Күн жүйесі және жер біздің үйіміз

Міне, екі ғасыр бойы Күн жүйесінің шығу проблемасы біздің ғаламшарымыздың көрнекті ойшылдарын толғандырады. Бұл мәселе философы Кант пен Математика Лаплас, астрономдар мен физиктер тайпасынан бастап XIX және XX ғасырдың. Оған біздің тамаша отандасымыз, жан-жақты талантты, Отто Юльевич Шмидт құрмет көрсетті. Және де біз оның шешімінен әлі де алыс. Осы екі жүзжылдықта табиғатта қандай құпиялар жойылмады! Соңғы үш онжылдықта жұлдыздардың эволюциясының жолдары туралы мәселе айтарлықтай талқыланды. Дегенмен бөлшектер ғажайып процесін туған жұлдыздың бірі-газ-тозаңды аймағында да болатыны анықталды әлі айқын, біз енді нақты назарларыңызға ұсынамыз, деп оған жүреді бойы миллиард одан әрі эволюция. Өкінішке орай, ғаламшар жүйесінің шығу тегі мен эволюциясы, біздің күнімізді қоршаған мәселе анық емес.

Бір қарағанда, астрономдар алыс және үлкен қиындықтармен байқалатын ғарыш объектілері туралы біле алды, ғаламшарлар мен Күн туралы қарағанда әлдеқайда көп (астрономиялық масштабтар бойынша, әрине) бізде «бүйір астында». Алайда бұл таңқаларлық ештеңе жоқ. Себебі, астрономдар эволюцияның әртүрлі сатыларында тұрған көптеген жұлдыздарды байқайды. Жұлдыздарды жинақтауда зерттей отырып, олар жұлдыздардың эволюциясының қарқыны бастапқы жағдайларға, мысалы, массаға байланысты таза эмпирикалық орната алады. Егер бұл ауқымды эмпирикалық материал болмаса (ең алдымен біз көп жиналу үшін «түс — жарықтық» диаграммасынан жоғары қараған), жұлдыздардың эволюциясы туралы мәселе 1950 жылға дейін болған сияқты бедеулік алыпсатарлықтың мәні болар еді.

1. Күн жүйесінің шығу тегі

1.1 Кант-Лаплас Гипотезасы
Соңғы екі жүз жылдықта бір екіншісін ауыстырған әртүрлі космогониялық гипотезаларды баяндауға көшкенде, біз ұлы неміс философы Кант алғаш рет айтқан гипотезадан бастаймыз және бірнеше онжылдардан кейін тамаша француз математигі Лаплас ұсынған тәуелсіз. Бұдан әрі осы классикалық гипотезаның маңызды алғышарттары уақыт сынағынан өтті, қазір ең «модернистік» космогониялық гипотезада біз Кант — Лаплас гипотезасының негізгі идеяларын оңай таба аламыз.

Кант пен Лаплас көзқарасы бірқатар маңызды сұрақтарда күрт ерекшеленді. Кант, мысалы, суық шаң тұмандығының эволюциялық дамуынан пайда болды, оның барысында алдымен орталық массивті дене — Болашақ күн пайда болды, содан кейін планетаның, ал Лаплас тез айналу жағдайында газды және өте ыстық алғашқы тұмандықты есептеді. Дүниежүзілік тартылыс күшінің әсерінен қысылып, тұман, қозғалыс санын сақтау Заңының салдарынан жылдам және жылдам айнала бастады. Экваторлық белдікте жылдам айналу кезінде пайда болатын үлкен ортадан тепкіш күштердің салдарынан одан сақиналар біртіндеп бөлініп шықты. Одан әрі бұл сақиналар планета құру арқылы конденсацияланды.

