 |
|
Формирование и эволюция Солнечной системы
Жизненный цикл Солнца. Масштаб и цвета условны. Временная шкала в миллиардах лет (приблизительно)
Согласно общепринятой в настоящее время гипотезе, формирование Солнечной системы началось около 4,6 млрд лет назад с гравитационного сжатия небольшой части гигантского межзвёздного газопылевого облака. Это начальное облако было, вероятно, размером в несколько световых лет и являлось прародителем для нескольких звёзд.
В процессе сжатия размеры газопылевого облака уменьшались и, в силу закона сохранения углового момента, росла скорость вращения облака. Центр, где собралась большая часть массы, становился всё более и более горячим, чем окружающий диск. Из-за вращения скорости сжатия облака параллельно и перпендикулярно оси вращения различались, что привело к уплощению облака и формированию характерного протопланетного диска диаметром примерно 200 а. е. и горячей, плотнойпротозвездой в центре. Полагается, что на этой стадии эволюции Солнце было звездой типа T Тельца. Изучение звёзд типа T Тельца показывают, что они часто окружены протопланетными дисками с массами 0,001—0,1 солнечной массы, с подавляющим процентом массы туманности, сосредоточенным непосредственно в звезде. Планеты сформировались путём аккреции из этого диска.
В течение 50 млн лет давление и плотность водорода в центре протозвезды стали достаточно высокими для начала термоядерной реакции. Температура, скорость реакции, давление и плотность увеличивались, пока не было достигнуто гидростатическое равновесие с тепловой энергией, противостоящей силе гравитационного сжатия. На этом этапе Солнце стало полноценной звездой главной последовательности.
Солнечная система, насколько известно сегодня, просуществует, пока Солнце не начнёт развиваться вне главной последовательности диаграммы Герцшпрунга — Рассела. Поскольку Солнце сжигает запасы водородного топлива, выделяющаяся энергия, поддерживающая ядро, имеет тенденцию к исчерпанию, заставляя Солнце сжиматься. Это увеличивает давление в его недрах и нагревает ядро, таким образом ускоряя сжигание топлива. В результате Солнце становится ярче примерно на десять процентов каждые 1,1 млрд лет, и станет ещё на 40 % ярче в течение следующих 3,5 млрд лет.
Приблизительно через 7 млрд лет с настоящего времени водород в солнечном ядре будет полностью преобразован в гелий, что завершит фазу главной последовательности; Солнце станет субгигантом. Ещё через 600 млн лет внешние слои Солнца расширятся примерно в 260 раз по сравнению с нынешними размерами — Солнце перейдёт на стадию красного гиганта. Из-за чрезвычайно увеличившейся площади поверхности она будет гораздо более прохладной, чем при нахождении на главной последовательности (2600 К). Резко увеличившись, Солнце, как ожидается, поглотит ближайшие планеты Меркурий и Венеру. Земля, возможно, избежит поглощения внешними солнечными оболочками, но станет совершенно безжизненной, поскольку обитаемая зона сместится к внешним краям Солнечной системы.
В конечном итоге, в результате развития термических неустойчивостей, внешние слои Солнца будут выброшены в окружающее пространство, образовавпланетарную туманность, в центре которой останется лишь небольшое звёздное ядро — белый карлик, необычно плотный объект в половину первоначальной массы Солнца, но размером только с Землю. Эта туманность возвратит часть материала, который сформировал Солнце, в межзвёздную среду.
Устойчивость Солнечной системы
В настоящий момент неясно, устойчива ли Солнечная система. Можно показать, что если она неустойчива, то характерное время распада системы очень велико.
«Открытие» и исследование Солнечной системы
То обстоятельство, что наблюдать движения небесных светил человек был вынужден с поверхности вращающейся вокруг своей оси и движущейся по орбите Земли, на протяжении многих столетий препятствовало осознанию структуры Солнечной системы. Видимые движения Солнца и планет воспринимались как их истинные движения вокруг неподвижной Земли.
Наблюдения
Невооружённым глазом с Земли можно наблюдать следующие объекты Солнечной системы: Солнце, Меркурий, Венеру (оба незадолго до восхода или сразу после захода Солнца), Марс, Юпитер и Сатурн; а также Луну. В бинокль или небольшой телескоп можно наблюдать 4 крупнейших спутника Юпитера (т. н. Галилеевы спутники), Уран, Нептун и Титан (самый крупный спутник Сатурна). Невооружённым глазом можно наблюдать также множество комет при их приближении к Солнцу. При сильном увеличении можно увидеть пятна на Солнце, фазы Венеры, кольца Сатурна и щель Кассини между ними.
Геоцентрическая и гелиоцентрическая системы
На протяжении долгого времени господствующей была геоцентрическая модель, в соответствии с которой в центре вселенной покоится неподвижная Земля, а вокруг неё по достаточно сложным законам движутся все небесные тела. Наиболее полно эта система была разработана античным математиком и астрономом Клавдием Птолемеем и позволяла с весьма высокой точностью описывать наблюдаемые движения светил.
Важнейший прорыв в понимании истинной структуры Солнечной системы произошёл в XVI веке, когда великий польский астроном Николай Коперник разработалгелиоцентрическую систему мира. В её основе лежали следующие утверждения:
· в центре мира находится Солнце, а не Земля;
· шарообразная Земля вращается вокруг своей оси, и это вращение объясняет кажущееся суточное движение всех светил;
· Земля, как и все другие планеты, обращается вокруг Солнца по окружности, и это вращение объясняет видимое движение Солнца среди звёзд;
· все движения представляются в виде комбинации равномерных круговых движений;
· кажущиеся прямые и попятные движения планет принадлежат не им, но Земле.
Солнце в гелиоцентрической системе перестало считаться планетой, как и Луна, являющаяся спутником Земли. Вскоре были открыты 4 спутника Юпитера, благодаря чему исключительное положение Земли в Солнечной системе было упразднено. Теоретическое описание движения планет стало возможным после открытия законов Кеплера в начале XVII века, а с формулировкой законов тяготения количественное описание движения планет, их спутников и малых тел было поставлено на надёжную основу.
В 1672 году Джованни Кассини и Жан Рише определили расстояние до Марса, благодаря чему астрономическая единица получила выражение в земных единицах измерения расстояния.
Исследования Солнечной системы
История профессионального изучения состава Солнечной системы началась в 1610 году, когда Галилео Галилей открыл в свой телескоп 4 крупнейших спутника Юпитера. Это открытие явилось одним из доказательств правильности гелиоцентрической системы. В 1655 году Христиан Гюйгенс открыл Титан — самый крупный спутник Сатурна. До конца XVII века Кассини были открыты ещё 4 спутника Сатурна.
XVIII век ознаменовался важным событием в астрономии — впервые с помощью телескопа была открыта ранее не известная планета Уран. Вскоре Дж. Гершелем, первооткрывателем новой планеты, были открыты 2 спутника Урана и 2 спутника Сатурна.
XIX век начался с нового астрономического открытия — был обнаружен первый звездоподобный объект — астероид Церера, в 2006 году переведённый в ранг карликовой планеты. А в 1846 году была открыта восьмая планета — Нептун. Нептун был открыт «на кончике пера», то есть сначала предсказан теоретически, а затем обнаружен в телескоп, причём независимо друг от друга в Англии и во Франции.
В 1930 году Клайд Томбо (США) открыл Плутон, названный девятой планетой Солнечной системы. Однако в 2006 году Плутон потерял статус планеты и «стал» планетой карликовой.
Во второй половине XX века было открыто множество крупных и совсем мелких спутников Юпитера, Сатурна, Урана, Нептуна, Плутона. Самую значительную роль в этой серии научных открытий сыграли миссии «Вояджеров» — американских АМС.
На рубеже XX—XXI веков был открыт ряд малых тел Солнечной системы, в том числе карликовые планеты, плутино, а также спутники некоторых из них и спутники планет-гигантов.
Продолжаются инструментальные и расчётные поиски транснептуновых планет, в том числе гипотетических .