Реферат: Происхождение и развитие солнечной системы
Дальневосточный государственный университет
Институт международного туризма и гостеприимства
Факультет социально культурный сервис и туризм
Груша Мария ВладимировнаТЕМА: Происхождение и развитиесолнечной системыРЕФЕРАТВладивосток 2001 г.Содержание:космогонические ГИПОТЕЗЫПРОИСХОЖДЕНИЯ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ
1. Небулярныегипотезы 3 — 6
2. 2. Гипотезызахвата 6 – 7
3. Другиегипотезы 7 – 8
ПРОИСХОЖДЕНИЕ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ1. Происхождениеколец планет-гигантов 8 – 12
2. Происхождениепланет-гигантов 12 — 13
3. ПроисхождениеПлутона и других ледяных планет 13 — 15
4. Происхождениеастероидов 15 — 18
5. Происхождениеспутников 18 — 23
6. Происхождениепланет земной группы 23 — 31
7. Происхождениекомет 31 – 33
8. Происхождение Солнца 33 – 35
Современные представления о строении Солнечной системы 35 — 36поЛитература:1. Большая советскаяэнциклопедия. Космогония (http://www.rubrikon.ru/) [4]
2. Движение тел Солнечной системы. Учебная программа.
3. (http://virlib.eunnet.net/paint/metod_materials/wm3/solsys.zip)[5]
4. ЛевинБ.С. Происхождение Земли и планет. М. 1964. [2]
5. ПаршаковЕвгений Афанасьевич. Происхождение и развитие Солнечной системы(http://parshakov.chat.ru/) [1]
6. Современные представления о строении Солнечной системы
7. (http://virlib.eunnet.net/win/metod_materials/wm3/) [3]
космогонические ГИПОТЕЗЫ ПРОИСХОЖДЕНИЯ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ1. Небулярные гипотезы
Все космогонические гипотезы можноразделить на несколько групп: небулярные (Канта, Лапласа и др., к ним жеотносится и гипотеза О. Ю. Шмидта), гипотезы захвата, выброса и др. Небулярныегипотезы, а их больше всего, можно, в свою очередь разделить на две подгруппы[1]. Согласно первой из них Солнце и все тела Солнечной системы: планеты,спутники, астероиды, кометы и метеорные тела — образовались из единогогазово-пылевого, или пылевого облака. Согласно второй Солнце и его семействоимеют различное происхождение, так что Солнце образовалось из одногогазово-пылевого облака (туманности, глобулы), а остальные небесные телаСолнечной системы — из другого облака, которое было захвачено каким-то, несовсем понятным, образом Солнцем на свою орбиту и разделилось каким-то, ещеболее непонятным образом на множество самых различных тел (планет, их спутников,астероидов, комет и метеорных тел) имеющих самые различные характеристики:массу, плотность, эксцентриситет, направление обращения по орбите и направлениевращения вокруг своей оси, наклонение орбиты к плоскости экватора Солнца (илиэклиптики) и наклон плоскости экватора к плоскости своей орбиты.
В связи с тем, что наш читатель болеевсего знаком с гипотезой О. Ю. Шмидта, мы более подробно остановимся на ней.Как утверждают небесные механики, небулярные гипотезы Канта, Лапласа и др.среди прочих имеют следующий существенный недостаток: они не объясняют, почемуСолнце и планеты так неравномерно распределили между собой количество движения(момент количества движения): на долю Солнца приходится около 2% моментаколичества движения, а на долю планет — около 98%, хотя совокупная масса всехпланет в 750 раз меньше массы Солнца.
По-видимому, желая избежать этогопротиворечия, Шмидт исходит в своей гипотезе из различного происхождения Солнцаи планет. Но если быть последовательным до конца, то следовало бы предположить,что раздельно возникло не только Солнце от планет, но имеют раздельноепроисхождение и все планеты, поскольку они также имеют различный удельныймомент количества движения, т. е. количество движения на единицу массы. Еслиудельный момент количества движения Земли принять за 1, то планеты Солнечнойсистемы будут иметь следующие удельные моменты количества движения[2]:
Меркурий Венера Земля Марс Юпитер Сатурн Уран Нептун Плутон 0,61 0,85 1,00 1,23 2,28 3,08 4,38 5,48 6,09(Левин Б.С. Происхождение Земли и планет. М. 1964,стр. 14).
Те части протопланетного газово-пылевогооблака, которое когда-то якобы встретилось с Солнцем, было им захвачено на своюорбиту, эти части облака, если только последнее не вращалось (если облаковращалось, оно, по-видимому, должно было еще до встречи с Солнцем рассеятьсяпод влиянием центробежной силы в межзвездном пространстве), должны были иметьабсолютно одинаковый удельный момент количества движения, поскольку они дозахвата двигались в одном направлении и имели одинаковую скорость. И планетытоже должны были бы иметь одинаковый удельный момент количества движения, еслибы они произошли согласно гипотезе Шмидта. А они имеют его весьма и весьмаразличным. Почему? Каким образом Меркурий передал свой избыток количествадвижения Плутону, а Венера, Земля и Марс — Нептуну или Урану и т. д.? ГипотезаШмидта на этот вопрос ответа не дает.
Неубедительно объясняется в гипотезеШмидта и вопрос о закономерности в межпланетных расстояниях. По Шмидту, этирасстояния растут в арифметической прогрессии (почему?), но почему-то планетыземной группы имеют одну разность — 0,20, а дальние планеты — другую — 1,00.Гипотеза не объясняет, почему между Марсом и Юпитером образовалась брешь, вкоторой вместо пресловутой планеты Фаэтон обращается вокруг Солнца большоеколичество астероидов. Гипотеза не объясняет, почему Плутон так «близко»находится около Нептуна, что время от времени пересекает его орбиту.
Шмидт пытается объяснить межпланетныерасстояния с помощью удельного момента количества движения планет, но ведьпоследний сам требует своего объяснения.
Слабым местом гипотезы Шмидта являетсяобъяснение распределения массы вещества протопланетного облака между планетами.В самом деле, наибольшая масса облака, обращающегося вокруг Солнца в формедиска (баранки), должна находиться в центре его сечения. Казалось бы, инаиболее массивная планета должна была образоваться именно в середине рядапланет, по обе стороны от нее должны образоваться менее массивные планеты.
Если поперек сечения газово-пылевогодиска Шмидта провести линию, которая бы />симметричнорассекала его на две равные по длине части (рис.1а), то половина планетс половинной суммарной массой вещества должна бы находиться по одну сторону отсимметричной линии, а другая половина — по другую сторону, как показано на рис.1б.Но на рис.1в мы видим совсем другую картину. А именно так и распределенамасса вещества между планетами и их орбитами.
Шмидт объясняет это тем, что дальниепланеты, очевидно, пользуясь своей отдаленностью от Солнца, разбросали веществопротопленного диска в межпланетное пространство, преимущественно на перифериюСолнечной системы. Если не считать Урана, который возник как раз в центресечения диска, то по одну сторону центра (или симметричной линии) дискаобразовалось шесть планет с совокупной массой в 415 масс Земли, а по другуюсторону — всего лишь две планеты с массой в 17 масс Земли. Трудно согласиться стем, что Нептун расшвырял такое огромное количество вещества — около 400 массЗемли. К тому же гипотезе Шмидта противоречит тот факт, что Нептун имеетбольшую массу, чем Уран, а Марс имеет меньшую массу, чем Земля и Венера. ПоШмидту, должно быть все наоборот.
Ни в какие рамки гипотезы Шмидта неукладывается тот факт, что третья часть спутников планет Солнечной системыимеет обратное по отношению к Солнечной системе направление обращения. Это одиниз крупнейших в Солнечной системе спутник Нептуна Тритон, затем спутник СатурнаФеба, четыре внешних небольших спутника Юпитера и пять спутников Урана(последние по отношению к Урану обращаются в прямом направлении).
Согласно гипотезе Шмидта, все небесныетела Солнечной системы, кроме Солнца, образовались из одного облака, котороепосле захвата его Солнцем, в полном соответствии с законом сохраненияколичества движения, обращалось вокруг него в одном направлении (прямом). Нотогда и все тела Солнечной системы, происшедшие из этого газово-пылевогооблака, также должны обращаться вокруг Солнца в этом же направлении.
Представьте себе, что Вы плывете по рекевниз по течению. Подплывая к дельте реки, где русло разделяется на десятокрукавов, Вы проплываете по одному из них в море и не замечаете в этом ничегонеобычного. Но что бы Вы сказали, если бы кто-то взялся утверждать, что в одном(или в нескольких) из рукавов реки, в ее дельте вода течет вспять, и что поэтому рукаву в море проплыть нельзя? Именно в таком положении находитсягипотеза Шмидта, как и все небулярные гипотезы, утверждающая, что все небесныетела Солнечной системы, как те, которые обращаются вокруг центрального тела(Солнца или планеты) в прямом направлении, так и те, которые обращаются против«течения», т. е. в обратном направлении, произошли из одного протопланетногооблака, которое и до захвата его Солнцем, и после захвата двигалось в одном(прямом) направлении. Это самым вопиющим образом противоречит закону сохраненияколичества движение, который в данном контексте можно назвать закономсохранения количества и направления движения.
С точки зрения закона сохраненияколичества движения гипотезе Шмидта, как и всем небулярным гипотезам,противоречит и тот факт, что половина планет Солнечной системы имеют большиенаклоны плоскости экватора к плоскости своей орбиты, которые превышают 23° уЗемли, Марса, Сатурна и Нептуна, а у Урана наклон равен 98°. Если бы планеты образовалисьиз одного облака, они бы имели одинаковое наклонение своих орбит к плоскостиэкватора Солнца и не имели бы наклона плоскостей своих экваторов к общейплоскости своих орбит. Если же предположить, что эти характеристики со временемизменились, то эти изменения были бы более или менее одинаковыми,равнозначными.
2. Гипотезы захвата
Очевидно что небулярная гипотеза Шмидта,а равным образом и все небулярные гипотезы, имеют целый ряд неразрешимыхпротиворечий. Желая избежать их, многие исследователи выдвигают идеюиндивидуального происхождения как Солнца, так и всех тел Солнечной системы. Этотак называемые гипотезы захвата [4].
Согласно этим гипотезам, время отвремени в пределы Солнечной системы входят небесные тела извне, т. е. из другихчастей Галактики, из других галактик и из межгалактического пространства. Подвлиянием различных факторов: притяжения Солнцем и планетами, столкновения сдругими блуждающими небесными телами или астероидами и кометами Солнечнойсистемы, либо при прохождении через газово-пылевое облако, в котором как разнаходится Солнечная система при своем обращении вокруг центра Галактики — подвлиянием этих факторов инородные тела тормозятся и, погасив скорость своегодвижения, становятся пленниками Солнца или одной из планет Солнечной системы,перейдя с гиперболической орбиты на эллиптическую.
Однако, избежав целого рядапротиворечий, свойственных небулярным гипотезам, гипотезы захвата имеют другие,специфические противоречия, не свойственные небулярным гипотезам. Прежде всего,возникает серьезное сомнение, может ли крупное небесное тело, такое, какпланета, особенно планета-гигант, так сильно затормозиться, чтобы перейти сгиперболической орбиты на эллиптическую. Очевидно, ни пылевая туманность, нипритяжение Солнца или планеты не могут создать такой силы тормозящий эффект.
Остается столкновение. Но не разлетятсяли вдребезги на мелкие куски две планетозимали при своем столкновении, таксказать, лоб в лоб, центрально? Ведь под влиянием притяжения Солнца, вблизикоторого должно произойти столкновение, они разовьют большие скорости, вдесятки км в секунду. Можно предположить, что обе планетозимали рассыплются наосколки и частично упадут на поверхность Солнца, а частично умчатся вкосмическое пространство в виде большого роя метеоритов. И только, быть может,несколько осколков будут захвачены Солнцем или одной из его планет ипревратятся в их спутники — астероиды.
