Каким образом происходило формирование солнечной системы кратко
Обновлено: 04.07.2024
Солнечная система состоит из ее центральной звезды — Солнца, восьми вращающихся вокруг Солнца планет, их спутников, множества малых небесных тел и межпланетной среды.
К такому строению Солнечная система шла 4600 млн лет. Гипотезы о путях и принципах ее формирования выдвигались разными учеными: немецким философом Кантом, французским физиком Лапласом, английским астрономом Фредом Хойлом. В текстах их работ содержатся разные предположения.
Однако основой современной теории стала точка зрения российского математика Отто Юльевича Шмидта. Она гласит, что Солнце и окружающие его небесные тела образовались из холодного газопылевого облака под воздействием сильного гравитационного сжатия.
Общий процесс, если представить его максимально кратко, выглядел так: вращающееся облако постепенно наращивало скорость, температура его центра повышалась, а площадь сокращалась. В результате в центре образовалась горячая протозвезда — будущее Солнце. На периферии сформировались протопланетные диски, со временем нарастившие массу и преобразовавшиеся в планеты.
Образование Солнца
Причиной преобразований газопылевого облака стал мощный вброс энергии. Ученые предполагают, что это была ударная волна от взрыва сверхновой звезды. Под ее воздействием произошло мгновенное сжатие массы, образование в центре облака плотного раскаленного ядра. Остальная масса рассредоточилась по периферии, сформировав огромный диск.
С течением времени ядро увеличивало температуру, давление и плотность. И на следующем этапе превратилось в протозвезду. Далее при достижении критических значений температуры и давления в ядре начали происходить термоядерные реакции: водород стал превращаться в гелий. Так протозвезда прекратила свое существование, уступив место звезде, которую люди на Земле назвали Солнцем.
В астрономии существует основанная на математических расчетах теория о том, что с начала преобразований в облаке до начала термоядерных реакций прошло 100 тысяч лет.
Образование планет
Восемь планет Солнечной системы делят на две группы: земную и группу газовых гигантов.
К земной относятся:
К газовым гигантам причисляют:
Возникновение всех планет относится к одному временному периоду, но представления об их происхождении и составе у ученых разные.
Образование планет земной группы
В некоторых областях окружавшего Солнце диска части газопылевого облака начали уплотняться. Постепенно они преобразовались в плотные кольца, притягивающие твердые материи из космического пространства.
Поскольку температура в кольцах была слишком высокой, лед и газ в своем начальном виде не могли в них существовать. А вот термоустойчивые горные породы послужили отличным строительным материалом — именно из них состоят планеты земной группы.
Ученые до сих пор спорят о том, сколько длился процесс формирования планет земной группы. На сегодняшний день по разным оценкам он составляет от 10 до 100 млн лет.
По мере наращивания массы диски превращались в четыре планеты, известные нам сегодня, как Земля, Марс, Венера и Меркурий. Эта стадия стала основной в их развитии.
Образование газовых гигантов
Планеты группы газовых гигантов расположены на большом отдалении от Солнца. Их температуры значительно ниже земных. Этот факт они смогли использовать для своего формирования, нарастив массу за счет гравитационного притяжения газа из окружающего их пространства. Данный процесс называется аккрецией.
Сегодня газовые гиганты являются самыми большими планетами Солнечной системы. Их характеристики можно посмотреть в таблице ниже:
Аккреция газа заняла несколько миллионов лет. Процесс завершился на том этапе, когда содержание газовой составляющей в протопланетном диске достигло критически малых значений.
Образование спутников
На следующем этапе истории произошло образование спутников рядом с планетами Солнечной системы. Астрономам и физикам удалось определить три возможных способа:
- Захват одним объектом другого — обладающего меньшей массой и пролетающего вблизи.
- Преобразование околопланетного диска.
- Столкновение осколков.
О том, как именно образовался тот или иной спутник, ученые спорят. К примеру, характеристики Луны позволяют применять к ней любой из трех способов.
