СПЛЮСНУТАЯ ФОРМА ВРАЩАЮЩЕЙСЯ ТУМАННОСТИ

ГИДРОМАГНИТНОЕ ТОРМОЖЕНИЕ

И... НЕМНОЖКО ПЫЛИ

Главным камнем преткновения гипотезы Канта-Лапласа было медленное вращение Солнца. Найти решение этой проблемы удалось в 1942 году шведу Ханнесу Альвену, впоследствии знаменитому астрофизику и лауреату Нобелевской премии, а в то время - молодому инженеру-электрику. Альвен показал, что между Солнцем и частично ионизированным газовым облаком могут происходить весьма сложные, т.н. гидромагнитные взаимодействия, в результате которых вращение Солнца будет тормозиться, а окружающее его облако, наоборот, будет дополнительно раскручиваться. Это открытие зажигало зеленый свет на пути развития небулярных гипотез, но случилось так, что мировое научное сообщество узнало о нем лишь спустя двенадцать лет: первую статью Альвена просто не заметили, так как она была опубликована в малоизвестном журнале, на шведском языке и, к тому же, в самый разгар Второй мировой войны.

После того как удалось “затормозить” Солнце, решить другие проблемы было уже легче. Оказалось, что для этого достаточно лишь “добавить” в исходную газовую туманность небольшое количество космической пыли. По современным оценкам, о которых пойдет речь в разделе 2.6, досолнечная туманность на 98% состояла из газа и на 2% из пылевых частиц. Несложный анализ показывает, что газовые молекулы и пылевые частицы, не вошедшие в состав центрального тела - Солнца, должны были вести себя во вращающейся туманности совершенно по-разному. Одновременное действие гравитационных сил, направленных к центру масс туманности и центробежных сил, направленных перпендикулярно оси ее вращения, привело к тому, что пылевые частицы довольно быстро сосредоточились в экваториальной плоскости этой гигантской системы, сформировав тонкий вращающийся диск. Газовые же молекулы из-за своего хаотического теплового движения такой диск образовать не могли, и они по-прежнему были распределены в облаке сфероидальной, хотя и несколько сплющенной формы. В дальнейшем это газовое облако в значительной степени рассеялось в окружающем космическом пространстве. Еще раз подчеркнем, что речь идет только об остатке вещества, не вошедшего в состав центрального тела системы - основная же часть, как газового, так и пылевого вещества первичной туманности, сформировала само Солнце.

Тонкий пылевой диск, образовавшийся в ходе сжатия первичной туманности, не являлся чем-то монолитным, а состоял из бесчисленного множества пылинок, каждая из которых представляла своего рода отдельное небесное тело, самостоятельно вращавшееся вокруг Солнца. Пылевой диск был очень неустойчивым и недолговечным образованием - пылинки постоянно сталкивались между собой и слипались в небольшие скопления, получившие название “планетезималей”. Процесс слипания пылинок был возможен потому, что скорости сталкивающихся частичек, двигавшихся по смежным орбитам, были очень близки и их столкновения происходили очень “мягко”.

Первые планетезимали были очень мелкими, они имели размеры, измеряемые долями сантиметра, но они также сталкивались между собой, слипались, и поэтому быстро росли. По мере увеличения их массы возрастало и гравитационное взаимодействие между ними: более крупные планетезимали начинали притягивать к себе мелкие частицы из близлежащего пространства, а после достижения критического размера, оцениваемого в несколько сот километров, этот процесс приобретал лавинообразный характер. Самые крупные планетезимали - “зародыши” будущих планет - стремительно вычерпывали из соответствующей “зоны питания” весь, или почти весь, материал и дорастали до размеров планет. Процесс роста планетезималей от размеров пылинок до размеров планет называется аккрецией (от латинского accretio - приращение).

После того как в первичную туманность было “добавлено” немножко космической пыли, удалось решить и другие проблемы, с которыми ранее столкнулась гипотеза Канта-Лапласа. Прежде всего, отпал вопрос о том, как же планеты смогли конденсироваться из газа, ведь согласно новой небулярной модели, они возникли совершенно иным путем - путем аккреции пылинок. Также становилось понятным, почему масса всех планет вместе взятых столь мала, хотя расчеты и показывали, что при раскручивании первичной туманности вне центрального тела, т.е. Солнца, должно оказаться по крайней мере несколько процентов от общей массы системы. По видимому, так оно и было, но львиную долю вещества, не вошедшего в состав Солнца, представляли газы, которые в дальнейшем рассеялись в космическом пространстве. Планеты же сформировались главным образом из пылевой составляющей, доля которой была заведомо невелика.