Второе возражение, которое выдвигаютоппоненты авторам гипотез захвата, относится к вероятности такого столкновения.По расчетам, выполненным многими небесными механиками, вероятность столкновениядвух крупных небесных тел вблизи третьего, еще более крупного небесного тела,ничтожна мала, так что одно столкновение может произойти за сотни миллионовлет. А ведь это столкновение должно произойти очень «удачно», т. е.столкнувшиеся небесные тела должны иметь определенные массы, направления искорости движения и столкнуться они должны в определенном месте Солнечнойсистемы. И при этом они должны не только перейти на почти круговую орбиту, но иостаться целыми и невредимыми. А это, согласитесь сами, нелегкая задача дляприроды.
Кроме того, можно поставить и такойвопрос авторам гипотез захвата: а имеются ли в космическом пространствеблуждающие, «бездомные» небесные тела, да еще такие крупные, какпланеты-гиганты? Если имеются, то почему они до сих нор не столкнулись с однойиз многочисленных в Галактике звезд, мимо которых они двигались в течениемиллиардов лет? И как возникли блуждающие планеты-гиганты в космическомпространстве? Можно предположить, что скорее всего все небесные тела мировогопространства движутся по эллиптическим орбитам вокруг того иди иногоцентрального тела: планеты, звезды, центра галактики и т. д. А это в огромнойстепени уменьшает вероятность столкновения двух крупных небесных тел вблизитретьего, еще более крупного тела.
Но допустим все же, что захватпроизошел. Тогда возникает ряд вопросов. Почему все захваченные планеты ибольшинство других небесных тел Солнечной системы обращаются вокруг Солнца водном направлении и почти в одной плоскости? Почему они имеют почти круговыеорбиты? Почему вблизи Солнца располагаются небольшие планеты земной группы, авдали — планеты-гиганты? Почему в межпланетных расстояниях имеется определеннаязакономерность? Почему одни планеты вращаются вокруг своей оси в прямомнаправлении, а другие (Венера, Уран) — в обратном? Гипотезы захвата не даютответа на эти вопросы, по крайней мере на все.
Что же касается захвата блуждающихпланетозималей без столкновения, за счет одной лишь силы гравитационногопритяжения (при помощи третьего тела), то такой захват либо невозможен, либоего вероятность ничтожна мала, настолько мала, что такой захват можно считатьне закономерностью, а редчайшей случайностью. А между тем в Солнечной системеимеется большое количество крупных тел: планет, их спутников, астероидов ибольших комет, что опроверга ет гипотезы захвата.
3. Другие гипотезы
Помимо гипотез захвата и небулярныхгипотез существуют гипотезы, согласно которым планеты и другие небесные телаСолнечной системы образовались в результате выбросов или отрыва от Солнца частиего вещества, то ли при вспышке (новой, сверхновой), то ли в результатебыстрого вращения в прошлом Солнца вокруг своей оси.
Но небесные механики доказали, что еслив каком-то месте с поверхности Солнца произойдет выброс, то выброшенноевещество либо уйдет от Солнца в межзвездное пространство по гиперболическойорбите и рассеется, либо, если оно будет двигаться по эллипсу, облетит вокругСолнца и упадет на него в том же самом месте. Образоваться же из этого сгусткагаза планеты не могут. А если бы планета, хотя бы одна, вопреки расчетамнебесных механиков, все же образовалась, то она, надо полагать, состояла бы изгазов (водорода и гелия) которые образуют внешнюю оболочку Солнца и другихзвезд. А откуда же в планетах силикатная компонента — горные породы и металлы?
Кроме того, гипотезы образования планетиз солнечного вещества не в состоянии объяснить, почему третья часть спутниковпланет Солнечной системы обращается по своим орбитам в обратном, по отношению кСолнечной системе, направлении; почему половина планет Солнечной системы имеетбольшие наклонения плоскостей экваторов к плоскостям своих орбит; почему орбитыпланет являются почти круговыми; почему одни планеты вращаются вокруг своей осив прямом направлении, а другие в обратном т. д.
ПРОИСХОЖДЕНИЕ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ1. Происхождение колец планет-гигантов
По мере увеличения массы планет и другихнебесных тел наступает такой период в их эволюции, когда они становятсяспособными удерживать в своей атмосфере не только тяжелые газы, но и легкие:водород и гелий. С точки зрения наличия и состава атмосфер у небесных тел,последние проходят в своем развитии три этапа. Малые тела Солнечной системы — ледяные планетки, кометы, астероиды, небольшие спутники и спутнички и метеорныетела — по-видимому, вообще не имеет никакой атмосферы. Или, точнее, ониприобретают ее во время очередной галактической зимы, но после ее окончанияпостепенно теряют, поскольку сила гравитационного притяжения около их поверхностимала, и атомы и молекулы газовой атмосферы рассеиваются в межпланетноепространство.
Но масса небесных тел постепенноувеличивается за счет силикатной и ледяной компонент и наступает время, когдаони приобретают возможность удерживать возле себя атмосферу, состоящую изтяжелых газов — азота, углекислого газа, кислорода и др. Но все они не способныудерживать около своей поверхности легкие газы — водород и гелий, которыеявляются самыми распространенными элементами во Вселенной.
Когда планеты-гиганты были меньше поразмерам и массе и еще не являлись гигантами, они также не имели мощнойводородно-гелиевой атмосферы. Они в то время ничем не отличались от такихнебесных тел, как современные Плутон, Титан или Каллисто. Но постепенно ихмасса увеличивалась, и в один прекрасный момент эти некогда ледяные планетыодна за другой начали удерживать в своих атмосферах легкие газы. Их масса в товремя достигала порядка 10 масс Земли. После этого они быстрыми темпами сталирасти, главным образом за счет легких газов, их масса и размеры сталиувеличиваться, а плотность, с учетом атмосферы — уменьшаться. Легкая атмосфера,состоящая преимущественно из водорода и гелия, достигает огромных размеров, вдесятки тысяч километров.
В этой водородно-гелиевой атмосфере постояннонаходятся облака, состоящие из капелек и кристалликов углекислоты, воды,метана, аммиака и т. д. Атмосфера вместе с облаками вращается одновременно спланетами вокруг их осей вращения. При этом облака достигают большой высоты: уЮпитера — 70 тыс. км., у Сатурна — 60 тыс. км., у Урана и Нептуна — около 25тыс. км от центра планет.
Поскольку облака достигают большойвысоты, а планеты-гиганты быстро вращается вокруг своих осей, облака,находящиеся в верхних слоях атмосферы планет-гигантов, имеют большую линейнуюскорость движения относительно центра планеты. У Сатурна верхние слои облаковобращаются вокруг его центра со скоростью около 10 км/сек., а у Юпитера — около12 км/сек. Для сравнения укажем, что облака Земли обращаются вокруг ее осивращения со скоростью всего около 0,5 км/сек.
Но атмосфера планет-гигантов неоканчивается там, где оканчивается облачный покров планет. Достаточно сказать,что атмосфера Земли простирается до 2 тыс. км., в то время как облака — толькодо 15 км. То же самое имеет место и у планет-гигантов. Можно предположить, чтоих верхние слои водородно-гелиевой атмосферы простираются намного вышеоблачного слоя, по-видимому, достигая ближайших к планетам спутничков,составляющих самое внутреннее кольцо планет-гигантов. При этом линейнаяскорость атомов и молекул верхних слоев атмосферы вращающейся планеты почтидостигает орбитальной скорости спутничков ближайшего кольца.
Так обстоит дело в настоящее время, вусловиях галактического лета. При наступлении же галактической зимы положение резкоменяется. Однако, во время галактических зим все небесные тела испытываютторможение в газовой среде, при этом они начинают приближаться к центральном утелу. Спутнички планет-гигантов, составляющие их кольца, находятся ближе всегок планетам и, следовательно, имеют наибольшую орбитальную скорость. Они имеютнаименьшую массу, размеры и плотность из всех спутников. Поэтому они имеютогромное относительное торможение, во много раз большее, чем другие спутники.И, вследствие этого обстоятельства, они становятся первыми жертвами наступающейгалактической зимы. При погружении Солнечной системы в газово-пылевую средутуманности или плоскости Галактики спутнички колец планет-гигантов быстротормозятся, быстро приближаются к планете, входят в ее верхние слои атмосферы(в это время зимняя атмосфера планеты, по-видимому, еще не сформировалась), ещеболее тормозятся и падают на ее поверхность. Впрочем, поверхности планеты онимогут и не достичь, поскольку разогреются при трении в атмосфере, испарятся иприсоединятся, хотя бы отчасти, к облачному слою.
Но затем во время галактической зимыувеличатся массы и размеры планеты, особенно ее атмосферы, увеличится скоростьее вращения, возрастет линейная скорость верхних слоев атмосферы. Придостижении планетой и ее атмосферой достаточно большой величины и скоростивращения, верхние слои атмосферы начнут обращаться вокруг оси вращения планетыс первой космической скоростью. Но планета продолжает увеличиваться,увеличивается и скорость ее вращения, что приводит к дальнейшему увеличениюлинейной скорости движения верхних слоев атмосферы. В конце концов линейнаяскорость их возрастает настолько, что начинают образовываться газовые кольца, очем мы уже говорили выше. Этих колец будет все больше и больше и в конце концовпланеты-гиганты приобретут огромные по размерам (диаметру) газовые диски.
Но увеличение протяженности атмосферы искорости вращения планеты приведет к тому, что облака, состоящие из капелек икристалликов воды, углекислоты, аммиака, метана и других веществ ледянойкомпоненты будут подниматься от поверхности планеты все выше. При этом ихлинейная скорость будет расти и достигнет первой космической скорости. Врезультате вслед за газовой компонентой из экваториальной области планетыначнет перемещаться в газовый диск под действием центробежной силы и ледянаякомпонента, та ее часть, которая во взвешенном состоянии находится в видеоблачного покрова в верхних слоях атмосферы, а так же некоторое количествопыли, и так будет продолжаться до конца галактической зимы.
Но вот галактическая зима окончилась,приток вещества на поверхность планеты и в ее атмосферу прекратился. Между темперемещение атмосферного вещества из экваториальной области планеты в газовыйдиск продолжается. Это ведет к уменьшению протяженности атмосферы и,следовательно, линейной скорости верхних слоев атмосферы, в том числе скоростидвижения верхних облаков вокруг планеты. А это приводит к прекращениюрассеивания облачного слоя, хотя рассеивание легких газов верхнего надоблачногослоя атмосферы продолжается еще длительное время.
В это же самое время происходитпостепенное рассеивание водорода, гелия, азота, кислорода и, возможно, другихгазов из газового диска, что приводит к уменьшению его мощности, толщины ипротяженности. Но ледяная компонента газового диска в основном сохраняется насвоем месте. Она не рассеивается быстро в межпланетном пространстве, посколькуее линейная скорость ниже параболической скорости, но и не опускается вниз, кпланете, поскольку ее линейная скорость достигает первой космической скорости.
Изолировавшись от атмосферы и начавсамостоятельное существование, газовый диск постепенно все более охлаждается,так что капельки жидкости при этом затвердевают. Но затвердевание веществагазового диска в мелкие кристаллики, а затем градинки, происходило и раньше, атеперь оно лишь усиливается, так что вскоре весь диск превращается из жидкихкапелек, твердых кристалликов и еще сохранившихся паров в миллиарды легкихспутничков. Спутнички, возникшие раньше, вычерпывают жидкую часть ледяной компоненты,увеличивая свои размеры и массу. И в конце концов вещество, оторвавшееся отатмосферы и оставшееся на орбите планеты, превращается в твердые спутничкисамых различных размеров: от миллиметров до десятков метров. При этом они всеобращаются в плоскости экватора планеты без малейшего отклонения от нее, такчто их наклонение должно быть равно нулю. Но то же самое, по-видимому, нельзясказать об их эксцентриситете.
