20.07.2018
В ходе возведения частного жилого здания и разработке интерьера, необходимо принимать во внимание все требования, которые...


20.07.2018
Биметаллическими радиаторами называют батареи, созданные из нескольких сплавов: стального и алюминиевого. Сталь применяют с целью...


19.07.2018
Гибка металла, в особенности, листового, считается технологичной процедурой, в ходе которой из прокатного листа можно получить ту...


18.07.2018
Металлические изделия самой разной функциональности для краткости называются метизы. Группа охватывает широчайший ассортимент,...


18.07.2018
Сегодня на рынке выбор покрытий для пола является попросту колоссальным, среди самых востребованных вариантов следует отметить...


17.07.2018
Инверсионная крыша является «кровлей наоборот». Если говорить простыми словами, то основным её отличием, сравнивая со стандартной...



Космогонические гипотезы

02.07.2018
Во второй половине XX в. с начала эры космических исследований межпланетными станциями кардинальным образом изменились наши представления о происхождении Солнечной системы, строении и составе ее планет. Прежде чем перейти к изложению современных взглядов на происхождение Солнечной системы, кратко остановимся на гипотезах, которые в свое время получили наиболее широкое признание.

Одной из первых гипотез, имевших большое научное значение, была гипотеза немецкого философа И. Канта, опубликованная в 1755 г. Он считал, что материя во Вселенной состоит из элементарных частиц, хаотически рассеянных в космическом пространстве. Под влиянием сил всемирного тяготения частицы начинают образовывать центры сгущения, одним из которых явилось Солнце. Одновременно материя приобрела вращательное движение и во вращающемся облаке, которое получило форму плоского диска, отдельные сгустки превратились в планеты.

Математическое обоснование и дальнейшая разработка гипотезы принадлежала французскому математику П.С. Лапласу, вследствие чего она стала именоваться гипотезой Канта—Лапласа. П.С. Лаплас считал, что Солнечная система образовалась из раскаленной газовой туманности, центральным сгустком вещества которой являлось Солнце. Туманность при вращении охлаждалась, уменьшалась в размерах с увеличением скорости движения. В этом процессе от нее отделялись кольца, в каждом из которых в результате аккреции возникали сгустки вещества — будущие планеты. Гипотеза Канта—Лапласа просуществовала более 100 лет. Ее главный недостаток состоял в неспособности разъяснения противоречия между массой Солнца и планет и моментом количества движения (МКД). МКД (J) планеты равен произведению ее массы (M) на скорость движения по орбите (V) и на расстояние от Солнца (R) J = MVR.

Солнце, масса которого составляет 90% всей массы Солнечной системы, обладает всего лишь 2 % МКД.

У гипотезы появлялось все больше критиков и среди них были два профессора Чикагского университета — геолог Т. Чемберлин и астроном-теоретик Ф. Мультон. Еще в 1900 г. они опубликовали статью, в которой резко подчеркивали несоответствие в распределении МКД между Солнцем и планетами. Громадный орбитальный момент планет они считали привнесенным извне и впервые рассмотрели возможность воздействия на Солнце других планет. Звезда, проходящая от Солнца на небольшом расстоянии, могла вызвать на его поверхности такие мощные приливы, что часть солнечного вещества была выброшена по направлению к звезде. Такие выбросы на Солнце наблюдаются и сейчас и носят название протуберанцев. А приливное действие звезды, по идее Ф. Мультона и Т. Чемберлина, должно было усилить эти выбросы. Какая-то часть выброшенного вещества должна была приобрести вращательное движение в одной плоскости и в одном направлении. Поначалу вещество представляло собой рой плотных частиц, сгустившихся из масс газа — зародышей планет, которые они назвали планетезималями. При объединении планетезималей возникали планеты. Эта гипотеза устраняла затруднения, связанные с МКД, но не учитывала законов газовой динамики.

Английский астрофизик Дж. X. Джинс понимал, что выброшенные массы газа не могли сами сгуститься в планетезимали. Его вычисления, основанные на динамической теории газов, показали, что газовое вещество должно было рассеяться в пространстве. Дж. X. Джинс в 1919 г. предложил новую гипотезу, при сближении звезд образуются два приливных горба (на противоположных сторонах Солнца). Ho передний, ближе к проходящей звезде, должен быть гораздо мощнее. По достижении предела Роша начнется извержение длинной струи в форме сигары, устремившейся за звездой, от которой она и получит МКД. Далее струя по мере остывания разобьется на отдельные массивные сгустки, которые в процессе конденсации образуют планеты.