Осылайша, Лаплас гипотезасына сәйкес, планеталар күннен бұрын пайда болды. Алайда, екі гипотезаның арасындағы осындай күрт айырмашылыққа қарамастан, олардың жалпы маңызды ерекшелігі Күн жүйесі тұмандықтың заңды дамуы нәтижесінде пайда болды деген түсінік болып табылады. Сондықтан бұл тұжырымдаманы «Кант — Лаплас гипотезасы» деп атауға болады. XIX ғасырдың ортасында бұл гипотеза іргелі қиындықтарға тап екені анық болды. Өйткені, біздің ғаламшар жүйесі, тоғыз планетадан тұратын өте әртүрлі өлшем мен массадан тұрады, бір тамаша ерекшелігі бар. Бұл күн жүйесі қозғалысының санын Орталық Күн мен планеталар арасында ерекше бөлу туралы сөз болып отыр.

Қозғалыс санының сәті кез келген сыртқы әлемнен оқшауланған механикалық жүйенің маңызды сипаттамаларының бірі болып табылады. Дәл осындай жүйе ретінде біз күн мен оның отбасы планетасын қарастыра аламыз. Қозғалыс санының сәті жүйенің «айналу қоры» ретінде анықталуы мүмкін. Бұл айналу ғаламшардың орбиталық қозғалысынан және күн мен Ғаламшардың осьтерінің айналасынан қалыптасады.

Жүйенің массалық орталығына (күннің ортасына өте жақын) қатысты планетаның қозғалыс санының математикалық «орбиталық» сәті планета массасының оның жылдамдығы мен айналу ортасына дейінгі қашықтыққа көбейтіндісі ретінде анықталады, яғни күн. Біз қатты деп санайтын айналмалы сфералық дене жағдайында оның ортасынан өтетін оське қатысты қозғалыс санының сәті 0,4 MvR тең, мұнда М — дене салмағы, v — оның экваторлық жылдамдығы, R — радиусы. Барлық ғаламшардың жиынтық салмағы тек 1/700 күн болса да, бір жағынан, күннен ғаламшарға дейінгі үлкен қашықтықты және екінші жағынан — күннің айналуының аз жылдамдығын ескере отырып, біз қарапайым есептеулер арқылы аламыз, бұл Күн жүйесінің барлық мезетінің 98% ғаламшардың орбиталық қозғалысымен және тек 2% — осьтің айналуымен байланысты. Өз осьтерінің айналасында планеталардың айналуымен байланысты қозғалыс санының сәті планеталардың салыстырмалы шағын массалары мен олардың радиустарының салдарынан аз болып табылады.

Юпитердің салмағы M=2х1030 г (яғни 10-3 күн массасы), Юпитерден күнге дейінгі қашықтық r = 7, 8х1013 см (немесе 5,2 астрономиялық бірлік), ал орбиталық жылдамдық v = 1, 3х106 см / с (шамамен 13км/с). Осыдан I=Mvr= 190х1048 .

Бұл бірліктерде айналмалы күн қозғалысының саны 6х1048 ғана тең . Жер тобының барлық планеталары — Меркурий, Венера, Жер және Марс-Юпитерге қарағанда 380 есе аз жиынтық сәт бар. Күн жүйесі қозғалысының саны сәтіндегі ең үлкен үлес Юпитер мен Сатурн ғаламшарының орбиталық қозғалысында шоғырланған.

Лаплас гипотезасы тұрғысынан, бұл мүлдем түсініксіз. Шын мәнінде, бастапқы, тез айналатын тұмандықтан сақина ажыраған дәуірде, кейіннен күн конденсацияланған тұмандық қабаттары (масса бірлігіне) бөлінген сақинаның зат сияқты сәтте болды. Соңғысының массасы тұманның негізгі бөлігінің («протосолнца») салмағынан едәуір аз болғандықтан, сақинадағы қозғалыс санының толық сәті «протосолнцқа»қарағанда көп аз болуы тиіс. Лаплас гипотезасында «протосолнцадан» сақинаға моменттің берілу механизмі жоқ. Сондықтан, «протосолнцтың», содан кейін күн қозғалысының саны сақиналарға және олардың пайда болған планеталарға қарағанда едәуір көп болуы тиіс. Бірақ бұл қорытынды күн мен планеталар арасындағы қозғалыс саны моментінің нақты бөлінуімен әр түрлі қарама-қайшылықта болады!

