Происхождение Земли как планеты Солнечной системы

Академик В. Г. Фесенков полагал, что процесс формирования планет широко распространен в природе и во Вселенной существует много планетных систем. В соответствии с позднейшими данными о происхождении новых звезд В. Г. Фесенков считал, что Солнце и планеты образовались почти одновременно из одной и той же исходной среды — уплотненного волокна газово-пылевой туманности, находящейся в неустойчивом состоянии. В плотном волокне сформировалось звездообразное сгущение, окруженное исходной газово-пылевой средой и вытянутое вместе с окружающим его облаком в плоскости экватора.

Затем под влиянием очень быстрого вращения, которое было у первичного Солнца, значительная часть газово-пылевой материи не смогла присоединиться к центральному сгущению и все дальше и дальше удалялась от центра туманности по плоскости экватора, образуя нечто вроде диска или уплощенной линзы. Постепенное уплотнение газово-пылевой материи вне центрального сгущения обусловило формирование планетных сгущений, превратившихся затем в современные планеты Солнечной системы.

Масса первичного Солнца и планетных  сгущений, несомненно, была в 8-10 раз  больше массы современной Солнечной  системы. Первичное Солнце обладало запасом вращения, включающим суммарное  вращение всех тел Солнечной системы. В сплющенном газово-пылевом облаке плотность массы распределена была крайне неравномерно. Огромное и только что сформировавшееся первичное Солнце и окружающее его облако имели крайне неустойчивое состояние.

Центробежные силы и корпускулярное излучение у первичного Солнца были настолько значительными, что если бы плотность облака, окружающего Солнце, была мала, то оно неизбежно рассеялось бы в мировом пространстве, не образуя никаких планет. Но так как средняя плотность облака Солнца в плоскости экватора была значительной, то вследствие неизбежных перепадов плотности внутри облака возникали местные сгущения, способные противостоять разлагающему действию как центрального тела, так и рассеивающему действию центробежной силы: из этих первичных местных сгущений и начали формироваться планеты Солнечной системы.

Для образования планет не требуется  столкновений между отдельными частицами  газово-пылевой среды. Распад газово-пылевой материи  на местные сгущения — протопланеты — происходил в результате гравитационной неустойчивости среды, имеющей достаточную плотность. Так как наибольшее количество газово-пылевой материи было сосредоточено в плоскости экватора Солнца, то и наибольшее количество сгущений или протопланет образовалось в этой плоскости. В процессе дальнейшей гравитационной конденсации из многих вновь образовавшихся сгущений «выжили» и стали современными планетами лишь те, которые подвергались наименьшим  возмущениям.

Академик В. Г. Фесенков полагает, что  сначала должен был образоваться наиболее отдаленный от Солнца Плутон. Из-за дальности расстояния на Плутон меньше всего распространялось разлагающее действие огромного первичного Солнца. Образованию Плутона также не мешала еще ни одна планета, так как все вещество еще было в форме рассеянной газово-пылевой туманности. После Плутона сформировалась планета Нептун, образование которой должно было удовлетворять условию приливной устойчивости как в отношении Солнца, так и в отношении вновь образовавшегося Плутона. Обе планеты должны быть на таком безопасном расстоянии друг от друга, чтобы своим взаимным притяжением не разрушали друг друга и были гравитационно-устойчивыми.

Образование всех остальных планет Солнечной системы также должно было идти последовательно с соблюдением безопасного расстояния от соседних планет, чтобы как вновь образующиеся, так и ранее существовавшие планеты не мешали друг другу и были устойчивы.

Развивая дальше принцип наименьшей помехи друг другу в процессе образования планет Солнечной системы, академик В. Г. Фесенков установил закон планетных расстояний и зависимости от плотности среды, найдя математическое выражение устойчивости всех планет. Понятно, что при определении закона планетных расстоянии необходимо считать, что в период образования планетной системы все планетные сгущения имели одинаковый химический состав, т. е. что они в среднем состояли из одних и тех же элементов, главным образом водорода и гелия, из которых состоит и современное Солнце.