К гипотезе Дж. X. Джинса в 1929 г., несколько видоизменив ее, присоединился английский геофизик Г. Джеффрис. Гипотеза Джинса—Джеффриса подвергалась многолетней критике, но окончательно разгромил ее в 1942 г. русский астроном Н.Н. Парийский, который, рассчитав траектории звезды и сгустков, доказал, что даже самые быстрые сгустки лишь слегка отклоняются звездой и уносятся в бесконечность.

В 1944 г. О.Ю. Шмидт предложил новую космогоническую гипотезу, суть которой заключалась в следующем. Звезда Солнце при своем движении в мировом пространстве попадает в облако масс звездной материи, мелкие частицы которого в процессе движения сосредоточиваются в его экваториальной части, превращаясь в плоский и плотный вращающийся диск. В диске образуются многочисленные сгущения, превращающиеся в тела различных масс и размеров — зародыши будущих планет. Далее рост зародышей происходил за счет соударений, гравитационного притяжения или захвата мелких сгущений. О.Ю. Шмидт считал, что главными факторами эволюции межзвездного облака являются силы тяготения, закон сохранения энергии и закон сохранения МКД. Он обосновал математическую закономерность в расстоянии между планетами Солнечной системы, доказав, что расстояние планет от Солнца зависит от распределения частиц по величине удельного МКД. Общее направление движения планет вокруг Солнца О.Ю. Шмидт объяснял преобладающим направлением вращения мелких частиц облака, которое и было унаследовано планетами. Деление планет на две группы, считал О.Ю. Шмидт, произошло под действием Солнца: близкие планеты прогревались намного сильнее и потому легкие элементы улетучились, а формирование их шло за счет тугоплавких и тяжелых элементов. Дальние же планеты формировались в условиях низких температур, и легкие элементы типа водорода превращались в твердые частицы, которые образовали главную массу планет. По мнению О.Ю. Шмидта, первоначально Земля была холодной, а позднее произошел ее разогрев в результате распада радиоактивных элементов. Главными недостатками его гипотезы является то, что происхождение планет объясняется им вне связи с Солнцем и не был решен вопрос о происхождении межзвездного облака.

Современные представления происхождения и эволюции Земли, других планет и Солнечной системы в целом представлены в нетрадиционной модели А.А. Маракушева, обобщившего последние научные достижения в самых различных отраслях знаний.

Вселенная возникла около 12 млрд лет назад в результате Большого взрыва и имела гелий-водородный состав с незначительной примесью тяжелых изотопов водорода (дейтерия и трития) и легких элементов (Li, Be, В). Большой взрыв привел к катастрофическому расширению Вселенной, что сопровождалось падением температуры. Радиус ее вначале составлял около 15 млн световых лет, а вследствие стремительного расширения современный радиус Вселенной оценивается в 10 млрд световых лет.

Результатом охлаждения, носившим очаговый характер, явилось рождение звезд. С появлением звезд в результате термоядерного синтеза продолжается эволюция Вселенной — преобразование легких элементов в тяжелые. Из простейшей плазмы, состоящей в основном из водорода и гелия, в ходе ее эволюции возникло все огромное разнообразие химических веществ.

Считается, что для образования звезды необходима определенная критическая масса — примерно 0,3 массы Солнца. Если масса меньше, то космическое тело останавливается на планетной стадии развития и излучает только энергию гравитационного сжатия, как например, Юпитер, масса которого составляет 0,001 массы Солнца. В недрах звезд критической массы протекают термоядерные реакции с образованием новых химических элементов, сопровождающиеся выделением энергии, препятствующей сжатию звезд и вызывающей их светимость. Наиболее распространенная реакция — сгорание водорода с образованием гелия, которая сопровождается уменьшением массы вещества и выделением эквивалентного количества энергии. Если масса тел превышает 0,3 массы Солнца, происходит еще и сгорание гелия с образованием новых элементов — С, О, Ne, Mg. Синтез этих элементов происходит и сейчас в недрах Солнца.

Солнечная система образовалась около 5 млрд лет назад. Солнце — это обыкновенная небольшая звезда (желтый карлик), каких в Галактике миллиарды, и относится к типу долгоживущих звезд (в отличие от массивных, быстро эволюционирующих). Массивные звезды являются главным источником космических элементов. Ядерные реакции в них происходят не только со сгоранием H и He, но и С (при массе звезд около 5 солнечных) и более тяжелых элементов (в звездах с массой 20—30 солнечных), в которых идут реакции синтеза элементов до Fe включительно. Fe концентрируется в ядре массивных звезд, окруженных оболочками более легких химических элементов — Si, S, О, Ne, С, He и Н. Элементы, играющие главную роль, — легкие, входящие во флюидную фазу — Н, He, С, О, Ne, и более тяжелые, породообразующие — Mg, Si, Fe. Процесс генерации элементов более тяжелых, чем Fe, происходит в недрах высокотемпературных звезд и при взрывах — вспышках сверхновых звезд.

