Пояс астероидов: остатки космической материи в Солнечной системе
Для ученых остается загадкой причины появления этих астероидов. Некоторые эксперты считают, что в прошлом между Юпитером и Марсом существовала небольшая каменистая планета, которая была разрушена на мелкие осколки разрушительным столкновением с другим космическим телом.
Другие ученые полагают, что астероиды являются остатками космической материи в Солнечной системе, из которой была изначально сформирована наша Солнечная система. Самым большим из данной группы является астероид по имени Церера (в честь древнеримской богини плодородия), обнаруженный астрономом Джузеппе Пиази в 1801 году. Его диаметр составляет 1013 километров.
За пределами астероидного пояса, нам откроется мир газовых гигантов. Пятая планета Солнечной системы. Самое большое тело, вращающееся вокруг Солнца, в тысячу раз превосходит по размеру Землю - Эта система Юпитер.
Другие луны системы Юпитера значительно меньше и более похожи на астероиды, которые были захвачены сильнейшим гравитационным полем планеты. Наличие такого огромного числа спутником делает систему Юпитера похожей на Солнечную систему в миниатюре. Вообще, астрономы вычислили, что если бы Юпитер был в 80 раз более массивным, он бы превратился во вторую звезду нашей системы. И в таком случае спутники Галилея классифицировались бы как планеты.
Шестая планета от Солнца, огромный и яркий газовый гигант, который окружают тысячи сверкающих колец. Интересно, что, чем ближе к планете – тем больше можно разглядеть. То, что изначально могло показаться двумя большими кольцами – на самом деле состоит из тысяч маленьких и в совокупности является системой Сатурн. Вокруг всей этой красоты есть система из 62 лун, от карликовых спутников до гигантов. Семь из них достаточно велики, чтобы вызвать интерес для нашего исследования. Всё это планета Сатурн с его загадочной системой колец и спутников.
Количество спутников в системе Сатурна сравнимо с Юпитером. На сегодняшний день обнаружено 62 луны, которые вращаются по своей орбите. Семь из них довольно большие. Самый большой спутник Титан превосходит по размерам даже Меркурий. Остальные намного меньше, и считается, что это – астероиды, которые были притянуты магнитным полем Сатурна.
Из всех спутников Сатурна 24 классифицируются как постоянные. То есть они все время вращаются по неизменной орбите в том же направлении, что и планета. Принято считать, что они появились примерно в то же время, когда планета зарождалась из пыли и газа и представляла собой туманность. Остальные 38 спутников нерегулярные. Они находятся намного дальше от планеты и их орбиты представляют собой вытянутый эллипс. Многие нерегулярные спутники движутся по орбите, обратной вращению Сатурна. Астрономы считают, что большинство этих спутников – это кометы и астероиды, которые захватила сила притяжения планеты.
Орбита некоторых малых лун Сатурна проходит или внутри колец, или очень близко к ним. Их гравитация выстраивает кольца в ровные линии, они же – причина промежутков между кольцами. Именно эти спутники называют Спутниками Пастухами, из-за эффекта собирать вместе кольца.
Продолжая наше путешествие по Солнечной системе, мы сталкиваемся с седьмой планетой от Солнца и ее спутниками, называемыми вместе системой Уран. Это красивый и практически безликий великан с сине-зеленой поверхностью. Толстый наружный слой синего газа не дает никакого намека на то, что может находиться под ним. Эта планета немного меньше своего ближайшего соседа – Сатурна, и окружена тонкими, небольшими и практически невидимыми кольцами. При ближайшем рассмотрении можно увидеть, что этот мир по непонятным причинам отклонен от своей оси. На его орбите расположено 27 спутников разных размеров и форм. Пять из них являются довольно большими для детального изучения. Название этого синего гиганта – Уран, и сейчас мы поближе с ним познакомимся.
