В.И. Трухин, К.В. Показеев, В.Е. Куницын - Общая и экологическая геофизика, страница 2

Экстраполяция во времени назад приводит к выводу, что расширение Вселенной началось свыше 10 млрд лет назад. Начало расширения трактуется как Большой взрыв, сразу после которого и появилось то микроволновое излучение, которое теперь называется реликтовым. В эпоху, когда возникло наблюдаемое сейчас реликтовое излучение, тогдашняя Вселенная была умеренно нагретой (4000 К) плазмой, заключенной в небольшой области, радиус которой составлял около 15 млн световых лет. Это в несколько раз меньше современного расстояния от Солнечной системы до центра скоплений галактик в созвездии Девы, к которому принадлежит и наша Галактика.

Современные расстояния до удаленнейших от нас галактик исчисляются многими ми,ллиардами световых лет. Концентрация частиц в вышеупомянутой «первобытной» плазме была умеренной --. около 3000 на 1 смз, и все пространство было заполнено равновесным излучением, соответствующим температуре 4000 К, химический состав плазмы очень простой: смесь водорода и гелия. Более тяжелых элементов в ней почти не содержалось. И вот из этой простейшей плазмы в процессе ее дальнейшей эволюции возникло все огромное многообразие наблюдаемой нами в настоящее время Вселенной.

По-видимому, очень сложным способом, непонятным до сих пор, образовались тяжелые элементы., появились частицы сверхвысоких энергий, космические лучи, галактики., очень разнообразные по своим характеристикам звезды, планеты и на пашей планете —.- все многообразие природы и живых существ. Ученые предполагают, что возможно существование живых организмов и на некоторых других планетах, обращающихся вокруг других звезд. О механизме грандиозного фантастического процесса эволюции Вселенной, приводящего к ее непрерывному усложнению, можно только строить те или иные предположения.

Однако можно с уверенностью указать на один принципиальный фактор, с необходимостью вызывающий эволюцию вещества во Вселенной, "- это так называемая «гравитационная неустойчивость», смысл которой был ясен еще Ньютону, а ее теория была создана в начале ХХ века известным английским астрономом Джинсом. Сущность неустойчивости состоит в том, что по причине всемирного тяготения материя не может быть распределена с постоянной плотностью в сколь угодно большом обьеме. С неизбежностью в силу взаимного притяжения она должна «разбиться» на отдельные конденсации, сгустки.

В первоначальной Вселенной почти однородная плазма должна была распасться сначала на огромные сгустки, из которых в дальнейшем образовались скопления галактик. Галактики по той же причине разбились на «протогалактики», из которых естественным образом возникли «протозвезды». Образование звезд из «диффузной» межзвездной среды, как установлено, продолжается и в настоящее время. Возможно, что кроме гравитационной неустойчивости существуют и другие фундаментальные причины, приводящие к эволюции материи во Вселенной. Эта глубокая проблема требует дальнейшего всестороннего исследования.

Наша Галактика, в которой находится наша крошечная планета Земля, образует только малую часть Вселенной. Солнце и его планетная система расположены во внешней части Галактики, представляющей собой дискообразное скопленио звезд и межзвездных пыли и газа, видимых нами как Млечный Путь. Среднее расстояние Земли от Солнца 149,.6. 10в км, а средняя Введение скорость ое движения по орбите 29,8 км/с. В табл. 1 приведены данные о Солнце и планетах Солнечной системы. Возраст Галактики, определенный на основе подсчета содержащихся в метеоритах радиоактивных протонов урана и тория и продуктов их распада, оценивается в 1О млрд лет. Солнечная система сформировалась приблизительно на 5 млрд лет позже образования Галактики.

Существует два основных класса звезд: звезды главной последовательности и гиганты (определяются по диаграмме ГерцшпрунганРассела). Солнце является довольно типичной звездой главной последовательности, оно прошло стадию сжатия из межзвездного вещества свыше 4,5 млрд лет назад. По современным представлениям планеты и их спутники образовались одновременно с Солнцем при конденсации газо- пылевого Солнечного облака. Это так называемая небулярная гипотеза, высказанная еще Декартом и Кантом и вновь привлекшая внимание ученых во второй половине ХХ столетия.

Соперничающая с ней группа гипотез связывает образование планет с катастрофическим явлением, например с приближением к Солнцу другой звезды, «вытянувшей» из Солнца газовую струю, впоследствии сконденсировавшуюся в планеты, со взрывом сверхновой и т.п. Катастрофические гипотезы встречают намного больше трудностей, чем небулярная гипотеза, при обьяснении последовательности процессов формирования планет, поэтому общепринятой в настоящее время является небулярная. Она хорошо согласуется с современными взглядами на образование звезд и объясняет многие закономерности строения Солнечной системы. Наиболее труднообьяснимыми остаются такие факторы, как, во-первых, несоответствие между распределением массы вещества в Солнечной системе (более 99% принадлежит Солнцу) и момента количества движения (98% принадлежит планетам), во-вторых, химическое несоответствие между планетами- гигантами и планетами земной группы и, в-третьих, неполная ясность механизма конденсации.

