Гипотеза газопылевого облака

Солнечная система образовалась в результате сжатия газопылевого облака.

Гипотезы о том, как сформировалась Солнечная система, относятся к области космогонии — одного из старейших разделов теоретической астрономии. Первым такую гипотезу, исходя из общих умозрительных соображений, выдвинул немецкий философ Иммануил Кант (Immanuel Kant, 1724–1804), однако по-настоящему научное развитие она получила в трудах Пьера Симона Лапласа, первым предпринявшего попытку объяснить механику образования Солнечной системы в рамках Закона всемирного тяготения Ньютона.

В начале сценария предполагается наличие газопылевой туманности. По чистой случайности отдельные области этой туманности оказываются плотнее окружающего их вещества и, следовательно, обладают большей массой. Тут в действие вступает сила тяготения, и окружающая материя начинает устремляться к этим центрам повышенной плотности, масса которых всё возрастает. В конечном итоге материя в области каждого такого центра уплотняется настолько, что в результате гравитационного коллапса в каждой такой точке образуется звезда. Сегодня астрономы наблюдают в нашей Галактике достаточно много подобных центров формирования звезд.

В целом, остаточное газопылевое облако вокруг формирующейся звезды ведет себя хаотично, и частицы материи движутся внутри него во всех направлениях. И тут, опять же по чистой случайности, может оказаться, что большая часть газа и пыли оказываются «закрученными» в одну сторону. Соответственно, газопылевое облако вокруг формирующейся звезды приобретает чистый угловой момент количества движения. В соответствии с законом сохранения момента импульса дальнейшее сжатие (конденсация) облака в направлении центра приводит к увеличению угловой скорости вращения материи вокруг центральной части. В итоге, после завершения стадии коллапса газопылевого облака, подавляющая часть его массы оказывается сосредоточенной в центре (где впоследствии сформируется звезда), а незначительная периферийная масса облака оказывается распределенной в экваториальной плоскости вращения протозвезды вокруг собственной оси. Происходит это в результате «сплющивания» остатков распыленного раскрученного вещества под действием центробежной силы. Из вещества этого остаточного диска в дальнейшем формируются планеты.

В окружающем протозвезду остаточном газопылевом диске в результате хаотичных соударений частиц также начинают формироваться сгустки материи, которые в свою очередь начинают служить центрами притяжения для распыленного вокруг вещества. Вокруг них сначала формируются протопланеты, которые также выступают в роли источников гравитационного притяжения, в результате чего околосолнечное вещество расслаивается в кольца, а затем собирается в сгустки на определенных орбитах, из которых, в конечном итоге, и формируются планеты. Типоразмеры планет зависят от расстояния до новорожденной звезды. На небольшом удалении от нее температуры из-за начавшейся внутри звезды термоядерной реакции (см. Эволюция звезд) оказываются слишком высокими, и все легкоплавкие летучие вещества в основном просто испаряются в пространство, не имея возможности сконденсироваться в жидкое или твердое состояние. В результате ближние планеты земного типа оказываются небольшими и относительно плотными из-за преобладания в их составе тяжелых химических элементов — в Солнечной системе к этой категории относятся Меркурий, Венера, Земля и Марс.

Вообще, этот период в эволюции Солнечной системы выглядит несколько странно, если исходить из основных современных гипотез и результатов компьютерного моделирования, полученных согласно этим гипотезам. С одной стороны, накопление вещества вокруг ядер-зародышей современных планет действительно должно было происходить в соответствии с вышеописанной моделью; с другой — такое моделирование предсказывает образование еще 10-12 планет размером с Марс. Сегодня выдвигается гипотеза, что эти протопланеты попросту рассыпались в результате затяжной партии в небесный бильярд, в которую они оказались втянутыми, после чего часть их вещества осела на «успешно» сформировавшихся планетах, избежавших разрушения в результате череды соударений, а часть вещества была буквально вышвырнута на периферию Солнечной системы под воздействием мощного гравитационного поля Юпитера. Таким образом, в нашей Солнечной системе, скорее всего, до сих пор кружится, по большей части на большом удалении от Солнца, значительная масса протопланетных тел.

