700 млн лет – столько понадобилось для того, чтобы сформировалась наша Солнечная система. Невеликий срок в масштабах Вселенной. Но все ключевые события для нашего «солнечного семейства» успели произойти именно за это время. Какие же?
FacebookTwitterВконтактеОднокласники
В начале было облако
Все началось около 4 млрд 600 млн лет назад. Именно тогда огромное облако молекулярной пыли, спокойно плывшее в Млечном Пути, вдруг стало сжиматься. Это случилось благодаря вспыхнувшей неподалеку сверхновой звезде, ударная волна от которой прошла через все облако и спровоцировала гравитационный коллапс. А еще взрыв гигантской звезды наполнил облако газом и тяжелыми элементами – железом и ураном, позже ставших кирпичиками, из которых состоит Солнечная система.
Сжатие происходило очень быстро. Помимо этого, облако еще и вращалось. Дело в том, что все вокруг нас, включая галактику, находится в постоянном вращении. Вращение – это часть физики звездного коллапса. Когда в газопылевом облаке возникла гравитация, оно не только стало быстрее вращаться, но и расплющилось в диск. В условиях стремительного сжатия и хаотичного вращения газ и пыль начали уплотняться во множество комков. Эти комки были ничем иным, как будущими звездами.
Очень скоро часть этого облака станет раздробленной Солнечной системой, в центре которой засияет яркая протозвезда. Она начнет поглощать пыль и газ, из которых тогда состояла солнечная туманность. Большая часть из всего этого «мусора» окажется в недрах Солнца, а из мизерных остатков образуются планеты, спутники, астероиды и даже мы сами.
Солнечная система была не единственным «ребенком» огромного газопылевого облака, одновременно с ней на свет «рождаются» и ее «братья» – другие звездные системы.
То же самое мы можем наблюдать сегодня в созвездии Ориона, через которое протянулось гигантское молекулярное облако протяженностью в сотни световых лет. В некоторых местах видно, как из этих комков образуются молодые звезды, словно гигантские диско-шары, подсвечивающие окружающий их газ всеми цветами радуги.
Туманность Ориона / ©NASA
На сегодняшний день существует два подхода к вопросу образованию планетных систем. Один из них – это развитие идей советского ученого Виктора Сафронова, так называемая модель аккреции на ядро. Согласно этой модели, сначала образуется некая заготовка планеты, зародыш, каменное ядро, на которое потом аккрецирует газ, и образуется уже планета-гигант наподобие Юпитера, Сатурна или других планет-гигантов. Второй подход связан с попытками объяснить образование планет в протопланетном диске тем же механизмом, который приводит и к образованию звезд, то есть гравитационной неустойчивостью. Если диск достаточно массивен, и в нем достаточно много вещества, то могут образовываться какие-то неоднородности, которые будут сжиматься под действием собственной тяжести. Если они будут достаточно массивны, они будут падать внутрь себя, коллапсировать и превращаться в массивные планеты. В научной среде преимущество пока имеет первая – сафроновская теория образования планет.
Планетезимали
В «младенчестве» у Солнечной системы не было никаких планет. Самого Солнца как такового тоже не существовало – была лишь небольшая протозвезда, свет от которой был очень тусклым из-за скопленных вокруг нее газа и пыли. Впрочем, планеты будут формироваться очень быстро.
Материал для их «изготовления» разделился на несколько «слоев» в зависимости от температур диска. Ближе к протосолнцу, при температуре свыше 2 тыс. градусов, все испарилось. На расстоянии 8 млн км находилась каменная линия, где металлы и минералы затвердели. Следующий рубеж принято называть линией снега – эта верхняя граница внутренней Солнечной системы. Вода, метан и аммиак существуют здесь только в виде льда. Но почему мы говорим именно об этих веществах? Все просто – в Солнечной системе их больше всего, особенно воды. Все это – компоненты водорода в том или ином виде, а водород является самым распространенным элементом в Солнечной системе того времени.
Как эти, так и другие элементы, объединяет одно – они пока находятся здесь в виде микроскопических частиц. Но уже очень скоро путем аккреции их начнет притягивать друг к другу, и они превратятся в камни и кусочки льда, которые, в свою очередь, тоже притянет вместе. Из них образуются более-менее большие каменные куски (примерно 1 км на 1,5 км), называемые планетезимали. Это первый строительный материал, из которого через 3 млн лет сформируются протопланеты – «зародыши» планет.
