kse_lecture_4_2011_zao

Жизнь и Земля с точки зрения естествознания

Формирование Солнечной системы

Как показывают наблюдения, межзвездное пространство не является совершенно пустым. Оно заполнено разреженной материей - ионизованным и нейтральным газом (в основном водородом),

мелкими частицами (пылью) и различными видами излучений. Эту материю называют межзвездной средой (МЗС). Плотность

вещества МЗС чрезвычайно низка и обычно составляет всего несколько атомов на куб. см. и даже меньше. В наиболее плотных образованиях МЗС - облаках концентрация газа может достигать нескольких сот атомов на куб. см. При этом их размеры огромны — от нескольких световых лет до сотен. Так же велики и массы отдельных облаков МЗС — они в десятки и сотни раз больше массы Солнца.

Именно в плотных облаках МЗС и образуются звезды. Облака МЗС изза протекающих в них сложных тепловых процессов неустойчивы. Сначала в облаке под действием этих процессов должны образоваться достаточно массивные уплотнения газа. Когда силы тяготения в таких уплотнениях достигают критического значения, уплотнения

начинают сжиматься, и облако разбивается на отдельные фрагменты.

Пока фрагмент прозрачен для инфракрасного излучения, температура его внутренних слоев не повышается, сжатие идет ускоренно. Образуется протозвездное облако. Со временем оно становится достаточно плотным, чтобы задерживать излучение. В центре такого непрозрачного облака давление и температура начинают расти, сдерживая дальнейшее сжатие.

Так возникает протозвезда.

Внутренние слои протозвезды продолжают разогреваться за счет энергии гравитации падающего к центру вещества. Когда в ядре протозвезды температура превысит миллион градусов, в нем начнутся термоядерные реакции. Протозвезда загорается, превращаясь в звезду. Солнце проделало такой путь за 1-2 млн. лет.

Внешняя, более рыхлая часть облака также эволюционирует. Из-за присущего ему вращения оно постепенно сплющивается к экваториальной области под действием центробежных сил. Со временем оно превращается в относительно тонкий газопылевой диск (протопланетный диск), в котором могут родиться планеты.

Формирование звезд с протопланетными дисками

В настоящее время наиболее правдоподобна (и подтверждена прямыми наблюдениями) модель образования планетных систем, предложенная К. фон Вайцзекером.

Изначально в неоднородной вращающейся газопылевой туманности образуется система разноскоростных вихрей. Пыль собирается в плоский приэкваториальный диск, а газ образует почти шарообразное облако, густеющее по направлению к центру туманности.

Впоследствии сталкивающиеся пылинки экваториальной части диска слипаются в комки, захватывают газ и превращаются в планетезимали — тела, по химическому составу и структуре похожие на современные кометы. Газ же в центральной части, сжимаемый собственным тяготением, разогревается так, что в ядре облака начинаются термоядерные реакции — так вспыхивает звезда.

Условия формирования планет в могут быть различными в разных областях диска. Звезда нагревает внутреннюю его часть, выгоняя давлением излучения и потоками частиц более легкие вещества (прежде всего, газы) в периферийные области диска. Поэтому близкие к звезде области диска содержат в основном тяжелые элементы в виде железо-силикатных пылинок. Эта разница в составе областей диска и объясняет возможность появления двух типов планет - газовых гигантов и подобных Земле.

Протозвезда с газопылевым диском в созвездии Змееносца

Cистема AB Aur в ближней инфракрасной области (1,6 мкм)

Образование планет связано со слипанием планетезималей при столкновениях, что приводит к их дальнейшему укрупнению. Со временем образуются всё более крупные конгломераты - протопланеты. Когда тяготение самых крупных протопланет становится достаточно большим, они начинают притягивать к себе близлежащие небесные тела и газ, постепенно очищая свою орбиту и окружающее пространство от «мусора».

У Солнца на финальном этапе формирования планетной системы, вероятно, осталось 8-12 крупных протопланет. Современные кометы и астероиды представляют собой, вероятно, оставшиеся вне зон влияния тяготения планет остатки протопланетных тел.

Столкновение планетезималей или протопланет - одна из теорий образования системы Земля-Луны