция спутников из околопланетных дисков повторяла многие черты образования планет: движение почти в одной плоскости, совпадающей с экватором материнской планеты, и в одном направлении; закономерно увеличивающиеся интервалы между орбитами по мере удаления от планеты. В системе Юпитера явно прослеживается раннее прогревание диска, обеспечивающее каменистый состав ближних спутников - Амальтеи, Ио, Европы. Это позволяет сравнивать растущий Юпитер с "маленьким Солнцем".

Однако аналогия спутниковых систем и планетной системы не может  быть полной, так как все процессы вблизи планет во многом зависят еще  и от Солнца. Размеры спутниковых  систем в десятки и сотни раз  меньше расстояний между планетами, соответственно длительность процессов  в них намного короче. Некоторые  близкие спутники Сатурна (Мимас, Энцелад) за время формирования системы могли успеть вырасти, разрушиться при бомбардировке допланетными телами и вновь аккумулироваться на своих орбитах. Отдаленные спутники, которые обычно обращаются по вытянутым и сильно наклоненным или даже обратным орбитам, находятся под влиянием столь сильных гравитационных возмущений Солнца, что их орбиты меняют свои параметры буквально при каждом обороте вокруг планеты. Эти спутники в отличие от регулярных, образовавшихся в дисках, могли быть захвачены планетами-гигантами при столкновениях астероидов, залетевшых в окрестности планет.

В некотрых системах обнаруживаются следы очень крупных столкновений: удивительно маленький наклон оси Урана к эклиптике, повлиявший также на ориентацию орбит всех его спутников и колец; противовращение Тритона по сравнению с вращением Нептуна вокруг своей оси и др. 

Газопылевые облака

Текущая структура этого облака поддерживается теми же самыми законами физики, которые действуют и в  случае звезд. Облако находится во временном  состоянии равновесия, когда внутренние силы гравитации противодействуют давлению газа. Но эта ситуация не может сохраняться  долго. Если равновесие в таком облаке нарушается, оно начинает сжиматься  и превращается в так называемую протозвезду. По мере сжатия плотность  и температура в облаке возрастают, а вместе с ними растет и сопротивление  сжатию. Если масса протозвезды невелика, ее коллапс может на каком-то этапе  остановиться. При этом образуется газовый шар небольших размеров, который называется коричневым карликом. Более массивная протозвезда  развивается иначе. На определенном этапе сжатия плотность и температура  в ее центре возрастают до такой  степени, что здесь начинается термоядерная реакция. С этого момента звезду можно считать родившейся. Такие звезды, окруженные остатками газа и пыли, из которых они образовались, наблюдаются во многих плотных газовопылевых облаках в нашей и других галактиках. Если протозвездное облако вращалось с большой скоростью, остатки газа и пыли образуют у молодой звезды диск, из которого впоследствии может образоваться планетная система.

Полученные в ходе исследований облака В68 результаты изменили эту  ситуацию. С помощью новой наблюдательной методики исследователи получили возможность  детального зондирования внутренней структуры  облака. Обнаружено, что средняя  плотность монотонно увеличивается  к центру. Это согласуется с  теоретической моделью, в которой  в изолированном сферическом  газовом облаке с некоторой температурой его собственные силы гравитации уравновешивают внутреннее тепловое давление. Имея точное физическое описание структуры, с очень высокой точностью (около 3%) можно определить основные параметры  облака, такие, как его размер и  соотношение газа и пыли.

Новая наблюдательная методика основана на измерении излучения звезд, находящихся  позади облака. Проходя через облако, излучение поглощается и рассеивается частицами пыли. Этот эффект зависит  от цвета (длины волны), и звезды становятся более красными, чем на самом деле. Он также пропорционален количеству затеняющего материала, и, следовательно, наибольшим оказывается для тех  звезд, которые расположены позади центральной части облака. Измеряя  степень покраснения звезд, наблюдаемых  сквозь разные области облака, можно  получить таблицу распределения  пыли в облаке.

Но получение такого распределения  является сложной задачей, так как  даже малые облака настолько светонепроницаемы, что сквозь них можно наблюдать  очень немного фоновых звезд. Только большие телескопы и высокочувствительные приборы способны обнаружить достаточное  число звезд для того, чтобы  можно было достигнуть значительных результатов.

Итак, после остывания  до определенной температуры планета  покрывается твердой оболочкой. Отныне и до окончания ее существования  процесс перехода антивещества ядра в вещество оболочки будет отражаться именно в ней, в ее преобразованиях. Эволюция оболочки планеты, в связи  с возникающей на ней возможностью проявления жизни в плотных ее формах, указывает нам на глубинный  смысл существования планет и  всей планетной системы в целом. Но, обо всем по порядку.

Как уже совершенно понятно - внутри всех планет находится ядро, состоящее из антивещества. Вокруг него располагается оболочка из расплавленных  масс вещества. И все это закрывается  твердой корой из застывшего вещества. Антивещество планеты постоянно  переходит в вещество ее оболочки. При этом выделяется большое количество частиц электромагнитного излучения. За счет этого недра планет имеют  высокую температуру и находятся  в расплавленном состоянии.

Вещество и антивещество планеты уплотняются по мере приближения  к переходному слою, и плотность  в нем достигает максимальной величины (рис.71)

Рис.71. Внутри планеты  находится ядро, состоящее из антивещества. Плотность Материи в нем увеличивается  от центра к периферии. Ядро окружено горячей оболочкой из вещества. Плотность  оболочки увеличивается с увеличением  глубины. В переходном слое, отделяющем антивещество от вещества, происходит переход антивещества в вещество, сопровождаемый выделением большого количества тепла

Величину ядра из антивещества (а также агрегатное состояние  и плотность его масс у переходного  слоя) можно определить по характеру  распространения сейсмических волн, которые возникают в результате землетрясений и мощных взрывов. На рисунке 72 «показано, как определяются размеры ядра по рефракции (искривлению) волновых путей во время их прохождения  по мантии и ядру. Сейсмические волны  отражаются также от границ между  слоями. Анализируя полученную информацию по отражению и рефракции, мы можем определить границы основы коры (25-90 км в континентальных областях, но всего 6-11 км под океанами) и наличие внутреннего ядра (радиус 1215 км) внутри радиуса внешнего ядра, который составляет 3470 км. Более того, мы можем сказать, что внешнее ядро должно быть жидким, потому что, хотя волны давления и проходят через него, другого вида сейсмические волны – волны сотрясения – нет». /2.83/

Рис.72. «Пути прохождения  сейсмических волн внутри Земли доказывают наличие ядра и позволяют определить точные его размеры. Плотность ядра примерно в два раза превосходит  плотность поверхностной каменистой мантии, что вдвое уменьшает скорость сейсмических волн. Волны, достигающие  границы между мантией и ядром, отражаются резко вниз. На определенном расстоянии от источника имеется  так называемая «мертвая зона», внутри которой сейсмические станции не могут уловить непосредственно  передаваемых волн». /2.86/

Космическая шкала  времени