Если сравнивать кольца различныхпланет-гигантов, они будут иметь и различия. Возможно различие их химическогосостава, если различен состав облаков планет-гигантов. Следует отметить, что всостав спутничков колец планет-гигантов входит не только ледяная компонентаоблаков, но и пыль космических осадков. Необходимо отметить так же, что после окончаниягалактической зимы вещество спутничков колец пополняется за счет ледянойкомпоненты спутников планет, которые теряют ее при разогреве под воздействиемприливного трения. Если бы не происходило это пополнение спутничков колецледяной компонентой ближних спутников и даже пылью с поверхности маленькихспутничков, то, возможно, кольца уже исчезли бы или, по крайней мере, были быменее плотными. Возможно, у Нептуна будут обнаружены уникальные кольца, которыеобращаются, быть может, вокруг Нептуна в обратную сторону, поскольку они могутобразовываться Тритоном. А может быть, в обратную сторону обращаются тольконесколько внешних разряженных колечек, а внутренние, тоже разряженные,обращаются в прямом направлении, т. к. они могли образоваться из атмосферы. Но,поскольку Нептун вращается медленно, у него может и не быть колец с прямымобращением. Плотность колец должна быть тем больше, чем более массивнойявляется атмосфера планеты и чем больше является ее скорость вращения. Низкаяплотность колец Юпитера может быть объяснена близостью Солнца, котороеспособствует сухому испарению (сублимации) вещества спутничков и его диссипациив межпланетное пространство вместе с потоком диссипирующих водорода и гелия.Ведь кольца планет-гигантов, прежде всего кольца Юпитера, ближе всегорасположенные к Солнцу, после окончания галактической зимы ничем не защищены отсолнечных лучей, в отличие, например, от поверхности планет, которые защищеныоблачным экраном. Да и образоваться спутнички колец Юпитера из-за близости кСолнцу могли, по-видимому, в меньшем количестве и с меньшими размерами имассой. Кроме того, они, возможно, под влиянием солнечного излученияуменьшаются до сих пор на протяжении всего галактического лета. Низкаяплотность колец Урана может быть объяснена тем, что в отличие от другихпланет-гигантов он переодически поворачивается к Солнцу таким образом, что егокольца обращены к Солнцу не ребром и не под небольшим углом, а всейповерхностью, так что солнечные лучи падают на кольца Урана почтиперпендикулярно. В результате на единицу площади колец Урана приходитсясолнечной лучистой энергии несколько больше, чем у кольца Сатурна. Поэтомуледяная компонента колец Урана, как и Юпитера, подвергаясь более сильномунагреву солнечными лучами, чем у Сатурна, постепенно диссипировала посредствомсублимации в межпланетное пространство. И в кольцах Урана и Юпитера почти неосталось ледяной компоненты, но сохраняется еще силикатная компонента, которая,как полагают некоторые ученые, пополняется за счет небольших спутников, например,Амальтеи у Юпитера, а так же тех спутников, которые расположены между кольцамидиска.
У Сатурна, возможно, происходитпополнение диска за счет вещества спутников не только силикатной, но и ледянойкомпоненты: водным льдом и замерзшими углекислотой, метаном, аммиаком и т. д.
2. Происхождение планет-гигантов
Во-первых, все небесные тела Солнечнойсистемы во время галактических зим увеличивают свои размеры и массу, т.е.растут. Во-вторых, небесные тела во время галактических зим приближаются кцентральному телу так, что с каждой галактической зимой находятся к Солнцу всеближе, а спутники, кроме того, приближаются к своим планетам.
При этом увеличение разных небесных телпроисходит неодинаковыми темпами. Быстрее всего растут планеты-гиганты иСолнце, а медленнее всего — планеты земной группы и другие силикатные тела.Приближение же небесных тел к их центральным телам происходит под воздействием,во-первых, торможения небесных тел в газово-пылевой среде диффузной материи, а,во-вторых, под воздействием увеличения силы гравитационного притяжения небесныхтел к центральному телу, поскольку их массы увеличиваются, а расстояние междуними уменьшается.
Вследствие этого небесные тела, имеющиеодинаковое происхождение, должны подчиняться некоторым общим для них закономерностям.Например, масса планет-гигантов должна быть тем больше, чем ближе к Солнцу онирасположены, и, в общем-то, они и подчиняются этой закономерности, хотя здесь,как это бывает часто, имеется и исключение — масса Нептуна несколько больше массыУрана. Но у других планет-гигантов эта закономерность достаточно четковыражена: масса Юпитера больше массы Сатурна в 3,35 раз, а масса Сатурна большемассы Урана в 6,5 раза. Если эта закономерность верна, то за орбитой Нептуна (иПлутона) должны быть еще крупные планеты с массами в несколько масс Земли,затем в 1 массу Земли и т. д. Однако следует иметь ввиду, что увеличение масснебесных тел является далеко не односторонним, прямолинейным. Оносопровождается в то же время и периодическими уменьшениям и масс то одних, тодругих небесных тел. И происходит это по разным причинам: из-за быстрогоосевого вращения под влиянием центробежной силы, из-за малых масс многихнебесных тел, не способных удержать атмосферу, особенно водород и гелий, из-занагрева солнечной энергией, из-за нагрева приливным трением.
Вполне возможно, Юпитер уменьшился вмассе и уменьшается и в настоящее время посредством мощного вихря в зонебольшого красного пятна вследствие близости Юпитера к Солнцу и его относительнобыстрого осевого вращения. Кроме того, возможно, что Тритон был раньше пятойбольшой планетой, но затем, приблизившись к Нептуну на опасное расстояние, онпотерял почти все свое вещество при нагревании под воздействием механизмаприливного трения, а затем и вовсе перешел на его орбиту.
Можно также предположить, что Плутон иХарон раньше, будучи независимыми планетами, до того как Плутон захватил Харонана свою орбиту, были большими планетами, имея по несколько масс Земли, нозатем, взаимно истребляя друг друга, когда Харон догнал Плутона, они растерялибольшую часть своего вещества, оставив себе лишь несколько процентов. Если этотак, то раньше было семь из известных больших планет: пятой был Тритон, шестой- Плутон и седьмой — Харон.
С другой стороны, если в прошломпланеты-гиганты были дальше от Солнца и меньше в размерах и массе, тонеобходимо согласится и с тем, что взамен гибнущих в недрах Солнца или вблизиего планет-гигантов должны появляться все новые и новые планеты-гиганты. И этиновые планеты-гиганты не появляются в готовом виде откуда-то извне, апорождаются в Солнечной системе постоянно. Вернее, они не рождаются, авырастают из ледяных планет, расположенных на периферии Солнечной системы,одной из которых является небольшая планета Плутон, за которой, несомненно, расположенцелый ряд ледяных планет, больших, с массой, соизмеримой с массами Земли иМарса, и, затем, малых, с массой, соизмеримой с массой Плутона и его спутникаХарона.
Именно от ледяных планет и происходятпланеты-гиганты.
3. Происхождение Плутона и других ледяных планет
За зоной планет-гигантов расположеназона ледяных планет, одной из которых является планета Плутон, покаединственная из обнаруженных. Несомненно, Плутон является далеко не самойбольшой из семейства ледяных планет. Наиболее массивные из числа ледяныхпланет, по-видимому, превосходят по массе и особенно по размерам Венеру иЗемлю, а наименее массивные не превосходят даже Харона. При этом болеемассивные ледяные планеты должны быть расположены ближе к Солнцу, а наименеемассивные — на периферии зоны ледяных планет.
За этой зоной ледяных планет расположеназона более мелких тел Солнечной системы — комет, которые отличаются от ледяныхпланет не только количественно: размерами, массой и плотностью, но икачественно. Это качественное различие планет от комет состоит в том, чтокометы являются недифференцированными небесными телами, в недрах же планетпроисходит или начинается дифференциация глубинного вещества. Именно из зоныкомет, этой самой отдаленной от Солнца зоны Солнечной системы, и происходятледяные планеты.
Кометы, постепенно увеличиваясь вразмерах и массе и так же постепенно приближаясь к Солнцу, со временемпревращаются в маленькие ледяные планетки, в недрах которых возникает процессглубинной дифференциации вещества. Но далеко не все кометы превращаются вледяную планету, лишь ничтожно малая часть их, быть может одна из миллиона,точно так же, как далеко не все ледяные планеты становятся планетами-гигантами.Например, Плутону не суждено стать планетой-гигантом. Его масса и плотность слишкоммалы и, вследствие этого, он имеет чрезмерно большое относительное торможение.Поэтому Плутон, прежде чем успеть стать планетой-гигантом, слишком близкоприблизится к Нептуну и может упасть на его поверхность, увеличив массуНептуна, либо, что менее вероятно, перейдет на его орбиту, превратившись в егоновый спутник. Как можно предположить, именно такая участь постигла Тритон,который раньше был планетой, а затем перешел на орбиту Нептуна. Плутон можеттакже, что более вероятно, обогнать Нептуна, а может, и Урана.
Подобно этому, не всем кометам суждено вбудущем стать ледяными планетами. Многие из них погибнут в борьбе за место подСолнцем, не успев превратиться в планету, если они слишком близко, вследствиеих большого относительного торможения, подойдут к расположенной ближе к Солнцупланете или более крупной комете и либо упадут на их поверхность, увеличив ихмассу, либо перейдут на орбиту вокруг них, превратившись в их спутника.Впрочем, превращение кометы (или ледяной планеты) в спутник лишь на времяотсрочит ее гибель, поскольку и спутники, хотя и не все, приближаются,вследствие их торможения в газовой среде, к своим планетам и также со временемпадают на их поверхность.
Такая судьба ожидает большинство малыхтел Солнечной системы. Немногим из них суждено стать крупными небесными телами,а планетами — единицам.
Кометы имеют большие эксцентриситеты,порядка 0,3 — 0,4 и более. Несколько меньшие эксцентриситеты, порядка 0,1 — 0,3, имеют ледяные планеты. Еще меньшие, как правило менее 0,1, эксцентриситетыимеют планеты-гиганты и планеты земной группы. Самые большие эксцентриситетыимеют, как правило, самые мелкие и одновременно самые отдаленные от Солнцакометы и именно поэтому они чаще всего гибнут, поскольку вероятностьстолкновения небесного тела с другими небесными телами тем выше, чем,во-первых, больше его эксцентриситет и, во-вторых, чем меньше наклонение егоорбиты. Чем ближе орбита малого небесного тела расположена к плоскостисолнечной системы, вблизи которой обращается большинство ее небесных тел, и чембольше места, вследствие этого, занимает тело в ее плоскости, тем меньше шансоввыжить имеет оно.
То обстоятельство, что большие кометы иледяные планеты имеют большие эксцентриситеты, накладывает отпечаток намежпланетные расстояния планет-гигантов. Ледяные планеты и большие кометы,по-видимому, не могут чрезмерно длительное время располагаться друг около другаближе какого-то определенного расстояния между их орбитами, порядка 10 а.е.,поскольку при меньшем расстоянии их орбиты будут пересекаться, как это имеетместо у Плутона с Нептуном и, рано или поздно, планеты или большие кометы,обращающиеся по пересекающимся орбитам, столкнутся. Плутон, имея эксцентриситет0,25, нe столкнулся до сих пор с Нептуном только потому, что имеет большоенаклонение орбиты — около 170. Но в ближайшую галактичес кую зимурасстояние от Нептуна и наклонение орбиты Плутона уменьшится и тогда егостолкновение с Нептуном вполне может произойти.
4. Происхождение астероидов
Астероиды, как и ледяные планеты,происходят из комет, но их происхождение из комет весьма значительно отличаетсяот происхождения из комет ледяных планет. Если ледяные планеты происходят изкомет на периферии Солнечной системы за последней планетой-гигантом Нептуном,то астероиды происходят из комет вблизи Солнца, ближе первой из планет-гигантовЮпитера.
Между орбитами каждых двух соседнихпланет-гигантов расположены пояса комет, подобных астероидному поясу,расположенному между орбитами Марса и Юпитера. При этом количество и совокупнаямасса второго кометного пояса, расположенного между орбитами Сатурна и Урана,возможно, превосходит количество и совокупную массу комет первого кометногопояса, расположенного между орбитами Юпитера и Сатурна, в несколько раз. Точнотакже третий кометный пояс, расположенный между орбитами Урана и Нептуна,возможно, превосходит в несколько раз второй кометный пояс.