1.2 Джинс-Вулфсон Гипотезасы
Лаплас гипотезасы үшін бұл қиындық еңсерілмейтін болды. Оның орнына басқа гипотезалар шыға бастады. Біз оларды мұнда да санамайтын боламыз-қазір олар тек тарихи қызығушылық танытады. Тек қана Джинс гипотезасына тоқталайық, ол ағымдағы ғасырдың бірінші үштен бір бөлігінде кең таралған. Бұл гипотеза барлық қатынастарда Кант — Лаплас гипотезасының толық қарама-қарсы. Егер соңғысы планеталық жүйелердің (соның ішінде біздің күніміз де) түзілуін қарапайым эволюциядан күрделі эволюцияның біртұтас заңды процесі ретінде бейнелесе, онда Джинс гипотезасында мұндай жүйелердің құрылуы жағдай ісі болып табылады және өте сирек, ерекше құбылыс болып табылады.

Джинстың гипотезасына сәйкес, кейіннен планетаның пайда болған бастапқы материя, оның жанында кейбір жұлдыздың кездейсоқ өтуі кезінде Күннен (сол уақытқа дейін жеткілікті «ескі» және қазіргі уақытқа ұқсас болды) шығарылды. Бұл өту соншалықты жақын болды, бұл іс жүзінде оны қақтығыс ретінде қарастыруға болады. Осындай өте жақын өту кезінде Күннің үстіңгі қабаттарынан күнге ұшып бара жатқан жұлдыз жағынан әрекет еткен құйма күштің арқасында газ ағыны шығарылды. Бұл ағыс күннің тартылу саласында және Жұлдыз күннен кейін қалады. Әрі қарай ағыс зондацияланады және планеталарға бастау береді.

Үш онжылдықта астрономдардың ақыл-ойына ие болған бұл гипотеза туралы қазір не айтуға болады? Ең алдымен, ол біздің күнімізге ұқсас планеталық жүйелерді құру екіталай процесс бар деп болжайды. Шын мәнінде жұлдыздардың соқтығысуы, сондай-ақ біздің Галактикада олардың жақын өзара өтуі өте сирек болуы мүмкін. Бұл нақты есеппен түсіндіреміз.

Біздің күніміз жақын жұлдыздарға қатысты 20 км/с жылдамдықпен қозғалатыны белгілі. Бұл қашықтықты еңсеру үшін күн көрсетілген жылдамдықпен қозғала отырып, шамамен 100 мың жыл жұмсауы тиіс. Күн қозғалысы түзу сызықты деп есептейміз (бұл жағдайда дұрыс). Сонда жақын өту ықтималдығы (жұлдыздың үш радиусы қашықтықта) жерден 3 есе ұлғайтылған жұлдыз дискі, 4пи-ге көрінетін дене бұрышына тең болады. Бұл қарым-қатынас 10-15 шамасында екеніне көз жеткізуге болады . Бұл өз өмірінің 5 млрд.жыл ішінде күн ондаған миллиард соқтығысу немесе қандай да бір жұлдызмен өте жақындаудың бір мүмкіндігі болды дегенді білдіреді. Галактикада тек 150 млрд. жұлдыз бар болғандықтан, біздің Жұлдыз жүйесінде мұндай жақын оқиғалардың толық саны соңғы 5 млрд.жыл ішінде шамамен 10 болуы тиіс.

Осыдан, егер Джинс гипотезасы дұрыс болса, оның эволюциясының 10 млрд.жыл ішінде Галактикада пайда болған планеталық жүйелердің саны саусақпен санауға болады. Бұл, шамасы, шындыққа сәйкес келмейді және Галактикадағы планеталық жүйелердің саны өте үлкен, Джинс гипотезасы дәрменсіз.