Так в конце пятидесятых - начале шестидесятых годов XX века небулярная гипотеза, правда существенно модифицированная, вернула себе главенствующее положение в науке. От своей ранней предшественницы - гипотезы Канта-Лапласа, она унаследовала ключевую идею о сжатии, раскручивании и превращении в протопланетный диск изначально вращавшейся первичной туманности. При этом современная небулярная гипотеза смогла объяснить главные физико-механические особенности Солнечной системы и успешно обойти те трудности, которые когда-то явились непреодолимым барьером для гипотезы Канта-Лапласа.

Несмотря на всю убедительность современной небулярной гипотезы, некоторые ученые по-прежнему поддерживают и, более того, активно разрабатывают различные сценарии катастрофического рождения Солнечной системы. Заметим, что такие усилия отнюдь нельзя считать напрасными, ибо пути науки неисповедимы, и в ее истории очень часто бывало так, что прорыв к новым истинам совершался там, где его меньше всего ждали. К тому же в ходе разработок катастрофических сценариев отрабатываются подходы к решению некоторых очень важных частных задач. Так например, представление об аккреции планетезималей, являющееся одной из главных опор современной небулярной гипотезы, было до этого достаточно детально разработано именно в рамках катастрофических моделей.

Отметим, что и сама современная небулярная гипотеза пока еще далека от совершенства, к тому же в ней существует несколько остро конкурирующих между собой вариантов. Так, весьма различаются представления о конкретных путях аккреции планетезималей и о причинах уменьшения скорости вращения Солнца (после Альвена были предложены и другие правдоподобные объяснения этого процесса). Совершенно по-разному оценивается роль газов в процессе формирования планетных тел, а также общая масса вещества туманности, не вошедшего в центральное тело системы - Солнце. Кроме того, остается открытым и фундаментальный вопрос о причине изначального вращения первичной туманности, хотя сам факт такого вращения не вызывает никакого сомнения. Таким образом, проблем остается немало, и, возможно, для их окончательного решения потребуются усилия еще нескольких поколений ученых.

ОБРАЗОВАНИЕ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ ПО СОВРЕМЕННЫМ ПРЕДСТАВЛЕНИЯМ (См. серию рисунков на вводном развороте этой главы –

файл 2-00 Земля – планета Солнечной системы.doc )

Изначальные размеры газо-пылевой туманности, по-видимому, значительно превышали размеры современной планетной системы, а по своей форме туманность была близка к шарообразной (а).

По мере сжатия туманность начинала вращаться быстрее и быстрее, а ее форма становилась все более и более сплюснутой. При этом пылевые частицы и молекулы газов вели себя совершенно по-разному. Собственно газовая составляющая туманности сплющивалась гораздо медленнее, чем пылевая, т.к. этому препятствовало интенсивное хаотическое движение газовых молекул (б).

В результате сжатия происходил сильный разогрев внутренних областей туманности. Ее наиболее горячая центральная часть в конечном счете начала светиться - образовалась протозвезда (Протосолнце). По мере сосредоточения основной части вещества туманности (и газа, и пылевых частиц) в центральной протозвезде, последняя все более сжималась и разогревалась. Когда температура в ее центре достигла нескольких миллионов градусов, начались термоядерные реакции превращения водорода в гелий (основной источник энергии звезд), тем самым Солнце из протозвезды превратилось в настоящую звезду. Остаток пылевых частиц, не вошедший в центральное тело системы, сосредоточился в экваториальной плоскости туманности в виде тонкого вращающегося диска, а не вошедший в центральное тело остаток газа по-прежнему образовывал нечеткое сфероидальное облако, которое частично рассеивалось в окружающее пространство (в).

Пылевые частицы аккрецировали в мелкие планетезимали (г), мелкие планетезимали аккрецировали в более крупные (д), а наиболее крупные планетезимали превратились в зародыши планет, которые за счет своего гравитационного поля начали интенсивно “вычерпывать” из окружающего пространства все мелкие и средние планетезимали (е). В конечном счете сформировалась система, состоящая из небольшого количества планетных тел (ж).

СПЛЮСНУТАЯ ФОРМА ВРАЩАЮЩЕЙСЯ ТУМАННОСТИ

На каждую частицу одновременно действует и сила притяжения, направленная к центру масс туманности, и центробежная сила, направленная перпендикулярно оси ее вращения. В общем случае их результирующая направлена к экваториальной плоскости туманности, чем и обусловлена сплюснутая форма последней.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: