АСТРОНОМІЯ - ДИТЯЧА ЕНЦИКЛОПЕДІЯ - ФОЛІО 2005

III

СОНЯЧНА СИСТЕМА

До чого ж пустельна наша планета!

Можливо, насправді річки, тінисті рощі та ліси, людські поселення —

все це народжено лише збігом щасливих випадковостей.

Адже наша Земля — це насамперед скелі та піски!

А. де Сент-Екзюпері

Наша Сонячна система ховає в собі багато таємниць, запитань та цікавих фактів, що чекають на пояснення та дослідження. Так, досі не визначені чіткі межі Сонячної системи, дотепер учені сперечаються, що ж, врешті-решт, називати планетою? Багато таємниць криє в собі походження астероїдних поясів та поява нових комет із далеких районів Сонячної системи. Хто знає, може, саме вам судилося зробити свій внесок у пізнання нашого рідного дому — системи навколо зірки, ім’я якій — Сонце!

Формування Сонячної системи

Коли Галілей винайшов телескоп та побудував першу підзорну трубу, він фактично відкрив нову еру сприйняття людиною космічних об’єктів та явищ. Уперше земний спостерігач побачив диски та поверхні інших планет. Уперше Сонце, Місяць та планети стали сприйматися як окремі світи — не просто краплинки світла на зоряному небі.

Так, пізнати процес її народження буде значно легше, якщо ми подивимося на нашу Сонячну систему з точки зору тієї перспективи, яку ми побудували з вами на початку знайомства з астрономією. Добре придивившись, ми зрозуміємо, що Сонячна система практично... порожня! Хоча, звичайно, ми зустрінемося з віддаленими одна від одної планетами, а також багатьма їхніми супутниками, кільцевими системами, не обійдеться і без знайомства з астероїдами та кометами, що теж є повноправними членами сонячної родини.

Протягом останніх трьох століть декілька теорій створення Сонячної системи змагалися в тому, яка з них зможе дати найбільш повну та вичерпну відповідь на всі запитання щодо народження планет та інших об’єктів навколо Сонця. В останні десятиліття велика кількість спостережних даних надала можливість підтвердити та підтримати одну з таких теорій — так звану пилову теорію, яка стверджує: наша Сонячна система народилася з гігантської газопилової хмари, що оберталася навкруг Сонця. Виходячи з об’єктивних висновків, тепер ми майже напевне знаємо, що з таких газопилових хмар народжуються всі планетні системи навколо інших зірок.

Завдяки обертанню навколо протозірки з пилу утворюється протопланетний диск

Як і весь Всесвіт, наша Галактика складається майже повністю з Гідрогену та Гелію. Проте космічні катастрофи — вибухи Наднових зірок, — що відбувалися частіше за прадавніх часів, але трапляються і сьогодні, стали джерелом постачання більш важких елементів Періодичної системи. Таким чином, попередні покоління зірок містили меншу кількість важких елементів, ніж теперішні.

Коли близько 4,6 мільярдів років тому народжувалася Сонячна система, тільки близько 2% вихідного Гідрогену та Гелію було перетворено на важчі елементи. Проте навіть цих 2% вистачило, щоб утворилися скелясті планети, що належать до земної групи (Меркурій, Венера, Земля, Марс), та виникли ми з вами! Але водень та гелій залишаються найпоширенішими газами у Всесвіті і складають, наприклад, основу Сонця та планет, які ми називаємо газовими гігантами, — Юпітер, Сатурн, Уран та Нептун.

Кожна зірка, як ми дуже скоро дізнаємося, народжується з окремої газопилової кулі або хмари. Домовимося називати хмару, з якої утворилося наше Сонце, сонячною туманністю. Отже, під дією якогось процесу (наприклад, зіткнення з ударною хвилею від вибуху Наднової зірки) сонячна хмара почала обертатися навколо власної осі та стискатися під впливом власної гравітації. Од самого початку це була розріджена хмара пилу та газу, що простягалася на сотні астрономічних одиниць у діаметрі. Коли ж у процесі стискання сонячна хмара досягла розмірів близько 200 а. о. (майже вдвічі більше за теперішній діаметр орбіти Плутона), три важливих процеси своїм впливом розпочали надавати Сонячній системі її сучасного вигляду.

