Солнечная система: откуда мы знаем, как она образовалась?

03.08.2022
0
11 мин
64
Солнечная система: откуда мы знаем, как она образовалась?

Приветствую, друзья!

Сегодня я бы вам хотел рассказать о нашей Солнечной системе и как она образовалась.

Учитывая то, что Земля является третьей планетой от Солнца, мы, наконец, понимаем происхождение нашей Солнечной системы.

Задавать вопросы о том, откуда мы родом — это одна из истин, которая отличает нас от других людей.

Тем не менее, эта любознательность не всегда вела нас в правильном направлении, особенно когда мы думаем, что мы важнее, чем мы есть на самом деле.

История нашего стремления выяснить, как сформировалась наша Солнечная система изобилует фальстартами, и астрономы все еще уточняют ее.

Солнечная система

Величайшие мыслители мира изначально считали Землю центром творения, а вокруг нас вращались Солнце, Луна, планеты и звезды.

Эта идея существовала более 1000 лет, начиная со времен Аристотеля и Древней Греции.

Только когда польский астроном и математик Николай Коперник бросил вызов этой идее в 16 веке, направление мнений начало меняться.

Он сказал, что планеты, включая Землю, вращаются вокруг центрального Солнца.

Ключевое открытие Коперника

Трудно понять, как астрономы могли бы сформировать свою нынешнюю картину того, как возникла наша Солнечная система, если бы мы все еще думали, что все вращается вокруг Земли.

Прорыв Коперника по праву считается одной из величайших научных революций в истории.

И все же это было вдохновлено не астрономическими наблюдениями, а математической элегантностью.

Древняя идея геоцентризма — что все во Вселенной вращается вокруг Земли по идеальным кругам — столкнулась с проблемой при наблюдении за ночным небом.

Некоторые из планет, казалось, сворачивались назад сами по себе — вряд ли поведение миров, вращающихся вокруг Земли.

Поэтому древнегреческий эрудит Птолемей ввел «эпициклы», в которых планеты двигались по меньшим кругам, которые, в свою очередь, вращались вокруг Земли.

Планисфера Вселенной по Николаю Копернику

Планисфера Вселенной по Николаю Копернику, 1473-1543 годов.

Но это был большой скачок, сделанный для того, чтобы наша потребность иметь Землю в центре соответствовала тому, что мы видели в ночном небе.

Гениальность Коперника заключалась в том, что он понял, что переход к Солнцу в центре избавит от необходимости в эпициклах.

В соответствии с его гелиоцентрической моделью Марс, по-видимому, закручивается сам по себе, потому что Земля обгоняет его на своей орбите вокруг Солнца.

Коперник так боялся неизбежной негативной реакции со стороны религиозных кругов, что откладывал публикацию своей работы до самой смерти.

Легенда гласит, что он увидел копию своей оригинальной работы только на смертном одре.

Николай Коперник

В XVI веке Николай Коперник бросил вызов «геоцентрической» идее о том, что Земля находится в центре Вселенной.

Наблюдения Галилея

Потребуются многие десятилетия, чтобы экспериментальные данные подтвердили, что мы действительно живем в «солнечной системе».

В основном это была работа итальянского астронома Галилео Галилея в начале 1600-х годов, которая закрепила эту идею.

Не все было так просто, конечно.

У Галилея, как известно, были свои собственные стычки с церковью, и он был официально помилован только в 1992 году.

Но что касается науки, решающим моментом стало то, что он наблюдал, как планета Венера проходит фазы роста и убывания, как и Луна.

Это невозможно, если и Венера, и Солнце вращаются вокруг Земли — только если обе планеты вращаются вокруг центрального источника освещения.

Таким образом, мы заняли свое место в качестве еще одной из планет семейства Солнца.

Галилео Галилей, изображенный на этой картине Феликса Парра

Галилео Галилей, изображенный на этой картине Феликса Парра (Felix Parra), объясняет свои астрономические теории монаху из Падуанского университета.

Затем внимание, естественно, обратилось на то, как могла возникнуть такая система.

В 1630-х годах французский философ Рене Декарт (René Descartes) был одним из первых, кто начал размышлять.

Его отправной точкой была идея о том, что ничто в природе не может быть пустым.