Пояс астероидов
Большинство из них, как видно на рисунке ниже, находится в области между орбитами Марса и Юпитера, образует Пояс астероидов.
Те астероиды, что находятся ближе к Марсу, состоят из железа и скалистых горных пород. Те, что расположены ближе к Юпитеру, содержат много льда, имеют состав, схожий с первоначальным составом газопылевого облака.
Состав астероидов становится более понятным, если сравнить удаленность Марса и Юпитера от Солнца. Здесь играет роль такой важный фактор как температура: чем дальше от Солнца, тем холоднее, тем больше газа и льда.
Одним из главных вопросов, ответ на который долгое время ищут исследователи космического пространства, является вопрос о рождении Солнечной системы. Изучение небесных тел данной области помогает сформировать все новые и более логичные гипотезы о происхождении нашей звездной системы. Поиск разгадки подталкивает человечество к улучшению исследовательской техники, а также к расширению горизонтов понимания Вселенной.
В данной статье вы узнаете самые современные теории о рождении и формировании Солнечной системы.
Когда появилась
Самой принимаемой в научном сообществе гипотезой о том, как появилась Солнечная система, является небулярная модель. Ее основная идея заключается в том, что наша звездная система сформировалась из газопылевого облака.
Небулярную гипотезу первым сформулировал немецкий философ Кант в 1755 году. В последующем она неоднократно проверялась и улучшалась. На данный момент именно ее придерживается большинство исследователей космоса.
По гипотезе Канта, Солнце и планеты вокруг него появились из массивного водородного облака путем его сильного гравитационного сжатия. Произошло это около 4,6 млрд. лет назад. Образование самой звезды заняло около 10 миллионов лет, а на окончательное формирование остальных объектов ушло до нескольких сотен тысячелетий. В последующем возникли такие структуры, как пояс астероидов и планетарные спутники.
Этапы формирования
Разберем основные тезисы небулярной гипотезы возникновения Солнечной системы. Вначале рождается центральная звезда. Она формируется из огромного облака холодного водорода. В определенным момент водородная масса начинает быстро сжиматься под действием гравитационных сил, т.е. коллапсировать. От нее отделяются фрагменты, которые также подвергаются гравитационному коллапсу и сжимаются до размеров звезд. Эти части облака зовутся протозвездными туманностями.
Образование Солнца
Туманность начинает постепенно притягивать к себе огромные массы межзвездной пыли и газа, за счет чего начинается ее орбитальное движение. В центральной части данной области газ начинает сжиматься, образуя раскаленное ядро звезды. Постепенно коллапс туманности проходит и ускоряется вращательный момент протозвезды. Газ и пыль вокруг нее приобретают значительное ускорение.
После набором протозвезды достаточной массы путем приращения газа и материи, запускается процесс термоядерных реакций в ее ядре. Для этого масса протозвезды должна быть в 80 раз больше массы Юпитера. С момента формирования туманности до запуска в протозвезде термоядерных реакций проходит в среднем 100000 лет.
Новая звезда еще очень мала – она находится в стадии коричневого карлика. Она продолжает аккрецировать материю из туманности и постепенно в течение нескольких сотен миллионов лет превращается в звезду солнцеподобного типа.
Формирование планет внутренней группы
Планеты внутренней группы сформировались в тех областях протопланетного диска, где температура слишком высока для существования частиц льда и газа в диком состоянии. Поэтому эти объекты построены преимущественно из термоустойчивых горных пород. Планетазимали вначале быстро приращивают массу, достигая диаметра более километра. Далее крупные фрагменты притягивают к себе более мелкие, пока запас планетазималей в диске не окажется полностью исчерпан. Наступает стадия окончательного формирования Солнечной системы и приобретения ее телами определенной орбиты. Весь процесс возникновения планеты внутренней группы занял от 10 до 100 миллионов лет.
