Proishozhdenie Solnechnoi sistemy (planetnaya kosmogoniya)

1. Vvedenie
2. Razvitie planetnoi kosmogonii
3. Sovremennoe sostoyanie planetnoi kosmogonii:
    Obrazovanie Solnca i protoplanetnogo oblaka
    Process obrazovaniya planet i ih sputnikov
    Nachal'noe sostoyanie i evolyuciya Zemli

1. Vvedenie

Poskol'ku Solnce yavl. odnoi iz zvezd, voprosy ego proishozhdeniya i razvitiya rassmatrivayutsya teoriei evolyucii zvezd, a v izuchenii proishozhdeniya Solnechnoi sistemy naibolee interesen vopros ob obrazovanii planet, v chastnosti Zemli. Vyyasnenie proishozhdeniya i razvitiya Zemli imeet bol'shoe principial'noe i prakticheskoe znachenie.

Predprinimayutsya popytki poiska planetnyh sistem u blizhaishih k nam zvezd (sm. Nevidimye sputniki zvezd). V soglasii s sovr. predstavleniyami o zvezdoobrazovanii zvezdy s planetnymi sistemami mogli by sostavlyat' promezhutochnyi klass mezhdu odinochnymi i dvoinymi zvezdami. Ne isklyucheno, chto stroenie planetnyh sistem i sposoby ih formirovaniya mogut byt' ves'ma razlichnymi. Stroenie Solnechnoi sistemy obladaet ryadom zakonomernostei, ukazyvayushih na sovmestnoe obrazovanie vseh planet i Solnca v edinom processe.

Takimi zakonomernostyami yavlyayutsya: dvizhenie vseh planet v odnom napravlenii po elliptich. orbitam, lezhashim pochti v odnoi ploskosti; vrashenie Solnca v tom zhe napravlenii vokrug osi, blizkoi k perpendikulyaru otnositel'no central'noi ploskosti planetnoi sistemy; vrashenie v tom zhe napravlenii bol'shinstva planet (za isklyucheniem Venery, k-raya ochen' medlenno vrashaetsya v obratnom napravlenii, i Urana, k-ryi vrashaetsya kak by lezha na boku); obrashenie v tom zhe napravlenii bol'shinstva sputnikov planet; zakonomernoe vozrastanie rasstoyanii planet ot Solnca; delenie planet na rodstvennye gruppy, otlichayushiesya po masse, him. sostavu i kolichestvu sputnikov (gruppa blizkih k Solncu planet zemnogo tipa i dalekie ot Solnca planety-giganty, takzhe podrazdelyayushiesya na dve gruppy); nalichie poyasa malyh planet mezhdu orbitami Marsa i Yupitera.

2. Razvitie planetnoi kosmogonii

V 1796 g. franc. uchenyi P. Laplas vydvinul gipotezu ob obrazovanii Solnca i vsei Solnechnoi sistemy iz szhimayusheisya gazovoi tumannosti. Soglasno Laplasu, chast' gazovogo veshestva otdelilas' ot central'nogo sgustka pod deistviem vozrosshei pri szhatii centrobezhnoi sily, chto sleduet iz zakona sohraneniya momenta kolichestva dvizheniya. Eto veshestvo posluzhilo materialom dlya obrazovaniya planet. I Kant, i Laplas rassmatrivali obrazovanie planet iz rasseyannogo veshestva, i poetomu chasto govoryat o edinoi gipoteze Kanta-Laplasa. Gipoteza Laplasa dolgoe vremya vladela umami uchenyh, no trudnosti, s k-rymi ona vstretilas', v chastnosti pri ob'yasnenii medlennosti sovr. vrasheniya Solnca, zastavili astronomov obratit'sya k dr. gipotezam. V konce 19 v. poyavilas' gipoteza amer. uchenyh F. Mul'tona i T. Chemberlena ob obrazovanii planet iz melkih tverdyh chastic, nazvannyh imi planetezimalyami. Oni oshibochno schitali, chto obrashayushiesya vokrug Solnca planetezimali mogli vozniknut' putem zastyvaniya veshestva, vybroshennogo Solncem v vide ogromnyh protuberancev. (Takoe obrazovanie planetezimalei protivorechit zakonu sohraneniya momenta kolichestva dvizheniya.) V to zhe vremya v planetezimal'noi gipoteze byli pravil'no obrisovany mnogie cherty processa obrazovaniya planet. V 20-30-h gg. 20 v. shirokoi izvestnost'yu pol'zovalas' gipoteza angl. astronoma Dzh. Dzhinsa, schitavshego, chto planety obrazovalis' iz veshestva, vyrvannogo iz Solnca prityazheniem proletevshei poblizosti zvezdy. Odnako v konce 30-h gg. vyyasnilos', chto gipoteza Dzhinsa ne sposobna ob'yasnit' ogromnye razmery planetnoi sistemy. Chtoby vyrvat' veshestvo iz Solnca, zvezda dolzhna byla proletet' ochen' blizko ot nego, a v takom sluchae eto veshestvo i voznikshie iz nego planety dolzhny byli by kruzhit'sya v neposredstvennom sosedstve s Solncem. Krome togo, vyrvannoe veshestvo bylo by ves'ma goryachim, poetomu ono skoree rasseyalos' by v prostranstve, chem sobralos' v planety. Posle krusheniya gipotezy Dzhinsa planetnaya kosmogoniya vernulas' k klassich. ideyam Kanta i Laplasa ob obrazovanii planet iz rasseyannogo veshestva.