Планета Уран имеет очень тонкую систему колец. Это вторая по счету планета в Солнечной системе, где были обнаружены кольца. Первые из них было открыто в 1977 году астрономами Джеймсом Элиотом, Эдвардом Данхэмом и Дугласом Минком в астрономической обсерватории имени Койпера. На самом деле открытие было сделано случайно. Два астронома планировали провести изучение затемнения Ураном звезды. Но по мере продвижения планеты ученные обнаружили, что звезды исчезали из поля зрения 5 раз, прежде чем были закрыты самой планетой. Таким образом, они предположили, что Уран обладает системой из пяти околопланетных колец. Открытие было подтверждено в 1986 году аппаратом Вояджер, который открыл еще два новых кольца. Благодаря исследованиям, проведенным при помощи космического телескопа Хаббл, общее число известных колец Урана на сегодняшний день составляет 13.
Как только мы оставляем позади красочную сине-зеленую атмосферу Урана, мы сразу сталкиваемся еще с одним гигантским синим миром практически такого же размера. Однако эта планета немного отличается во внешности – ее характеризуют тонкие белые облака и темно-синие пятна в атмосфере. Одно из них, как гигантский глаз до недавнего времени маячило среди синевы, напоминая Большое красное пятно на Юпитере. 13 спутников и несколько крошечных колец окружают эту планету. Один из этих спутников достаточно велик и носит имя Тритон. Как Вы уже, наверное, догадались, речь идет о планете Нептун и системе его лун.
Обнаруженный 23 сентября 1846 года[1], Нептун стал первой планетой, открытой благодаря математическим расчётам, а не путём регулярных наблюдений. Обнаружение непредвиденных изменений в орбите Урана породило гипотезу о неизвестной планете, гравитационным возмущающим влиянием которой они и обусловлены. Нептун был найден в пределах предсказанного положения. Вскоре был открыт и его спутник Тритон, однако остальные 13 спутников, известные ныне, были неизвестны до XX века. Нептун был посещён лишь одним космическим аппаратом, «Вояджером-2», который пролетел вблизи от планеты 25 августа1989 года.
Нептун по составу близок к Урану, и обе планеты отличаются по составу от более крупных планет-гигантов — Юпитера и Сатурна. Иногда Уран и Нептун помещают в отдельную категорию «ледяных гигантов»[11]. Атмосфера Нептуна, подобно атмосфере Юпитера и Сатурна, состоит в основном из водорода и гелия[12], наряду со следами углеводородов и, возможно, азота, однако содержит более высокую долю льдов: водного, аммиачного, метанового. Ядро Нептуна, как и Урана, состоит главным образом из льдов и горных пород[13]. Следы метана во внешних слоях атмосферы, в частности, являются причиной синего цвета планеты[14].
За Нептуном расположены два региона — пояс Койпера и облако Оорта. Пояс Койпера состоит из карликовых планет и множества мелких небесных тел. На значительном отдалении от пояса Койпера расположено облако Оорта — обитель ледяных комет. Ученые располагают незначительной информацией о данных регионах, однако, они надеются, что в 2015 году, когда спутник NASA достигнет Плутона, наука обильно пополнится новой информацией.
Еще 5 планет из за малой массы выделены в особую группу которая получила название планеты карлики: Плутон, Церера, хаумеа, Макемаке и Эрида. Практически все планеты располагаются за нептуном только Церера расположена между орбитами Марса и Юпитера.
В Солнечной системе можно встретить также малые тела к ним относятся астероиды кометы и метеорные тела
Формирование планет, издавна считавшееся спокойным и стационарным процессом, в действительности оказалось весьма хаотическим.
Поразительное разнообразие масс, размеров, состава и орбит заставило многих задуматься об их происхождении. В 1970-е гг. формирование планет считалось упорядоченным, детерминированным процессом — конвейером, на котором аморфные газово-пылевые диски превращаются в копии Солнечной системы. Но теперь нам известно, что это хаотичный процесс, предполагающий различный результат для каждой системы. Родившиеся планеты выжили в хаосе конкурирующих механизмов формирования и разрушения. Многие объекты погибли, сгорев в огне своей звезды, или были выброшены в межзвездное пространство. У нашей Земли могли быть давно потерянные близнецы, странствующие ныне в темном и холодном космосе.
