Как образовалась Солнечная Система

Как образовалась Солнечная Система

Планеты возникают из облаков газа и пыли, вращающихся вокруг новых звезд. Миллиарды лет назад обстоятельства были как раз подходящими для образования Земли и других планет в нашей Солнечной системе.

Солнечная система, в которой мы живем, состоит из звезды среднего размера (Солнца) с восемью планетами, вращающимися вокруг нее. Планеты бывают двух разных типов. Четыре внутренние планеты, ближайшие к Солнцу, — это Меркурий, Венера, Земля и Марс. Они меньше по размеру и состоят в основном из металлов и горных пород. Четыре внешние планеты — Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун — больше по размеру и состоят в основном из газов.

Что такое планеты? Откуда они возникли? Почему некоторые из них могут быть скалистыми, а некоторые газообразными? Какая наша планета? В этой статье мы попытаемся ответить на эти вопросы.

Каждая из планет нашей Солнечной системы уникальна. Они различаются по размеру и составу. Источник: НАСА и проект «Большая история».

Возникновение Солнца.

Давайте рассмотрим, как появилась наша звезда. Пять миллиардов лет назад гигантское облако «плавало» в одном из спиральных рукавов галактики Млечный Путь. Это облако, которое астрономы называют туманностью, состояло из пыли и газа, в основном водорода и гелия, с небольшим процентом более тяжелых атомов. Более тяжелые атомы образовались раньше в истории Вселенной, когда другие звезды состарились и умерли.

Облако / туманность начало сжиматься, коллапсируя само на себя. При сжати атомы начали толкать друг друга, выделяя тепло. При нарастании тепла атомы сталкивались чаще и сильнее. В конце концов, они достигли температуры, при которой протоны в центрах атомов начали сливаться в процессе, называемом ядерным синтезом. Когда процесс завершился, крошечный кусочек материи превратился в огромное количество энергии, и родилась звезда. Так появилось наше Солнце.

Возникновение планет.

Вещество туманности, не поглощенное Солнцем, превратилось в плоский диск из пыли и газа, удерживаемый на орбите гравитацией звезды. Этот диск называется аккреционным. Материал в диске накапливается в результате дальнейшего наращивания — от слипания.

Каждая планета возникла с микроскопических пылинок в аккреционном диске. Атомы и молекулы начали слипаться или срастаться в более крупные частицы. Путем мягких столкновений некоторые зерна превращались в шары, а затем в объекты диаметром в километры, называемые планетезимали. Эти объекты были достаточно большими, чтобы притягивать другие под действием гравитации.

Если бы столкновения планетезималей происходили на высоких скоростях, они могли разрушить космические объекты. Но когда удары были достаточно мягкими, объекты объединилясь и росли. В течение от 10 до 100 миллионов лет эти протопланеты вращались вокруг Солнца, причем некоторые из них имели яйцевидную форму, что приводило к более частым столкновениям.

На этой иллюстрации показан аккреционный диск звезды, которая, как и наше Солнце, могла формировать планеты из пыли и газа вокруг нее. Источник: ESO / L. Calçada

Миры сталкивались, соединялись и эволюционировали в течение длительного периода времени. Когда все закончилось, осталось восемь стабильных планет, которые очистили свои орбиты. Планета определяется как космическое тело, вращающееся вокруг Солнца, достаточно массивное, чтобы его собственная сила тяжести сделала его сферическим, и очистило свое окружение от более мелких объектов.

В 2007 году исследователи из Калифорнийского университета в Дэвисе определили, что наша Солнечная система полностью сформировалась примерно 4,568 миллиарда лет назад. Они сделали это, определив возраст каменистых материалов из пояса астероидов.

Солнце излучало энергию и частицы постоянным потоком, называемым звездным ветром. Этот ветер оказался настолько сильным, что выдул большую часть газов с четырех ближайших к Солнцу планет, в результате чего они стали меньше и остались нетронутыми только камни и металлы. Вот почему их называют скалистыми планетами или планетами земной группы. Четыре внешние планеты находятся так далеко от Солнца, что солнечный ветер не смог унести их лед и газы. Они оставались газообразными, с небольшим каменистым ядром.

Внешние планеты изначально были созданы из большего количества газа (а именно водорода и гелия), чем другие, поскольку гравитация Солнца притягивала ближе более тяжелые материалы в первоначальном солнечном диске.

Между внутренней и внешней планетами лежит область, заполненная миллионами астероидов — небольшими скалистыми, ледяными и металлическими телами, оставшимися от образования Солнечной системы. В этой области не образовалось ни одной планеты. Астрономы предполагают, что гравитация Юпитера так сильно повлияла на этот регион, что никакая другая планета не могла сформироваться. Юпитер в 11 раз больше (в диаметре) Земли и более чем в два раза больше всех остальных планет вместе взятых.