Возникновение кометных поясов междуорбитами планет-гигантов связано с тем, что эксцентриситеты планет все болееуменьшаются в процессе их эволюции, и вследствие этого между ними возникаютбреши, свободные промежутки, так, что ближняя к Солнцу из двух планет в афелии,при наибольшем удалении от Солнца, уже не достигает той точки, которойдостигали ранее она и соседняя планета в перигелии, при наибольшем приближениик Солнцу.
Если кометы при их большихэксцентриситетах движутся по своим орбитам так, что они пересекаются междусобой и если ледяные планеты с их меньшим эксцентриситетом движутся по орбитамтак, что афелий одной ледяной планеты и перигелий другой, более отдаленной отСолнца и соседней с первой, соприкасаются или почти соприкасаются друг сдругом, то планеты-гиганты с их малым эксцентриситетом обращаются вокруг Солнцатаким образом, что между их орбитами возникают большие свободные промежутки. Ноприрода не терпит пустоты, и свободную брешь сразу же занимают тысячи комет.
Вообще, кометы размещаются в Солнечнойсистеме везде, не только в свободных промежутках между орбитамипланет-гигантов, но и недалеко от них. Но все они скоро исчезают, захватываясьпланетами, в сферу действия которых они попадают. Поэтому длительноесуществование большинства комет вблизи орбит планет является невозможным. Раноили поздно их пути пересекутся, что закончится для комет прекращением ихсуществования. Но в зоне планет-гигантов положение для части комет изменяется,ибо посредине между орбитами планет-гигантов с их малыми эксцентриситетамивозникают бреши, в которых кометы могут находиться более продолжительное время,в течение всего галактического лета. Многие из них при этом увеличиваются,захватывая другие, более мелкие кометы и увеличивая за их счет свои размеры имассы.
Казалось бы, каждая комета,приблизившись к орбите планеты, должна либо упасть на ее поверхность, либоперейти с околосолнечной орбиты на околопланетную, либо, наконец, резкоизменить свою орбиту и уйти из Солнечной системы по гиперболической орбите.Однако, на самом деле, все происходит несколько иначе. Существованиеастероидного пояса между орбитами Марса и Юпитера и тот факт, что мелкиеастероиды в нем расположены не только дальше больших астероидов от Солнца, но иближе, говорит о том, что мелкие тела Солнечной системы могут при благоприятныхобстоятельствах обгонять более крупные небесные тела.
Конечно, не все мелкие тела могутобогнать более крупные. Многие из них будут при обгоне захвачены крупнымителами, но и многие из мелких тел могут благополучно миновать эту опасную дляних зону.
Из всех характеристик небесных телнекоторые являются либо более благоприятными, либо менее благоприятными длявыживания небесных тел во время обгона ими крупных тел. К этим характеристикамотносятся относительное торможение, эксцентриситет и наклонение орбитынебесного тела к плоскости солнечной системы.
Чем большим является относительноеторможение небесного тела, тем быстрее оно приближается к Солнцу и тем быстреепройдет через опасную зону, т.е. через орбиту планеты. При равных плотности ирасстоянии от центрального тела у двух тел относительное торможение тем больше,чем меньше его масса, поэтому более мелкие тела, при прочих равных условиях,имеют больше шансов благополучно обогнать планету. Поэтому кометы могутобгонять планеты-гиганты, а ледяные планеты, по-видимому, нет. А из кометбольше шансов имеют более мелкие кометы. Еще легче пройти через опасную зонуметеорным телам.
Из двух одинаковых комет, имеющих разныеэксцентриситеты, легче, по-видимому, пройти через орбиту планеты-гиганта илиледяной планеты той, которая имеет меньший эксцентриситет, поскольку оназанимает меньше места в плоскости и объеме Солнечной системы. А из двух комет,имеющих разные наклонения орбит, легче пройти через опасную зону, при прочихравных условиях, той, которая имеет большее наклонение орбиты к плоскостиорбиты обгоняемой ею планеты.
Во время обгона кометами планетпроисходи т отбор (можно сказать: «дарвиновский естественный отбор»,распространенный на небесные тела) тех небесных тел, которые обладают большимчислом благоприятных характеристик. Именно этим можно объяснить тот факт, чтомежду орбитами планет-гигантов нет крупных тел, соизмеримых с Землей, Тритономили Плутоном. Они, по-видимому, не могут благополучно миновать опасную зону,которую легко проходят кометы, особенно те из них, которые имеют малые размерыи массу и, следовательно, большое относительное торможение, малый эксцентриситети большое наклонение орбиты.
Можно предположить, что из одногокометного пояса в другой может перейти примерно половина комет. Другая половинакомет за это же время попадает на поверхность планеты-гиганта и ее спутников ина орбиты вокруг планеты-гиганта, становясь ее спутниками. Благополучно минуяорбиту планеты-гиганта, половина комет располагается на орбитах, расположенныхравномерно между орбитами планет-гигантов. Вследствие этого, около четверти ихзахватывается за время галактического лета одной планетой, вблизи орбитыкоторой будут расположены орбиты этих комет, а другая четверть комет будетзахвачена постепенно другой планетой. И только примерно половина из всех комет,благополучно перешедших через опасную зону, выживет до следующей галактическойзимы, чтобы снова начать новое перемещение. Таким образом, число комет приперемещении из одного кометного пояса в другой может уменьшиться примерно вчетыре раза. А это значит, что число комет в каждом более отдаленном кометномпоясе может быть примерно в четыре раза больше, чем в более ближнем к Солнцу.
Каким же образом кометам удается пройтимимо планет-гигантов, минуя их мощное гравитационное притяжение? Дело в том,что планеты занимают на своей орбите ничтожно малую часть ее длины, котораяисчисляется миллиардами и десятками миллиардов километров. И пока планетанаходится по одну сторону Солнца, кометы при пересечен ии ее орбиты могутнаходится от планеты по другую сторону Солнца или на большем расстоянии от нее.При этом они не могут столкнуться с ней, поскольку их периоды обращения в этовремя одинаковы и обращаются они в одном направлении. Когда же кометы подойдутближе к Солнцу и их период обращения будет меньше, чем у планеты, они,безусловно, рано или поздно окажутся с планетой по одну сторону от Солнца, но вэто время они уже будут находиться далеко от орбиты планеты, на безопасном отнее расстоянии, особенно те из них, которые имеют большое наклонение орбиты кплоскости орбиты этой планеты, большое относительное торможение и малыйэксцентриситет.
В свете вышесказанного нетрудно понятьпроисхождение астероидов, расположенных в астероидном поясе между орбитамиМарса и Юпитера. В каждую галактическую зиму кометы из второго кометного поясапереселяю тся в первый кометный пояс, а кометы из первого пояса одновременнопереселяются через орбиту Юпитера. При этом, примерно половина из них гибнет,оказываясь на поверхности Юпитера, на поверхности его спутников и на орбитеЮпитера в качестве его маленьких спутников и спутничков. Возможно, и некоторыебольшие спутники Юпитера и других планет-гигантов также обзавелись при этомсвоими маленькими спутничками.
Переселившиеся кометы из первогокометного пояса располагаются более или менее равномерно на всем расстоянии отСолнца до Юпитера. Но затем, на протяжении очередного галактического лета,примерно половина из них постепенно поглощается посредством захвата Юпитером ипланетами земной группы, в сфере притяжения которых они располагаются приокончании очередной галактической зимы. Другая половина комет сохраняется,расположившись в безопасной зоне между орбитами Юпитера и Марса.
Количество комет, переселившихся черезорбиту Юпитера из первой кометной зоны, сокращается, таким образом, примерно в4 раза. Но их совокупная масса при этом уменьшается еще более, посколькукометы, поселившись в астероидном поясе, теряют под воздействие м солнечногоизлучения всю или почти всю ледяную компоненту, которая составляла большуючасть их массы (быть может, 90-99%) и тем самым превращаются из ледяных или,вернее, снежных комет в силикатные астероиды.
5. Происхождение спутников
Небольшие небесные тела — кометы иастероиды быстрее приближаются к Солнцу, чем более крупные. При этом онидогоняют планеты, приближаются к планетным орбитам и пересекают их, продолжаядальнейшее приближение к Солнцу.
Но не всем малым телам удаетсяблагополучно пересечь планетные орбиты. Многие из них при пересечении орбитыпланеты проходят вблизи планеты, которая своим гравитационным притяжениемзахватывает малые тела. При этом большая часть их попадает на поверхностьпланеты, но некоторая часть малых тел захватывается планетой на свою орбиту вкачестве спутников. В дальнейшем спутники при их торможении в газовой среде вовремя галактических зим приближаются к своим планетам, вокруг которых онивращаются и, в конце концов, многие из них входят в планетную атмосферу ипадают на поверхность планет, увеличивая их массу и размеры. Но при своемприближении к планете спутники с различной массой перемещаются с разнойскоростью, вследствие их различных относительных торможений. Мелкие спутникиперемещаются быстрее. Они догоняют более крупные спутники и начинают такжепересекать их орбиты. Одним из них это удается, и они оказываются впередибольших спутников, другие падают на поверхность более крупных спутников, еще болееувеличивая их массу и размеры, а некоторые, возможно, переходят на орбитывокруг больших спутников. Мелкие спутники, обогнавшие более крупный спутник,движутся дальше по направлению к своей планете. При этом они догоняют другие,средние спутники и частично захватываются ими. Все это создает большоеразнообразие в распределении спутников планет по их массам, размерам,расстояниям от планет и между ними и т.д.
Однако и в спутниковой системе, как и впланетной, прослеживается определенная закономерность, хотя и менее четкая.Например, массы ближних спутников Юпитера во много раз превышают массы дальнихспутников. Меньшие же массы Ио и Европы по сравнению с Ганимедом и Каллистоможно объяснить тем, что раньше массы Ио и Европы были большими, чем массы Ганимедаи Каллисто, но они потеряли вследствие разогрева их недр под воздействиеприливного трения всю ледяную компоненту, их плотность при этом возросла вдвоеи они стали меньше Ганимеда и Каллисто. Что же касается Амальтеи, то она либоперешла на свою современную орбиту недавно с орбиты Ио под воздействием мощногогравитационного притяжения Юпитера, к которому слишком близко подошла Ио сосвоим спутником, либо перешла на орбиту вокруг Юпитера с околосолнечной орбиты,или образовалась из астероидов, возникших из комет, которым удалось пройтичерез орбиты галилеевых спутников с периферии планетно-спутниковой системыЮпитера.
Если предположить, что и близкиеспутники Урана Ариэль и Умбриэль раньше имели большие размеры и массы, чемТитания и Оберон, а затем также под действием приливного трения, которое в тоже время замедлило их осевое вращение, потеряли большую часть ледянойкомпоненты; и если предположить, что то же самое произошло и с ближайшимиспутниками Сатурна, то нарушение закономерности в убывании массы небесных телпо мере их удаления от центрального тела несколько уменьшится, хотя все жеотчасти сохранится, особенно у спутников Сатурна. Если бы спутники не теряличасть своего вещества по мере приближения к планете, начиная с какого-тоопределен ного критического расстояния, под воздействием разогрева, которыйпроисходит вследствие приливного трения в теле спутников, вызываемогогравитационным притяжением планет и соседних спутников из-за вращенияспутников, теряющих вещество или из-за их эксцентриситета, не равного нулю, илииз-за близости соседнего, особенно более массивного спутника, то спутники, какправило, имели бы тем большие массы, чем они ближе находятся от своих планет,за исключением маленьких спутников, имеющих чрезмерно большое относительное торможение.Но поскольку спутники под влиянием разогрева от приливного трения теряютледяную компоненту, то возникает совсем иная закономерность в их массах:наибольшую массу имеют спутники, расположенные примерно в средней части шеренгиспутников, а массы других спутников постепенно уменьшаются по обе стороны отсамого большого спутника. Ганимед, Титан и Титания — самые большие спутники спрямым обращением находятся примерно в середине своих спутниковых систем.