Луна — естественный спутник Земли — часто также классифицируется астрономами как самостоятельная планета земного типа, однако последние данные свидетельствуют, скорее, в пользу гипотезы гигантского столкновения, согласно которой Луна сформировалась позже других планет земного пояса в результате падения на раннюю Землю еще одной планеты размером с Марс и последующего выброса вещества на околоземную орбиту. Вообще, подобные столкновения на ранней стадии формирования Солнечной системы были явлением распространенным. Это, кстати, объясняет и еще одну загадку Солнечной системы. Угловые скорости вращения планет вокруг собственной оси (иными словами, продолжительность солнечных «суток» на планетах) варьируют в весьма широких пределах. В случае Венеры наблюдается уникальное явление ретроградного суточного вращения: эта планета вращается в противоположную по сравнению со всеми прочими планетами сторону. Такое отличие трудно увязать с размеренным, упорядоченным формированием планетной системы. Однако, если предположить, что итоговое собственное вращение планеты вокруг оси сложилось в результате суммы импульсов, полученных ею в результате мощных соударений с другими протопланетами, всё становится на свои места.

На большем удалении от молодого Солнца на ранней стадии формирования планетной системы было не так жарко, и там сформировались планеты иного типа. Достаточно низкие температуры не препятствовали конденсации и кристаллизации относительно легких химических элементов, в результате чего сформировались сверхмассивные твердокристаллические ядра из скальных пород и льда. Обладая мощным гравитационным полем, они захватили из окрестных газопылевых скоплений значительные объемы легких и летучих веществ — гелия и водорода, образовавших их океаны и/или атмосферу, — и стали еще массивнее (планеты земного типа с их слабым гравитационным полем на это оказались не способны). К категории так называемых газовых гигантов нашей Солнечной системы относятся Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. При огромных по сравнению с планетами земного типа размерах эти планеты характеризуются очень низкой средней плотностью вещества. Плотность Сатурна, например, вообще ниже плотности воды, так что, если бы нашелся океан сопоставимых с этой планетой размеров, Сатурн плавал бы в нем, как поплавок. Тем не менее, согласно современным гипотезам, внутри этих газожидкостных гигантов все-таки есть достаточно массивное плотное ядро из твердого вещества, напоминающее собой планету земного типа и образовавшееся аналогичным образом.

Особый случай представляет собой Плутон, — последняя из открытых «настоящих» планет Солнечной системы. По размеру он сопоставим с планетами земной группы и представляет собой, по сути, огромную глыбу льда летучих элементов. Долгое время ученые считали Плутон не то курьезным недоразумением, не то захваченным Солнечной системой инородным телом. Однако открытие в 1990-х годах так называемого «пояса Койпера», подобного поясу астероидов, — еще одного пояса малых планет, многие из которых движутся по очень вытянутым, «неправильным» орбитам, — заставило астрофизиков пересмотреть свои взгляды. Расположенный за орбитой Нептуна пояс Койпера — основной «поставщик» комет, залетающих в окрестности Солнца. Согласно современным взглядам, Плутон скорее всего представляет собой все-таки самое крупное небесное тело пояса Койпера — зародыш так и не сформировавшейся крупной планеты, вращающийся среди миллионов более мелких «отбросов» Солнечной системы.

Такая картина формирования планетной системы хорошо объясняет многие наблюдаемые характеристики Солнечной системы: небольшие размеры, тяжелый элементный состав и конденсированное состояние внутренних планет; большие размеры, легкий элементный состав и жидкостно-газообразное состояние внешних планет; единое направление движения планет по орбитам вокруг Солнца. В 1995 году астрономами были получены первые доказательства существования планетных систем у других звезд и выяснены некоторые их характеристики (это удалось сделать по замерам циклических отклонений звезд от их среднестатистического положения в пространстве, вызванных силой гравитационного притяжения обращающихся вокруг них планет). Благодаря этому сегодня мы точно знаем о том, что за пределами Солнечной системы планет существует гораздо больше, чем внутри нее: на момент написания этой статьи открыто 83 планеты в 71 звездной системе (теперь, когда вы читаете эти строки, число открытых планет еще возросло). Однако лишь одна из открытых планетных систем похожа на нашу Солнечную систему. Во всех остальных, судя по всему, планеты движутся вокруг своей звезды по сильно вытянутым эллиптическим траекториям, в то время как в нашей Солнечной системе орбиты всех планет, за исключением Плутона, приближаются к круговым. Кроме того, в большинстве этих систем все планеты обращаются вокруг звезд на расстояниях, не превышающих радиус орбиты Меркурия. У некоторых планет период обращения вокруг их солнца и вовсе составляет всего несколько земных суток.

Кроме планетных систем астрономам на сегодняшний день удалось открыть целый ряд околозвездных дисков — сплющенных газопылевых облаков вокруг молодых звезд. А это служит хорошим подтверждением гипотезы образования планетных систем из газопылевых облаков, пусть даже планетных систем, подобных нашей, открыты лишь считанные единицы.