Возникновение газовых гигантов
Формирование газовых гигантов более сложный процесс. До момента образования крупных планетазималей их развитие подобно планетам земного типа. Но в их составе содержатся частицы льда, и они наращивают свою массу путем аккреции газа из протопланетного диска. Это возможно, т.к. во внешней области будущей звездной системы температуры относительно невысоки. Процесс сбора газа занимает несколько миллионов лет до истощения газовых запасов диска. Формирование газовых гигантов оказывает значительное влияние на количество твердотельных планет внутри системы. Чем раньше началось образование газовых планет, тем меньше строительного материала останется на формирование землеподобных тел.
Будущее Солнца
Наша звездная система будет сохранять относительную стабильность до истощения запасов водорода внутри солнечного ядра. Стареющее Солнце будет быстро увеличиваться в размерах и излучать все больше энергии. Через 1 млрд. лет поверхность Земли разогреется до состояния полного испарения воды мирового океана. Облака водяного пара усилят парниковый эффект, еще больше разогрев планету. Еще через 2,5 млрд. лет Земля по условиям станет схожа с современной Венерой, а вот Марс станет вполне пригоден для жизни.
Через 7 млрд. лет запасы солнечного водорода полностью закончатся, и звезда начнет выжигать водород из окружающей оболочки. Это приведет к ее разрастанию и переходу в стадию красного гиганта. Меркурий, Венера и Земля будут поглощены огромной звездой.
Солнечное ядро будет быстро набирать массу, пока в нем не запустится термоядерная реакция преобразования гелия в углерод. Эта стадия продлится еще несколько сотен миллионов лет, а после сбросит в космическое пространство огромные массы звездного вещества. Сформируется планетарная туманность. Оставшиеся небесные тела сдвинутся со своих орбит, приобретя хаотичное движение. Еще через 75 тысяч лет красный гигант полностью преобразится в белого карлика, который постепенно будет остывать и угасать. Оставшиеся вокруг планеты также будут остывать и умирать вместе с центральной звездой. По подсчетам ученых, вся эволюция Солнечной системы от рождения до смерти займет около 12,5 млрд. лет.
Перечень альтернативных теорий
Кроме небулярной гипотезы Канта есть и другие идеи о том, как появилась Солнечная система. Наиболее популярными из них являются:
Как известно, рождение планет не происходит в один миг, и не каждое космическое тело может эволюционировать в неё. В действительности формируется планета под влиянием множества факторов. Причём этот процесс длится многие миллионы, даже миллиарды лет.
Формирование Солнечной системы
По современным взглядам, наша звёздная система сформировалась примерно 4600 млн лет назад. В результате гравитационного коллапса части огромнейшего межзвёздного молекулярного облака, значительная доля вещества сосредоточилась в центре этого коллапса. А из неё в последствие образовалась звезда под именем Солнце. В свою очередь, из остального вещества возник протопланетный диск, который обращается вокруг центральной звезды.
Собственно, уже из этого диска формировались планеты, спутники, астероиды и другие небесные тела .
В Солнечной системе постоянно происходят различные взаимодействия, начиная от крошечных частиц и заканчивая крупными объектами. Иными словами, они движутся, сталкиваются, возникают и разрушаются, при этом образуя что-то новое. Можно сказать, что происходит не прекращающееся развитие и эволюция всей Вселенной.
К примеру, изменяются не только размеры и характерные черты объектов, но и границы, а также содержимое всей системы.
Рождение планет
Сначала в системе образовывались протопланеты, то есть крупные зародыши в протопланетном диске, в которых уже произошло внутреннее плавление и началось формирование и разделение недр.
Затем их размеры увеличивались или, наоборот, уменьшались из-за слияний и столкновений друг с другом. Таким образом протопланеты Например, Меркурий потерял часть мантии во время удара с другим телом. Кстати, Луна предположительно как раз появилась в результате гигантского столкновения.
Сейчас мы, соответственно, наблюдаем итог взаимодействия, так сказать, противостояний космических объектов.
Пожалуй, необъяснимым пока является то, как изначальные орбиты протопланет создали практически круглые планетные орбиты.
Но определённо, Солнце со своей энергией и теплом повлияло на само рождение планет вокруг себя, а также на их основные характеристики (состав, размеры, температуру и т.д.).
В действительности рождение планет начинается с определённых эволюционных процессов:
- зародыш появляется в околозвёздном газовом диске, вращающемся по окружности относительно новоиспечённой звезды;
- под действием гравитации материи происходит приращение массы этого зачатка (аккреция);
- на звёздной орбите образуется небесное тело, притягивающее газовые и пылевые частицы из диска, которое постепенно обогащается тяжёлыми химическими элементами.
По сути, затем начинается сжатие и формирование ядра, недр и внешней оболочки планет.
Проще говоря, из крошечных частиц образуются громадные объекты планетного типа. Если они притянули к себе большое количество газа, то в результате получился газовый гигант. А если газа было не много, в итоге появились планеты земного типа (и наша, в том числе).
Хотя существует другая теория рождения планет, согласно которой они образуются под действием коллапса начального газопылевого облака. Но в научных кругах о ней ведётся очень много споров. Главным образом потому как между крупными планетами и небольшими звёздами находится, так называемая, пустота. А значит, они не могут происходить от звёздных сородичей.
Как известно, звёзды отличаются большой массой, размерами и протекающими внутри них термоядерными реакциями. Если тела недостаточно массивные, то подобных реакций в них попросту не возникнет. И тогда, возможно, из таких объектов произойдёт рождение планет. Конечно, под воздействием других определяющих факторов.
Есть несколько гипотез, которые могут ответить на этот вопрос.
Если речь идет о Солнечной системе, то наиболее популярным и широко признанным взглядом является небулярная гипотеза происхождения миров. Согласно этой модели, Солнце, планеты и все остальные объекты Солнечной системы образовались многие миллиарды лет назад из плотных облаков молекулярного водорода. Первоначально предложенная в качестве объяснения происхождения Солнечной системы, она по-прежнему остается наиболее широко принятой.
Небулярная гипотеза — что это?
Согласно данной модели, Солнце и все планеты нашей Солнечной системы начали свою историю с гигантского молекулярного облака из газа и пыли. Затем, около 4,47 миллиарда лет назад что-то произошло, что привело к коллапсу облака. Возможно, причиной стала пролетающая мимо звезда или взрывные волны сверхновой, точно никто не знает, но конечным результатом стал гравитационный коллапс в центре облака.
С этого момента из облаков газа и пыли начали формироваться более плотные сгустки. Достигнув определенной плотности, сгустки согласно закону сохранения импульса начали вращаться, а повышающееся давление их разогрело. Большая часть материи собралась в центральном сгустке, в то время как оставшаяся материя образовала вокруг этого сгустка кольцо.
Сгусток в центре со временем превратился в Солнце, а остальная материя образовала протопланетарный диск.
Планеты же образовались из материи этого диска. Притягивающиеся друг к другу частицы пыли и газа собрались в более крупные тела. Рядом с Солнцем смогли сформироваться в более плотные объекты только те сгустки, в которых присутствовала наибольшая концентрация металлов и силикатов. Так появились Меркурий, Венера, Земля и Марс. Поскольку металлические элементы слабо присутствовали в первичной солнечной туманности, планеты не смогли очень сильно вырасти.
Как появились планеты
В свою очередь такие гигантские планеты, как Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун, образовались уже где-то в точке между орбитами Марса и Юпитера — где-то за границей отрицательных температур, где материал замерзает настолько, что позволяет летучим соединениям сохранять твердую форму в виде льда. Разнообразие этого льда оказалось гораздо шире, чем разнообразие металлов и силикатов, из которых образовались планеты внутренней части Солнечной системы. Это позволило им вырасти настолько огромными, что в конечном итоге у них появились целые атмосферы из водорода и гелия. Оставшийся материал, который так и не был использован для образования планет, сосредоточился в других регионах, сформировав в конечном итоге пояс астероидов, пояс Койпера и облако Оорта.