Можно предположить, что Гиперион потерялогромную часть своей массы под влиянием приливного трения, вызываемого Титаном,которому и досталась ледяная компонента Гипериона. Возможно, раньше Гиперионимел размеры, вдвое большие размеров Япета, а Титан был значительно меньше. Вбудущем Гиперион подойдет еще ближе к Титану и может перейти на его орбиту, какэто случилось с Тритоном. Как и Тритон, Гиперион должен иметь избыточнуюплотность, поскольку он потерял значитель ную часть своей ледяной компоненты.Тритон же не только потерял почти все свое вещество, но и перешел на орбитуНептуна, Гипорион тоже потерял много своего вещества, но еще не успел войти всферу действия Титана. Он находится на предшествующей, в сравнении с Тритоном,фазе своего развития.
Большую массу Тефии в сравнении с массойДионы можно, по-видимому, объяснить тем, что она образовалась из двух крупныхтел, как и Нептун и Титан, с той лишь разницей, что Нептун и Титан, хотя изахватили большую часть вещества Тритона и Гипериона, но еще не успелипрекратить их самостоятельное существование, что им предстоит осуществить вбудущем. А Тефия захватила соседний с ним большой спутник полностью, ониопередили в своей эволюции Нептуна и Тритона на одну фазу, а Титана сГиперионом на две фазы. Возможно также, что Диона потеряла аномально много своеговещества.
Если бы все спутники освободить отледяной компоненты или, наоборот, вернуть им всю утерянную ими ледянуюкомпоненту, то самые большие спутники оказались бы ближе к планетам, а меньшие- дальше от своих планет. У Юпитера самым большим спутником стала бы Ио, а уУрана — Ариэль.
Расположение некоторых меньших поразмеру и массе спутников ближе к планетам более крупных спутников можнообъяснить и их более поздним происхождением при переходе с околосолнечных орбитна околопланетные орбиты. Тот факт, например, что Миранда имеет большеенаклонение орбиты к плоскости экватора Урана, чем другие, более крупныеспутники, как будто бы подтверждает это. Ведь возраст планеты или спутника темменьше, чем больше наклонение его орбиты к плоскости экватора центральноготела. Можно поэтому предположить, что Миранда на орбиту Урана перешла соколосолнечной орбиты позднее других спутников.
Если это так, то отсюда следует, чтоспутники, перешедшие на околопланетные орбиты, могут осуществлять этот переходи таким образом, что оказываются при этом на периферии планетно-спутниковойсистемы, и таким образом, что могут оказаться впереди других, в том числе болеекрупных спутников, и таким образом, что оказываются вблизи планеты.
Небесные тела при переходе соколосолнечной орбиты на околопланетную, по-видимому, должны изменятьнаправление своего обращения с прямого на обратное. Если такое изменениенаправления обращения является обязательным условием перехода с околосолнечнойорбиты на околопланетные, то все спутники, недавно перешедшие на орбиты планет,должны иметь обратное направление обращения. К ним относятся Тритон, Феба ичетыре маленьких спутника Юпитера. Если это изменение направления обращенияявляется правилом, то многие из небольших спутников на периферии планетно-спутниковыхсистем, которые будут обнаружены в будущем, должны иметь либо обратноенаправление обращения, либо большое наклонение орбиты.
Тритон, с его обратным направлениемобращения, вынуждает нас сделать вывод, что перейти с орбиты вокруг Солнца наорбиту вокруг планеты могут и самые маленькие тела Солнечной системы, и болеекрупные — метеорные тела и кометы, астероиды и небольшие планеты. Переходбольшого небесного тела с гиперболической орбиты на эллиптическую, по-видимому,невозможен, поскольку оно приобретает при приближении к другому, гораздо болеемассивному телу, большую скорость, погасить которую торможением в диффузнойсреде оно не может. Переход же большого небесного тела с орбиты Солнца наорбиту планеты при стечении благоприятных обстоятельств, в частности, в плотнойгазово-пылевой среде, по-видимому, возможен. Это вовсе не значит, что спутникиперешли с околосолнечных орбит на орбиты вокруг планет с такой массой иразмерами, которые они имеют в настоящее время. Они, скорее всего, перешли на околопланетныеорбиты гораздо меньшими по размерам и массе, а потом уже увеличились во времягалактических зим как за счет диффузной материи, так и за счет выпадения на ихповерхность других, более мелких спутников и комет.
Если переход относительно крупных тел соколосолнечной орбиты на орбиту вокруг планеты возможен, то это значит, чтонекоторые крупные спутники, как и Тритон, могли произойти именно такимспособом, в том числе и Луна, которая, возможно, ранее обращалась вокруг Солнцапо орбите, расположенной между орбитами Земли и Марса. Относительное торможениеЛуны было в несколько раз больше относительного торможения Земли, вследствиечего Луна, подобно Церере, образовавшаяся, возможно, ранее в районеастероидного пояса, слишком близко подошла к Земле и перешла на ее орбиту. Приэтом Луна, по-видимому, изменила свое направление обращения на обратное, нозатем постепенно, на протяжении многих галактических зим, ее орбитаразвернулась. Предположим, что Луна ранее была самостоятельной планетой,расположенной вблизи Земли и имела орбитальную скорость 29 км/с, т. е. на 1 кмменьше Земли, которая имеет скорость 30 км/с. Спутник Луна имеет орбитальнуюскорость 31 км/с относительно Солнца, когда направление ее движенияотносительно Земли совпадает с направлением ее движения относительно Солнца, и29 км/с относительно Солнца, когда ее движение относительно Земли являетсяпротивоположным направлению движения Луны относительно Солнца.
Если бы планета Луна при сближении сЗемлей, то ли по причине большого относительного торможения Луны, то ли попричине большого относительного ускорения Земли, а скорее всего по причине итого и другого вместе, прошла вблизи зоны действия Земли (с внешней стороны),когда Земля обгоняла ее, Луна уменьшала бы свою скорость под воздействиемпритяжения (возмущения) Земли до тех пор, пока они не оказались бы на однойлинии с Солнцем (в нижнем соединении). Затем, когда Земля обгоняла бы Луну,последняя бы стала увеличивать под влиянием притяжения Земли свою скорость доее прежнего значения. При торможении Луна приближалась бы к Солнцу, а приускорении — удалялась бы на прежнее место.
При очередном обгоне Землей Луна моглабы войти в сферу действия Земли, уменьшив скорость, скажем, до 28 км/с иперейти на околоземную орбиту, снова увеличив скорость с 28 до 29 км/с,поскольку именно такая скорость нужна спутнику Луне с обратным обращениемвокруг Земли. К тому же, Луна в это время испытывает торможение вгазово-пылевой среде, что способствует ее переходу на орбиту Земли.
Не так давно на страницах научной печатидискутировался вопрос о том, не являлся ли в прошлом Меркурий спутником Венеры,перейдя затем под влиянием мощного гравитационного притяжения Солнца на орбитувокруг него. Если Меркурий действительно был раньше спутником Венеры, то ещераньше он должен был перейти на орбиту Венеры с орбиты вокруг Солнца,расположенной между орбитами Венеры и Земли. Имея большее относительноеторможение, чем Венера, Меркурий мог подойти близко к ней и перейти на ееорбиту, изменив при этом прямое направление обращения за обратное, Меркурий могне только остановить медленное и прямое осевое вращение Венеры под воздействиемприливного трения, но и заставить ее медленно вращаться в обратном направлении. Тем самым автоматически Меркурий изменил направление своего обращенияотносительно Венеры на прямое, а Венера приблизилась к Солнцу. В результатезахвата Солнцем Меркурий возвратился на околосолнечную орбиту, оказавшисьвпереди Венеры. Однако, здесь возникает ряд вопросов, которые нуждаются в своемразрешении. Вопрос первый: почему Меркурий сумел заставит ь Венеру вращаться вобратную сторону, а Харон не сумел вынудить вращаться в обратную сторонуПлутон? Ведь соотношение их масс примерно одинаковы — 15:1. На этот вопрос ещекак-то можно ответить, например, предположив, что у Венеры был еще один большойспутник, как Луна, который, приблизившись под влиянием приливног о трения (каксейчас приближаются к своим планетам Фобос и Тритон) к поверхности Венеры,рухнул на нее и, передав Венере свой момент количества движения, заставил еевращаться в обратную сторону, поскольку этот гипотетический спутник обращалсявокруг Венеры в обратную сторону.
Но возникает второй, более серьезныйвопрос: если Меркурий был спутником Венеры, он должен был не удаляться отВенеры, как Луна от Земли, а приближаться к ней, поскольку, во-первых, Венеравращается медленно и ее период вращения был бы меньше периода обращенияМеркурия, во-вторых, Венера вращается в обратную сторону. Впрочем, и здесьможно найти ответ, например, предположив, что второй спутник, упав наповерхность Венеры, заставил ее быстро вращаться в обратную сторону, так чтопериод вращения Венеры стал меньше периода обращения Меркурия, которыйвследствие этого стал быстрее удаляться от нее и, выйдя за пределы сферыдействия Венеры, перешел на околосолнечную орбиту.
Однако, доказательств этого нет, и стаким же успехом можно утверждать, что Меркурий не был спутником Венеры. Егобольшое относительное ускорение объясняет, почему, несмотря на его большоеотносительное торможение, он до сих пор не вошел в атмосферу Солнца и не исчезв его недрах. Во время галактических зим, по крайней мере, суровых, когдаСолнечная система пересекает рукава Галактики, Меркурий приближается к Солнцу,а во время галактического лета он снова удаляется от него на свое место.
6. Происхождение планет земной группы
Если планеты-гиганты происходят изледяных планет, расположенных за ними дальше от Солнца, и если ледяные планетыпроисходят из больших комет, расположенных еще дальше от Солнца, то, очевидно,что планеты земной группы должны происходить из тех небесных тел Солнечнойсистемы, которые расположены по соседству с ними, но несколько дальше отСолнца. Не трудно видеть, что к кандидатам в родительские тела планет земнойгруппы могут быть отнесены три группы небесных тел Солнечной системы:во-первых, планеты-гиганты, вернее, их силикатные ядра; во-вторых, большиеспутники планет-гигантов, такие, как Ио, Европа, Ганимед и Каллисто; и,в-третьих, большие астероиды, такие, как Церера, Паллада, Веста, Гигея и др.
Если Юпитер в настоящее время теряетсвое атмосферное вещество в районе мощного вихря (большого красного пятна), томожно предположить, что весь водород, затем гелий, а затем и другиегазообразные вещества в конце концов покинут Юпитер и он, уменьшив свою массуво много раз, превратится в пятую планету земной группы. После этого онприблизится ближе к Солнцу, поскольку его относительное торможение резко, раз в15-20, возрастет, скорость его вращения уменьшится как за счет солнечноготорможения, так и за счет рассеивания в межпланетное пространство вещества, ион будет иметь не только такую же массу, как планеты земной группы, но и такойже, примерно, период вращения, как у Земли и Марса. После этого Юпитер сноваприобретет атмосферу, сначала такую, как и у Марса, а затем, по мереприближения к Солнцу и разогрева, как у Земли, затем — у Венеры.
То же самое позднее произойдет сСатурном, который в далеком будущем превратится в шестую планету земной группы,а затем — с Ураном и Нептуном, которые превратятся в седьмую и восьмуюсиликатные планеты.
Так произойдет, если планеты земнойгруппы действительно произошли из планет-гигантов. Чтобы доказать это,необходимо определить размеры и массы силикатных ядер планет-гигантов, особенноу Юпитера, которые должны быть в этом случае соизмеримы с размерами и массамипланет земной группы. Некоторые ученые считают, что диаметр силикатного ядраЮпитера равен примерно 8-9 тыс. км. Если это подтвердится, то будет одним изаргументов в пользу гипотезы происхождения планет земной группы изпланет-гигантов. Но это еще не полное доказательство. Необходимо доказать, чтоЮпитер действительно теряет вещество из атмосферы, уменьшаясь в массе, причем,очевидно, все быстрее и быстрее. Или, что Юпитер уменьшался раньше, или, чтоЮпитер будет уменьшаться в будущем, по мере приближения к Солнцу и разогреву и,одновременно, по мере увеличения его скорости вращения.