См. также:
Тектоника плит
Пьер Симон ЛАПЛАС
Пьер Симон ЛАПЛАС
Pierre Simon, Marquis de Laplace, 1749–1827

Французский математик, физик и астроном. Родился в семье фермера в местечке Бомон-ан-Ож (Beaumont-en-Auge). Благодаря рано проявленным способностям и благоволению крупного поместного дворянина, у которого отец будущего ученого арендовал землю, окончил местную школу Ордена монахов-бенедиктинцев, после чего получил возможность продолжить образование в университете г. Кан (Caen). В дальнейшем ученый внес огромный вклад в развитие математической физики в рамках классической механики Ньютона, применил Закон всемирного тяготения Ньютона к теории строения Солнечной системы. Вскоре после Великой Французской революции был исключен из Академии «за недостаток республиканской добродетели и ненависти к королям» и в 1793 году бежал с семьей из Парижа и, находясь, фактически, на нелегальном положении, написал научно-популярную книгу «Изложение системы мира», где и сформулировал свою гипотезу происхождения Солнечной системы. По завершении периода якобинского террора, вернувшись в Париж, опубликовал монументальный многотомный труд «Трактат о небесной механике» (Traitè de mèchanique cèleste, 1796), заложивший основы нового раздела физической науки, который с тех пор так и именуется «небесной механикой». При Наполеоне занимал видные государственные посты, вплоть до поста министра внутренних дел.


10
Показать комментарии (10)
Свернуть комментарии (10)

