Наша планета таит в себе множество тайн и загадок, которые человечество не может решить до сих пор. Каждый день люди находят новые виды животных и растений, всё дальше углубляются в водоёмы и пещеры. В области более фундаментальных наук, таких как химия и физика также постоянно происходят открытия. Вот уже как почти 100 лет люди научились создавать элементы, которое до человека физически не могли встречаться на Земле.
Также на данный момент люди сильно преуспели в изучении космоса и кроме нашей солнечной системы учёные могут с довольно высокой точностью определить планету, которая находится от Земли на расстояние до нескольких тысяч световых лет. Собственно, хоть это всё и теории (лично никто эти планеты не видел), но, если опираться на знания физики и математики – это очень правдоподобные теории. Собственно, неудивительно, что люди смогли определить и что происходит «дома», в Солнечной системе: как она была образована, при каких обстоятельствах и когда?
Что такое Солнечная система
Солнечная система – это название звёздной системы, где находится планета Земля. Подобные системы являются основой Вселенной, так как по закону Всемирного тяготения объект с большой массой притягивает тот, у которого масса меньше. В свою очередь (с меньшей силой, второй объект отвечает тяготением первому). Во Вселенной можно встретить звёздные системы с одной звездой по центру, двумя и даже несколькими.
Система в широком понимание – это любая группа объектов, которые вращаются вокруг других. Важное условие, чтобы это движение было стабильным и цикличным. Поэтому, системы могут быть не только звёздными, но и образовываться вокруг пульсаров и даже чёрных дыр.
Галактики – это тоже системы в широком понимании, так как объекты вращаются вокруг одного центра (в случае Млечного пути): вокруг чёрной дыры.
Какой возраст Солнечной системы
Солнечная система сформировалась примерно 4,6 миллиарда лет назад и по космическим меркам – это относительно молодая система.
Но как же был определён этот возраст, если люди физически не видели даже половины этих планет? Точный возраст Солнечной системы был определен с помощью радиометрических методов измерения возраста самых древних камней и метеоритов, которые были найденных на Земле и других планетах. Последние образцы были взяты с Луны и Марса. Сам этот метод очень точный и даже в рамках космоса даёт незначительные погрешности.
Существует несколько различных способов радиометрического измерения возраста, но все они основаны на следующем принципе: радиоактивные изотопы имеют нестабильную структуру и со временем распадаются на более стабильные формы, производя при этом продукты радиоактивного распада. Этот процесс происходит с известной скоростью, называемой «периодом полураспада». Измерение соотношения изотопов и их продуктов распада позволяет определить, сколько времени прошло с момента образования конкретного образца.
Как возникла Солнечная система
Солнечная система не возникла в результате единственного процесса – это совокупность факторов, которое влияли на эту область галактики долгое время. Сначала образовался единый центр массы, вокруг которого в дальнейшем собирались материалы для строительства планет. Сами планеты образовывались, сталкивались и разрушались, пока вся эта система не пришла к стабильности.
Многие думают, что Солнечная система стоит на одном месте. Точнее, Солнце стоит, а планеты просто крутятся вокруг неё. На деле, вся эта конструкция постоянно движется, как и все объекты Вселенной. Планеты находятся не на одной линии, поэтому могут даже обгонять звезду. Более подробна такая модель рассмотрена в этом видео:
https://www.youtube.com/watch?v=N_F2W0LV9Ow
А теперь поподробнее об образовании разные частей системы.
Появление Солнца
Солнце сформировалось примерно 4,6 миллиардов лет назад (так как именно вокруг звезды образовывалась система) из газового и пылевого облака (как принято считать, из самых лёгких элементов таблицы Менделеева, основа: водород). Этот процесс начался с гравитационного сжатия всей массы элементов вокруг единого центра тяжести. С сжатием происходило и нагревание всех частиц и продолжался этот процесс, пока не начались термоядерные реакции внутри центра облака.
Термоядерная реакция в центре Солнца происходят при очень высокой температуре и давлении, которые смогли образоваться из-за массы образующейся звезды. В результате начали происходить объединение ядер водорода в гелий, при этом в процессе выделялось огромное количество энергии в виде света и тепла. Именно термоядерные процессы «зажгли Солнце». Это и есть источник энергии Солнца, которым оно питается уже много миллиардов лет.