Перший: температура сонячної туманності ставала дедалі вищою в процесі стискання. У самому центрі формувалася зірка, а на периферії маленькі частинки сонячної хмари групувалися у більші за розмірами. Другий: збільшилася швидкість обертання сонячної хмари навколо власної осі. Пригадайте, що трапляється з фігуристом під час змагань з фігурного катання, коли він складає руки біля грудей? Вірно, спортсмен починає обертатися все швидше. Тож із зменшенням розміру сонячної хмари швидкість її обертання навколо власної осі теж збільшувалася. Нарешті, третім важливим чинником формування Сонячної системи стало те, що сонячна хмара прийняла форму диска. Цей процес є природним результатом зіткнення різноманітних частинок і пояснює, чому у Всесвіті дископодібна форма є такою розповсюдженою (йдеться про спіральні та еліптичні галактики, акреційні диски навколо нейтронних зірок та чорних дір тощо — з усіма цими об’єктами ми познайомимося пізніше).

Зі зменшенням радіуса тіла збільшується швидкість його обертання

Із законів фізики випливає, що хмара на самому початку може мати будь-який довільний вигляд. Проте в процесі її стискання під дією гравітації вона все одно прийме дископодібну форму.

Саме дископодібне утворення, що сформувалося навколо молодої зірки — Сонця, і стало протопланетним диском — матерією, з якої згодом народилися планети Сонячної системи, а також малі тіла, що теж є її невід’ємними частинками.

Як нам дізнатися, що запропонована теорія є саме тією, яка дасть необхідне (і вірне!) пояснення процесу народження планетної системи навколо Сонця? Для нас це дуже важливо, адже, по- перше, ми маємо знати витоки свого походження, а по-друге, такі знання можуть суттєво допомогти нам у пошуках позасонячних планетних систем. Тож будь-яка модель повинна не тільки описати наявні логічні припущення, але й дати наукове пояснення тих фактів і спостережень особливостей нашої планетної системи, що ними нині володіє сучасна наука. Планетологи виділили чотири таких основних факти.

По-перше, великі тіла Сонячної системи характеризуються упорядкованим рухом. Тобто Сонце і всі великі планети та більшість їхніх супутників обертаються навколо власної осі, мають майже кругові орбіти та рухаються ними в одному і тому ж напрямку. Винятком є Венера, що обертається навколо осі в протилежному напрямку. Усі орбіти у просторі лежать практично в одній площині.

По-друге, великі планети можна розділити на дві групи: менші за розмірами скелясті планети земної групи близько Сонця та більші, багаті на водень газові планети-гіганти, що розташувалися далі від центральної зірки. Газові гіганти мають багато супутників та кільцеві системи, утворені з каменю та льоду.

По-третє, Сонячна система населена цілими роями комет та астероїдів. Астероїди сконцентровані в головному поясі астероїдів та частково у поясі Койпера, а комети спостерігаються частково в тому ж поясі Койпера, а походять, за сучасними уявленнями, з віддаленої хмари Оорта.

Неоднорідності в протопланетному диску створюють умови для виникнення планет та малих тіл

Орбіти великих планет Сонячної системи у просторі

Нарешті, четвертою особливістю Сонячної системи є те, що для неї справедливі деякі винятки з загальноприйнятих правил та законів. Так, стабільно існують планети з незвичайними нахилами осі обертання, дуже великі супутники планет або супутники з незвичайними орбітами тощо.

Пилова теорія, з якою ми щойно познайомилися, пояснює левову частку таких несподіваних на перший погляд фактів. Проте ви не повинні гадати, що історія народження Сонячної системи вже є «розв’язаною задачею». Теорія завжди тісно пов’язана з тим, що ми спостерігаємо на практиці. Нині науковці займаються пошуками відповідей на конкретніші питання: чому саме там, саме таких розмірів та саме такого складу утворилися планети і т. ін.

Навіть маючи певність, що пилова теорія є правильною, ми не можемо не запитати: чи була наша сонячна туманність приречена сформувати Сонячну систему, яку ми спостерігаємо тепер? А що було б, якби деякі процеси пішли трохи не так, як це фактично сталося? Ми не знаємо напевне, чи призвело б це до радикальних змін у структурі Сонячної системи, а чи принесло б тільки такі зміни, як виникнення життя на Землі.





Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити