Происхождение Земли и других планет Солнечной системы

Происхождение Солнечной системы.

Согласносовременным космогоническим представлениям примерно 13,4 млрд. лет назад в результате «вспышки сверхновой» - взрыва крупной звезды (в несколько раз больше Солнца), прошедшей свой эволюционный путь, в нашей галактике образовалось протосолнечно-протопланетное облако межзвездного газа и скопления пыли (фото.1.1)

Фото.1.1. Остатки сверхновой, «вспыхнувшей» 11 тыс. лет назад в созвездии Парусов, были зафиксированные 13.06.1996 г. сотрудниками Королевской англо-австралийской обсерватории г. Эдинбурга [ astronet.ru].

До этого момента галактическое пространство было заполнено только излучением и стремительно расширяющимся веществом - протонами, электронами, ядрами гелия (25%) [1], а также нейтрино и другими элементарными частицами. Других - более тяжелых элементов, тогда просто не существовало.

Причина «вспышек сверхновых» состоит в том, что на конечном этапе эволюции в их недрах полностью исчерпывается запас легких элементов и формируется ядро, состоящее из железа и никеля, отличающихся наименьшей внутренней энергией ядерных связей протонов и нейтронов. В ядрах таких звезд прекращаются ядерные реакции, генерирующие тепловую энергию, которая препятствовала бы их сжатию. В результате, под влиянием не компенсируемых сил тяготения звезда начинает сжиматься (коллапсировать). В ее ядре электроны «вжимаются» в ядра железа, превращая их протоны в нейтроны, а само ядро звезды - в «сгусток» нейтронов. Их поток возбуждает в оболочке звезды лавинообразное ускорение ядерных реакций, так как в оболочке гравитационно коллапсирующей звезды остается еще много водорода, гелия и других легких элементов (С, O, Mg, Si и др.), способных участвовать в реакциях ядерного синтеза. Выделяющаяся при этом (практически мгновенно) гигантская энергия, приводит к ядерному взрыву звезды, сопровождающемуся синтезом стабильных и радиоактивных элементов со всей гаммой их изотопов (в том числи и более тяжелых, чем железо). Они то и оказались исходным материалом протосолнечного газопылевого облака. После достижения критической массы и под влиянием ударных волн, возникавших после взрыва «сверхновой» звезды, 4.7 млрд. лет назад, в процессе самогравитации оно уплотнилось, разогрелось и сконденсировалось сначала в гигантский газовый сгусток Протосолнце, а затем (спустя несколько десятков млн. лет) - в новую звезду Солнце с температурой 900-1000 °С.

Гипотеза образования Земли и других планет Солнечной системы, впервые предложенная в 1948 г. О.Ю.Шмидтом, к 1969 г. была подробно разработана советским геофизиком академиком В.С.Сафроновым.

Параллельно сосжатием и уплотнением периферийные участки протосолнечного газового облака под влиянием центробежных и гравитационных сил стягивались в виде плоского диска к его экваториальной зоне вращения (фото.1.2), формируя протопланетное облако. В течение первых десятков миллионов лет эволюции молодого Солнца по мере сжатия, разогрева, ускорения вращения вокруг него формировались мощные магнитные поля, а в недрах «зажигались» ядерные реакции, сопровождавшиеся интенсивным излучением - солнечным ветром (фото.1.3). Этот высокоэнергетический поток заряженных частиц выносил из околосолнечного пространства на периферию будущей Солнечной системы газовые и летучие компоненты исходного протопланетного облака (фото.1.4).

Фото.1.2. В процессе эволюции протосолнечное облако переходит в протопланетное, имеющее форму плоского диска [hubspace.ru]

Фото.1.3. Современное Солнце в ультрафиолетовом диапазоне световых волн с выбросами по периферии потоков жесткого излучения - «солнечного ветра» [zavasek.narod.ru].

В центральных его областях конденсировались тугоплавкие элементы и слабоионизирующие соединения (Fe, Ni, окислы Al₂O₃, CaO, MgO, Ti₂O₃, SiO₂, Cr₂O₃, FeO и др.), а легкоплавкие и легкоионизирующие элементы (Li, Na, K, Rb, Cs, In, Ba, элементы редкоземельной группы, Hg, Pb и др.) оказались здесь в пониженных

Фото.1.4. Скорость протонов, электронов, α- частиц в «солнечном ветре» может достигать 300-1200 км/с [newsuniverse.ru]

концентрациях. Газообразные же компоненты H₂, He и другие благородные газы, а также H₂O, CO, CO₂, CH₄, NH₃, H₂S, SO₂, SO₃, HCL, HF скапливались на периферии протопланетного облака[2].

По расчетам В.С.Сафронова этот процесс дифференциации вещества протопланетного облака под влиянием солнечного ветра, светового давления, тепловой и магнитной сепарации длился около 100 млн. лет. При этом происходило его уплотнение аккреция – слипание и рост частиц. Траектории движения таких «зародышей» (орбиты) будущих планет - планетезималий, по мере все более частых столкновений и, следовательно, торможения становились круговыми (по Кеплеру). При этом сами протопланеты, укрупняясь (до нескольких сотен километров) приобретали собственные гравитационные поля и начинали захватывать в них более мелкие сгустки первичного планетного вещества.В итоге в центральной части протопланетного диска сформировалась Земля и другие планеты ее группы с соответствующим однородным вдоль всего радиуса химическим составом, а на его периферии возникли планеты-гиганты с массивными и плотными газовыми оболочками (рис.1.1).

Рис.1.1. В течение 100 млн. лет из протопланетного облака сформировались планеты Солнечной системы [худ. Е.Плотников].

Вероятно, что по этой причине плотность планет Солнечной системы явно зависит от их расстояния до Солнца: Меркурий – 5.54 г/см³, Венера – 5.24; Земля вместе с Луной – 5.49; Марс – 3.94; Юпитер – 1.33; Сатурн – 0.67; Уран – 1.3; Нептун – 1.67 г/см³.