Художественное видение линии снега / ©ESA
Газовые гиганты
А пока протопланеты схожи по размерам с Луной. Сталкиваясь между собой, они образуют большие планеты. Планеты внутренней Солнечной системы – Меркурий, Венера, Земля и Марс – получились небольшими, меньше внешних, потому что им досталось меньше строительного материала (ближе к звезде, там, где достаточно горячо из-за ее излучения, не могут конденсироваться льды, не могут конденсироваться в твердое вещество вода, аммиак и другие газы, поэтому там возможно образование только каменных планет. Поэтому эти планеты получаются менее массивными, ведь для их образования доступно меньше вещества).
Буквально за 3 млн лет появляется гигант Солнечной системы – молодой замерзший Юпитер. Прежде чем стать газовым гигантом, Юпитер был суперземлей – крупной каменной планетой, масса которой в несколько раз превышает массу Земли. Он продолжал расти, притягивая к себе все новые протопланеты. Из-за своей массы Юпитер стал «гравитационным разбойником». Как космический пылесос он поглощал все газы на своем пути и за 100 тыс. лет нарастил 90% своей нынешний массы.
Другие планеты внешней Солнечной системы – Сатурн, Уран и Нептун – последовали его «хулиганскому» примеру. И хотя накопить столь убедительную «мышечную» массу большинству из них все же не удалось, Юпитер и Сатурн в конечном итоге вобрали в себя 92% всего не солнечного вещества!
Благодаря «прожорливости» этих двух гигантов за 10 млн лет существования молодой Солнечной системы в ней кончился практически весь газ, в частности, водород и гелий, из-за которых так быстро выросли Юпитер и Сатурн. Их неуемная «жадность», однако, сыграла на руку их более «скромным» собратьям. Ведь если бы Юпитер и Сатурн не притянули весь газ и пыль, мы могли бы лицезреть наше Солнце лишь как довольно тусклый нечеткий диск. Впрочем, не могли бы – в отсутствии нормального солнечного света жизнь на нашей планете едва ли могла достигнуть такого разнообразия, чтобы на ней появились столь любопытные существа как Homo sapiens. Солнце, впрочем, способствовало этому и само. Ведь оно продолжало вбирать в себя водород и гелий, иначе не выросло бы до таких размеров, так и оставшись протозвездой. Юпитер, кстати, и сам бы мог стать звездой, если бы обладал значительно большей массой.
©Wikimedia commons
Второе рождение Солнца
Наше Солнце родилось дважды. Та звезда, о которой мы говорили до сих пор, была лишь протосолнцем. В начале своей жизни спектр света ее был другим. Протосолнце обладало огромной энергией как и сейчас, но было более красным. В возрасте 50 млн лет с Солнечной системой происходит знаковое событие – наша звезда достигает критической температуры и давления, в ее ядре начинается ядерная реакция. С энергией водородной бомбы наше протосолнце взрывается, и рождается новая полноценная звезда.
©NASA
Внутренние планеты
Солнце созрело, а сформировавшиеся Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун улетели за снеговую линию. Между тем, в горячей внутренней области, где было много камней и мало газа, творился хаос: крошечные протопланеты продолжали сталкиваться и расти.
Образование внутренних планет Солнечной системы продолжалось в 10 раз дольше, чем формирование газовых гигантов. Спустя 75 млн лет этот процесс подошел к концу. Пыль этих «боев» рассеялась, и из глубин космоса проступили очертания четырех внутренних планет – Меркурия, Венеры, Земли и Марса.
Детство нашей Земли тем не менее было трудным. В то время, когда протоземля достигла нынешних размеров и заняла стабильную орбиту, у нее был космический преследователь. Считается, что на начальных стадиях развития Землю сопровождала другая протопланета – Тея. У нее была почти такая же орбита, как и у Земли. Она буквально следовала за ней по пятам. Неудивительно, что подобный «контроль» рано или поздно должен был вылиться в ожесточенный «конфликт» – планеты столкнулись. И вновь великие бедствия обернулись великим созиданием – из обломков Теи и самой Земли сформировался спутник – Луна (читайте об этом в прошлом номере журнала в статье «История Земли за 30 минут»). Выжив в катаклизме и сформировав Луну, Земля стала одной из самых стабильных планет внутренней Солнечной системы. Вероятно, это еще одна причина, почему именно на ней появилась жизнь (по крайней мере, столь разнообразная).
Источник