V 1943 g. O.Yu. Shmidt vydvinul ideyu ob akkumulyacii planet iz roya holodnyh tel i chastic, k-ryi, po ego predstavleniyam, byl zahvachen Solncem. V otlichie ot predshestvuyushih kosmogonich. gipotez, rassmatrivavshih obrazovanie planet iz raskalennyh gazovyh sgustkov, soglasno gipoteze Shmidta, Zemlya obrazovalas' iz holodnyh tverdyh tel i snachala byla otnositel'no holodnoi.

Shmidt schital, chto voprosy proishozhdeniya doplanetnogo oblaka, obrazovaniya planet i ih evolyucii mogut rassmatrivat'sya v nek-roi stepeni nezavisimo. Rabotami Shmidta i ryada dr. sovetskih uchenyh (L.E. Gurevicha, A.I. Lebedinskogo, B.Yu. Levina, V.S. Safronova) vyyasneny osn. cherty evolyucii protoplanetnogo oblaka i processa formirovaniya planet.

Ves' process mozhno uslovno razdelit' na dva etapa. Na pervom etape iz pylevogo komponenta oblaka obrazovalos' mnozhestvo "promezhutochnyh" tel razmerom v sotni km. Etot process mog idti sleduyushim putem. Vo vrashayushemsya gazovo-pylevom oblake pyl' pod deistviem gravitacii opuskalas' k central'noi ploskosti, chto velo k obrazovaniyu pylevogo subdiska; pri dostizhenii v pylevom sloe kritich. plotnosti v rezul'tate gravitacionnoi neustoichivosti subdisk raspalsya na mnozhestvo pylevyh sgushenii; stolknoveniya sgushenii vyzyvali ob'edinenie i szhatie bol'shinstva iz nih i obrazovanie kompaktnyh tel asteroidnyh razmerov. Na vtorom etape iz roya "promezhutochnyh" tel i iz oblomkov akkumulirovalis' planety. Sperva tela dvigalis' po krugovym orbitami v ploskosti porodivshego ih pylevogo sloya. Oni rosli, slivayas' drug s drugom i vycherpyvaya okruzhayushee rasseyannoe veshestvo - ostatki "pervichnoi" pyli i oblomki, obrazovavshiesya v processe stolknovenii "promezhutochnyh" tel s bol'shoi otnositel'noi skorost'yu. Gravitacionnoe vzaimodeistvie "promezhutochnyh" tel, usilivavsheesya po mere ih rosta, postepenno izmenyalo ih orbity, uvelichivaya sr. ekscentrisitet i sr. naklon k central'noi ploskosti diska. Te iz tel, k-rye vyryvalis' vpered v processe rosta, okazalis' zarodyshami budushih planet. Pri ob'edinenii mnogih tel v planety proizoshlo usrednenie individual'nyh sv-v dvizheniya otdel'nyh tel, i poetomu orbity planet poluchilis' pochti krugovymi i komplanarnymi. Samye krupnye planety - Yupiter i Saturn - na osn. stadii akkumulyacii vbirali v sebya ne tol'ko tverdye tela, no i gazy. Analiz processa akkumulyacii planet iz roya tverdyh tel pozvolil Shmidtu i ego posledovatelyam ukazat' put' k ob'yasneniyu pryamogo vrasheniya planet i zakona planetnyh rasstoyanii.

Odnim iz glavnyh eksperimental'nyh dovodov v pol'zu obrazovaniya planet zemnoi gruppy ne iz gazovyh ili gazovo-pylevyh sgustkov, a putem akkumulyacii tverdogo veshestva yavl. bol'shoi deficit na Zemle, a takzhe na Venere i Marse tyazhelyh inertnyh gazov Ne, Ar (za isklyucheniem radiogennogo izotopa ⁴⁰Ar), Kr i Xe po sravneniyu s ih solnechnym i kosmich. obiliem.

Izuchenie processa akkumulyacii planet zemnoi gruppy pokazalo, chto prakticheski vse tverdoe veshestvo iz zony formirovaniya etih planet voshlo v ih sostav i tol'ko nichtozhno malaya dolya byla vybroshena iz etoi zony gravitac. vozmusheniyami rastushih planet. Kolichestvo tverdogo veshestva, vybroshennogo iz zony planet-gigantov, bylo bol'she, no ne prevyshalo massu samih planet. Eto yavl. veskim dovodom v pol'zu togo, chto obshaya massa protoplanetnogo oblaka sostavlyala vsego nesk. % ot .

Osoboi problemoi, sluzhivshei probnym kamnem dlya mnogih kosmogonich. gipotez, ostavalas' problema raspredeleniya momenta kolichestva dvizheniya v Solnechnoi sisteme: hotya massa planet sostavlyaet menee 1% massy Solnca, v ih orbital'nom dvizhenii zaklyucheno bolee 98% obshego momenta kolichestva dvizheniya vsei Solnechnoi sistemy.

V 60-h gg. 20 v. poyavilis' pervye priblizhennye kolichestv. teorii sovmestnogo obrazovaniya Solnca i protoplanetnogo oblaka (F. Hoil, Velikobritaniya, 1960 g.; A. Kameron, SShA, 1962 g.; E. Shacman, Franciya, 1967 g.). V etih teoriyah v toi ili inoi forme rassmatrivalos' otdelenie veshestva ot szhimayushegosya protosolnca vsledstvie nastupleniya u nego rotac. neustoichivosti (pri uravnivanii na ekvatore centrobezhnoi sily i sily prityazheniya).