По мнению академика В. Г. Фесенкова, нет никаких оснований считать, что близкие к Солнцу планеты  земного типа образовались не из общей массы, а из особых тяжелых элементов, очень редких в космосе. Естественнее считать, что и планеты земного типа в период их формирования имели состав, близкий к составу всех других планет, но затем легкие элементы под воздействием солнечной теплоты улетучивались и сохранялись лишь ядра первоначальных планет, состоящие главным образом из более тугоплавких тяжелых элементов.

Ценность гипотез и теории определяется тем, насколько они правильно  изображают реальное состояние изучаемого объекта и насколько они глубоко объясняют все процессы и явления в ходе их развития. Анализируя космогоническую гипотезу академика                      В. Г. Фесенкова о происхождении Солнечной системы, мы видим, что гипотеза не только освещает отличительные особенности строения, но и доказательно объясняет происхождение и развитие  Солнечной  системы.

Рис.3. Возникновение и развитие планетной системы вокруг Солнца.

Как только масса пропланеты достигает 1-2 масс Земли, она способна захватывать атмосферу. Протоюпитер буквально за сотню лет увеличил свою массу за счет захвата газов в десятки раз. Затем скорость аккреции падает, т.к. весь газ непосредственно на пути планеты уже вобран, а снаружи он поступает достаточно медленно (за счет диффузии). В нашей Солнечной системе на периферии образовались планеты-гиганты, способные удержать возле себя газовые оболочки. Сначала сформировались ядра планет-гигантов, а затем планеты нарастили себе оболочку из водорода и гелия. Двухступенчатая модель образования гигантов подтверждается фактами. Количество водорода уменьшается с увеличением расстояния. Чем больше масса планеты, тем быстрее идет аккреция газа на нее. По современным расчетам, рост Юпитера продолжался десятки миллионов лет, а рост Сатурна – сотни миллионов. У планет-гигантов возникли собственные минидиски из газа и пыли, из которых затем сформировались кольца и многочисленные спутники. При формировании Юпитера именно в районе его орбиты проходила граница конденсации водяных паров. По современным расчетам, на более близких расстояниях, в поясе астероидов, летучие вещества находились в газообразном состоянии. Это привело к тому, что рост допланетных тел в районе будущего Юпитера ускорился, а в районе пояса астероидов замедлился. Именно поэтому массивный Юпитер обогнал по скорости роста протопланету, более близкую к Солнцу. Но после своего рождения Юпитер стал тормозить образование этой планеты в поясе астероидов. Разогнанные тяготением планет-гигантов сгустки вещества выбрасывались на окраину Солнечной системы, где становились кометами. Гравитационные возмущения со стороны Юпитера и сейчас сильно воздействуют на астероиды. Уран и Нептун росли еще медленнее. К тому времени газа в Солнечной системе из-за действия солнечного ветра осталось еще меньше, поэтому Уран и Нептун содержат меньше водорода в процентном содержании, чем Юпитер. Основными составляющими этих планет-гигантов являются вода, метан и аммиак. В центре Солнечной системы сформировались менее массивные планеты. Здесь солнечный ветер выдул мелкие частицы и газ. А вот более тяжелые частицы, наоборот, стремились к центру. Рост Земли продолжался сотни миллионов лет. Ее недра прогрелись до 1000–2000 К благодаря гравитационному сжатию и участвовавшим в аккумуляции крупным телам (до сотен километров в поперечнике). Падение таких тел сопровождалось образованием кратеров с очагами повышенной температуры под ними. Другой и основной источник тепла Земли – распад радиоактивных элементов, в основном, урана, тория и калия. В настоящее время температура в центре Земли достигает 5000 К, что гораздо выше, чем в конце аккумуляции. Солнечные приливы затормозили вращение близких к Солнцу планет – Меркурия и Венеры. С появлением радиологических методов был точно определен возраст Земли и Луны – около 4,6 млрд. лет. Компьютерные эксперименты продемонстрировали замечательное свойство нашей планетной системы: пролет звезды с массой порядка 0,1 массы Солнца через ее внешние области мало изменит орбиты планет земной группы. Этого нельзя сказать об удаленных объектах, расположенных в облаке Оорта, для которых расстояние от Солнца в сотни раз больше, чем радиус орбиты Земли. Гравитационное поле Галактики возмущает орбиты малых тел на окраине Солнечной системы и даже вызывает их появление внутри орбиты Земли. Что касается Солнца, центрального тела Солнечной системы, то это – типичная звезда главной последовательности, равновесие которой обусловлено равенством сил газового давления и гравитации. Солнце существует около 5 миллиардов лет и еще столько же будет излучать практически неизменный поток энергии вследствие протекающих в его недрах ядерных реакций. Затем, в соответствии с законами звездной эволюции, Солнце превратится в красный гигант, и его радиус значительно увеличится, станет больше орбиты Земли. После этого газовая оболочка рассеется, и на месте Солнца останется белый карлик. Этот остаток нашего бывшего светила будет высвечивать запасы тепловой энергии в течение миллиардов лет, постепенно превращаясь в невидимый холодный объект. При этом температура на Земле сначала увеличится до 10 000° C, а затем уменьшится практически до абсолютного нуля. Современная планетная космогония встречается со многими вопросами, которые требуют строгого решения. Один из таких вопросов – парадокс вращательного момента. Протопланетные диски имеют небольшую массу, в 10–100 раз меньшую центральной звезды. Так, например, в Солнечной системе 99,8 % массы заключается в Солнце. Тем не менее, основной вращательный момент приходится именно на планеты. Поэтому вопрос о перераспределении вращательного момента из центральной части конденсирующегося газопылевого облака к периферии очень актуален и до сих пор не решен. Астрономы древности полагали, что Вселенная и Солнечная система существовали вечно и будут существовать еще столько же в неизменном виде. С появлением христианства возраст Солнечной системы значительно уменьшился. Джордано Бруно первым предположил, что звезды, подобно Солнцу, окружены планетными системами, которые непрерывно рождаются и умирают. Французский ученый Бюффон высказал гипотезу, что планеты образовались из вещества, выброшенного из Солнца после столкновения Солнца с кометой. Немецкий философ Иммануил Кант впервые изложил идею о возникновении Солнечной системы из облака холодных пылинок, находящихся в хаотическом движении. Планеты по Канту формируются из того же газопылевого облака, что и Солнце. Француз Пьер Симон Лаплас описал образование Солнца и Солнечной системы из медленно вращающейся раскаленной газовой туманности. Под действием гравитации центральная часть протосолнца сжималась, скорость его вращения увеличивалась, поэтому оно приобретало сплюснутую форму. Сгустки отделялись от протосолнца и затем охлаждались. Вещество, из которого образовались планеты, первоначально по Лапласу было в горячем, расплавленном состоянии. Но потом стало ясно, что Земля никогда не была ни газовой, ни раскаленной.