Возникает вопрос: что произойдет сгалилеевыми спутниками Юпитера, если в далеком будущем Юпитер уменьшится доразмеров и массы планет земной группы? Очевидно, спутники при этом будутудаляться от Юпитера и, в конце концов, выйдут из зоны его притяжения иперейдут на околосолнечные орбиты. Не такова ли судьба «греков» и «троянцев»?Почему у Юпитера, в отличие от Сатурна, большие спутники расположены близко отнего? Может быть, у него были и дальние большие спутники, но они при уменьшениимассы Юпитера в прошлом покинули его и перешли на околосолнечные орбиты? Агалилеевы спутники не успели сойти с орбит вокруг Юпитера потому, что началасьочередная суровая галактическая зима, т.е. Солнечная система вошла в один изгалактиче ских рукавов, и галилеевы спутники снова приблизились к Юпитеру подвоздействием торможения в диффузной материи рукава.
Если это так, то можно предположить, чтои крупные астероиды в прошлом также были спутниками Юпитера. Затем, приуменьшением массы Юпитера, они перешли на околосолнечные орбиты, а позднееприблизились к Солнцу при торможении в газо-пылевой среде. Можно предположить,что и Луна имеет аналогичное происхождение, с той лишь разницей, что Луна вдалеком прошлом была спутником не Юпитера, а планеты-гиганта Марса. Приуменьшении массы Марса Луна сошла с его орбиты на околосолнечную орбиту апозднее догнала Землю и перешла на ее орбиту.
Если это так, то и планеты-гиганты (впрошлом) Земля и Венера также должны были бы, очевидно, иметь большие спутники.Где же они? Не трудно догадаться, что большим спутником планеты-гиганта Венерымог быть Меркурий, который, сойдя с ее орбиты по причине уменьшения ее массы (ане под воздействием приливного вздутия), превратился в самостоятельную планету,как и позднее Луна, но который, в отличие от Луны, до сих пор являетсясамостоят ельной планетой. Любопытно, что соотношение масс Марс — Луна, равное9:1, близко к соотношению масс Венера — Меркурий, которое в настоящее времяравно 15:1, а в прошлом, когда Меркурий был массивнее, по-видимому, равнялось12:1 или даже 10:1. Такое же, примерно, соотношение имеют Плутон с Хароном.
Можно предположить, что и планета-гигантЗемля имела большой спутник и их массы соотносились таким же образом. А этозначит, что бывший спутник Земли имел массу, промежуточную между массамиМеркурия и Марса. И этот спутник, сойдя с околоземной орбиты, когда Земля,теряя вещество, превращалась из планеты-гиганта в планету земной группы,превратился в самостоятельную планету, затем перешел на орбиту Венеры,приблизившись к ней, а еще позднее приблизился к ее поверхности и рухнул нанее, заставив Венеру вращаться в обратную сторону.
Такой можно представить картинупроисхождения планет земной группы, имея в виду, что она является упрощенной.Ведь планеты земной группы продолжали увеличиваться и после их образования изпланет-гигантов. Значит, они во время их происхождения были несколько меньше.Последней из планет земной группы образовался Марс. Его размеры, возможно,являются ближе к размерам новорожденных планет земной группы — Венеры, Земли.Но тогда и спутники планет-гигантов были меньше при рождении последних планетземной группы. Меркурий, будучи спутником планеты-гиганта Венеры, был величинойс Луну, Ио или Европу, а увеличился он уже позднее, вместе с увеличением Венерыи Земли, главным образом, за счет астероидов. То же самое относится и кспутнику планеты-гиганта Земли. Он был величиной с Луну, Европу или Ио, а затемуже увеличился.
Если это так, то и современноесиликатное ядро Юпитера находится в таком же соотношении со своими спутниками,т.е. раз в 10 массивнее их и равно примерно массе Марса. Ядро же Сатурна в 3-4раза меньше и соизмеримо с массой Меркурия, а ядра Урана и Нептуна соизмеримы смассой Луны. В будущем же они будут все более увеличиваться.
Можно представить себе и другие вариантыпроисхождения планет земной группы. Например, что не только Венера, Земля иМарс, но и Меркурий произошел из планеты-гиганта. Или, что не только Меркурий иЛуна произошли из бывших спутников планет-гигантов, но и Марс имеет такое жепроисхождение. Но в этом случае придется признать и Луну и Марс бывшимиспутниками Юпитера.
Если окажется, что силикатное ядроЮпитера является не таким, как Марс, а огромным, в 15-20 масс Земли, и еслиокажется, что Юпитер не теряет свое атмосферное вещество и не сможет егопотерять в будущем, даже если приблизится на расстояние Марса, то можновыдвинуть еще одно предположение о происхождении планет земной группы, аименно, что планеты земной группы произошли не из силикатных ядерпланет-гигантов и не из их больших спутников, а из крупных астероидов.Предположим, что это именно так, и рассмотрим эту гипотезу.
Если бы кометы первого кометного пояса,переселившись за орбиту Юпитера, не теряли ледяную компоненту и не превращалисьв астероиды, которые образуют единственный в Солнечной системе астероидныйпояс, то они, образовав еще один, самый ближний к Солнцу кометный пояс, вовремя очередных галактических зим продолжали бы приближаться к Солнцу и одна задругой исчезали бы в его недрах, увеличивая его массу. Но то обстоятельство,что кометы под воздействием солнечного излучения теряют ледяную компоненту ипревращаются в астероиды, имеет далеко идущие последствия.
Дело в том, что плотность астероидовнамного больше плотности комет, что приводит к тому, что относительноеторможение астероидов при их образовании из комет и укрупнении резко, внесколько раз уменьшается, несмотря на то, что при этом уменьшается,по-видимому, их средняя масса. А малое относительное торможение астероидов, всравнении с кометами приводит к тому, что они приближаются к Солнцу в несколькораз медленнее, чем кометы. Если кометы за какое-то определенное времяперемещаются из одного кометного пояса в другой на расстояние 5-10 а.е., тоастероиды за это же время перемещаются всего лишь, быть может, на 1 — 1,5 а.е.При этом происходит их все большее укрупнение.
Более крупные кометы, хотя быть может ине все, отбираются посредством захвата планетами, орбиты которых онипересекают. Астероиды также захватываются планетами земной группы припересечении их орбит, увеличивая массы планет, но скорость приближенияастероидов к Солнцу, сравнительно со скоростью приближения планет земной группы,незначительна. Эта разница не идет ни в какое сравнение с разницей в скоростиприближения к Солнцу планет-гигантов и комет. Ведь кометы быстрее приближаютсяк Солнцу, чем астероиды, а планеты-гиганты, наоборот, приближаются к Солнцу в20 раз медленнее, чем планеты земной группы. Поэтому астероиды, в отличие откомет, успевают увеличиваться за счет других, более мелких астероидов, за счеткомет, метеорных тел и пыли до относительно больших размеров, иногда доразмеров небольшой планеты.
И в настоящее время в астероидном поясепроисходит укрупнение астероидов в результате их столкновения друг с другом,хотя в это же время происходит и их дробление. Следствием укрупнения явилосьвозникновение особо крупных астероидов: Цереры, Паллады, Весты и др. При наступленииочередной галактической зимы этот процесс усилится и будет продолжен после ееокончания. В результате значительная часть астероидов из астероидного поясаприсоединится к наибольшему из астероидов, по-видимому, Церере, и в зоне планетземной группы возникнет пятая планета земного типа с массой и величиной от Луныдо Марса.
Планеты же земной группы во времяследующей суровой галактической зимы несколько приблизятся к Солнцу, освобождаяместо новой планете, которая переместится ближе к орбите Марса. Марсприблизится к Земле ввиду его большего относительного торможения и расстояниемежду ними сократится. А Меркурий может настолько близко подойти к поверхностиСолнца, что исчезнет в его недрах. И тогда между Солнцем и Юпитером снова будетчетыре планеты земной группы, но первой планетой из них будет не Меркурий, аВенера, а последней не Марс, а Церера.
Кометы, переселяющиеся во времягалактических зим из первого кометного пояса через орбиту Юпитера,располагаются на всем расстоянии от Солнца до Юпитера, в том числе около планетземной группы и между ними. Но промежутки между планетами земной группынебольшие и за время галактического лета все кометы, разместившиеся там ипревратившиеся в небольшие астероиды, становятся добычей планет под действиемсилы их гравитационного притяжения, увеличивая массу. Некоторые из них могутперейти на орбиты планет и существовать некоторое время в виде спутников(Фобос, Деймос).
При возникновении планет земной группы врайоне астероидного пояса, постоянно питаемого во время галактических зимкометами из первого кометного пояса, их относительное торможение будетуменьшаться, поскольку при увеличении массы, при прочих равных условиях,относительное торможение уменьшается. Например, если все четыре планеты земнойгруппы разместить на одной орбите, то относительное торможение Земли и Венерыбудет в 2-2,5 раза меньше относительного торможения Меркурия и Марса. Но массасамых маленьких планет, типа Луны и Меркурия, во много раз больше самых большихастероидов, поэтому их относительное торможение во много раз меньше. Аследствием этого является то, что астероиды во время галактических зим догоняютпланеты и часть их обрушивается на поверхность планет, оставляя на ней мелкие ибольшие кратеры, которыми покрыты все планеты и их спутники.
Массы планет земной группы, как и другихнебесных тел, с каждой галактической зимой будут все более увеличиваться. Нотемпы их роста будут сильно отличаться. Быстрее всего будут расти те планеты,которые расположены ближе к астероидному поясу, а медленнее всего те, которыерасположены ближе к Солнцу. Быстрее всего, следовательно, увеличиваютсяастероиды, в том числе Церера, и планета Марс, а медленнее всего — Меркурий иВенера. Вследствие этого, Марс может в будущем приблизиться по размерам и массек Венере и Земле, а Церера, возможно, догонит Луну, затем Меркурий, а затем исовременный Марс. Ведь при увеличении расстояния между Марсом и Юпитером, помере приближения Марса и других планет земной группы к Солнцу, ширинаастероидного пояса будет все более увеличиваться. Одновременно увеличатсяколичество и размеры астероидов. Сначала укрупнение астероидов будетпроисходить медленнее, затем процесс укрупнения ускорится, а при достижениисамыми крупными астероидами и всем астероидным кольцом какой-то определенной,критической величины, возможно, примет бурный характер и все или большая частьастероидов, находящихся вблизи крупнейшего астероида, сольются в единуюсиликатную планету с массой и размерами от Луны до Меркурия или даже Марса.
Происхождение современных планет земнойгруппы можно представить следующим образом. Первой из существующих планетземной группы в районе астероидного пояса, около 4 а.е. или несколько дальше,произошла Венера, имевшая при возникновении размеры и массу Меркурия или Марса.Впрочем, сначала она имела массу и размеры Луны, а еще раньше была величиной сЦереру и т. д. С каждой галактической зимой масса и размеры Венеры быстровозрастали, хотя они росли и во время галактического лета за счет столкновенияи присоединения к себе астероидов.
Когда Венера находилась от Солнца нарасстоянии около 3 а. е., в астероидном поясе возникла новая планета, котораяимела хотя и относительно большую массу, но гораздо меньшую, чем ужеувеличившаяся к этому времени Венера. Это был Меркурий. Его относительноеторможение было больше, чем у Венеры и он постепенно приближался к ней. В концеконцов он приблизился к Венере настолько близко, что был захвачен ею на своюорбиту. При этом Меркурий изменил направление своего обращения с прямого наобратное и, обращаясь вокруг Венеры в обратном направлении, как сегодня Тритон,тормозил ее осевое вращение. В результате этого Венера не только пересталаобращаться в прямом направлении, во и стала медленно вращаться под влияниеммощного приливного трения, вызываемого обратным движением Меркурия, в обратнуюсторону. Меркурий не мог, если бы он был единственным спутником Венеры,одновременно заставить Венеру вращаться в обратную сторону и удаляться от нее.Поэтому необходимо предположить и здесь, что до Меркурия образовалась еще хотябы одна небольшая планета, которая, как и Меркурий, была затем захваченаВенерой, приблизилась к ее поверхности и обрушилась на нее, заставив тем самымВенеру вращаться в обратную сторону. Меркурий же, будучи спутником Венеры,после этого стал удаляться от Венеры, поскольку его период обращения сталбольше периода вращения Венеры, а направление обращения Меркурия совпадало снаправлением вращения Венеры (по часовой стрелке). Венера при этом тормозиласьи ее период вращения все увеличивался, достигнув к настоящему времени 243суток.
Возможно, после Меркурия и раньше еготаким же образом возникли еще несколько небольших планет с массой и размерамиот Луны до Меркурия, но все они, приблизившись к Венере, были захвачены ею, вотличие от Меркурия, на свою поверхность, увеличив ее массу в несколько раз.Кроме них Венера захватила огромное количество мелких и крупных астероидов. Иэти планеты и астероиды вынудили Венеру вращаться в обратную сторону.
После Меркурия и других небольшихпланет, присоединившихся к Венере, еще из одного, возможно, большогоастероидного кольца, возникла Земля с массой, равной массе Меркурия или Марса.Земля, имеющая меньшую массу, чем Венера с Меркурием на ее орбите, сталапостепенно к ней приближаться, но вслед за Землей возникали другие, болеемелкие планеты с массой Луны, меньшей, чем Луна и большей, до величины массыМеркурия. Все они, одна за другой, а также большое количество астероидов,догоняя Землю, захватывались ею и, падая на поверхность, увеличивали ее массу(но здесь возникает вопрос: почему они не вынудили Землю вращаться в обратнуюсторону?).
При каждом таком падении на Землюнебольших планет или крупных астероидов, а возможно, и больших спутников, наней происходили огромные изменения. Происходили мощные землетрясения,начинались вулканические извержения, лопалась на плиты литосфера, возникалигоры, резко изменилась поверхность планеты, а также ее биосфера.
Одна из этих планет была захваченаЗемлей на ее орбиту и стала ее спутником. Сначала Луна обращалась вокруг Земли,по-видимому, в обратном направлении, но затем постепенно ее орбитаразвернулась. Луна также тормозила и тормозит в настоящее время вращение Земливызываемым ею приливным трением в литосфере, гидросфере и атмосфере Земли, ногораздо слабее, чем Меркурий вращение Венеры, поскольку масса Луны меньше массыЗемли в 81 раз, а масса Меркурия меньше массы Венеры только в 15 раз. Возможно,помимо Луны Земля имела в прошлом и другие спутники, но они со временемприблизились к Земле и упали на ее поверхность. Возможно, и у Венеры тоже былидругие спутники.
Вслед за Венерой, Меркурием, Землей,Луной и другими небольшими планетами, оказавшимися позднее на поверхностиВенеры и Земли, а возможно и Меркурия, еще из одного большого астероидногокольца образовался Марс, который имел меньшую чем Земля массу, а в прошлом имелеще меньшую, чем сейчас. Имея большее, чем Земля, относительное торможение, онпостепенно приближается к ней и в будущем либо догонит ее и рухнет на ееповерхность и объединиться с ней в единую, еще более крупную планету, котораябудет вращаться в обратную сторону, либо увеличится за счет других, болеемелких планет и астероидов, до таких размеров, что его относительное торможениесравняется с относительным торможением Земли или даже будет меньшим, как это произошлоу Земли. Относительное торможение Земли сначала было больше, чем у Венеры, иона догоняла ее. Затем их относительные торможения сравнялись и расстояниемежду ними какое-то время не изменялось. Позднее, в связи с более быстрымростом Земли, ее относительное торможение еще более уменьшилось и она сталаотставать от Венеры.
После возникновения Марса, возможно,возникло еще несколько небольших, как Луна планеток, но все они оказались наповерхности Марса. И в последнюю очередь возникло то астероидное кольцо,которое существует и в настоящее время, из которого в «недалеком» будущемпроизойдет еще одна планета земной группы с массой Луны или Меркурия (внастоящее время масса крупнейшего астероида — Цереры меньше массы Луны примернов 50 раз). В это же время, или раньше, Меркурий, удалившись от Венеры, перешелна орбиту Солнца под воздействием его мощного гравитационного притяжения. Таквозник иначе труднообъяснимый значительный эксцентриситет его орбиты — 0,206.
Вышеприведенная схема происхожденияпланет земной группы неплохо объясняет их эксцентриситеты. Поскольку Венеравозникла из рассматриваемых планет первой, то ее эксцентриситет уменьшилсяболее всего — до 0,0068 в настоящее время. Земля является более молодойпланетой и ее эксцентриситет несколько больший — 0,0167. Еще более молодойпланетой является Марс, возникший после Венеры и Земли, и поэтому егоэксцентриситет еще больший — 0,0934. Меркурий же, как планета, возник позднеевсех, перейдя на орбиту вокруг Солнца с орбиты вокруг Венеры, и поэтому имеетсамый большой эксцентриситет — 0,206.
Не противоречит эта схема и другимхарактеристикам планет. Венера и Земля, возникшие раньше Марса, имеют в 8-9 разбольшую массу, чем Марс. А Меркурий и Луна имеет наименьшую массу, хотяпроизошли раньше Марса, потому, что Меркурий в прошлом, а Луна и сейчасявлялись спутниками планет и им мало доставалось космических осадков из числатвердых небесных тел: астероидов и метеоритов. Земля несколько превосходитВенеру по массе, что можно объяснить, во-первых, тем, что Земля сформировалась,возможно, из более крупного астероидного кольца, чем Венера, а во-вторых тем,что Земля после своего возникновения больше захватывала астероидов и небольшихпланет, чем Венера, расположенная за Землей, как за щитом. Меркурий и Венераимеют меньшие наклоны плоскостей их экваторов к плоскости своих орбит: Меркурий- около 10, Венера — 20, Земля — 230,26` иМарс — 240,48`. Не противоречит эта схема, по-видимому, инаклонениям орбит планет земной группы к плоскости экватора Солнца. Но этасхема совершенно не может объяснить, почему Венера вращается в обратномнаправлении, а Земля в прямом. Кроме того, темпы роста масс планет земнойгруппы являются, по-видимому, чрезмерно высокими в сравнении спланетами-гигантами. Более предпочтительнее, как представляется автору,является гипотеза происхождения Венеры, Земли и, возможно, Марса из силикатныхядер планет-гигантов, а Меркурия, Луны и, возможно, крупных астероидов изспутников планет-гигантов.
Если планеты земной группы действительнопроизошли из силикатных ядер планет-гигантов, то можно предположить, что они,будучи ядрами, имели большую плотность, чем в настоящее время, причиной чегобыло чудовищное сжатие их гигантскими атмосферами. При потере же ими атмосферпроисходило разуплотнение ядер и их расширение и увеличение. Если расширениепроисходило достаточно медленно, то еще до полного разуплотнения ядер моглаобразоваться в наружной части ядер твердая литосфера, которая при последующемразуплотнении и расширении силикатных ядер, а затем — силикатных планет, моглалопнуть на части — литосферные плиты. Так могли произойти материки и океаны,причем последние затем увеличились при увеличении планет за счет космическихосадков.
При рассмотрении происхождения спутниковвидно, что самые крупные спутники планет, кроме Тритона, закономернорасполагаются в середине их рядов. То же самое наблюдается у планет: самаякрупная планета Юпитер также расположена посредине планет. И объяснить этоявление можно тем же: ближние планеты теряли большую часть своего вещества, каки спутники, и становились во много раз меньше, тем более что они теряли нетолько, в отличие от спутников, ледяную, но и газовую компоненту: водород игелий.
Но если рассмотреть только планетыземной группы, то и тут обнаружится та же самая закономерность: самая большаяпланета (Земля) также расположена в середине ряда планет земной группы, а ненаходится в начале его, около Солнца, где, как кажется, она должна бынаходиться. Если исходить из того, что все планеты земной группы образовались изастероидов, или если Венера и Земля образовались из силикатных ядерпланет-гигантов и затем увеличились за счет астероидов, а Меркурий, Луна и Марсиз спутников (последние — из спутников Юпитера), то объяснение являетсядовольно простым и было приведено выше.
Трудность возникает, если предположить,что и Марс произошел из силикатного ядра планеты-гиганта. Это можно объяснить,по-видимому, тем, что планеты земной группы увеличиваются быстрее, чемсиликатные ядра планет-гигантов, поскольку плотность газово-пылевой материи вовремя галактических зим тем больше, чем ближе к Солнцу приближается она.Поэтому массы Венеры и Земли намного больше, чем масса Марса, который недавно(по космическим масштабам) стал планетой земной группы и приблизился к Солнцуна близкое расстояние. Рост же планет земной группы за счет астероидов тембыстрее, чем они дальше расположены от Солнца. Поэтому масса Земли больше массыВенеры. В будущем и более молодой Марс будет расти быстрее, чем Земля и Венераи догонит их, а затем и обгонит по массе и размерам. Кроме того, увеличится современем и вся Солнечная система и когда, например, Юпитер потеряет всю своюгазовую и ледяную компоненту и превратится в пятую планету земной группы, онбудет иметь несколько большую массу, чем имел Марс при его рождении изпланеты-гиганта. А Сатурн, когда он станет шестой планетой земной группы, будетиметь в момент рождения еще несколько большую массу, чем новорожденный Юпитер,что может также, хотя бы отчасти, объяснить большую массу Земли по сравнению сВенерой.
1. Происхождение комет
2.
Таким образом, планеты земной группыпроисходят из планет-гигантов, или их спутников, или астероидов, апланеты-гиганты — из ледяных планет. Ледяные планеты и астероиды, а такженебольшие спутники планет происходят из комет. Кометы, следовательно, являютсяначальным этапом развития всех небесных тел. Как же происходят они?
Можно предположить, что существует дваспособа происхождения комет Солнечной системы. Мелкие кометы происходятпреимущественно в Солнечной системе, главным образом на ее периферии, гдеколичество комет, по-видимому, исчисляется многими миллиардами и триллионами.Кометы, обращающиеся вокруг Солнца в различных направлениях с различныминаклонениями орбит и эксцентриситетами, сталкиваются зачастую между собой ираздробляются на более мелкие части. Этот процесс разукрупнения небесных телявляется, конечно, второстепенным наряду с основным процессом укрупнениянебесных тел, но он играет большую роль в эволюции небесных тел. В результатераздробления комет возникает множество более мелких образований — кометок иметеорных тел, которые затем, постепенно увеличиваясь за счет вычерпываниядиффузной материи, растут и превращаются в новые кометы. Таким образом, кометыобеспечивают себе смену, новое поколение.
Но помимо мелких и небольших комет напериферии Солнечной системы, как можно предположить, существуют и большиекометы, из которых позднее, возможно, происходит часть ледяных планет. Этикометы могут иметь и иное происхождение. Они могут переходить на орбиты вокруг Солнцаво время галактических зим, вследствие торможения в газово-пылевой среде, сорбит вокруг центра Галактики.
Галактику можно представить себегигантской звездно-планетной системой, в которой наряду со звездами вокруг еецентра обращается огромное количество других, наименее крупных тел. При этом вГалактике, как и в любой другой звездно-планетной системе, в том числеСолнечной, имеет место закономерность, в соответствии с которой небесных телтем больше, чем меньше их масса и размеры.