Hoil i Shacman stremilis' pokazat' raschetami, chto protoplanetnoe oblako imelo minimal'no dopustimuyu massu. Dlya ob'yasneniya raspredeleniya momenta kolichestva dvizheniya mezhdu Solncem i planetami Hoil ispol'zoval interesnuyu ideyu shvedskogo astrofizika H. Al'vena o vozmozhnosti magn. scepleniya vrashayushegosya Solnca i ionizovannogo veshestva protoplanetnogo oblaka, blagodarya k-romu Solnce mozhet peredat' moment blizlezhashim chastyam protoplanetnogo oblaka. Na b'ol'shih rasstoyaniyah, gde magn. pole oslableno, perenos veshestva i momenta osushestvlyalsya, po ego mneniyu, s pomosh'yu turbulentnosti. Eti idei ispol'zuyutsya i v sovremennyh modelyah obrazovaniya Solnechnoi sistemy.

Medlennost' vrasheniya sovr. Solnca Shacman ob'yasnyal poterei nek-roi chasti veshestva s poverhnosti Solnca, proisshedshei uzhe posle prevrasheniya protosolnca v Solnce. Uletayushee ionizovannoe veshestvo vplot' do bol'shih rasstoyanii prodolzhaet vzaimodeistvovat' s magn. polem vrashayushegosya Solnca i priobretaet znachit. moment kolichestva dvizheniya, k-ryi i unosit s soboi. Eto ob'yasnenie medlennosti vrasheniya Solnca schitaetsya naibolee veroyatnym.

Kameron v svoih rabotah 60-h gg. predpolagal, chto Solnechnaya sistema voznikla v rezul'tate szhatiya (kollapsa) mezhzvezdnogo oblaka s massoi , i razvival teoriyu evolyucii takogo oblaka, obhodya molchaniem vstrechayushiesya trudnosti. Massivnoe protoplanetnoe oblako, otdelivsheesya ot protosolnca, dolzhno bylo dopolnitel'no razogret'sya v rezul'tate vydeleniya gravitacionnoi energii pri ego szhatii k central'noi ploskosti. Pri etom vse veshestvo oblaka dolzhno bylo pereiti v gazovuyu fazu. Po mere posleduyushego ostyvaniya protoplanetnogo oblaka v nem dolzhna byla proishodit' kondensaciya snachala naimenee letuchih, t.e. naibolee tugoplavkih, veshestv, a zatem vse bolee letuchih. V bolee pozdnih rabotah Kameron rassmatrival protoplanetnoe oblako umerennoi massy, dlya k-rogo nachal'naya temp-ra v zone formirovaniya planet zemnoi gruppy i meteoritov dolzhna byla sostavlyat' vsego nesk. soten ^oS. V naibolee obshem sluchae 'oblaka maloi massy temp-ra dolzhna byt' eshe nizhe. Sledstviya, vytekayushie iz etih predstavlenii, byli podvergnuty proverke pri analize veshestva meteoritov.

Nachinaya s 70-h gg. 20 v. laboratornye analizy meteoritov, k-rye na protyazhenii vsei svoei istorii ne podvergalis' sil'nomu nagrevu, ukazyvali na prisutstvie v nih veshestva, napominayushego, po-vidimomu, mezhzvezdnuyu pyl'. Ego prisutstvie v kolichestve hotya by nesk. % teper' uzhe ne vyzyvaet somnenii. Soglasno D. Kleitonu (SShA, 1978 g.), pochti vsya pyl' v pervichnom protoplanetnom oblake imela mezhzvezdnoe proishozhdenie.

Opredeleniya izotopnogo sostava zemnyh obrazcov i meteoritov, a takzhe lunnyh obrazcov pokazali ego vysokuyu odnorodnost' (za isklyucheniem sledov frakcionirovaniya izotopov pri obrazovanii otdel'nyh obrazcov). Eto ukazyvaet na horoshuyu peremeshannost' osn. massy protoplanetnogo veshestva. Odnako ryad obnaruzhennyh izotopnyh anomalii v nek-ryh meteoritah svidetel'stvuet o tom, chto v protoplanetnom oblake prisutstvovali porcii veshestva, ne peremeshannye s osn. massoi veshestva. Po-vidimomu, v protoplanetnom oblake ne bylo polnogo ispareniya mezhzvezdnoi pyli, pri k-rom razlichiya izotopnogo sostava byli by sglazheny. Eshe v 1960 g. issledovaniya izotopnogo sostava Xe iz meteoritov vyyavili prisutstvie v nem dochernego produkta raspada - korotkozhivushego radioaktivnogo izotopa ¹²⁹I, a v 1965 g. - produktov raspada ²⁴⁴Pu (periody poluraspada i let sootvetstvenno). Prisutstvie gazoobraznyh himicheskih inertnyh produktov raspada pokazyvaet, chto nek-roe vremya posle nukleosinteza etih izotopov obrazovalas' tverdaya faza, gde i proizoshel raspad sohranivsheisya chasti etih izotopov. Odnim iz vazhneishih processov nukleosinteza i edinstvennym processom sinteza Pu yavl. vzryvy cverhnovyh zvezd. Vozniklo estestv. predpolozhenie, chto nezadolgo do szhatiya mezhzvezdnogo gazovo-pylevogo oblaka, privedshego k obrazovaniyu protosolnca s protoplanetnym diskom, nepodaleku proizoshel vzryv sverhnovoi, inzhektiruyushei v oblako svezhie produkty nukleosinteza. Prisutsvie v meteoritah produktov raspada izotopov ¹²⁹I i ²⁴⁴Pu interpretirovalos' kak ukazanie na to, chto mezhdu vzryvom sverhnovoi i obrazovaniem tverdogo meteoritnogo veshestva proshlo vsego nesk. periodov poluraspada, t.e. vremya ~ 10⁷-10⁸ let. Etot promezhutok vremeni, nazvannyi intervalom formirovaniya, byl sokrashen do 10⁶-10⁷ let, kogda udalos' vyyavit' v ryade meteoritov prisutsvie produktov raspada eshe bolee korotkozhivushih izotopov - ²⁶Al i ¹⁰⁷Pd (periody poluraspada i let).

