Підручник з Астрономії. 11 клас. Сиротюк - Нова програма

§ 18. ГІПОТЕЗИ І ТЕОРІЇ ФОРМУВАННЯ СОНЯЧНОЇ СИСТЕМИ

1. Особливості будови Сонячної системи. Характерні риси будови Сонячної системи, відомі за астрономічними спостереженнями й космічними дослідженнями, полягають у такому.

Мал. 3.60. Порівняльні розміри Сонця та планет

1. Основна маса речовини Сонячної системи зосереджена в Сонці, що являє собою типову зорю. На масу всіх інших складових системи припадає 1/750 частина маси Сонця (мал. 3.60). Таким чином, у Сонячній системі переважає гравітаційне поле Сонця.

2. Орбіти планет і більшості астероїдів лежать майже в одній площині, нахиленій до площини сонячного екватора під кутом 7°15'. Орбіти планет майже колові, тобто їхні ексцентриситети мало відрізняються від нуля.

3. Усі планети й астероїди обертаються навколо Сонця в одному напрямку. Обертання Сонця навколо своєї осі відбувається в той самий бік, що й рух планет навколо Сонця. Планети обертаються навколо своїх осей у напрямку, що збігається з напрямком їхнього обертання навколо Сонця. Виняток становлять Венера й Уран, які обертаються в протилежний бік. Причому вісь обертання Урана майже лежить в площині орбіти планети. Нахил осі обертання інших планет не перевищує 60° до площин їхніх орбіт.

4. Планети поділяють на дві групи: планети земного типу й планети-гіганти (мал. 3.61). Планети земної групи - тверді тіла, порівняно невеликі та немасивні, але з великою середньою густиною, з повільним обертанням та з малою кількістю супутників (або без них). Вони розміщені поблизу Сонця. Планети-гіганти - Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун - масивніші за планети земної групи, більші за розмірами, з великою швидкістю обертання, з меншою середньою густиною і численними супутниками. Планети-гіганти мають потужні атмосфери, що складаються в основному з водню й гелію.

Мал. 3.61. Планети земної групи та планети-гіганти

5. Момент кількості руху (mvr) між Сонцем і планетами розподіляється нерівномірно. На частину Сонця, у якому зосереджена майже вся маса Сонячної системи, припадає тільки 2 % її повної кількості руху.

6. Орбіти більшості супутників планет наближені до колових. Рух більшості супутників по орбітах відбувається в тому напрямку, у якому рухаються планети навколо Сонця. Орбіти великих супутників в основному мають малий нахил до площин екваторів своїх планет.

Ці особливості потрібно враховувати під час побудови моделі (теорії) формування всього комплексу тіл Сонячної системи мільярди років тому.

2. Походження Сонячної системи. Для побудови теорії походження Сонячної системи потрібно знати вік небесних тіл. Відповідно до сучасних даних вік найдавніших порід Землі сягає 4,64 млрд років. Аналіз порід, доставлених з Місяця, відповідає віку від 2 до 4,5 млрд років. Вік залізних і кам’яних метеоритів приблизно від 0,5 до 5 млрд років. Вік Сонця та інших окремих зір визначається на основі теорії будови й еволюції зір. Для Сонця це приблизно 5 млрд років, що збігається з віком інших тіл системи. Останнє дає змогу зробити припущення, що Сонце й планети сформувалися з єдиної хмари газу й пилу.

Уперше ідею про утворення Сонця й планет з речовини єдиної газової туманності висунув Іммануїл Кант (1724-1804) у 1755 р., а розвинув її П’єр Лаплас (1749-1827) у 1796 р. Відповідно до цієї гіпотези, Сонячна система утворилася з обертової гарячої газової хмари, що стискалася під впливом гравітації та розпадалася на фрагменти (мал. 3.62). Однак ця гіпотеза не підтвердилася через безліч протиріч. Англійський учений Джеймс Джинс (1877-1946) у 1919 р. висунув гіпотезу, відповідно до якої планетна речовина була «вирвана» із Сонця під впливом близько пролітаючої зорі. Вирвана сонячна речовина розпалася на окремі частини, з яких і утворилися планети.

Дані фізико-хімічних досліджень метеоритів і земних порід підказували, що ці тіла утворилися не з газових згустків, а з твердої речовини. У 1944 р. розробкою теорії утворення планет з твердих частинок навколосонячної допланетної хмари зайнявся Отто Шмідт (1891-1956), який певний час навчався і працював у Києві, його теорія розвивається і в наш час.

Можна виокремити такі основні етапи походження та ранньої еволюції Сонячної системи.

1. Близько 4,6 млрд років тому відбувся вибух наднової зорі поблизу місця народження Сонячної системи. Ударна хвиля від вибуху поширилася в космічному просторі. Під її дією газопилова хмара, яка складалася з водню, гелію та інших різних за складом хімічних частинок металів, рідкісних ізотопів важких елементів, стала згущатися. Таким чином у ній утворилися згущення, збагачені речовиною наднової зорі.

Споконвічне повільне обертання згущень під дією сил гравітації стало стискатися і перетворюватися в дископодібну газопилову хмару. Надалі в центрі цієї хмари утворюється молоде Сонце.

Мал. 3.62. Утворення Сонячної системи

2. Поступово в диску газопилової хмари дрібні пилинки стали об’єднуватися, захоплюючи гази з довколишнього простору. З дрібних частинок утворювалися дедалі більші брили, з яких надалі формувалися зародки майбутніх планет (розмірами кілька кілометрів) - планетезималі, а пізніше й самі планети. У внутрішній зоні легкі елементи (водень, гелій) під дією світлового тиску залишали центральні області диска, переміщуючись на периферію. Тому поблизу Сонця планетезималі формувалися повністю з кам’янистих мінералів та сполучень металів і зрештою перетворилися в планети земної групи.

Частинки в середній холодній зоні покривалися льодом, ядра майбутніх планет-гігантів швидко росли, захоплюючи навколишній газ. У найхолоднішій зовнішній частині диска конденсуюча речовина була майже крижаною. Безліч окремих крижаних планетезималей і брил породила ядра комет і крижані астероїди. Планети земної групи майже досягли своїх розмірів приблизно через 100 млн років.

3. Наступне гравітаційне стискання підняло температуру в надрах протопланет до температури плавлення заліза. Унаслідок чого важкі компоненти стали відокремлюватися й направлятися до центра планет, а найбільш легкі речовини - підніматися до поверхні. Протягом мільярдів років йшло утворення кори - зовнішнього шару планет земної групи. Розігрівання Землі супроводжувалося виділенням газів і водяної пари. Поступово водяна пара конденсувалася й утворювала моря й океани, а гази - атмосферу. На початковому етапі первинна атмосфера істотно відрізнялася від сучасної.

Супутники планет, що рухаються в напрямку обертання планет, утворилися в результаті тих самих процесів, що й самі планети. Супутники, що рухаються у зворотному напрямку, були захоплені планетою.

ЗАПИТАННЯ ДО ВИВЧЕНОГО

• 1. У чому суть гіпотез Канта, Лапласа, Джинса, Шмідта про походження Сонця і планет?
• 2. Назвіть основні етапи походження та ранньої еволюції Сонячної системи.

РОЗВ'ЯЗУЄМО РАЗОМ

Задача 1. Чи видно з Місяця ті самі сузір’я, що й із Землі?

Відповідь. Відстань від Землі до Місяця надзвичайно мала порівняно з відстанню до зір, і вигляд зоряного неба не зміниться під час переміщення спостерігача із Землі на Місяць. Вигляд сузір’їв не змінюється навіть під час переміщення Землі по своїй орбіті.

Задача 2. Серп Місяця повернутий опуклістю вправо близько до горизонту. У який бік горизонту ви дивитеся?

Відповідь. У цьому випадку ви дивитеся на захід. Указане положення серпа Місяця показує, що Сонце, яке міститься правіше від Місяця, уже заховалося за горизонт у західній частині неба.

Задача 3. Після заходу Сонця на заході перебуває комета. Як відносно горизонту спрямований її хвіст?

Відповідь. Сонце перебуває на заході під горизонтом. Хвіст комети завжди спрямований від Сонця. Отже, комету видно на небі хвостом угору (голова комети ближче до горизонту).

Задача 4. Оператор із Землі управляє по радіо рухом марсохода, який демонструє йому телепанораму на відстані 30 м від себе. Яка при цьому безпечна швидкість марсохода, якщо відстань до Марса становить 2,5 а. о.?

Відповідь. Затримка сигналу Марс-Земля-Марс становить приблизно 40 хв. Отже, для того щоб оператор міг вчасно зупинити марсохід перед перешкодою, його швидкість має бути не більша ніж 1,25 см/с.