Таким образом, если частица в пространстве изменила свое положение, другая должна переместиться, чтобы заполнить пробел, создав серию «вихрей».

Декарт считал, что планеты образовались, когда материал, попавший в эти вращающиеся круги, каким-то образом сконденсировался.

Потребовался сэр Исаак Ньютон (Isaac Newton) и его знаменитая работа о гравитации, чтобы установить, почему планеты вращаются вокруг Солнца.

Но это все еще не объясняло, откуда взялись Солнце и его планеты.

Конкурирующие теории происхождения Солнечной системы

К середине 1700-х годов французский математик Жорж-Луи Леклерк (Georges-Louis Leclerc) предположил, что планеты образовались, когда комета столкнулась с Солнцем, выбрасывая наружу огромное количество вещества.

По его словам, со временем гравитация собрала этот материал вместе, чтобы сформировать орбитальные миры.

К концу века соотечественник Леклерка Пьер-Симон Лаплас (Pierre-Simon Laplace) показал, что это невозможно: любой выброшенный материал был бы втянут обратно гравитацией Солнца.

Затем сам Лаплас начал формулировать альтернативную картину.

Изобретение телескопа позволило астрономам обнаружить серию нечетких пятен, разбросанных по ночному небу.

Они называли их «nebulae» (туманностями), что в переводе с латыни означает «облака».

Лаплас предположил, что Солнце образовалось из такого облака.

По мере того как облако разрушалось под действием гравитации, оно вращалось все быстрее и быстрее, как фигурист, крутящийся на льду.

Согласно Лапласу, вещество должно было быть сброшено с Солнца, поскольку его вращение ускорилось, создав плоский диск, окружающий звезду.

Затем планеты образовались, когда гравитация собрала этот материал вместе.

Однако на рубеже 20-го века от идеи Лапласа почти отказались.

Основная проблема заключалась в том, что если эта картина верна, то Солнце должно вращаться намного быстрее, чем это есть на самом деле, а планеты должны вращаться с более спокойной скоростью.

Рисунок древней солнечной туманности

Рисунок древней солнечной туманности, места рождения звезд.

Не в силах решить эту проблему, такие астрономы, как сэр Джеймс Джинс (James Jeans), обратились к альтернативному объяснению.

В 1917 году Джинс предположил, что в формировании Солнечной системы участвовала еще одна звезда.

Когда эта вторгшаяся звезда пронеслась мимо Солнца, ее сильная гравитация оторвала бы значительное количество звездного материала.

Это, по словам Джинса, обеспечило строительные блоки, необходимые для формирования планет.

Но его идея просуществовала недолго.

К 1929 году было показано, что такое близкое столкновение крайне маловероятно из-за необъятности космоса.

Более того, даже если бы это произошло, Солнце поглотило бы большую часть утраченного материала.

В отсутствие явного лидера новые теории продолжали появляться по прошествии десятилетий.

В 1940-х годах британский астроном Фред Хойл (Fred Hoyle) предположил, что у Солнца когда-то была гораздо более крупная звезда-компаньон, которая взорвалась как сверхновая.

Часть образовавшихся осколков попала в ловушку гравитации Солнца, а затем объединилась, чтобы сформировать планеты.

Но и это не выдерживало критики, отчасти потому, что с трудом объясняло малые массы Меркурия и Марса.

Фред Хойл

Фред Хойл, профессор астрономии и экспериментальной философии Кембриджского университета.

Лишь в 1970-х годах все стало проясняться, когда астрономы вернулись к теории туманностей Лапласа.

Основная проблема с этой теорией — наблюдаемое вращение Солнца было медленнее, чем ожидалось — можно было бы устранить, если бы сопротивление, вызванное пылинками в окружающем облаке, помогло затормозить.

Затем эта идея была значительно поддержана в начале 1980-х годов, когда астрономы заметили пыльные плоские диски вещества, расположенные вокруг молодых звезд, называемые протопланетными дисками или «проплайдами».

Это эффективно зафиксировало формирование планет в других местах космоса.

Солнечные системы пришельцев

Наблюдение за другими солнечными системами теперь является ключом к пониманию того, как сформировалась наша.

Но до середины 1990-х годов никто никогда не замечал планету, вращающуюся вокруг другой звезды, подобной Солнцу.

Ситуация изменилась в 1995 году с открытием мира, окружающего звезду 51 Пегаса.

За последние два десятилетия астрономы открыли более 3000 планет в других солнечных системах — так называемых «экзопланет».

Но с самого начала было ясно, что эти инопланетные районы не все были идеальным зеркальным отражением наших собственных.

Например, планете 51 Пегаса, которая с тех пор получила название Димидиум, требуется чуть более четырех дней, чтобы совершить оборот вокруг 51 Пегаса.

Он почти в восемь раз ближе к своей звезде, чем Меркурий к Солнцу.

Более того, масса Димидиума составляет примерно половину массы Юпитера, что делает его намного большей планетой, чем Меркурий.

Молодая звезда окружена образованием из пыли и газа

Молодая звезда окружена образованием из пыли и газа, известным как «протопланетный диск», в котором формируются новые планеты.

Под простой картиной планет, формирующихся из обломков новорожденной звезды, невероятно сложно представить такой гигантский мир, формирующийся в такой непосредственной близости от своего хозяина.

Более жизнеспособное объяснение состоит в том, что планета сформировалась намного дальше от звезды, а затем со временем мигрировала внутрь.

Это было убедительным дказательством того, что планетарные орбиты не фиксированы, а могут значительно отклоняться.

Воодушевленные этими открытиями, астрономы начали смотреть на нашу собственную Солнечную систему свежим взглядом.

В 2005 году, через десять лет после открытия Димидия, группа астрономов предложила модель Nice (названную в честь города Ниццы во Франции, где она была впервые сформулирована).

Суть этой идеи в том, что планеты-гиганты нашей Солнечной системы — Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун — изначально были намного ближе друг к другу.

Со временем Юпитер двинулся внутрь к Солнцу, а три другие планеты двинулись наружу.

В некоторых сценариях Уран и Нептун даже меняются местами.

51 Пегас

Несмотря на удаленность от Земли, такие звезды, как 51 Пегас, помогают нам больше узнать о нашей Солнечной системе.

Движение Юпитера к Солнцу разбросало бы множество меньших тел, подобно собаке, бегущей сквозь толпу голубей.

Многие из этих беглецов оказались бы внутри Солнечной системы, создав резкий пик количества метеоров, падающих дождем на скалистые планеты и их спутники.

И действительно есть свидетельства всплеска ударной активности на Луне между 3,8 и 4,1 миллиарда лет назад (любые свидетельства ударов о Землю давно бы исчезли).

Движение Нептуна наружу также заставило бы более мелкие тела убежать дальше от Солнца, что помогло бы объяснить пояс Койпера и рассеянный диск — два резервуара меньших объектов во внешних пределах Солнечной системы.

Нибиру, планета, скрывающаяся в нашей Солнечной системе

Однако, хотя это был важный шаг вперед, эта оригинальная модель Nice была далека от совершенства.

Используя компьютерное моделирование для воссоздания гравитационных взаимодействий между четырьмя планетами-гигантами, астрономы получили Солнечную систему, которая выглядела как наша только в 3-х процентах случаев.

Но с одной небольшой модификацией они могли увеличить этот показатель до 23 процентов.

Модификация?

Добавление пятой планеты-гиганта.

Тем не менее, мы видели только четыре гигантских мира.

Итак, если мы серьезно относимся к этому объяснению, мы должны быть в состоянии сказать, что случилось с этой другой планетой.

Она вполне могла быть полностью выброшена из Солнечной системы во время миграции своих соседей — планета-сирота, оставленная блуждать в черной космической пустоте.

Астрономы уже нашли несколько примеров этих так называемых «планет-изгоев», так что эта идея далеко не смехотворна.

Модель Солнечной системы в Ницце

Модель Солнечной системы в Ницце основана на существовании пятой планеты-гиганта, такой как Юпитер (видно с «Вояджера-2»).

Но есть альтернативное, более заманчивое объяснение: эта пятая планета-гигант все еще находится здесь, в нашей собственной Солнечной системе, и ждет, пока мы ее найдем.