Esli ishodit' iz idei o sohranenii mezhzvezdnyh pylinok, ponyatie "interval formirovaniya" teryaet svoi smysl. Kondensaciya tverdogo veshestvav i obrazovanie pylinok nachinayutsya eshe na stadii razleta produktov vzryva sverhnovoi, i kolichestvo produktov raspada korotkozhivushih izotopov, prisutstvuyushih v meteoritnom veshestve, zavisit ot doli svezhei pyli, inzhektirovannoi v mezhzvezdnoe oblako libo pered ego szhatiem (kollapsom), libo v uzhe sformirovavsheesya doplanetnoe oblako. Kameron i S. Truran (SShA, 1970 g.) predlozhili, chto vzryv blizko raspolozhennoi sverhnovoi ne tol'ko inzhektiroval svezhee veshestvo v protosolnechnuyu tumannost', no i sodeistvoval ee szhatiyu.

Dostizheniya astrofiziki i planetologii v 70-h gg. 20 v.: pervye raschety kollapsa, uchityvayushie vrashenie szhimayushihsya protozvezd; issledovanie oblastei sovr. zvezdoobrazovaniya v Galaktike; snimki poverhnostei planet Solnechnoi sistemy i ih sputnikov, izobiluyushih udarnymi kraterami, - naglyadno svidetel'stvuyut o pravil'nosti obshih osnov sovr. teorii formirovaniya planet.

Naryadu s issledovaniyami, opredelyayushimi general'nuyu liniyu razvitiya planetnoi kosmogonii, sushestvuyut predstavleniya, ne pol'zuyushiesya shirokim priznaniem. Tak, Al'ven razrabatyvaet s 40-h gg. 20 v. gipotezu o tom, chto obrazovanie planetnoi sistemy na vseh etapah opredelyalos' v osnovnom el.-magn. silami. Dlya etogo molodoe Solnce dolzhno bylo obladat' ochen' sil'nym magn. polem, v tysyachi raz bolee sil'nym, chem sovremennoe. Gazy mezhzvezdnogo oblaka, padavshego k Solncu pod deistviem ego prityazheniya, postepenno ionizovalis' i po mere uskoreniya svoego padeniya pod vliyaniem magn. polya Solnca perehodili ot padeniya k obrasheniyu vokrug Solnca. Pervymi na bol'shih rasstoyaniyah ot Solnca dolzhny byli ionizovat'sya metally i dr. veshestva, obladayushimi nizkimi potencialami ionizacii, a poslednim blizhe vsego k Solncu dolzhen byl ionizovat'sya vodorod. Him. sostav planet daet obratnuyu kartinu raspredeleniya vodoroda i bolee tyazhelyh elementov. Vsledstvie etogo i iskusstvennosti ryada dr. predpolozhenii gipoteza Al'vena pochti ne imeet storonnikov.

Angl. uchenyi M. Vul'fson v 60-70-h gg. 20 v. pytalsya razvivat' gipotezu, soglasno k-roi priobretenie Solncem protoplanetnogo veshestva ob'yasnyalos' sochetaniem prilivnogo vozdeistviya i zahvata: Solnce zahvatilo sgustki veshestva, vyrvannogo ego prityazheniem iz proletavshei mimo razrezhennoi protozvezdy. Kak i gipoteza Dzhinsa, eta shema imeet mnogo slabyh mest i ne pol'zuetsya populyarnost'yu.