Стабильность Солнца достигается выбрасыванием избытка энергии, а также за счёт увеличения его размеров.
Появление твердых планет
Твёрдые планеты или планеты земной группы – это первые по счёту планеты Солнечной системы по удалённости: Меркурий, Венера, Земля и Марс. Объединяет их всех примерно схожий состав поверхности. Как минимум – она твёрдая, а сами планеты имеют чёткую структуру, в которых можно выделить ядро и другие оболочки.
Сами планеты Солнечной системы земной группы сформировались из того же газопылевого облака, что и Солнце. Однако процесс их формирования был несколько отличным от процесса формирования звезды.
Когда облако газа и пыли начали сжиматься под действием гравитации и объединяться вокруг гравитационных линий Солнца, появились вращающиеся диски вокруг. Эти диски постепенно начали охлаждаться и собираться в скопления, формируя крупные объекты, называемые протопланетами. Протопланеты со временем сливались друг с другом, образуя более крупные объекты, которые затем становились твердыми планетами. Объединение происходило из-за того, что такие объекты часто находились на одинаковых гравитационных линиях. Из-за этого возникали частые столкновения.
Этот процесс называется аккрецией, и он продолжался в течение многих миллионов лет. Большие протопланеты притягивали к себе меньшие объекты, такие как камни и метеориты, увеличивая свой размер и массу. После того, как протопланеты достигли достаточно большого размера, они начали притягивать к себе газы из окружающего пространства, образуя тонкий газовый слой вокруг твердой поверхности.
В конечном итоге, после многих миллионов лет такого образования планет и их взаимодействия с окружающим пространством и друг другом, эти протопланеты стали полноценными твердыми планетами, которые почти не изменились с того времени. Сейчас все планеты (и не только земной группы) заняли свои гравитационные координаты исходя из скорости движения и массы. И так как система стабильна, эти гравитационные траектории у планет не пересекаются.
Рождение газовых гигантов
Газовые гиганты отделены от планет земной группы поясом астероидов. К таким относятся: Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Газовые гиганты получили своё название из-за:
- Размера. В сравнении с Землёй любая такая планета больше в несколько сотен раз. Тоже самое и с массой, ведь самая тяжёлая планета в Солнечной системе – это именно газовый гигант Юпитер.
- Поверхности. Точнее, из-за её отсутствия. Фактически, газовые гиганты представляют собой большие газовые облака, внутри которых находится газ и небольшое количество твёрдых частиц.
Из-за слишком большой массы внутри образующихся протопланет температура и давление слишком повысились, чтобы образовать твёрдый объект. При этом, и до звезд таким планетам далеко. Связано это в первую очередь с местоположением. Газовые гиганты образовались именно в тех частях Солнечной системы, где эти самые температура и давление были достаточно высокими, чтобы газы (водород и гелий) могли существовать в жидком или твёрдом виде. В этих областях системы стали формироваться протопланеты из газа и пыли, которые затем из-за внешних факторов привлекали к себе и другие объекты, такие как астероиды и кометы.
Однако, поскольку газовые гиганты формировались в областях, где масса газа была значительно больше, чем масса пыли и камней, они не могли собрать на себя достаточно вещества, чтобы сформировать твердые планеты. И так как газ легче пыли, его планеты смогли набрать в больших количествах сильно увеличив свой размер.
Газовые гиганты, как и планеты земной группы имеют некоторые «слои», которые в их случае, скорее слои атмосферы. Самые верхние состоят в основном из водорода и гелия. Далее, возможно, идёт слой жидкой мантии, которые может состоять из воды, метана, аммиака и других летучих веществ. В центре каждого газового гиганта находится ядро, состоящее из камня, льда и (или) металла.
Появление пояса астероидов и спутников планет
Такие структуры, как пояса астероидов и спутники стали зарождаться в момент аккреции. Однако, эти структуры слишком разные, чтобы рассматривать их вместе.