Шумиха вокруг этого возможного мира, получившего название «Девятая планета» или «Нибиру», стала одним из самых захватывающих астрономических событий последних лет.

Еще в 2014 году группа астрономов заметила, что несколько небольших объектов, вращающихся вокруг Солнца за пределами Нептуна, имеют очень похожие орбиты.

Затем в январе 2016 года было объявлено, что обнаружено больше объектов, ведущих себя таким же образом.

Вероятность того, что такие общие характеристики являются случайными, оценивается всего в 0,007%.

Основное объяснение состоит в том, что существует дополнительная планета, по крайней мере в 10 раз более массивная, чем Земля, которая прячется в темноте и выстраивает маленькие объекты, притягивая их своей гравитацией.

Если «Девятая планета» действительно существует, причина, по которой она до сих пор ускользала от нашего внимания, заключается в ее явной удаленности от Солнца.

Ее орбита проходит примерно в 1200 раз дальше от Солнца, чем орбита Земли, а это означает, что она, вероятно, будет казаться как минимум в 600 раз тусклее, чем карликовая планета Плутон.

Если бы вы точно не знали, где искать, это было бы легко пропустить.

Сейчас ведутся специальные поиски, чтобы выследить ее.

Эти последние астрономические приключения показывают нам, что история формирования нашей Солнечной системы все еще находится в стадии разработки.

Возможно, мы прошли долгий путь со времен Древней Греции, но нам еще предстоит написать много глав.

Происхождение Солнечной системы: хронология открытий

Николай Коперник (1473–1543).

Родившийся в Польше, Коперник работал во многих областях интеллектуальной мысли, от экономики и политики до медицины, но наиболее известен своими исследованиями орбит планет.

1543 г. — Коперник публикует «De Revolutionibus Orbium Coelestium» (Об обращениях небесных сфер), излагая свои идеи гелиоцентризма.

Это одна из самых важных книг, когда-либо написанных.

Коперник видит опубликованный текст только на своем смертном одре.

De Revolutionibus Orbium Coelestium

‘De Revolutionibus Orbium Coelestium’.

Галилео Галилей (1564–1642) – дедушка современной астрономии, Галилей был первым человеком, который осмысленно навел телескоп на ночное небо, коренным образом изменив наши представления о нашем месте в космосе.

Галилео Галилей, 1636 г.

Галилео Галилей, 1636 г.

Пьер-Симон Лаплас (1749–1827) – не удовлетворившись ценной работой по звездообразованию, этот влиятельный французский ученый одним из первых придумал концепцию черных дыр – звезд с достаточно сильной гравитацией, чтобы ничто не могло ускользнуть.

1796 г. — Лаплас предлагает свою модель туманности для формирования Солнечной системы, к которой астрономы вернутся более 150 лет спустя.

Иллюстрация, изображающая теорию Лапласа

Иллюстрация, изображающая теорию Лапласа.

Сэр Джеймс Джинс (1877–1946) – британский астроном Джеймс Джинс дал свое имя «массе Джинса».

Если туманность достигает этой критической точки, она подвергается необратимому гравитационному сжатию и запускает звездообразование.

1995 — Астрономы обнаруживают первую планету, вращающуюся вокруг другой звезды, такой как наше Солнце, открывая эру экзопланетной астрономии, в ходе которой было открыто более 3000 новых миров.

Планета вращается вокруг звезды

Планета вращается вокруг звезды.

2005 — опубликовано первое воплощение модели Nice, наиболее полная на сегодняшний день картина того, как возникла наша Солнечная система.

Она использует идею планетарной миграции.

Модель Nice

Модель Nice.

Майк Браун (1965 г.р.) — Браун, называющий себя «Убийцей Плутона», был одним из самых плодовитых первооткрывателей объектов, расположенных за пределами орбиты Нептуна.

Он играет важную роль в текущих поисках «Девятой Планеты».

2014 — появляются первые признаки того, что в нашей Солнечной системе может быть девятая планета.

Обнаружено, что маленькие удаленные объекты имеют очень похожие объекты, что вряд ли может быть случайностью.

Если у вас остались вопросы или вы хотите оставить комментарий по этой статье - напишите его в разделе комментариев ниже.

До скорых встреч! Заходите!

Средний балл: 0