Сверхновые, в зависимости от массы, подразделяются на два типа: I — взрыв старых звезд небольшой массы; II — взрыв молодых массивных звезд. Звезды I типа обладают большей светимостью, так как их взрыв происходит при захвате вещества звезды — спутника. Увеличение массы приводит к ее коллапсу, термоядерным реакциям с образованием элементов более тяжелых, чем С. Так возникают вспышки сверхновых звезд I типа.

Эволюция массивных звезд (звезды-гиганты), чья масса в восемь раз превышает массу Солнца, происходит по-иному. Термоядерные реакции в них приводят к образованию все более тяжелых элементов, слагающих ядра звезд, которые состоят в основном из Fe. Ядра коллапсируют и уплотняются до такой степени, что электроны и протоны атомов сливаются, образуя нейтроны и нейтрино. При этом образуются нейтронные звезды, взрыв которых — вспышка сверхновых звезд II типа. Оставшиеся в результате взрывов сверхновых звезд II типа небольшие по размерам (до 20 км в диаметре), нейтронные звезды называют еще пульсары, так как они излучают радиоволны. Самый мощный в нашей Галактике пульсар, возникший в результате взрыва сверхновой звезды в 1054 г. и имеющий возраст около 1000 лет, находится в Крабовидной туманности. Пульсары определяются с большой точностью по излучению радиоволн. Сейчас известны оптические и рентгеновские пульсары.

Взрывы сверхновых звезд в нашей Галактике происходили в следующее время: 1006 г. (I тип), 1054 г. (Крабовидная туманность, II тип), 1181 г., 1572 г., 1604 г., 1680 г. В 1987 г. обнаружена сверхновая звезда II типа, которая вспыхнула в Большом Магеллановом облаке.

Вспыхнувшая в космическом пространстве 5 млрд лет назад сверхновая звезда II типа породила раскаленное газовое облако, на основе которого и образовалась Солнечная система. В гелий-водород-ном составе облака тяжелые элементы с преобладанием Mg, Si, Fe играли ничтожную роль, составляя менее 1 % массы, а дополнительно под воздействием космических лучей могли синтезироваться легкие элементы (Li, Be, В). При охлаждении облака началась его дифференциация с отделением от газовой (флюидной) фазы железокаменного вещества в результате реакций образования тугоплавких металлических, оксидных и силикатных соединений — Fe (Ni), MgO, SiO2, (Mg, Fe),SiО4, (Mg, Fe)SiО3 и др.

Тугоплавкие частицы привели к превращению облака в быстро вращающийся диск протосолнечной небулы (туманности), первыми твердыми телами в которой были кометы и ледяные планетезимали, формировавшие путем аккреции планеты. Кометы сохранились в первозданном состоянии, лишь периодически вторгаясь в Солнечную систему и разрушаясь под действием солнечного ветра.

Звезда, которая предшествовала образованию Солнечной системы, была в десятки раз массивнее Солнца — желтого карлика. Эта звезда сосредоточила в себе всю огромную массу и кинетическую энергию исходного протозвездного небулярного диска, что и определило ее параметры: быстрое вращение, высокую светимость и короткий период жизни, сопровождавшийся синтезом разнообразных химических элементов, унаследованных Солнечной системой.

Солнце получило лишь небольшую часть массы и кинетической энергии протосолнечного небулярного диска, унаследованного Солнечной системой от предшествовавшей ей гигантской звезды, что определило его небольшой размер, медленное вращение и продолжительность жизни, длящейся уже 5 млрд лет, в окружении стремительной планетной системы и динамичных кометных облаков. Протосолнечный диск вращался с большой скоростью и поэтому в Солнце, которое занимало в нем центральную позицию, сосредоточилась лишь небольшая часть (немногим больше 1983*10в33 г) его исходной гигантской массы. Главная же масса диска оставалась в окружающей Солнце динамичной системе, где путем аккреции ледяных водно-водородных планетезималей образовались планеты и кометы. Одновременно образовалось и Солнце, которое превратилось в небольшую звезду. Звезда Солнце путем воздействия солнечного ветра на быстро вращающийся плотный небулярный диск заставило его потерять свою главную массу, в основном гелий и водород, которые мигрировали в космос, при этом околосолнечные планеты утратили свои гигантские флюидные оболочки, превратившись в небольшие железокаменные планеты земной группы.

Планеты, оказавшись в вакууме, унаследовали значительную часть кинетической энергии небулярного диска, в котором они зарождались. В них сосредоточен почти полностью момент количества движения Солнечной системы (в единицах Земли): Нептун — 95, Уран — 64, Сатурн — 294, Юпитер — 725. Еще большим моментом количества движения обладали протоземля и протопланеты земной группы.