Пояса астероидов. Это необычные структуры в Солнечной системе, которые представляют собой скопления небольших, средних и крупных объектов на определённой гравитационной траектории. Из-за примерно одинакового размера астероиды и собрались в своеобразные пояса. Один из таких называется Пояс Койпера (находится межу планетами земной группы и газовыми гигантами), а второй Облако Оорта (расположено после газовых гигантов).
Существует несколько теорий образования астероидов. Одна из гипотез предполагает, что астероиды являются осколками планеты, которая не смогла сформироваться в этой области из-за сильного воздействия гравитационного поля Юпитера. Эта версия называется «гипотезой разрушения планеты». По этой теории протопланета была разорвана на куски гравитационным влиянием Юпитера и разлетелась в разные стороны, создавая пояс астероидов.
Сторонники другой теории считают, что астероиды являются осколками единой массы, которая ещё не успела объединиться в большие объекты из-за сильного влияния Юпитера. Согласно этой гипотезе, астероиды – это не части чего-то единого, а полноценные сформировавшиеся объекты. Правда, из-за Юпитера достигнуть размеров полноценных планет они не смогли.
Однако, ряд учёных схожи во мнении, что обе версии верны, так как есть доказательства и одной и другой. Большинство ученых считает, что пояса были сформированы в результате комбинации различных процессов, которые могли включать разрушение планеты и гравитационное воздействие со стороны Юпитера.
Со спутниками чуть сложнее. Есть ряд объектов, которые больше напоминают большие астероиды. Например, спутники Марса – Фобос и Деймос. Их размер и масса не позволили им обрести округлую форму и получить собственную атмосферу. Скорее всего, эти объекты были протопланетами, которые сбились со своего гравитационного пути и попали под влияние Марса. Из-за этого полностью они не сформировались, а так и остались спутниками.
Более интересная ситуация с Луной, которая по самое распространённой теорией является частью Земли. В момент образования Солнечной системы планеты постоянно сталкивались друг с другом и есть версия, что эта участь не обошла и Землю. Только в её случае столкновение было не прямым, а по касательной. Та планета даже получило название Тейя. Именно отлетевшая масса и стала Луной. Эта теория называет «Гипотеза Большого Столкновения».
Спутники вокруг газовых гигантов уже могли появляться по аналогии с планетами и Солнцем, так как масса того же Юпитера достаточная, чтобы изменять и влиять на материю. Правда, с меньшей силой.
Будущее Солнечной системы
Солнечная система остаётся достаточно стабильной, так как планеты вошли в сильную связь друг с другом. Например, по современным данным учёных у Земли есть «защитник» в виде Юпитера, который своей гравитационной массой отталкивает от орбиты Земли астероиды. Согласно этой теории, были проведены математические расчёты и действительно, без Юпитера в Землю врезались бы разные объекты во много раз чаще.
Большие опасения вызывает Солнце, которое не может жить вечно и как любая другая звезда может погибнуть, забрав с собой всю систему. Солнце является звездой среднего размера, и в течение своей жизни оно прошло через несколько стадий развития. В настоящее время звезда находится в своей «зрелой» стадии. Здесь оно теряет свою массу, при этом увеличивая свой радиус. В ближайшие миллиарды лет Солнце продолжит такую тенденцию и скорее всего перейдёт в стадии красного гиганта и белого карлика.
Во время стадии красного гиганта Солнце расширится до размера орбит Меркурия и Венеры или даже Земли. Это приведет к тому, что планеты внутри этого радиуса будут поглощены звездой.
Когда Солнце закончит стадию красного гиганта, оно резко сожмётся и станет белым карликом. Белый карлик – это очень плотный объект, состоящий из тяжёлых атомов (углерода и кислорода). В таком виде Солнце будет продолжать излучать тепло, постепенно охлаждаясь.
Альтернативные теории
К таким можно отнести ряд недоказанных теорий, таких как Божественная, «Теория симуляции или Матрицы» и другие. Все они завязаны на вере и в научном сообществе не воспринимаются.
К более интересным теориям относятся споры о температуре газопылевого облака. Часть учёных склонна считать, что изначально материя была холодной и лишь потом из-за увеличения давления температура тоже увеличилась. Выше же была рассмотрена теория горячего газопылевого облака.
Более подробно о других теориях можно узнать из видео ниже:
https://www.youtube.com/watch?v=xrYJg3U-EwU