Ранняя Солнечная система в представлении художника. Столкновение между собой частиц в аккреционном диске привело к формированию планетоземалей и в конце концов планет
В течение следующих 50 миллионов лет давление и плотность водорода в центре протозвезды стали достаточно высокими для начала термоядерной реакции. Температура, скорость реакции, давление и плотность продолжили возрастать до тех пор, пока не было достигнуто гидростатическое равновесие. С этого момента Солнце превратилось в звезду главной последовательности. Солнечные ветра создали гелиосферу, сметав при этом оставшийся от протопланетарного диска газ и пыль в межзвездное пространство и ознаменовав завершение процесса планетарного формирования.
История небулярной гипотезы
Туманность Sh 2-106. Компактная область звездообразования в созвездии Лебедя
Небулярная модель Лапласа получала широкое признание в течение 19-го века, хотя и содержала некоторые явные нестыковки. Основной вопрос вызывало угловое распределение импульса между Солнцем и планетами, которое небулярная теория не объясняла. Помимо этого, шотландский ученый Джеймс Клерк Максвелл (1831–1879) утверждал, что разность скорости вращения между внешней и внутренней частью протопланетарного диска не позволила бы материи накапливаться. Кроме того, теория была не принята также и астрономом сэром Дэвидом Брюстером (1781–1868), который однажды сказал:
Например, модель допланетного облака успешно объясняет появление аккреционных дисков вокруг молодых звездных объектов. Множественные симуляции также показали, что аккреция вещества в этих дисках ведет к формированию нескольких тел размером с Землю. Благодаря книге Сафронова вопрос происхождения планет земной группы (или землеподобных, если хотите) можно считать решенным.
Несмотря на то, что изначально модель допланетного облака применялась только в отношении Солнечной системы, многие теоретики считают, что ее можно использовать в качестве универсальной системы мер для всей Вселенной. Поэтому ее даже сейчас нередко используют для объяснения процесса формирования многих экзопланет, которые были нами найдены.
Недостатки небулярной гипотезы
Несмотря на то, что небулярная модель имеет широкое признание, она по-прежнему содержит ряд вопросов, которые не могут решить даже современные астрономы. Например, есть вопрос, связанный с наклоном. Согласно небулярной теории, все планеты, находящиеся вокруг звезд, должны обладать одинаковым наклоном осей по отношению к плоскости эклиптики. Но нам известно, что планеты внутреннего и внешнего кругов обладают совершенно разными наклонами осей.
В то время как планеты внутреннего круга обладают углом наклона осей, составляющим от 0 градусов, оси других (Земли и Марса, например) имеют угол наклона около 23,4 и 25 градусов соответственно. Планеты внешнего круга, в свою очередь, тоже обладают разными наклонами осей. Наклон оси Юпитера, например, составляет 3,13 градуса, в то время как у Сатурна и Нептуна эти показатели составляют 26,73 и 28,32 градуса соответственно. А Уран вообще имеет экстремальный наклон оси в 97,77 градуса, что фактически заставляет один из его полюсов постоянно находиться лицом к Солнцу.
Список потенциально обитаемых экзопланет согласно Planetary Habitability Laboratory
Вероятнее всего, неразрешенные вопросы имеют наиболее близкое значение к пониманию природы формирования, и поэтому на них так трудно ответить. Просто когда мы думаем, что нашли наиболее убедительное и логичное объяснение, всегда остаются моменты, которые объяснить мы не в состоянии. Тем не менее мы прошли немалый путь, пока не пришли к нашим текущим моделям звездообразования и планетарного формирования. Чем больше мы узнаем о соседних звездных системах и чем больше исследуем космос, тем более зрелыми и совершенными становятся наши модели.
Читайте также: