700 милиона години - отне толкова време, за да се формира нашата Слънчева система. Кратко време в мащаба на Вселената. Но всички ключови събития за нашето „слънчево семейство“успяха да се случат през това време. Какво са те?
В началото имаше облак
Всичко започна преди около 4 милиарда 600 милиона години. Тогава огромен облак от молекулен прах, тихо плаващ в Млечния път, изведнъж започна да се свива. Това се случи благодарение на избухналата наблизо свръхнова, ударната вълна от която премина през целия облак и провокира гравитационен колапс. И експлозията на гигантска звезда изпълни облака с газ и тежки елементи - желязо и уран, които по-късно се превърнаха в тухлите, изграждащи Слънчевата система.
Компресията беше много бърза. Освен това облакът също се завъртя. Факт е, че всичко около нас, включително галактиката, е в постоянна ротация. Въртенето е част от физиката на звездния колапс. Когато гравитацията възникна в газово-праховия облак, тя не само започна да се върти по-бързо, но и се сплесна в диск. В условията на бърза компресия и хаотично въртене газът и прахът започнаха да се уплътняват в много бучки. Тези бучки не бяха нищо повече от бъдещи звезди.
Съвсем скоро част от този облак ще се превърне във фрагментирана слънчева система, в центъра на която ще грее ярка протозвезда. Той ще започне да абсорбира прах и газове, които тогава се състоят от слънчевата мъглявина. Повечето от този „боклук“ще бъде в дълбините на Слънцето, а от оскъдните остатъци се образуват планети, спътници, астероиди и дори ние самите.
Слънчевата система не беше единственото „дете“на огромен облак от газове и прах, като в същото време нейните „братя“- други звездни системи - се „раждат“с нея.
Днес можем да наблюдаваме същото в съзвездието Орион, през което гигантски молекулярен облак се простира на стотици светлинни години. На някои места от тези бучки могат да се видят млади звезди, като гигантски диско топки, осветяващи околния газ с всички цветове на дъгата.
Промоционално видео:
Мъглявина Орион
Снимка: НАСА
Днес има два подхода за формиране на планетарни системи. Един от тях е развитието на идеите на съветския учен Виктор Сафронов, т. Нар. Модел на акреция върху ядрото. Според този модел отначало се формира определена празна планета, ембрион, скалисто ядро, върху което след това се натрупва газ и се формира гигантска планета като Юпитер, Сатурн или други гигантски планети. Вторият подход е свързан с опитите да се обясни образуването на планети в протопланетния диск по същия механизъм, който води до образуването на звезди, тоест гравитационната нестабилност. Ако дискът е достатъчно масивен и в него има много материя, тогава могат да се образуват някои нехомогенности, които ще бъдат компресирани под въздействието на собствената си гравитация. Ако са достатъчно масивни, те ще паднат навътре,колапсират и се превръщат в масивни планети. В научната общност първата, теорията на Сафронов за формирането на планети, все още има предимство.
Планетезимали
В „ранна детска възраст“Слънчевата система не е имала планети. Самото Слънце също не съществуваше като такова - имаше само малка протозвезда, светлината от която беше много слаба поради натрупаните около нея газ и прах. Планетите обаче ще се образуват много бързо.
Материалът за тяхното „изработване“беше разделен на няколко „слоя“в зависимост от температурите на диска. По-близо до протослънцето, при температури над 2 хиляди градуса, всичко се изпари. На разстояние от 8 милиона км имаше каменна линия, където металите и минералите се втвърдяваха. Следващата граница обикновено се нарича снежна линия - това е горната граница на вътрешната слънчева система. Водата, метанът и амонякът съществуват тук само под формата на лед. Но защо говорим за тези вещества? Просто е - в Слънчевата система има най-много такива, особено водата. Това са всички компоненти на водорода в една или друга форма и водородът е най-разпространеният елемент в Слънчевата система по това време.
И тези, и други елементи са обединени от едно - те все още са тук под формата на микроскопични частици. Но много скоро чрез натрупване те ще започнат да се привличат един към друг и ще се превърнат в камъни и парчета лед, които от своя страна също ще се привлекат заедно. Те образуват повече или по-малко големи каменни парчета (около 1 км на 1,5 км), наречени планетезимали. Това е първият строителен материал, от който след 3 милиона години ще се формират протопланети, „ембрионите“на планетите.
Художествена визия на снежната линия
Снимка: ESA
Газови гиганти
Междувременно протопланетите са подобни по размер на Луната. Сблъсквайки се един с друг, те образуват големи планети. Планетите на вътрешната слънчева система - Меркурий, Венера, Земя и Марс - се оказаха малки, по-малки от външните, тъй като получиха по-малко строителен материал (по-близо до звездата, където тя е достатъчно гореща поради излъчването си, ледът не може да кондензира, не може да кондензира вода, амоняк и други газове в твърдо вещество, поради което там могат да се образуват само каменисти планети. Следователно тези планети са по-малко масивни, тъй като за тяхното образуване е налице по-малко материя).
Буквално след 3 милиона години се появява гигант на Слънчевата система - млад замръзнал Юпитер. Преди да стане газов гигант, Юпитер е бил супер-земя - голяма скалиста планета с маса, няколко пъти по-голяма от тази на Земята. Продължаваше да расте, привличайки към себе си все повече и повече протопланети. Заради своята маса Юпитер се превърна в „гравитационен разбойник“. Подобно на космическа прахосмукачка, той абсорбира всички газове по пътя си и за 100 хиляди години е увеличил 90% от сегашната си маса.
Други планети във външната Слънчева система - Сатурн, Уран и Нептун - последваха неговия „хулигански“пример. И въпреки че повечето от тях не успяха да натрупат толкова убедителна "мускулна" маса, Юпитер и Сатурн в крайна сметка поеха 92% от цялата не-слънчева материя!
Благодарение на „лакомията“на тези два гиганта, над 10 милиона години от съществуването на младата Слънчева система, почти целият газ в нея, по-специално водородът и хелият, поради които Юпитер и Сатурн израснаха толкова бързо, свършиха. Тяхната неудържима „алчност“обаче играеше в ръцете на по-„скромните“им братя. В крайна сметка, ако Юпитер и Сатурн не привлякоха целия газ и прах, ние бихме могли да съзерцаваме нашето Слънце само като доста неясен размит диск. Те обаче не биха могли - при липса на нормална слънчева светлина животът на нашата планета едва ли би могъл да постигне такова разнообразие, че на него да се появяват такива любопитни създания като Homo sapiens. Слънцето обаче допринесе само за това. В края на краищата той продължи да абсорбира водород и хелий, в противен случай нямаше да нарасне до този размер и остана протозвезда. Между другото, Юпитер можеше да се превърне в звезда,ако имаше много по-голяма маса.
Второто раждане на Слънцето
Нашето Слънце се роди два пъти. Звездата, за която говорихме досега, беше само протослънце. В началото на живота й спектърът на нейната светлина беше различен. Протослънцето беше енергично като сега, но по-червено. На възраст от 50 милиона години се случва значително събитие със Слънчевата система - нашата звезда достига критична температура и налягане и в ядрото й започва ядрена реакция. С енергията на водородна бомба нашето протослънце експлодира и се ражда нова пълноценна звезда.
Вътрешни планети
Слънцето беше узряло и формираните Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун прелетяха над снежната линия. Междувременно в горещия вътрешен район, където имаше много скали и малко газ, настъпи хаос, докато малките протопланети продължиха да се сблъскват и да растат.
Формирането на вътрешните планети на Слънчевата система е продължило 10 пъти по-дълго от образуването на газови гиганти. След 75 милиона години този процес приключи. Прахът от тези "битки" се разпръсна и очертанията на четирите вътрешни планети - Меркурий, Венера, Земя и Марс - се появиха от дълбините на космоса.
Детството на нашата Земя обаче беше трудно. По времето, когато прото-земята достигна сегашния си размер и зае стабилна орбита, тя имаше космически преследвач. Смята се, че в началните етапи на развитие Земята е била придружена от друга протопланета - Тея. Той имаше почти същата орбита като Земята. Тя буквално последва петите си. Не е изненадващо, че такъв „контрол“рано или късно трябваше да доведе до ожесточен „конфликт“- планетите се сблъскаха. И отново големите бедствия се превърнаха в велико творение - от отломките на Тея и самата Земя, сателит - се образува Луната (прочетете за това в последния брой на списанието в статията „История на Земята за 30 минути“). След като е преживяла катаклизма и е образувала Луната, Земята се е превърнала в една от най-стабилните планети във вътрешната Слънчева система. Това вероятно е друга причиназащо животът се появи върху него (поне толкова разнообразен).
Астероиден пръстен и колан на Кайпер
Изглежда, че формирането на планетите е приключило, но между Марс и Юпитер и до днес има пръстен, който отдавна е трябвало да се превърне в друга планета. Но раждането й е невъзможно - „злобата-съдба“под формата на гигантския Юпитер не й позволява да се формира: гравитационната сила на газовата планета постоянно тласка астероидите заедно и им пречи да бъдат привлечени един към друг.
По-близо до ръба на Слънчевата система, извън орбитата на Нептун, се намира друг пръстен от астероиди - поясът на Кайпер. Съдържа много скали и лед, но всички те летят толкова далеч един от друг, че почти никога не се сблъскват, поради което не образуват планети.
Обектите на главния колан са показани в зелено, разпръснатият диск - в оранжево. Четирите външни планети са подчертани в синьо, троянските астероиди на Нептун в жълто и Юпитер в розово. Появата на празнината в долната част на фигурата се дължи на наличието на лентата Млечен път в тази област, скриваща слаби предмети
В допълнение към астероидния пръстен и пояса на Кайпер има и хипотетична сферична област в Слънчевата система, наречена облак Оорт. Тя е тази, която според много изследователи се смята за „родина“на дългопериодните комети. И въпреки че съществуването на облака Оорт не е инструментално потвърдено, много косвени данни показват неговото съществуване. Смята се, че облакът Оорт е остатъкът от оригиналния протопланетен диск, който се е образувал около Слънцето преди около 4,6 милиарда години. Общоприетата хипотеза е, че обектите на Oort Cloud първоначално са се образували много по-близо до Слънцето в същия процес, в който са били формирани планетите и астероидите, но гравитационното взаимодействие с млади гигантски планети като Юпитер е хвърлило тези обекти в изключително удължени елиптични или параболични орбити. …
Късна тежка бомбардировка
50 милиона години след раждането на Слънчевата система обаче има 100 пъти повече тела в пояса на Кайпер и астероидния пръстен, отколкото днес. Всички те са изиграли разрушителна, но много важна роля в еволюцията на скалистите вътрешни планети, включително нашата Земя.
Причината за драмата обаче са газовите гиганти, чиито изместени орбити почти унищожават Слънчевата система. Когато Юпитер влезе в резонанс със Сатурн, възникна гравитационно вълнение и настъпи катастрофа - планетите, разпръснати из Слънчевата система. Две планети, Нептун и Уран, пострадаха най-много. Орбитите им са обърнати.
Резонансът на Юпитер-Сатурн напълно е изтънил както астероидния пояс, така и пояса на Кайпер. 99% от телата в поясите на астероидите и Кайпер се разпръснаха, повечето от тях бяха извън Слънчевата система. Но някои влязоха вътре. Земята, подобно на други скалисти планети, беше в огневата линия. Това събитие е известно като късно тежко бомбардиране. Но принципът „без сребърна подплата“отново работи. Много учени вярват, че именно такива бомбардировки биха могли да донесат вода на Земята и същевременно органични минерали и вещества, от които животът се е развил по-късно.
Оттогава, доколкото съвременната наука знае, в Слънчевата система не е имало сериозни катаклизми. Мнозина обикновено го смятат за нетипичен в сравнение с други подобни системи именно поради неговата стабилност. Специални ли сме?..
Слънчевата система трябва да съществува още около 5 милиарда години - докато термоядрената реакция във вътрешността на слънцето спре и тя се разшири. Когато това се случи, той ще се превърне в червен гигант и ще погълне Меркурий, Венера и вероятно нашата Земя. Но дори нашата планета да избягва тази съдба, животът върху нея ще стане напълно невъзможен поради близостта на гигантското слънце. Обитаемата зона ще се измести до самите ръбове на планетарната система. Въпреки това, поради изключително увеличената повърхност, Слънцето ще бъде много по-хладна звезда от преди. След това нашата система ще се сблъска с още по-голяма трагедия - Слънцето отново ще започне да се свива. Това ще продължи, докато се превърне в бяло джудже - звездно ядро, необичайно плътен обект с половината от първоначалната маса на звездата, но само с размерите на Земята. Процесът на „умиране“на Слънцето, както и всичко останало на този свят, е започнал по времето на неговото раждане. Тъй като слънцето изгаря запасите си от водородно гориво, енергията, отделяна за поддържане на ядрото, обикновено се изчерпва, което кара звездата да се свива. Това увеличава налягането във вътрешността му и загрява сърцевината, като по този начин ускорява изгарянето на горивото. В резултат на това Слънцето просветлява около десет процента на всеки 1,1 милиарда години и ще осветява още 40% през следващите 3,5 милиарда години. В резултат на това Слънцето просветлява около десет процента на всеки 1,1 милиарда години и ще осветява още 40% през следващите 3,5 милиарда години. В резултат на това Слънцето просветлява около десет процента на всеки 1,1 милиарда години и ще осветява още 40% през следващите 3,5 милиарда години.