Наука о формировании планет лежит на стыке астрофизики, планетологии, статистической механики и нелинейной динамики. В целом планетологи развивают два основных направления. Согласно теории последовательной аккреции, крошечные частицы пыли слипаются, образуя крупные глыбы. Если такая глыба притянет к себе много газа, она превращается в газовый гигант, как Юпитер, а если нет — в каменистую планету типа Земли. Основные недостатки данной теории — медлительность процесса и возможность рассеяния газа до формирования планеты.
В другом сценарии (теория гравитационной неустойчивости) утверждается, что газовые гиганты формируются путем внезапного коллапса, приводящего к разрушению первичного газово-пылевого облака. Данный процесс в миниатюре копирует формирование звезд. Но гипотеза эта весьма спорная, т. к. предполагает наличие сильной неустойчивости, которая может и не наступить. К тому же астрономы обнаружили, что наиболее массивные планеты и наименее массивные звезды разделены «пустотой» (тел промежуточной массы просто не существует). Такой «провал» свидетельствует о том, что планеты — это не просто маломассивные звезды, но объекты совершенно иного происхождения.
| Основные положения · Еще лет десять назад ученые, изучающие формирование планет, основывали свои теории на единственном примере — нашей Солнечной системе. Но теперь обнаружены десятки рождающихся и десятки уже сформировавшихся планетных систем, причем среди них нет двух одинаковых. · Основная идея ведущих теорий формирования планет такова: мелкие пылинки слипаются и захватывают газ. Но эти процессы сложны и запутанны. Борьба конкурирующих механизмов может привести к совершенно различным результатам. |
Несмотря на то что ученые продолжают спорить, большинство считает более вероятным сценарий последовательной аккреции.
История Земли
Основная статья: История Земли
Современной научной гипотезой формирования Земли и других планет Солнечной системы является гипотеза солнечной туманности, по которой Солнечная система образовалась из большого облака межзвёздной пыли и газа[35]. Облако состояло главным образом из водорода и гелия, которые образовались после Большого взрыва, и более тяжёлых элементов, оставленных взрывами сверхновых. Примерно 4,5 млрд лет назад облако стало сжиматься, что, вероятно, произошло из-за воздействия ударной волны от вспыхнувшей на расстоянии нескольких световых лет сверхновой[36]. Когда облако начало сокращаться, его угловой момент, гравитация и инерция сплюснули его в протопланетный диск перпендикулярно к его оси вращения. После этого обломки в протопланетном диске под действием силы притяжения стали сталкиваться, и, сливаясь, образовывали первые планетоиды[37].
Протоземля увеличилась за счёт аккреции, и была достаточно раскалена, чтобы расплавлять металлы и минералы. Железо, а также геохимически сродственные ему сидерофильные элементы, обладая более высокой плотностью, чем силикаты и алюмосиликаты, опускались к центру Земли[50]. Это привело к разделению внутренних слоёв Земли на мантию и металлическое ядро спустя всего 10 миллионов лет после того, как Земля начала формироваться, произведя слоистую структуру Земли и сформировав магнитное поле Земли.[51] Выделение газов из коры и вулканическаяактивность привели к образованию первичной атмосферы. Конденсация водяного пара, усиленная льдом, занесённым кометами и астероидами, привела к образованию океанов[52]. Земная атмосфера тогда состояла из лёгких атмофильных элементов: водорода и гелия[53], но содержала значительно больше углекислого газа, чем сейчас, а это уберегло океаны от замерзания, поскольку светимость Солнца тогда не превышала 70 % от нынешнего уровня[54]. Примерно 3,5 миллиарда лет назад образовалось магнитное поле Земли, которое предотвратило опустошение атмосферы солнечным ветром[55].
Поверхность планеты постоянно изменялась в течение сотен миллионов лет: континенты появлялись и разрушались. Они перемещались по поверхности, порой собираясь в суперконтинент. Приблизительно 750 млн лет назад самый ранний из известных суперконтинентов — Родиния — стал раскалываться на части. Позже эти части объединились в Паннотию (600—540 млн лет назад), затем в последний из суперконтинентов — Пангею, который распался 180 миллионов лет назад[56].
Происхождение Земли (От Большого Взрыва до возникновения Земли).
В одной галактике насчитывается около 100 млрд звезд, а всего в нашей Вселенной существует 100 млрд галактик. Если бы вам вздумалось отправиться в путешествие с Земли к самому краю Вселенной, то это заняло бы у вас больше 15 млрд лет при условии, что вы будете передвигаться со скоростью света - 300 000 км в секунду. Но откуда же появилась космическая материя? Как возникла Вселенная? История Земли насчитывает около 4,6 млрд лет. За это время на ней возникали и вымирали многие миллионы видов растений и животных; вырастали и обращались в прах высочайшие горные хребты; громадные материки то раскалывались на части и разбегались в разные стороны, то сталкивались друг с другом, образуя новые гигантские массивы суши. Откуда же мы все это знаем? Дело в том, что, несмотря на все катастрофы и катаклизмы, которыми столь богата история нашей планеты, на удивление многое из ее бурного прошлого запечатлевается в горных породах, существующих и поныне, в окаменелостях, которые в них находят, а также в организмах живых существ, обитающих на Земле в наши дни. Разумеется, эта летопись неполная. Нам попадаются лишь ее фрагменты, между ними зияют пустоты, из повествования выпадают целые главы, крайне важные для понимания того, что происходило на самом деле. И все-таки даже в столь урезанном виде история нашей Земли не уступит в увлекательности любому детективному роману.
Астрономы полагают, что наш мир возник в результате Большого Взрыва. Взорвавшись, гигантский огненный шар разметал по пространству материю и энергию, которые впоследствии сгустились, образовав миллиарды звезд, а те, в свою очередь, объединились в многочисленные галактики.
Теория Большого Взрыва.
Теория, которой придерживается большинство современных ученых, утверждает, что Вселенная образовалась в результате так называемого Большого Взрыва. Невероятно горячий огненный шар, температура которого достигала миллиардов градусов, в какой-то момент взорвался и разбросал во всех направлениях потоки энергии и частиц материи, придав им колоссальное ускорение.
Любое вещество состоит из крохотных частиц - атомов. Атомы - это мельчайшие материальные частицы, способные принимать участие в химических реакциях. Однако они, в свою очередь, состоят из еще более мелких, элементарных, частиц. В мире существует множество разновидностей атомов, которые называются химическими элементами. Каждый химический элемент включает в себя атомы определенных размеров и веса и отличается от других химических элементов. Поэтому в ходе химических реакций каждый химический элемент ведет себя только ему одному присущим образом. Все сущее во Вселенной, от крупнейших галактик до мельчайших живых организмов, состоит из химических элементов.
После Большого Взрыва.
Поскольку огненный шар, разлетевшийся на части в результате Большого Взрыва, имел колоссальную температуру, крохотные частицы материи обладали поначалу слишком большой энергией и не могли соединиться друг с другом, чтобы образовать атомы. Однако спустя примерно миллион лет температура Вселенной понизилась до 4000"С, и из элементарных частиц стали формироваться различные атомы. Сначала возникли самые легкие химические элементы - гелий и водород. Постепенно Вселенная охлаждалась все сильнее и образовывались более тяжелые элементы. Процесс образования новых атомов и элементов продолжается и по сей день в недрах таких звезд, как, к примеру, наше Солнце. Их температура необычайно высока.
Вселенная остывала. Новообразованные атомы собирались в гигантские облака пыли и газа. Частицы пыли сталкивались друг с другом, сливались в единое целое. Гравитационные силы притягивали маленькие объекты к более крупным. В результате во Вселенной со временем сформировались галактики, звезды, планеты.