Эта закономерность подтверждается двумяфактами. Во-первых, в Солнечной системе силикатных и ледяных планет и крупныхспутников больше, чем планет-гигантов, а астероидов и комет больше, чем планети больших спутников. Во-вторых, средних по массе звезд, таких как Солнце, в галактикахгораздо больше, чем звезд более крупных, с массой 5-10 масс Солнца. Еще меньшегигантских звезд с массами в несколько десятков солнечных масс. Карликовыхзвезд, наоборот, много. И чем меньше звезды по массе и размерам, тем их больше.
Отсюда можно сделать вывод, что вГалактике, наряду со звездами, которые мы видим, имеется огромное количествоменее крупных и мелких тел: карликовых инфракрасных звезд и планет-гигантов,ледяных планет и комет. При этом инфракрасных карликов больше, чем всех светящихсявидимых звезд. Планет-гигантов больше, чем всех светящихся и инфракрасныхзвезд, вместе взятых. Еще больше ледяных планет, но больше всего комет иметеорных тел.
Одни из этих комет обращаются по орбитамвокруг звезд и планет в различных звездно-планетных системах. Но огромноебольшинство комет, как и планет Галактики, обращаются по самостоятельныморбитам вокруг ее центра.
Попадая в условия галактических зим вгазово-пылевую среду, кометы быстрее других небесных тел начинают приближатьсяк центру Галактики. Они догоняют более крупные тела, пересекают их орбиты иоставляют их позади, продолжая свое приближение к центру Галактики. Но не всемкометам удается этот обгон. Многие из них проходят слишком близко от крупныхтел — звезд и планет при их обгоне и попадают на их поверхность, увеличивая ихмассу. Но некоторые кометы при этом могут перейти на орбиту крупного тела,которое они обгоняют точно так, как некоторые небесные тела Солнечной системы,приближаясь к Солнцу, переходя с околосолнечной орбиты на орбиту вокруг той илииной планеты и превращаясь в их спутники.
Кометы также могут переходить с орбитвокруг центра Галактики на орбиты вокруг Солнца и других звезд. Именно такимспособом, возможно, происходит часть комет, особенно крупных, а может быть, инекоторые планеты Солнечной системы.
Поскольку небесные тела Галактикиобращаются вокруг ее центра в той ее части, где находится Солнечная система, содинаковой угловой скоростью, это приводит к тому, что при переходе комет сорбит вокруг центра Галактики на орбиты вокруг Солнца они могут изменятьнаправление своего обращения, а могут и не изменять, в отличие от небесных телСолнечной системы, которые, по-видимому, обязательно должны изменитьнаправление своего обращения при переходе с околосолнечных орбит на околопланетные.По-видимому, изменять направление своего обращения должна примерно половинакомет, переходящих с окологалактических орбит на околосолнечные. При этомкометы должны, по-видимому, иметь самые различные наклонения орбит к плоскостиэклиптики. Этим можно объяснить большое разнообразие комет по их наклонениям иэксцентриситетам.
Можно предположить, что те небесные телаСолнечной системы, которые обращаются или обращались в прошлом вокруг Солнца вобратном направлении, перешли в Солнечную систему с около галактических орбит.Помимо множества комет, к этим телам относится и Уран.
Кометы имеют двоякое происхождение.Одни, более мелкие и с прямым направлением обращения вокруг Солнца происходятпреимущественно в Солнечной системе из самых мелких тел, образующихся придроблении комет во время их столкновений. Другие, более массивные и с обратнымнаправлением обращения вокруг Солнца, возможно, происходят частично посредствомих перехода в Солнечную систему из Галактики, с галактических орбит, расположенныхвблизи орбиты Солнца. Орбиты комет с обратным направлением обращения затемпостепенно разворачиваются, их наклонения все уменьшаются. И ледяные планеты,которые происходят из крупных комет по мере их роста, в большинстве своем имеютуже прямое направление обращения. И только обратное направление вращениянекоторых из них говорит о том, что раньше эти тела обращались вокруг Солнца вобратном направлении.
8. Происхождение Солнца
По всей вероятностиСолнце возникло из инфракрасного карлика, который, в свою очередь, возник изпланеты-гиганта. Планета-гигант еще раньше произошла из ледяной планеты, а та — из кометы. Эта комета произошла на периферии Галактики одним из тех двухспособов, которыми происходят кометы на периферии Солнечной системы. Либокомета, из которой через много миллиардов лет произошло Солнце, образоваласьпри дроблении более крупных комет или ледяных планет при их столкновении, либоэта комета перешла в Галактику из межгалактического пространства.
Как известно, всевидимые галактики движутся. При этом они обращаются вокруг центра скоплениягалактик. Многие скопления галактик при этом могут составлять свое семейство,свою звездно-планетную систему, еще более огромную, чем отдельные галактики иих скопления.
Между галактиками,обращающимися вокруг общего центра масс, существует огромное количество другихнебесных тел, хотя их, по-видимому, и меньше, чем в галактиках. Эти небесныетела — звезды, планеты и кометы обращаются, как и галактики, вокруг их общегоцентра масс по самостоятельным орбитам. Когда они при своем обращении вокругобщего центра погружаются в газово-пылевую среду, они начинают приближаться поспирали, вследствие их торможения в диффузной среде, к центру масс, вокругкоторого они обращаются. Но скорость их приближения при этом различна. Большевсех она у более мелких тел, меньше — у крупных. Быстрее всех перемещаются приэтом кометы. Вследствие этого кометы догоняют галактики и отдельныесамостоятельные звездно-планетные системы. Догоняя их, они либо обгоняют их,либо захватываются ими. При захвате кометы и другие небесные теламежгалактического пространства либо попадают на поверхность крупных небесныхтел: звезд и планет, либо переходят на орбиты — вокруг центра галактик илиотдельных звездно-планетных систем, становясь их спутниками.
Таким образом, напериферию Галактики периодически переходит из межгалактического пространстваогромное количество малых небесных тел, особенно комет, которые восполняютпотери небесных тел Галактики при захвате одними, более крупными телами других,более мелких тел. Поэтому, несмотря на то, что все звезды постепенноприближаются к центру и плоскости Галактики, где вследствие этого ихконцентрация выше, чем на периферии, несмотря на это на периферии Галактикиимеется огромное количество звезд и более мелких небесных тел.
Из одного из такихнебесных тел, пришедших в Галактику из межгалактического пространства, моглопроизойти и наше Солнце. При этом Солнце во время перехода из межгалактическогопространства не обязательно могло быть кометой. Небесное тело, из которогопозднее произошло Солнце, могло быть при его переходе в Галактику измежгалактического пространства и кометой, и планетой, и даже инфракраснымкарликом.
Однако, учитывая массуСолнца и его расстояние от центра Галактики и ее края, можно предположить, чтоСолнце превратилось из кометы в планету на периферии Галактики, а не вмежгалактическом пространстве. Потом, в процессе ее увеличения, кометапревращалась в ледяную планету, планету-гигант и т.д.
Понятно, чтостолкновение между небесными телами Галактики должны происходить довольночасто, особенно в периоды галактических и метагалактических зим. А при этихстолкновениях происходит и укрупнение, и раздробление небесных тел. Мелкиеосколки более крупных небесных тел дают начало новым небесным телам, в томчисле самым малым: мелким кометкам и метеоритам, из которых затем происходятновые крупные кометы. Эти кометы, увеличиваясь, превращаются в ледяные планеты,затем в планеты-гиганты. Последние, все более увеличиваясь, превращаются винфракрасные карлики, которые, в свою очередь, превращаются в светящиесязвезды, одной из которых и является наше Солнце.
9. Современные представления о строении Солнечной системыВсе объекты Солнечнойсистемы можно разделить на четыре группы: Солнце, большие планеты, спутникипланет и малые тела[3]. Солнце — динамический центр системы. Его гравитационноевлияние является доминирующим в Солнечной системе за исключением малых областейв окрестности других объектов.
Большие планеты —визитная карточка Солнечной системы. Пять ближайших к Земле больших планет былиизвестны с ранней истории человечества. Это — Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн.История открытия трех других больших планет показывает как менялось отношениеастрономов к вопросу о размерах и населении Солнечной системы.
Открытие Урана явилосьсюрпризом. Весной 1781 г. Вильям Гершель на своем 7-футовом (2.1 м)телескопе проводил наблюдения по программе определения параллаксов звезд. 13марта 1781 г. он сделал запись об обнаружении туманной звезды или кометы. Споро природе открытого объекта продолжался до 1787 г., когда Гершель открыл два спутникаУрана: Оберон и Титанию.
Открытие Нептуна сталотриумфом теории тяготения Ньютона. Анализируя неравенства в движении Урана,Бессель в Кенигсберге в 1840 г., Адамс в Кембридже в />1841 г. и Леверье воФранции в 1845 г. независимо друг от друга рассчитали орбиту планеты,ответственной за эти возмущения. 23 сентября 1846 г. Галле и д’Аррест изБерлинской обсерватории по эфемеридам Леверье открыли Нептун.
Открытие Плутона можноназвать запрограммированным. В 1896 г. Персиваль Ловелл обнаружил остаточныеневязки в движении Урана после учета возмущений от Нептуна и высказал гипотезу,что эти возмущения производятся неизвестной занептунной планетой. В середине90-х годов XIX века в Аризоне Ловелл построил обсерваторию, которая сталацентром поиска новой планеты. В течение почти 30 лет было проведено несколькокомпаний по поиску Плутона. Но безрезультатно. В 1916 г. умер Ловелл. В 1929 г.Клод Томбо на 13-дюймовом (0.33 м) рефракторе начал новую атаку на Плутон.Открытие пришло 18 февраля 1930 г., когда Томбо сравнивал фотопластинки,полученные 23 и 29 января 1930 г. Директор Ловелловской обсерватории сообщилоб открытии 13 марта 1930 г. в 149-ю годовщину открытия Урана Гершелем и75-ю годовщину со дня рождения Персиваля Ловелла. За время поиска Плутона былопроведено сравнение около 90 млн. изображений звезд в течение 7000 часов наблинк-компараторе.
Существуют ли большиепланеты за орбитой Плутона? Анализ траекторий движения тел Солнечной системы икосмических аппаратов Пионер–10, Пионер–11, Вояджер–1, Воджер–2 позволяютутверждать, что объектов, сравнимых с Плутоном, и более крупных во внешнейобласти Солнечной системы не существует.
Не до конца решенвопрос о происхождении двойных планет Земля–Луна и Плутон–Харон.
Малые тела Солнечнойсистемы — пробный камень и золотая жила небесной механики, кладезь новыхоткрытий. Самые известные малые тела — кометы. Упоминания о кометах можно найтив легендах и летописях практически всех народов Земли. По динамическимпризнакам кометы разделяются на долгопериодические и короткопериодические.
Долгопериодическиекометы движутся по орбитам, большие полуоси которых достигают десятков тысячастрономических единиц, а периоды обращения — десятков миллионов лет. Орбитысильно вытянуты, их эксцентриситеты близки к единице. Ориентация орбит и ихнаклоны к плоскости эклиптики распределены случайным образом. В настоящее времяимеются сведения более, чем о 700 таких комет.
Короткопериодическиекометы имеют периоды менее 200 лет, умеренные эксцентриситеты, для большинстваиз них наклон орбит к плоскости эклиптики не превышает 35°. Короткопериодические кометы делятся на семейства по признаку планеты-гиганта,определяющей динамику кометы. В настоящее время известно около 180короткопериодических комет. Большинство из них принадлежит семейству Юпитера.
Самая многочисленная популяциюмалых тел Солнечной системы — астероиды. Первый астероид —Церера — был открыт в первый день XIX века сицилийским астрономом Пиацци.Хотя открытие и носило случайный характер, оно послужило толчком к разработкеГауссом классического метода определения орбит по трем наблюдениям и методанаименьших квадратов, благодаря которым удалось вычислить орбиту и переоткрытьЦереру спустя почти год после первых наблюдений. В настоящее время известнонесколько десятков тысяч астероидов. И это число стремительно растет.
Популяция астероидовнеоднородна. Большинство астероидов движутся по орбитам близким к круговым впоясе астероидов между орбитами Марса и Юпитера.