Согласно наиболее распространенной гипотезе, планеты и Солнце образовались из единой протопланетной туманности. Сторонниками этой гипотезы были Хойл,                      И. Шкловский и др. Эта гипотеза, по сути, развивает классическую космогоническую традицию и связана с фундаментальной проблемой происхождения звезд из межзвездной газопылевой среды. По поводу же деталей прохождения этого процесса единого мнения нет.

Согласно одним ученым, планеты  произошли после образования  Солнца. Солнце же было окружено обширным облаком пыли, состоявшей из песчинок графита (как в карандаше) и кремния (тончайший песок), а также, возможно, окислов железа, смерзшихся вместе с аммиаком, метаном и другими углеводородами. Столкновения этих песчинок привели к образованию камешков побольше, диаметром до нескольких сантиметров, рассеянных по колоссальному комплексу колец вокруг Солнца. Вычисления, проделанные Голдрайхом, показали, что эти кольца были нестабильны из-за взаимного притяжения, и поэтому камешки на ранних стадиях объединились в большие тела типа астероидов, заполняющих пространство между Марсом и Юпитером и имеющих в диаметре несколько километров. В свою очередь нестабильной оказалась и система астероидов. Большие массы объединились в группы, которые наконец коллапсировали, образуя планеты. Поэтому вначале Солнечная система состояла из планет и множества астероидов, еще не объединенных вместе и распределенных по очень сложным орбитам. Три миллиарда лет назад падение астероида на планету должно было быть явлением довольно частым. Те небесные тела Солнечной системы, которые практически лишены атмосферы (как Луна, Марс и Меркурий), до сих пор несут на себе следы этих ужасных бомбардировок. На Земле воздействие атмосферы уничтожило следы таких событий, и только недавно образованные кратеры еще видны (один такой кратер имеется в штате Аризона).

Наиболее близкие к Солнцу планеты  сформировались в более горячей области, нежели дальние планеты. Более того, вскоре после своего рождения Солнце пережило период большой активности, когда его масса, уносимая горячим солнечным ветром, уменьшалась с огромной скоростью (всего за несколько миллионов лет масса Солнца уменьшилась вдвое). Речь здесь идет о «стадии Тельца», получившей название по имени звезды, видимой в созвездии Тельца. Раскаленное дыхание Солнца очищало межпланетное пространство от газов и остаточной пыли, перемещая их в сторону внешнего пространства. Действительно, около дальних планет (Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун) и теперь встречаются в изобилии различные элементы, в то время как около внутренних каменистых планет их сравнительно мало. А вот единого мнения насчет происхождения комет до сих пор нет.

Согласно другим ученым (Камерон, И. Шкловский), образование протопланет предшествует образованию протосолнца. Процесс этот имеет следующий вид: образовавшийся из «солнечной туманности» диск обладает, как уже говорилось, неустойчивостью, которая еще в ранней стадии эволюции диска, когда еще не сформировалось центральное тело (будущее Солнце), приводит к образованию нескольких (2-3) газовых колец, которые довольно скоро превращаются в гигантские газовые протопланеты. Образование таких протопланет в ситуации, когда протосолнце еще не образовалось, имело весьма существенное значение для дальнейшей эволюции Солнечной системы. В частности, этот вариант гипотезы «солнечной туманности», по-видимому, решает классическую проблему распределения вращательного момента Солнечной системы. Большим достоинством этого варианта гипотезы «солнечной туманности» является естественное объяснение происхождения загадочных стекловидных включений, давно наблюдаемых у ряда меторитов – так называемых «хондр», местом образования которых могут лишь быть недра гигантских газовых протопланет.  

Среди последующих космогонических  теорий можно найти и теорию «катастроф», согласно которой наша Земля обязана  своим образованием некоему вмешательству  извне, например, близкой встрече  Солнца с какой-то блуждающей звездой, вызвавшей извержение части солнечного вещества. В результате расширения раскаленная газообразная материя быстро остывала и уплотнялась, образуя большое количество маленьких твердых частиц, скопления которых были чем-то вроде зародышей планет. В последние годы американскими и советскими учеными был выдвинут ряд новых гипотез. Если раньше считалось, что в эволюции Земли происходил непрерывный процесс отдачи тепла, то в новых теориях развитие Земли рассматривается как результат многих разнородных, порой противоположных процессов. Одновременно с понижением температуры и потерей энергии могли действовать и другие факторы, вызывающие выделение больших количеств энергии и компенсирующие таким образом убыль тепла. Одно из этих современных предположений американский астроном Ф. Л. Уайпль в 1948 году назвал «теорией пылевого облака». Однако по существу это не что иное, как видоизмененный вариант небулярной теории Канта-Лапласа. 
 

 ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Автор рассмотрел основные теории происхождения Земли и Солнечной системы, которые были предложены наукой и обоснованы законами природы. Все они имеют право на существование. Сложно выделить какую-нибудь одну теорию как истинную.

Наша Галактика содержит около 100 млрд. звезд, всего галактик, которые  в принципе наблюдаемы примерно 10 млрд. Почему же ученые тратят время на выяснение подробностей рождения Солнца? Ведь, по сути, оно представляет собой ничем не примечательную звезду, появившуюся около 6 млрд. лет назад. Солнце старше Плеяд, возраст которых несколько десятков миллионов лет, но заведомо моложе красных гигантов, населяющих шаровые скопления (их возраст 14 млрд. лет).