3. Sovremennoe sostoyanie planetnoi kosmogonii:
    Obrazovanie Solnca i protoplanetnogo oblaka

Nachavshee szhimat'sya massivnoe oblako, uchastvuyushee v obshem vrashenii Galaktiki, ne mozhet szhat'sya do vysokoi plotnosti iz-za bol'shogo momenta vrasheniya. Poetomu ono stremitsya raspast'sya na otdel'nye fragmenty. Chast' momenta vrasheniya pri etom perehodit v moment otnositel'nogo dvizheniya fragmentov. Process posledovatel'noi fragmentacii, soprovozhdaemyi besporyadochnymi (turbulentnymi) dvizheniyami, udarnymi volnami, zaputyvaniem magn. polei, prilivnym vzaimodeistviem fragmentov, slozhen i ponyat daleko ne dostatochno. Odnako evolyuciya izolirovannogo fragmenta, imeyushego massu i obladayushego ne slishkom bol'shim nachal'nym momentom vrasheniya K (), uzhe mozhet byt' proslezhena putem raschetov na EVM. Raschety pokazyvayut, chto pri bol'shom momente vrasheniya vmesto protozvezdy mozhet vozniknut' neustoichivoe kol'co, razbivayusheesya na fragmenty. Takim putem, vozmozhno, formiruyutsya kratnye zvezdy. Pri mnogo men'shem znachenii K bolee veroyatno obrazovanie odinochnoi zvezdy. V 80-e gg. 20 v. poyavilis' detal'nye raschety po obrazovaniyu okolo szhimayusheisya protozvezdy (Solnca) uploshennogo gazovo-pylevogo diska. V ekvatorial'noi oblasti szhimayusheisya protozvezdy dolzhna sushestvovat' oblast' s intensivnym pereraspredeleniem momenta vrasheniya. V sluchae effektivnoi turbulentnosti, vyzvannoi prodolzhayusheisya akkreciei gaza, vse novye porcii veshestva s izbytochnym momentom vynosyatsya naruzhu, obrazuya vrashayushiisya gazovo-pylevoi disk. Chast' veshestva iz szhimayusheisya obolochki akkreciruet neposredstvenno na disk. Ne isklyucheno, chto v zavisimosti ot nachal'nyh uslovii v tumannosti, vliyaniya sosednih fragmentov, a takzhe vspyhivayushih poblizosti novyh i sverhnovyh zvezd massy i razmery obrazuyushihsya diskov mogut var'irovat' v shirokih predelah. Vazhnuyu rol' v rannei evolyucii takih diskov igraet aktivnost' molodoi zvezdy - ee izluchenie v rentg. i UF-diapazonah, obshaya svetimost' i intensivnost' zvezdnogo vetra. Imeyutsya dannye, chto rentg. i UF-izluchenie molodyh zvezd solnechnoi massy mozhet na poryadki prevyshat' intensivnost' korotkovolnovogo izlucheniya sovr. Solnca. S ispol'zovaniem ur-nii gidrodinamiki byli postroeny modeli okolosolnechnogo gazovo-pylevogo diska, vrashayushegosya vokrug takogo aktivnogo Solnca. Soglasno etim modelyam, temp-ra v central'noi ploskosti diska padaet s rasstoyaniem ot Solnca kak r^-1-r^-1/2, sostavlyaya 300-400 K na rasstoyanii r=1 a.e. i lish' desyatki kel'vinov na a.e. Vnesh. razrezhennye sloi diska mogli nagrevat'sya korotkovolnovym izlucheniem Solnca do ochen' vysokih temp-r, chto velo k potere gaza (ego rasseyaniyu v mezhzvezdnoe prostranstvo). Etomu processu sposobstvoval takzhe intensivnyi solnechnyi veter. Odnako strukturu vnutrennih, bolee holodnyh oblastei diska horosho otrazhaet model', polozhennaya v osnovu issledovanii Shmidta i ego sotrudnikov.

Process obrazovaniya planet i ih sputnikov

Evolyuciya doplanetnogo oblaka: a - opuskanie pyli k central'noi ploskosti; b - formirovanie pylevogo subdiska; v - raspad pylevogo subdiska na pylevye sgusheniya; g - formirovanie iz pylevyh sgushenii kompaktnyh tel; d - evolyuciya roya tel, soprovozhdayushayasya stolknoveniyami, drobleniem i ob'edineniem tel; e - formirovanie zarodyshei planet; zh - dissipaciya gaza iz oblaka i ego akkreciya na Yupiter i Saturn; z - sovremennaya planetnaya sistema. (Po B.Yu. Levinu, 1964 g.)

Process obrazovaniya planet-gigantov byl bolee slozhnym, i mnogie ego detali eshe predstoit vyyasnit'. Sushestvuyut dve gipotezy o puti formirovaniya Yupitera i Saturna, soderzhashih mnogo vodoroda i geliya (po svoemu sostavu oni blizhe k Solncu, chem dr. planety). Pervaya gipoteza ("kontrakcii") ob'yasnyaet "solnechnyi" sostav planet-gigantov tem, chto v protoplanetnom diske bol'shoi massy obrazovalis' massivnye gazovo-pylevye sgusheniya - protoplanety, k-rye zatem v processe gravitac. szhatiya prevratilis' v planety-giganty. Eta gipoteza ne ob'yasnyaet udaleniya iz Solnechnoi sistemy bol'shih izlishkov veshestva, ne voshedshego v planety, a takzhe prichin otlichiya sostava Yupitera i Saturna ot solnechnogo (Saturn soderzhit bol'she tyazhelyh him. elementov, chem Yupiter, k-ryi, v svoyu ochered', soderzhit ih otnositel'no bol'she, chem Solnce). Soglasno vtoroi gipoteze ("akkrecii"), obrazovanie Yupitera i Saturna protekalo v dva etapa. Na pervom, dlivshemsya ok. let s oblasti Yupitera i let v oblasti Saturna, proishodila akkumulyaciya tverdyh tel takim zhe obrazom, kak v oblasti planet zemnoi gruppy. Kogda samye krupnye tela dostigli kritich. massy (ok. dvuh mass Zemli), nachalsya vtoroi etap - akkreciya gaza na eti tela, dlivshiisya ne menee 10⁵-10⁶ let. Na pervom etape iz oblasti Yupitera dissipirovala chast' gaza, i ego sostav okazalsya otlichnym ot solnechnogo; eshe bol'she eto proyavilos' u Saturna. Na stadii akkrecii naibol'shaya temp-ra naruzhnyh sloev Yupitera dostigala 5000 K, a u Saturna - ok. 2000 K. Znachit. progrevanie Yupiterom svoei okrestnosti opredelilo silikatnyi sostav ego blizkih sputnikov. Soglasno gipoteze kontrakcii na rannei stadii planety-giganty takzhe imeli vysokie temp-ry, odnako dinamika processov v ramkah gipotezy akkrecii bolee obosnovana. Obrazovanie Urana i Neptuna, soderzhashih vsego 10-20% H i He, takzhe luchshe ob'yasnyaetsya vtoroi gipotezoi. K momentu dostizheniya imi kritich. massy (za vremya ~ 10⁸ let) b'ol'shaya chast' gaza uzhe pokinula Solnechnuyu sistemu.

Malye tela Solnechnoi sistemy - asteroidy i komety - predstavlyayut soboi ostatki roya "promezhutochnyh" tel. Asteroidy - eto kamenistye tela vnutr. okolosolnechnoi zony, komety - kamenisto-ledyanye tela zony planet-gigantov. Massy planet-gigantov eshe do zaversheniya ih rosta stali stol' bol'shimi, chto svoim prityazheniem nachali ochen' sil'no izmenyat' orbity proletavshih mimo nih malyh tel. V rezul'tate nek-rye iz nih priobreli ochen' vytyanutye orbity, v t.ch. i orbity, uhodyashie daleko za predely planetnoi sistemy. Na tela, udalyavshiesya dal'she 20-30 tys. a.e. ot Solnca, zametnoe gravitac. vozdeistvie okazyvali blizhaishie zvezdy. V bol'shinstve sluchaev vozdeistvie zvezd privodilo k tomu, chto malye tela perestavali zahodit' v oblast' planetnyh orbit. Planetnaya sistema okazalas' okruzhennoi roem kamenisto-ledyanyh tel, prostirayushimsya do rasstoyanii 10⁵ a.e. (~ 1 pk) i yavlyayushimsya istochnikom nyne nablyudaemyh komet. Sushestvovanie kometnogo oblaka ustanovil niderlandskii astronom Ya. Oort (1950 g.). Vliyanie blizhaishih zvezd mozhet inogda stol' sil'no vozmutit' orbitu kamenisto-ledyanogo tela, chto ono uidet sovsem iz Solnechnoi sistemy, a inogda mozhet perevesti ego na orbitu, prohodyashuyu v okrestnosti Solnca. Vblizi Solnca ledyanye tela nachinayut isparyats'ya pod deistviem ego luchei i stanovyatsya vidimymi - voznikaet yavlenie komety.

Asteroidy sohranilis' do nashego vremeni blagodarya tomu, chto podavlyayushee bol'shinstvo ih dvizhetsya v shirokom promezhutke mezhdu orbitami Marsa i Yupitera. Analogichnye kamenistye tela, nekogda sushestvovavshie vo vsei zone planet zemnoi gruppy, davno prisoedinilis' k etim planetam libo razrushilis' pri vzaimnyh stolknoveniyah, libo byli vybrosheny za predely etoi zony blagodarya gravitac. vozdeistviyu planet.

Krupneishie iz sovr. asteroidov - poperechnikom v 100 km i bolee - obrazovalis' eshe v epohu formirovaniya planetnoi sistemy, a srednie i melkie v bol'shinstve svoem yavl. oblomkami krupnyh asteroidov, razdrobivshihsya pri stolknoveniyah. Blagodarya stolknoveniyam asteroidnyh tel nepreryvo popolnyaetsya zapas pylevogo veshestva v mezhplanetnom prostranstve. Dr. istochnikom melkih tverdyh chastic yavl. raspad komet pri prolete ih vblizi Solnca.

Nedra "pervichnyh" krupnyh asteroidov podvergalis', po-vidimomu, razogrevu primerno do 1000^oS, chto otrazilos' na sostave i strukture ih veshestva. My znaem ob etom blagodarya tomu, chto na poverhnost' Zemli vypadayut mel-kie oblomki asteroidov - meteoritov, sostav i fiz. sv-va k-ryh ukazyvayut, chto oni proshli stadii nagreva i differenciacii veshestva. Prichiny razogreva asteroidov do konca ne yasny. Vozmozhno, nagrev byl svyazan s vydeleniem teploty pri raspade korotkozhivushih radioaktivnyh izotopov; asteroidy mogli byt' takzhe nagrety vzaimnymi stolknoveniyami.

Nek-rye meteority predstavlyayut soboi nailuchshie iz dostupnyh nam obrazchikov "pervichnogo" planetnogo veshestva. Po sravneniyu s zemnymi gornymi porodami oni nesravnenno men'she izmeneny posleduyushimi fiz.-him. processami. Vozrasty meteoritov, opredelyaemye po soderzhaniyu radioaktivnyh elementov i produktov ih raspada, harakterizuyut v to zhe vremya vozrast vsei Solnechnoi sistemy. On okazyvaetsya ravnym ok. 4,6 mlrd. let. Sledovatel'no, dlitel'nost' processa formirovaniya planet neznachitel'na po sravneniyu s vremenem ih dal'neishego sushestvovaniya.

Proishozhdenie sistem regulyarnyh sputnikov planet, dvizhushihsya v napravlenii vrasheniya planety po pochti krugovym orbitam, lezhashim v ploskosti ee ekvatora, avtory kosmogonich. gipotez obychno ob'yasnyayut povtoreniem v malom masshtabe togo zhe processa, k-ryi oni predlagayut dlya ob'yasneniya obrazovaniya planet Solnechnoi sistemy. Sistemy regulyarnyh sputnikov imeyutsya u Yupitera, Saturna i Urana, k-rye obladayut takzhe kol'cami iz melkih tverdyh chastic. U Neptuna net regulyarnoi sistemy sputnikov i, po-vidimomu, net kolec. Sovr. planetnaya kosmogoniya ob'yasnyaet obrazovanie regulyarnyh sputnikov evolyuciei protosputnikovyh diskoobraznyh poev chastic, voznikshih v rezul'tate neuprugih stolknovenii vblizi dannoi planety planetezimalei, dvigavshihsya po okolosolnechnym orbitam.

V sisteme regulyarnyh sputnikov Yupitera imeetsya delenie na dve gruppy: silikatnuyu i vodno-silikatnuyu. Razlichiya v him. sostave sputnikov pokazyvayut, chto molodoi Yupiter byl goryachim (nagrev mog byt' obuslovlen vydeleniem gravitac. energii pri akkrecii gaza). V sisteme sputnikov Saturna, sostoyashih v osnovnom iz l'da, net deleniya na dve gruppy, chto svyazano s bolee nizkoi temp-roi v okrestnostyah Saturna, pri k-roi mogla kondensirovat'sya voda.

Proishozhdenie irregulyarnyh sputnikov Yupitera, Saturna i Neptuna, t. e. sputnikov, obladayushih obratnym dvizheniem, a takzhe nebol'shogo vnesh. sputnika Neptuna, obladayushego pryamym dvizheniem po vytyanutoi orbite, ob'yasnyayut zahvatom.

U medlenno vrashayushihsya planet Merkuriya i Venery sputnikov net. Oni, po-vidimomu, ispytali prilivnoe tormozhenie so storony planety i upali v konce koncov na ee poverhnost'. Deistvie prilivnogo treniya proyavilos' takzhe v sistemah Zemlya-Luna i Pluton-Haron, gde sputniki, obrazuya s planetoi dvoinuyu sistemu, vsegda povernuty k planete odnim i tem zhe polushariem.

Ob'yasnenie proishozhdeniya Luny potrebovalo detal'nogo issledovaniya sv-v okolozemnogo roya chastic, sushestvovanie k-rogo podderzhivalos' v techenie vsego vremeni akkumulyacii Zemli neuprugimi stolknoveniyami chastic v ee okrestnostyah.

Obrazovanie roya dostatochnoi massy vozmozhno lish' za schet mnogochisl. stolknovenii naibolee melkoi frakcii mezhplanetnyh chastic. Dinamika roya pozvolyaet podoiti k ob'yasneniyu razlichii v him. sostave Luny i Zemli, cherpavshih veshestvo iz odnoi i toi zhe zony. Preimushestv. popadanie v roi melkih chastic moglo odnovremenno privesti k obogasheniyu roya silikatnym veshestvom, t. k. imenno kamenistye tela pri stolknoveniyah obrazuyut melkuyu pyl' (v otlichie ot metallich. tel). Na stadii melkodispersnogo veshestva mogli byt' chastichno poteryany i letuchie veshestva, deficit k-ryh byl obnaruzhen v lunnyh porodah. Iz sputnikovogo roya mogla obrazovat'sya sistema iz nesk. krupnyh sputnikov, orbity k-ryh s raznoi skorost'yu evolyucionirovali pod deistviem prilivnogo treniya i k-rye v konechnom schete ob'edinilis' v odno telo - Lunu. Analiz sostava i opredeleniya vozrasta dostavlennyh v 70-h gg. 20 v. na Zemlyu lunnyh porod pokazal, chto Luna eshe v hode svoego obrazovaniya ili vskore posle etogo byla razogreta i proshla magmatich. differenciaciyu, v rezul'tate k-roi sformirovalas' lunnaya kora. Izobilie krupnyh udarnyh kraterov na materikovoi chasti lunnoi poverhnosti pokazyvaet, chto kora uspela zatverdet' eshe do togo, kak zatuhla intensivnaya bombardirovka Luny formirovavshimi ee telami. Sliyanie Luny iz nesk. krupnyh tel (protolun) daet bystroe nagrevanie do 1000 K ee poverhnostnogo sloya tolshinoi v sotni km, chto luchshe soglasuetsya s rannei differenciaciei veshestva Luny. Pri medlennoi akkumulyacii Luny iz melkih chastic vydelivsheisya gravitac. energii nedostatochno dlya trebuemogo nagreva Luny. Al'ternativnye gipotezy nagreva Luny v rezul'tate raspada korotkozhivushih radioaktivnyh izotopov i nagreva elektrich. tokami, inducirovannymi intensivnym solnechnym vetrom, trebuyut nepriemlemo bystrogo obrazovaniya Luny na samom rannem etape formirovaniya Solnechnoi sistemy. Itak, naibolee veroyatnym predstavlyaetsya obrazovanie Luny na okolozemnoi orbite, odnako v literature prodolzhayut obsuzhdat'sya i maloveroyatnye gipotezy zahvata Zemlei gotovoi Luny i otdeleniya Luny ot Zemli.

Zametnoe razlichie sr. plotnosti planet zemnogo tipa svyazano, po-vidimomu, so znachit. razlichiem obshego soderzhaniya Fe i soderzhaniya metallich. Fe. Vysokaya plotnost' Merkuriya (5,4 g/sm³) ukazyvaet na to, chto on soderzhit do 60-70% metallich. nikelistogo zheleza, togda kak nizkaya plotnost' Luny (3,34 g/sm³) ukazyvaet na otsutstvie v nei znachit. kolichestv metallich. zheleza (menee 10-15%). Soderzhanie bogatogo zhelezom splava v Zemle sostavlyaet ok. 32%, v Venere - ok. 28%.

V 70-e gg. 20 v., odnovremenno s razvitiem predstavlenii o posledovatel'noi kondensacii razlichnyh veshestv v ostyvayushem protoplanetnom oblake, poyavilas' gipoteza neodnorodnoi (geterogennoi) akkumulyacii planet, soglasno k-roi polnaya akkumulyaciya neletuchih veshestv v neskol'ko krupnyh tel - yader budushih planet - uspevala proizoiti do zametnogo dal'neishego ostyvaniya oblaka i kondensacii drugih, bolee letuchih veshestv. Po etoi gipoteze, formiruyushiesya planety s samogo nachala okazyvayutsya sloistymi. V sochetanii s predpolozheniem o kondensacii snachala metallich. zheleza, a zatem silikatov gipoteza geterogennoi akkumulyacii ob'yasnyala vozniknovenie zheleznyh yader u Zemli i Venery. Odnako ona ignorirovala nadezhnye astrofizich. ocenki skorosti ostyvaniya oblaka: ostyvanie dolzhno proishodit' nesravnenno bystree, chem akkumulyaciya produktov kondensacii. Vydvigalas' takzhe gipoteza, chto yadra Zemli i Venery sostoyat v osnovnom iz silikatov i okislov, pereshedshih pod deistviem davleniya vyshelezhashih sloev v plotnoe metallich. sostoyanie. V etom sluchae yadra Zemli i Venery soderzhali by vsego nesk. % metallich. zheleza, t.e. priblizitel'no stol'ko zhe, skol'ko yadro Luny, no men'she, chem yadro Marsa (davlenie v nedrah Marsa i Luny zavedomo slishkom malo dlya perehoda silikatov v metallich. sostoyanie). Eksperimenty po statich. szhatiyu veshestva do davlenii, blizkih k davleniyam v yadrah Zemli i Venery, poka ne pozvolyayut sdelat' opredelennogo vyvoda o vozmozhnosti takih fazovyh perehodov s dostatochno bol'shim skachkom plotnosti.

Po-vidimomu, obrazovanie yader u planet zemnoi gruppy proizoshlo vsledstvie otdeleniya bogatogo zhelezom rasplava ot ferromagnezial'nyh silikatov. Fizikohimiya processa otdeleniya zheleznogo rasplava i dinamika opuskaniya ego k centru planety izucheny poka nedostatochno. V rabotah, posvyashennyh analizu processa rassloeniya pervichno odnorodnyh planet, naibol'shee chislo raschetov provoditsya dlya Zemli.

Nachal'noe sostoyanie i evolyuciya Zemli

Razogrevanie Zemli soprovozhdalos' vydeleniem gazov i vodyanyh parov, soderzhashihsya v nebol'shom kolichestve v zemnyh kamenistyh veshestvah. Prorvavshis' na poverhnost', vodyanye pary skondensirovalis' v vody morei i okeanov, a gazy obrazovali atmosferu, sostav k-roi pervonachal'no sushestvenno otlichalsya ot sovremennogo. Sostav sovr. zemnoi atmosfery v znachit. mere obuslovlen sushestvovaniem na Zemle zhizni (biosfery). Nek-ruyu rol' v obrazovanii gidrosfery i atmosfery, vozmozhno, sygrali padavshie na Zemlyu ledyanye yadra komet.

Process him. rassloeniya zemnyh nedr proishodit i seichas. Legkie rasplavy v vide magmy podnimayutsya iz mantii v koru. Oni chastichno zastrevayut i zastyvayut vnutri zemnoi kory, a chastichno proryvayut koru i v vide lavy izlivayutsya naruzhu pri vulkanich. izverzheniyah. Peremesheniya veshestva v nedrah Zemli proyavlyayutsya v vide pod'emov i opuskanii bol'shih uchastkov poverhnosti, gorizontal'nyh peremeshenii otdel'nyh plit, na k-rye raschlenena zemnaya kora, v vide processov vulkanizma i goroobrazovaniya, a takzhe zemletryasenii.

Lit.:
Shmidt O.Yu., Chetyre lekcii o teorii proishozhdeniya Zemli, 3 izd., M., 1957; Levin B.Yu., Proishozhdenie Zemli i planet, 4 izd., M., 1964; Safronov V.S., Evolyuciya doplanetnogo oblaka i obrazovanie Zemli i planet, M., 1969; Vud Dzh., Meteority i proishozhdenie solnechnoi sistemy, per. s angl., M., 1971; Ruskol E.L., Proishozhdenie Luny M., 1975; Al'ven X., Arrenius G. Evolyuciya solnechnoi sistemy, per. s angl. M., 1979; Sputniki planet, per. s angl., M. 1980; Protozvezdy i planety, per. s angl, ch. 1-2, M., 1982.

(B.Yu. Levin, A.V. Vityazev)