Из четырех каменистых планет Меркурий — самая маленькая, примерно две пятых размера Земли. Земля и Венера почти одинакового размера, а Марс — примерно вдвое меньше. Астрономы предполагают, что более мелкий объект должен был столкнуться с Меркурием, испарив его кору и оставив только железное ядро ​​большего размера, чем обычно.

Условия на Земле.

Когда скалистые планеты сформировались, они в основном представляли расплавленную горную породу. На протяжении сотен миллионов лет они медленно охлаждались. В конце концов, Меркурий и Марс, потому что они маленькие, затвердели и стали жесткими.

Только на Земле и, возможно, на Венере условия остались в промежуточном состоянии. Земля осталась частично расплавленной. Ее кора представляет собой твердую породу, а мантия становится твердой на короткое время. А центр Земли состоит из твердого железного ядра, вращающегося в горячей жидкости, называемой магмой.

Некоторые ученые используют термин «условия Златовласки» для описания условий на Земле. Земля не слишком горячая и не слишком холодная, не слишком большая и не слишком маленькая, не слишком близко к Солнцу или слишком далеко, и идеально подходит для жизни.

Земля и Луна.

Ближайший к нам скалистый объект — Луна. Луна вращается вокруг Земли, а не Солнца, поэтому это не планета. Луна около четверти от размера Земли. Происхождение Луны остается загадкой, но поскольку астронавты ходили по Луне в 1969 году и принесли образцы горных пород и почвы, сейчас мы знаем о ней больше, чем раньше.

Стандартная теория сегодня гласит, что маленькая планета, размером примерно в одну десятую часть  от Земли, должна была столкнуться с Землей около 4,45 миллиарда лет назад. Земля все еще была раскалена под возможно тонкой корой. Часть материала от удара была поглощена Землей, но часть материала вылетела в космос, где и конденсировалась в виде Луны. Сначала Луна вращалась намного ближе к Земле. Она все еще удаляется со скоростью почти четыре сантиметра в год.

Луна существенно влияет на условия на Земле. Гравитация Луны вызывает приливы в океанах, уменьшает колебание Земли (что помогает стабилизировать климат) и замедляет вращение Земли. Раньше Земля совершала оборот вокруг своей оси за 12 часов, но теперь оборот занимает 24 часа.

Плутон и за его пределами.

До 2006 года было принято, что в нашей Солнечной системе девять планет, а не восемь. Девятый, Плутон, вращается дальше всего от Солнца.

Однако в 2006 году Международный астрономический союз заявил, что Плутон не считается планетой. Он меньше Луны. Он вращается далеко в поясе астероидов за Нептуном (хотя Плутон периодически приближается к Солнцу, чем Нептун), и ему не хватает собственной гравитации, чтобы очистить окрестности вокруг себя. Поэтому его понизили до «карликовой планеты» или планетезималя.

Облака пыли и газа окружают зарождающиеся звезды в туманности Ориона. Источник: НАСА / ЕКА и Л. Риччи (ESO).

Астрономы уверены, что наша Солнечная система образовалась в результате аккреции, потому что теперь они могут увидеть аналогичный процесс, происходящий в туманности Ориона. Формирующая планету область находится на ближней стороне гигантского облака, охватывающего большую часть созвездия Ориона, в 1500 световых годах от Земли. С 1993 года астрономы обнаружили там несколько сотен звезд в процессе формирования, большинство из которых окружены кольцами пыли в аккреционных дисках, точно таких же, как и то, которое породило солнечную систему. Облака пыли и газа вокруг новых звезд в туманности Ориона могут развиться в планетные системы, подобные нашей.

В 1995 году астрономы в Швейцарии впервые обнаружили планету за пределами нашей Солнечной системы, вращающуюся вокруг обычной звезды. Такая планета называется внесолнечной планетой или экзопланетой. Большинство из них — гиганты, более близкие по размеру к Юпитеру, поскольку более крупные планеты оказалось легче обнаружить за сотни световых лет от нас. Большинство из них обнаруживаются не прямыми наблюдениями, а косвенно путем измерения влияния их гравитации на родительскую звезду или наблюдения за тем, как тускнеет свет родительской звезды по мере того, как планета проходит перед ней.

Таким образом, планеты — это тела, вращающиеся вокруг звезды. Планеты формируются из частиц в диске газа и пыли, сталкиваясь и слипаясь, вращаясь вокруг звезды. Ближайшие к звезде планеты имеют тенденцию быть более скалистыми, потому что звездный ветер уносит их газы и потому, что они состоят из более тяжелых материалов, притягиваемых гравитацией звезды. В Солнечной системе, Земля — ​​одна из четырех каменистых планет, но уникальная, с твердыми и расплавленными слоями.

logo