В настоящее время в рамках небулярной гипотезы первое несоответствие обьясняется взаимодействием между магнитным полем Солнца и иопизированным газопылевым облаком, которое может привести к передаче момента во внепшие части сжимающегося облака. К такому же результату могут привести и эффекты турбулентности в облаке. Введение Ю с» Ь с'4 о ве СЛ 00 а в со ес а со со со сч Ю е» сс ос сх со о х х й3' 00 с' о со ос с' м ж се со" со со Р с со со ео Св Э о й о о Ф Е' х О х о.н й „=о й н со й ййо хйй хо н соой й й й о х И о йй ай й й о й "о а с. й ха о" й о Ф е й Ф й й й йо х ай~7 О й н ~х ао со 00 й с -' х й й о н й х о со й о г » о н х о й со аО н о йй хйй йно х й сО со „Я й а ~ой о о Ф' х о со й й й е' со Ю й х а СЧ "в о х о "й со о й о х 2 Ф со Введение На важность химических данных в теории происхождения Солнечной системы впервые указал Юри.

Различив>е тела Солнечной системы образованы в основном тремя группами химических элементов. Около 90>У«массы Солнца составляют водород и гелий (1 группа), около 1,5% углерод, азот и кислород (Н группа) и около 0,25",то магний, железо и кремний (Н1 группа). Планеты земной группы (Меркурий, Венера, Земля, Марс) и астероиды обладают значительной плотностью и состоят преимущественно из Мй, Ре и %. Юпитер и Сатурн крупнее земных планет, их состав (в основном Н и Не), возможно, мало отличается от состава Солнца или первичной околосолнечной туманности. Состав Урана и Нептуна определяется твердыми соединениями элементов Н группы: метаном, аммиаком и льдом.

Таким образом, во время формирования планет должна была происходить сильная химическая дифференциация. Менее летучие элементы Н1 группы должны были выделиться из облака в окрестностях планет земной группы, когда облако вытягивалось под действием магнитных или иных сил. Тогда же водород и гелий, составлявшие свыше 90% всей первоначальной массы облака, интенсивно улетучивались в окружак>щее пространство в окрестностях Юпитера и Сатурна. Однако механизм этого «выдувания» неясен. Можно нижеследующим образом подытожить возможные стадии формирования Солнечной системы.

За счет сил гравитации Солнце сжималось, и поэтому его угловая скорость постепенно увеличивалась. При этом вращающийся газопылевой диск вытягивался в экваториальной плоскости. Как впервые предположил Лаплас, околосолнечное облако образовалось после того, как вещество было выброшено с солнечного экватора, когда центробежная сила превысила силы тяготения. В результате передачи момента количества движения от Солнца к облаку (возможно, за счет взаимодействия магнитного поля Солнца (1 Гс) с иопизированпой частью облака) вращение Солнца замедлялось, облако расширилось до размеров всей Солнечной системы.

С перераспределением от Солнца к облаку момента количества движения связана общая потеря энергии вращения, что могло произойти вследствие излучения облаком частиц высокой энергии при внезапных возмущениях магнитного поля. При этом могли образоваться легкие элементы, например литий, и некоторые короткоживущие радиоактивные изотопы, например А!зв. При интенсивном истечении первичных Н и Не в окружающее пространство началась химическая дифференциация: ва месте Введение будущих внешних планет концентрировались Н и Не, на месте планет земной группы . кремний, железо, магний. По мере охлаждения околосолнечное облако конденсировалось в пылинки и более крупные частицы, двигавшиеся по эллиптическим орбитам вокруг Солнца в поле его тяготения.

Частицы с близкими орбитами сталкивались и слипались, вырастая до размеров крупных тел. Когда тела достигли размеров 1 км и более, процесс столкновения и слипания усилился за счет тяготения. В конечном итоге образовались планеты, их спутники и астероиды. Болыпая часть газа и пыли, составлявших первичное облако, заключена в этих телах или же рассеялась в пространстве. В процессе аккреции момент количества движения продолжал передаваться пока неизвестным способом от облака к ново- образованным планетам и спутникам. На начальных стадиях аккреции малые тела, возможно, сильно разогревались из-за распада радиоактивных изотопов, в частности Ага. Эти изотопы могли появиться в результате облучения облака частицами высокой энергии.

Разогрев мог вызвать разделение железоникелевой и силикатной фаз и другие тепловые процессы в образовавшихся телах. Метеориты возникли в результате разрушения некоторых тел. Процесс образования Солнечной системы в основном закончился около 4,5 млрд лет назад, и с тех пор общая структура системы не претерпела существенных изменений.

За это время могли произойти захваты планетами спутников, а скорость вращения планет, особенно Меркурия, Венеры и Земли, могла замедлиться под воздействием приливного трения. К настоящему времени в Солнечной системе обнаружено 9 планет, 32 спутника, более 150 тыс. астероидов, около 100 комет. Все планеты движутся вокруг Солнца в направлении вращения Солнца, их слабоэллиптические орбиты находятся почти в одной плоскости . плоскости эклиптики. Большинство спутников планет также обращается в плоскости эклиптики. В том же направлении происходит вращение планет, кроме Венеры и Урана. Планеты делятся на две группы: внутренние (Меркурий, Венера, Земля, Марс) и внешние (Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон). Для внутренних планет характерны повышенная концентрация углерода, азота и кислорода и недостаток водорода и гелия.