Эволюция Солнечной Системы

Несколько дальше от протосолнца температура была ещё ниже, и там частицы пыли могли быть покрыты слоем льда. Чем дальше от протосолнца находились частицы пыли, тем толще был его слой. Но все эти пылинки и близкие, и далёкие - по-прежнему находились в огромном облаке водорода и гелия, двух основных газов, которые вместе составляли более 95% солнечной туманности. Однако на этой стадии впервые появлялись существенные различия в составе частиц, находящихся на различных расстояниях от протосолнца.

Частицы пыли в солнечной туманности, по-видимому, были довольно рыхлыми и, как большие снежинки, они легко слипались при столкновении. Неоднократные столкновения на протяжении многих лет привело к образованию "комьев" пыли размером порядка нескольких мм или даже несколько см в диаметре. Постепенно под действием тяготения эти комья оседали к центральной плоскости солнечной туманности.

Процесс оседания продолжался в течение нескольких сотен тысяч лет. К концу этой стадии большая часть твёрдого вещества С. с. распределилась в гигантский плоский слой с протосолнцем в центре. Но этот протяжённый и весьма тонкий слой был неустойчивым вследствие действия сил тяготения. Те участки слоя, где случайно плотность комочков пыли оказалась несколько выше, притягивали всё новые и новые комья из тех участков слоя, где их в начале случайно оказалось меньше. Таким образом, комки межзвёздной пыли постепенно слипались в астероидоподобные объекты размерами в километры - так называемые планетозимали.

Планетозимали в различных областях солнечной туманности сильно отличались друг от друга по своему химическому составу. В близи протосолнца они почти целиком состоят из каменистого вещества. Это произошло потому, что первоначальные пылинки (позже комья) содержали только то вещество, которое могло оставаться твёрдым во внутренних прогретых областях первичной С. с. Дальше от протосолнца, где температура была ниже, в них наряду с каменистым веществом входил лёд, а планетозимали в далёких холодных областях включали также замёрзшие метан и аммиак.

Постепенно, в течение нескольких следующих миллионов лет, планетозимали объединялись и уплотнялись под действием гравитационного притяжения в протопланеты. Во внутренних областях первичной С. с. образовалось 4 протопланеты. И ещё 4, сформировались гораздо дальше от протосолнца.

Четырём внутренним протопланетам было суждено стать - Меркурием, Венерой, Землёй и Марсом. Радиоактивные процессы в недрах планет скоро привели к нагреванию, а, в конечном счете, и к расплавлению вещества в их недрах. С помощью силы тяготения более тяжёлое вещество (в основном железо) опустилось к центрам расплавленных протопланет, а более лёгкое вещество поднялось в верх, к их поверхностям. Таким образом, планеты стали "химически дифференцируемыми" телами с плотными железными ядрами, окружёнными слоями менее плотных пород.

В далёкие времена, когда 4 внутренних планеты находились по существу в расплавленном состоянии, газы легко улетучивались из расплавленных пород. Меркурий - самая малая после Плутона планета С. с., был не в состоянии удержать какие-либо газы. Под воздействием палящего жара молодого Солнца и вследствие малого ускорения силы тяжести на поверхности все газы вскоре улетучились из его первичной атмосферы.

На Марсе, который по своим размерам лишь незначительно превышает Меркурий, ускорение силы тяжести тоже мало. Поэтому Марс также потерял большую часть свей первичной атмосферы. На нем остался только очень тонкий слой углекислого газа.

Только на Венере и Земле, наиболее массивных из внутренних планет, ускорение силы тяжести достаточно велико, чтобы удержать атмосферу. Но их атмосферы очень скудны - всего лишь слой газов, прилегающих к поверхности планеты. Большая часть атмосферных газов окружающих Венеру и Землю, сосредоточена на высотах до 10 км над поверхностью планеты.

Совершенно иная картина наблюдается на внешних планетах, атмосферы которых простираются на десятки тысяч км. Основная причина такого различия непосредственно связана с химическим составом исходных частиц, из пыли которых образовались планеты. В прогретых внутренних частях солнечной туманности эти частицы были либо слегка покрыты льдом, либо лишены его полностью. Поэтому 4 внутренние планеты, как и частицы, пыли, из которых они сформировались, почти целиком состоят из каменистого вещества.

Различия химического состава первичных частиц пыли сыграли также определяющую роль в формировании структуры недр 4 внутренних планет. Все они имеют железное ядро, окружённое мантией из менее плотных пород. Но среди внутренних планет, Меркурий обладает самым большим железным ядром. Оно простирается от центра к поверхности на 3/4 радиуса планеты. На железное ядро приходится 80% массы Меркурия. У Венеры и Земли радиус ядра не превышает 1/2 радиуса планеты, а железное ядро Марса и того меньше.

Железо, никель и окислы некоторых других металлов были первыми веществами, сконденсировавшимися в горячих внутренних областях солнечной первичной туманности т.к. эти вещества имеют самые высокие температуры конденсации. Силикаты и другие породообразующие минералы конденсируются при несколько меньших температурах. Поэтому частицы пыли, конденсировавшиеся вблизи протосолнца, содержали большее количество железа, чем более удалённые частицы. Таким образом, планета, образовавшаяся ближе всех к Солнцу более богата железом, чем удалённые планеты.

Образование внешних планет-гигантов происходило также и примерно в тоже время. Однако планетозимали в далёких холодных областях солнечной туманности содержали значительное количество льдов, и у планет формировавшихся там, должны были образоваться толстые атмосферы из метана, аммиака и др. газов.

При формировании Юпитера и Сатурна объединение и слипание планетозималей было столь эффективным, что сильные гравитационные поля этих огромных планет легко притягивали водород и гелий. Помимо того, что протоюпитер и протосатурн удерживали эти газы, они, обращаясь вокруг молодого Солнца, выметали огромное количество водорода и гелия из протопланетного облака. Образование Юпитера и Сатурна должно было имитировать образование С. с. Каждая из этих планет-гигантов окружена множеством спутников, образуя систему подобной солнечной.

В случае Урана и Нептуна объединение планетозималей происходило несколько иначе. Эти протопланеты, хотя и очень большие по сравнению с внутренними планетами никогда не достигали таких размеров как Юпитер и Сатурн. Уран и Нептун могли захватить из солнечной туманности только небольшое количество водорода и гелия. Поэтому их толстые атмосферы содержат меньшее количество этих газов, чем атмосферы Юпитера и Сатурна. У этих планет также образовалось большое количество спутников.

Между орбитами Марса и Юпитера находится главный астероидный пояс . Он состоит из многих тысяч астероидов . На этом месте в своё время тоже должна было образоваться планета, на гравитационные силы со стороны Юпитера не позволили многочисленным планетоидам собраться в одну более крупную планетозималь. Подобную картину мы можем увидеть в кольцах планет-гигантов.

Пока планеты образовывались из вещества солнечной туманности, протосолнце продолжало изменяться. Под действием триллионов триллионов тон газа, направленным внутрь, в центре сжимающегося протосолнца становилось всё горячей. 4,5 млрд лет назад температура в центре Солнца достигла такой величины, что там могли начаться процессы термоядерного синтеза превращения водорода в гелий при температуре в млн-ы градусов. Начало таких процессов служит сигналом рождения звезды.

Астрономы часто обнаруживают на небе молодые и "только что родившиеся" звёзды. Например, как скопление звёзд в созвездие Единорога (NGC 2264). В ядрах многих из них сейчас только начинаются процессы термоядерного синтеза.

С помощью тщательного наблюдения очень молодых звёзд, установили, что в конце процесса рождения, звёзды часто выбрасывают значительное количество вещества. Как только образовавшаяся звезда "приспосабливается" к началу термоядерных реакций в ядре, с её поверхности срывается большое количество газа. Этот выброс вещества называется ветром ТТельца.

Звёздные ветры испускают все звёзды. У Солнца это солнечный ветер. Он был обнаружен в 60-х годах первыми межпланетными космическими аппаратами. На орбите Земли его средняя скорость составляет 400 км/с, а средняя плотность 10 частиц на 1см 3 . Но иногда наблюдаются сильные "порывы" солнечного ветра плотностью до 100 частиц на 1см 3 и скорости, близкие к 1000 км/с.

Звёздные ветры, испускаемые звёздами "среднего возраста" - это лёгкий ветерок по сравнению с ветром ТТельца. Ветер ТТельца - настоящий ураган, оказывающий существенное давление на всё, что встречается на его пути.

"Ветер ТТельца", сопровождавший рождение Солнца, выдул из первичной солнечной туманности весь водород и гелий далеко в межзвёздное пространство. Первичная солнечная туманность содержала достаточно вещества для формирования 2-х С. с. Но за млн-ы лет, когда "ветер ТТельца" бушевал в молодой С. с., почти половина первичного газа улетучилась в глубины космического пространства.

"Ветер ТТельца" "очистил" С. с. Он был так силён, что внутренние планеты лишились большей части своих первичных атмосфер. Только твёрдые тела - планеты, спутники, астероиды и метеориты - могли устоять против такого ветра и остаться на орбитах около Солнца.

Хотя планеты и продолжали развиваться в течение последующих нескольких млрд. лет, создание С. с. завершилось. После того, как Солнце прошло стадию ТТельца, с планетами не происходило действительно радикальных изменений, за исключением таких процессов, как кратерообразование на внутренних планетах. "Ветер ТТельца" закончил процесс образования планет.

После прекращения "Ветра ТТельца" большая часть вещества, оставшегося в С. с. сосредоточилось в Солнце. Ту же самую картину мы наблюдаем и в настоящее время; свыше 99,866% массы С. с. заключено в Солнце, а на все планеты вместе взятые остаётся менее 0,133%. Общая масса комет, астероидов, спутников и метеоритов составляет менее 0,001% массы С. с.

НАЗАД