Оның үстіне, соңғы жылдары болған жаңа негізде Джинс идеясының жандануы таңқаларлық көрінеді. Егер ғаламшардың Джинс гипотезасының бастапқы нұсқасында жұлдыздың жанынан жақын өтіп кеткен кезде күннен құйма күштермен шығарылған ГАЗ ұйытқысынан пайда болса, онда Вулфсонмен дамытатын жаңа нұсқа планетаның пайда болған газ ағысы күннен өткен ғарыштық объектіден тасталғанын болжайды. Соңғы ретінде жұлдыз емес, протозвезда — үлкен көлемдегі (қазіргі Жер орбитасының радиусынан 10 есе асатын) және салыстырмалы шағын массаның «рыхлый» объектісі қабылданады. — Сур. 1 дәл есептеулерге негізделген осындай «соқтығысудың» схемасы келтірілген. Күннің айналасында гиперболалық орбитадағы протозвездардың жағдайы секундта көрінетін уақыттың әр түрлі сәттері үшін келтірілген. Суреттегі схемалық түрде бейнеленген протоз жұлдыздың жақын өту құбылысы. 1, шамамен 30 жыл алады. Суретте протоз жұлдыздың беті құйма күштердің ықпалымен деформацияланғанын көруге болады. Бұл суретте сондай-ақ күн басып алынған жекелеген «кесектері» протозвездный ұйытқысының түрлі орбиталары келтірілген. Әрбір осындай орбитаға күн мен эксцентриситет дейінгі қысқа қашықтық көрсетілген. Тікелей көрініп тұрғандай, кейбір орбитаның сол алыста Күн, орбита Сайлауына және тіпті әрі қарай— есептеулер көрсетіп отырғандай, 30 астрономиялық бірлік. Осылайша, Джинс гипотезасының жаңа модификациясы оның бастапқы нұсқасы — ғаламшардың үлкен айналмалы сәтін түсіндіру болатын негізгі қиындықтарды жояды.

Сур. 1. Протосолнцтың протозвездпен соқтығысу моделі. Алынған ұйғырлардың орбиталары үлкен жартылай осьтің (10м см бірліктерде) және эксцентриситеттің (жақшада) мәндерімен сипатталады. T әрпімен секундта көрсетілген уақыт сәттері белгіленген.

Вулфсон схемасында бұл күнге «бетпе-бет келетін» объектінің үлкен көлемі және оның салыстырмалы аз массасы туралы болжаммен қол жеткізіледі. Бірі-күріш. 1 алғашқы ұйғырлардың орбиталары өте эксцентрично болды. Күн басып қалған газ планетада конденсацияланбағандықтан, қозғалатын ұйытқыштардың айналасында олардың қозғалысын тежейтін кейбір газ ортасы пайда болуы тиіс еді. Сонымен қатар, бастапқыда эксцентриялық орбиталар біртіндеп айналма болады. Бұл салыстырмалы аз уақыт қажет-бірнеше миллион жыл. Әрбір осындай дәм протопланетке өте тез дамиды. Протопланеттің айналуы күннен шыққан құйма күштердің әсерімен байланысты болуы мүмкін. Бұл модельде планетаның жерсеріктерінің пайда болуын түсінуге болады. Соңғылары протопланеттен қысу кезінде олардың симметриялық емес фигурасына байланысты бөлінеді. Бұл гипотеза үлкен планеталар мен олардың серіктерінің пайда болуын салыстырмалы түрде оңай түсіндіреді. Жер тобының планеталарын түсіндіру үшін жаңа көзқарастар тарту қажет.

Вулфсон модификациясындағы Джинс гипотезасы назар аударуға лайық. Ол шын мәнінде планетаның білімін жұлдыздардың пайда болуымен байланыстырады. Соңғылары жұлдызаралық газ-шаң ортасынан «жұлдызды қауымдастықтар»деп аталатын топтармен құралады. Бақылаулар сияқты топтарда алдымен салыстырмалы ауқымды жұлдыздар, содан кейін карликтерге эволюцияланатын кез келген «жұлдызды ұсақ-түйек» пайда болады. Бұл Джинс-Вулфсон гипотезасымен жақсы үйлеседі. Есептер, алайда, егер бұл механизм планеталық жүйелердің қалыптасуының жалғыз себебі болса, онда Галактикадағы олардың саны өте аз болар еді (шамамен 100 000 Жұлдызға арналған бір планеттік жүйе), бірақ Джинстің бастапқы гипотезасында сияқты апатты емес. Шын мәнінде, бұл Джинс гипотезасын қазіргі заманғы модификациялаудың жалғыз осал тармағы болып табылады. Егер бізге жақын кейбір жұлдыздардың планеталық жүйелері бар екені анық дәлелденсе, бұл гипотеза түпкілікті жерленген болады. Қазіргі уақытта мұндай дәлел бар сияқты.

1.3 Шмидт-Литтлтон Гипотезасы
Көрнекті кеңестік ғалым және қоғам қайраткері О. Ю. Шмидт 1944 жылы Күн жүйесінің пайда болу теориясын ұсынды. О. Ю. Шмидтке сәйкес біздің планеталық жүйе бір кездері күн өткен газ-шаң тұмандығынан басып алынған заттардан пайда болды, сол кезде «қазіргі заманғы» көрініске ие болды. Бұл ретте планетаның айналмалы сәтімен қиындықтар туындамайды, себебі бұлт затының бастапқы сәті тым үлкен болуы мүмкін. 1961 жылдан бастап бұл гипотезаны ағылшын космогонисі Литтлтон дамытты,ол оған елеулі жақсартулар енгізді. Шмидт-Литтлтонның «аккрециялық» гипотезасының блок — схемасы Джинс-Вулфсон «басып алу гипотезасы» блок-схемасымен сәйкес келетінін көру қиын емес. Екі жағдайда да» дерлік қазіргі заманғы «күн оның заттың бөлігін басып,» борпылдақ » ғарыш нысанымен көп немесе аз кездеседі. Дегенмен, күн өте көп заттарды алу үшін оның тұмандыққа қатысты жылдамдығы өте кішкентай, секундына жүз метр болуы керек. Егер бұлт элементтерінің ішкі қозғалысының жылдамдығы кем болмауы тиіс екенін ескерсек, онда мәні бойынша бұлтта «қатып қалған» күн туралы сөз болады,ол бұлтпен ортақ шығу тегі болуы тиіс. Сол арқылы планетаның құрылуы жұлдыз жасау процесімен байланысты. Келесі тарауда біз планеталар мен күн бірыңғай «күн» тұмандығынан пайда болған гипотезаларды қарастырамыз. Шын мәнінде, әңгіме Кант — Лаплас гипотезасының одан әрі дамуы туралы болады.

2. Жерді Дамыту
Күн жүйесінің ішкі тобының планеталары бір мезгілде бірыңғай протопланетті газ-тозаңды бұлттан пайда болды. Олар тығыз ауыр заттармен салынған және қатты беті бар. Бұл ерекшеліктер салыстырмалы планеталарды затты ұйымдастырудың бір деңгейіне жатқызуға мүмкіндік береді. Алайда, олардың пайда болуы мен бастапқы материал құрамының ұқсастығына қарамастан, қазіргі уақытта ғаламшар дамуының қол жеткізілген деңгейіндегі айырмашылық байқалады. Басқа планеталарда өмір белгілері ғана емес, сонымен қатар одан әрі эволюция барысында примитивті органикалық формалардың пайда болуына әкелуі мүмкін химиялық қосылыстар да жоқ. Жер бай, жоғары дәрежеде дамыған органикалық әлемге ие.