  • Antigen  | 25.10.2006 | 11:10 Ответить
    Я вобще в восторге от всех этих статей!!!!!!!! Respect авторам!!!!
    Ответить
  • Д-р Ошеров Руслан  | 22.06.2007 | 14:52 Ответить
    В своей статье -" Кометы -индикаторы космогонических гипотез" ( http:www.astrolab.ru ,раздел " Кометы ") я показал, что гипотеза о происхождении Солнечной системы из газо-пылевого облака, нуждается в пересмотре, так как кометы , пересекающие эклиптику под разными углами показывют, что на определенных гелиоцентрических расстояниях наблюдаются максимумы и минимумы плотности межпланетной среды , причем минимумы плотности соответствуют гелиоцентрическим расстояниям планет
    Ответить
  • netopyr  | 17.07.2007 | 16:26 Ответить
    Вращение планет в одну сторону можно объяснить, солнечный ветер сжимал газопылевое облако со стороны солнца , и вытягивал с противоположной относительно ядра.А вращение планет вокруг солнца застовляло набегать боком на солнечный ветер и т.к.парусность сторон разная то и давление было разным и здесь происходило закручивание протопланетного облака , мало того из-завытянутой атмосферы планет солнечным ветром этот механизм поддерживает вращение до сих пор
    Ответить
  • Д-р Ошеров Руслан  | 02.11.2007 | 14:21 Ответить
    Вполне возможно, что необъяснимая вспышка кометы Холмса, объясняется тем, что комета проходила зону с повышенной газо-пылевой плотностью, которая и стала причиной усиления блеска кометы.Более подробно см.http://www.astrolab.ru рубрика кометы, статья " Кометы - индикаторы космогонических гипотез.
    Ответить
  • pta.sistem  | 16.08.2010 | 16:04 Ответить
    Принципиально, все гипотезы, касающиеся планетообразования, должны быть частью теории эволюции Звезд. Так как все планеты есть промежуточный результат процесса этой эволюции. Гипотеза газопылевого облака не соответствует такому требованию так же, как и многие другие подобные теории. Поэтому теории планетообразования пока нет.
    Опять же, принципиально, любая Звездная система обязана иметь планетные образования, в силу той же эволюции. Обнаружение их с Земли на большом удалении - вопрос не аналитической науки, а инженерных возможностей Интеллекта.
    Ответить
  • guryan  | 19.02.2012 | 10:04 Ответить
    Основываясь на научных данных и простых физических законах, можно легко построить логически непротиворечивую теорию, объясняющую большинство явлений в космосе.
    Во первых, никакого большого взрыва не было и быть не могло - творение материи из ничего, простительно только для библейских сказок, а не для научных теорий. Вселенная – безначальна, она существовала всегда, и всегда будет существовать, и её эволюция идет по простой схеме усложнения структуры материи.
    Как нам более-менее известно, на поверхности Солнца в настоящее время идет процесс термоядерного синтеза атомов гелия из атомов водорода. Продукты этого процесса формируют газовую атмосферу звезды, верхние слои которой, вместе с потоками высокоэнергетических частиц, истекают в космическое пространство, пополняя запасы межзвездного газа, обеспечивающего, своим расширением, «разбегание» галактик, а так же звезд в галактиках. Доказательством этого является красное смещение спектров и спиральные рукава галактик. Истечение газов из атмосфер звезд так же хорошо видно по хвостам комет.
    Процессы синтеза гелия из водорода, идущие в атмосфере Солнца, подпитываются процессами синтеза водорода из элементарных частиц – протонов и электронов, идущих в более глубоких слоях, и выделяющих, гораздо, большую энергию, чем термоядерный синтез гелия. В еще более глубоких слоях, синтезируются элементарные частицы из каких-то субэлементарных частиц, с выделением еще большей энергии. Вероятно, что в недрах ядер звезд, материя находится в плотном состоянии из, каких-то сверхсубэлементарных частиц, обладающих достаточными силами притяжения, позволяющими удерживать довольно большую газовую оболочку звезды. Это субэлементарное состояние, в котором находилась материя в более ранней вселенной, порядка сотен, а может тысяч миллиардов лет назад, можно условно назвать праматерией. Возможно, это и есть та самая темная материя, о которой так много говорят.
    Планеты когда-то тоже были горячими звездами, но в силу меньших физических размеров, в них высокоэнергетические процессы, довольно быстро, по астрономическим меркам, сменились низкоэнергетическими. Процессы термоядерного синтеза сменили процессы синтеза более тяжелых элементов, сопровождающиеся гораздо меньшим дефектом массы и выделяющие гораздо меньше тепла. Они обеспечили образование земной коры, и впоследствии, воздушной атмосферы.
    Синтез тяжелых элементов продолжается в недрах планеты и в настоящее время, где-то на границе коры и мантии, находящейся в жидком состоянии. В нижних горячих слоях земной коры, вероятно, идет синтез углеводородных соединений – метана, нефти, различных сланцев, и каменного угля. Поэтому топливный голод землянам, скорее всего, не угрожает, просто придется добывать его с большей глубины.
    В самом центре ядра планеты, часть вещества, вероятно также, еще находится в состоянии праматерии и обеспечивает нормальную земную гравитацию.
    Таким образом, сам процесс образование звезд – это дела давно минувших дней, по поводу чего, мы можем пока только строить догадки и гипотезы, не противоречащие элементарным законам природы, а не мифы древней Греции. Малые космические тела и астероиды, не имеющие горячего ядра, по-видимому, обладают незначительными силами притяжения, что их нет смысла принимать во внимание. Во всяком случае попытки создания искусственных спутников астероидов из космических зондов «неар» и «хаябуса», успехом не увенчались.
    Ответить
  • Алексей92  | 30.06.2014 | 15:18 Ответить
    У меня вопрос,откуда берутся газопылевые облака?.
    Ответить
    • Алексей92 > Алексей92 | 16.07.2014 | 12:11 Ответить
      Звёзды и солнечный ветер образуют газопылевые облака,им в этом помогают большие планеты,типа Юпитера.Звёзды черпают энергию и вещество из вакуума.
      Ответить
  • Jan Lukin  | 16.09.2014 | 15:27 Ответить
    Вариант, что планеты, пояса астероидов и известные сейчас "протопланетные облака" возможно есть экваториальные выбросы материи с самой звезды совсем не рассматриваются?
    Ответить
    • Алексей92 > Jan Lukin | 27.10.2014 | 17:07 Ответить
      Плохо,что не рассматривается,на самом деле звёзды черпают и выбрасывают материю,за счет чего тогда растут спутники планет,кольца планет и т.д.
      Ответить
Написать комментарий

1736
1755
Гипотеза газопылевого облака
XX в.
1940-е
На снимках, сделанных Космическим телескопом им. Хаббла, показаны планетные системы на стадии формирования в туманности Ориона. Туманность представляет собой гигантскую звездную колыбель, где из огромных облаков газа и пыли конденсируются новые звезды и планеты. Примерно так могла выглядеть около 5 миллиардов лет назад наша Солнечная система
На снимках, сделанных Космическим телескопом им. Хаббла, показаны планетные системы на стадии формирования в туманности Ориона. Туманность представляет собой гигантскую звездную колыбель, где из огромных облаков газа и пыли конденсируются новые звезды и планеты. Примерно так могла выглядеть около 5 миллиардов лет назад наша Солнечная система
Элементы

© 2005-2017 «Элементы»