Солнце и Солнечная Система

Центральное тело звездно-планетной системы, в которой мы проживаем, - Солнце. Это типичный «желтый карлик», который располагается на периферии галактики Млечный Путь. Оно представляет собой раскаленный плазменный шар, температура поверхности которого около 6000 К, во внутренних слоях она значительно выше - около 15000 и более К. По оценкам специалистов, возраст нашего Солнца - около 5 млрд. лет, его радиус ~ 691000 км, масса ~ 2*10³⁰ кг, что составляет ~99,9 % массы всей Солнечной системы. Плотность солнечного вещества ~1,4*10^-6 г/м³. Сидерический (звездный) период его вращения вокруг собственной оси (определенный по движению точек экватора) составляет 25,4 земных суток. Вместе со всей Галактикой Солнечная система движется вокруг ее центра с переменной скоростью, совершая полный оборот примерно за 200 миллионов лет. Условно в «атмосфере» Солнца выделяют фотосферу, хромосферу и корону. Конвекционные потоки, поднимаясь от центра и более горячей фотосферы, перемешивают нижние более нагретые и внешние более холодные слои солнечной атмосферы. Вследствие этого на ее поверхности периодически образуются и исчезают нестационарные образования - гранулы, факела, вспышки, протуберанцы, темные пятна, появление которых сопровождается магнитными аномалиями. Их количество в наиболее активных областях циклически изменяется. Вместе с ними изменяется и солнечная активность, которая выражается в интенсивности выбрасываемых за пределы Солнца потоков различных видов излучений и элементарных частиц. Возникающий солнечный ветер вызывает сильные возмущения вблизи планет, особенно тех, которые обладают магнитным полем (например, Земля, Юпитер). Из 70 обнаруженных на Солнце химических элементов большую часть массы составляют водород (70%) и гелий (28%).

Первая космогоническая гипотеза образования Солнечной Системы была высказана еще в XYIII веке П.С. Лапласом и И. Кантом. По их представлениям когда-то на месте Солнечной Системы существовала газопылевая туманность. Вследствие действия сил гравитации туманность пришла во вращательное движение и стала сжиматься. В результате образовалось раскаленное центральное тело и система периферийных тел, в процессе эволюции которых и сформировались планеты. Большой вклад в планетную космогонию внесли наши соотечественники О.Ю. Шмидт (1891-1956) и В.Г. Фесенков (1889-1972). О.Ю. Шмидт высказал гипотезу о том, что в процессе своего движения вокруг центра Галактики протосолнце захватывало материю из других областей. Она-то и стала материалом для образования планет. В.Г. Фесенков высказал предположение, что в процессе эволюции Солнца произошла смена одного типа ядерных реакций на другой, что сопровождалось выбросом массы, из которой и сформировались в дальнейшем планеты.

Однако вплотную проблемой построения возможных сценариев происхождения и развития Солнечной Системы наука занялась лишь во второй половине ХХ века, когда был накоплен значительный эмпирический материал о поведении молодых звезд и, благодаря развитию космической техники, получены разнообразные сведения о планетах Солнечной Системы. Эти данные и использование мощной вычислительной техники позволили построить несколько моделей эволюции Солнечной Системы из первичного газопылевого комплекса. Предположительно его первоначальная масса составляла от 2 до 10 солнечных масс. Под действием сил гравитации он начинал сжиматься, при этом его плотность и температура увеличивались, возникали неоднородности, вследствие которых комплекс разрывался на отдельные фрагменты. Выделилось центральное ядро - протосолнце и экваториальная область, которая с течением времени под действием центробежных сил уплощалась и превращалась в диск - протопланетное облако. Вследствие дальнейшего сжатия, протосолнце разогрелось до температуры ~ 6000 К, при которой стали возможными термоядерные реакции, которые стали главным источником его энергии, и превратилось в звезду. На этот процесс ушло около 100 млн лет.

По одной из гипотез, протопланетное облако за это время превратилось в кольцо, в котором активно протекали процессы конденсации и аккумуляции пылинок и разогрев образовавшихся уплотненных тел. Под влиянием вращения всей системы и солнечной энергии в разных частях кольца образовались неоднородности разнообразного состава - протопланеты. В процессе их охлаждения и формировались современные планеты. При этом образование планет земной группы (Меркурий, Венера, Земля, Марс) и планет-гигантов (Юпитер, Сатурн, Нептун, Уран) шло по-разному. В процессе химической эволюции планет земной группы вначале конденсировались наиболее тугоплавкие элементы, обогащая их ядра железо-никелевыми соединениями. Вокруг ядер сосредотачивались силикатные породы, а позднее более легкие вещества и летучие соединения. Несмотря на схожесть механизмов образования планет земной группы, имеются и существенные различия. Это прежде всего различия атмосфер. Так Меркурий практически ее не имеет. В отличие от азотно-кислородной атмосферы Земли, атмосферы Венеры и Марса состоят в основном из диоксида углерода. Более того, атмосфера Венеры насыщена парами серной и соляной кислот. При этом атмосферное давление у поверхности Венеры в 90 раз больше, а у Марса - в 150 раз меньше, чем у поверхности Земли. Планеты различаются по своим магнитным свойствам, тектонической деятельности, температурным режимам и структуре поверхности. Сравнительная характеристика планет Солнечной системы приведена в таблице 1.

Таблица 1

Сравнительная характеристика планет Солнечной Системы

Если становление планет земной группы произошло в первые сто миллионов лет, то образование гигантов затянулось на более длительное время. С ростом расстояния от Солнца ослабляется интенсивность его излучения, что ведет к значительному снижению температуры на периферии системы (около 20 и ниже К). Выдуваемые солнечным ветром, легкие газы при таких температурах замерзают, сжижаются и превращаются в лед. Показано, что все гиганты не имеют твердой поверхности. Например, атмосфера Юпитера состоит из водорода, который, вследствие повышения давления, по мере погружения в глубину плавно переходит в жидкую и только ближе к ядру планеты - в твердую металлическую фазу. В таком состоянии водород обладает высокой электропроводностью, а возникающие в результате быстрого вращения планеты токи порождают мощные магнитные поля. Все планеты-гиганты имеют большое количество спутников и кольца, состоящие из газа, пыли и мелких тел.

Возможно, что вокруг некоторых звезд окраинного пояса Млечного Пути тоже существуют планетные системы, но с уверенностью об этом сказать что-либо определенное трудно. Пока человечество может исследовать лишь одну планетную систему - Солнечную.