НАШЕ МЕСТО ВО ВСЕЛЕННОЙ

Это сейчас люди достаточно "легко" представляют себе свое место в безграничных просторах Космоса.
Они шли к таким представлениям многие тысячи лет — от первых вопрошающих взглядов первобытного человека на ночное небо Земли, до создания мощнейших телескопов во всех диапазонах частот ЭМ-колебаний.

Для исследования свойств космического пространства сейчас используются так же другие типы волновых процессов (гравитационные волны) и элементарные частицы (нейтринные телескопы). Используются космические разведчики — межпланетные космические аппараты, которые продолжают свою работу уже за пределами Солнечной системы и несут сведения о нашей планете тем обитателям Галактики (Вселенной), которые станут обладателями этих КА в будущем.

Изучая природу (др. греч. φύσις), человечеству пришлось переходить от простого созерцания и мудрствования (натуральная философия) к созданию полноценной науки — физики — экспериментальной и теоретической (Г. Галилей). Физика смогла предсказывать будущее в развитии природных процессов.

Физика по своей сути является основой для всех наук, в том числе и математики, которая не может существовать отдельно от природы, поскольку черпает свои темы из природы и является инструментом для ее исследования. По мере разгадывания тайн движения планет были созданы новые разделы математики (И. Ньютон, Г. Лейбниц), которые с большим успехом используют сейчас во всех без исключения разделах деятельности людей, в том числе и в познании законов мироздания. Понимание этих законов и позволило определить наше место во Вселенной.

Процесс познания продолжается и не может остановиться, пока существует человек и его природное любопытство — он хочет знать, из чего всё сделано и как устроено (галактики, звезды, планеты, молекулы, атомы, электроны, кварки...), откуда всё берётся (физический вакуум), куда исчезает (чёрные дыры) и т.д. Для этого учёными создаются новые физико-математические теории, например, теория суперструн (М– теория)
(Э. Виттен, П. Таунсенд, Р. Пенроуз и др.), которые объясняют устройство и Макро– и Микромиров.

Итак, наша Галактика (Млечный путь) входит в так называемую местную группу галактик. Размеры галактик и расстояния между ними громадны и требуют специальных единиц измерения (см. в колонке справа).

наши соседи из местной группы галактик (увеличить картинку)

Наша Галактика — Млечный путь представляет собой гигантский диск, состоящий из звезд разного типа, звездных скоплений, межзвездного вещества, состоящего из различного типа излучений, элементарных частиц, атомов и молекул, тёмной материи, над тайной которой бьются сейчас астрофизики. В центре нашей Галактики существует чёрная дыра (по крайней мере одна) — ещё одна из астрофизических проблем современности.

На схема ниже показано устройство Галактики (рукава, ядро, гало), её размеры и место, которое занимают в ней Солнце, Земля и другие планеты — спутники Солнца.

расположение Солнечной системы в Галактике Млечный путь (схема)
увеличить картинку

схема рукавов (ветвей) Млечного пути (Солнечная система выделена)
увеличить картинку

КОСМОГОНИЯ (греч. κοσµογόνια от греч. κόσµος — порядок, мир, Вселенная и γονή — рождение — происхождение мира) — раздел астрономии, посвященный происхождению и развитию небесных тел.

ПРОИСХОЖДЕНИЕ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ

Полноценной теории образования Солнечной системы до сих пор не существует. Все гипотезы, начиная с Р. Декарта (1644), существовали определённое время, и когда они не могли объяснить некоторые явления, происходящие в Солнечной системе то, либо отвергались полностью, либо развивались и дополнялись другими учеными.

Первая серьезная космогоническая гипотеза о происхождении Солнечной системы была создана и опубликована в 1755 г. немецким философом Иммануилом Кантом (1724–1804), считавшим, что Солнце и планеты сформировались из твердых частиц огромного облака, которые сближались и слипались между собой под действием взаимного тяготения.

Вторая космогоническая гипотеза была выдвинута в 1796 г. французским физиком и астрономом Пьером Симоном Лапласом (1749–1827). Принимая кольцо Сатурна за газовое, отделившееся от планеты при ее вращении вокруг оси, Лаплас полагал, что Солнце возникло из газовой туманности, скорость вращения которой увеличивалась при ее сжатии, и из-за этого от Солнца отделялись кольца газового вещества (похожие на кольца Сатурна), породившие планеты.

Эта гипотеза просуществовала более 100 лет. Однако, подобно гипотезе Канта, она была отвергнута, так как не объясняла закономерностей Солнечной системы. А достоверная гипотеза должна объяснить следующие основные закономерности Солнечной системы:

1) планеты обращаются вокруг Солнца по почти круговым орбитам, мало наклоненным к плоскости земной орбиты, составляющей с плоскостью солнечного экватора угол в 7° (исключение — [карликовая] планета Плутон, орбита которой наклонена к плоскости земной орбиты на 17°);

2) планеты обращаются вокруг Солнца в направлении его вращения вокруг оси (с запада к востоку), и в этом же направлении вращается большинство планет (исключение — Венера, Уран и Плутон, вращающиеся с востока к западу);

3) масса Солнца составляет 99,87% массы всей Солнечной системы;

4) произведение массы каждой планеты на ее расстояние от Солнца и ее орбитальную скорость называется моментом импульса этой планеты; произведение массы Солнца на его радиус и линейную скорость вращения представляет собой момент импульса Солнца. В общей сумме эти произведения дают момент импульса Солнечной системы, из которого 98% сосредоточено в планетах, а на долю Солнца приходится лишь 2%, т.е. Солнце вращается очень медленно (линейная скорость его экватора равна 2 км/с);

5) физические свойства планет земной группы и планет-гигантов различны.

Гипотезы Канта и Лапласа не смогли объяснить всех этих закономерностей и поэтому были отвергнуты.
Так, например, Нептун удален от Солнца на среднее расстояние d = 30 а.е. и  его линейная  скорость по орбите v = 5,5 км/с. Следовательно, при отделении породившего его кольца Солнце должно было иметь такой же радиус и такую же линейную скорость своего экватора.
Сжимаясь далее, Солнце последовательно порождало другие планеты, и в настоящее время имеет радиус R≈0,01 а.е.
Согласно законам физики, линейная скорость солнечного экватора  должна  была  бы быть

т.е. во много превосходить действительную скорость 2 км/с. Уже этот пример показывает несостоятельность гипотезы Лапласа.

В начале XX в. были выдвинуты и другие гипотезы, но все они оказались несостоятельными, так как не смогли объяснить всех основных закономерностей Солнечной системы.

По современным представлениям, образование Солнечной системы связано с формированием Солнца из газопылевой среды. Считается, что газопылевое облако, из которого около 5 млрд. лет назад образовалось Солнце, медленно вращалось. По мере сжатия скорость вращения облака увеличивалась, и оно приняло форму диска. Центральная часть диска дала начало Солнцу, а его внешние области — планетам. Этой схемой вполне объясняется различие в химическом составе и массах планет земной группы и планет-гигантов.

Действительно, по мере разгорания Солнца легкие химические элементы (водород, гелий) под действием давления излучения покидали центральные области облака, уходя к его периферии. Поэтому планеты земной группы сформировались из тяжелых химических элементов с малыми примесями легких и получились небольших размеров.

Из-за большой плотности газа и пыли излучение Солнца слабо проникало к периферии протопланетного облака, где царила низкая температура и пришедшие газы намерзали на твердые частицы. Поэтому далекие планеты-гиганты сформировались крупными и в основном из легких химических элементов.

Эта космогоническая гипотеза объясняет и ряд других закономерностей Солнечной системы, в частности распределение ее массы между Солнцем (99,87%) и всеми планетами (0,13%), современные расстояния планет от Солнца, их вращение и др.

Она разработана в 1944–1949 гг. советским академиком Отто Юльевичем Шмидтом (1891–1956) и впоследствии развита его сотрудниками и последователями.

По этой гипотезе процесс формирования планет представляется следующим образом.

По идее О.Ю. Шмидта, среда из которой образовались планеты, являлась фрагментом межзвездного газопылевого облака, захваченным Солнцем в Галактике.

В дискообразном газопылевом облаке вследствие взаимного столкновения его частиц возникали многочисленные сгущения. Множество мелких сгущений разрушалось от взаимных столкновений, а иные выпадали на крупные сгущения, в результате чего они увеличивались в размерах и уплотнялись, постепенно создавая зародыши планет (планетезимали). Неупругие удары при столкновениях сгущений привели к тому, что орбиты зародышей планет стали близкими к окружностям.

Со временем выжили лишь те наиболее крупные зародыши, которые располагались далеко друг от друга и не оказывали существенного взаимного гравитационного воздействия, поэтому их орбиты вокруг Солнца стали устойчивыми. Из этих зародышей на протяжении сотен миллионов лет и сформировались большие планеты.

Между орбитами Марса и Юпитера, где значительное гравитационное влияние Юпитера препятствовало росту сгущений и нарушало устойчивость их орбит, сформировались малые планеты-астероиды и метеороиды, которые и в нашу эпоху часто сталкиваются друг с другом и с планетами.

На самой периферии начального пылевого облака из остатков легких газов и незначительного количества пыли возникло множество долгопериодических комет. Проверка этой весьма правдоподобной гипотезы пока еще затруднена, так как систем, подобных нашей, мы не наблюдаем и нам не с чем ее сравнивать. Однако постоянно ведущиеся поиски вселяют надежду.

Уже сейчас (31 июля 2009) астрономы знают о существовании 281 других планетных систем (экстрасолнечные системы), с 357 планетами (экзопланеты). Найдены планеты по своим физическим характеристикам похожие на Землю. Идет интенсивное изучение экзопланет, проверяются различные модели, в том числе и возникновение планет из газопылевых туманностей.

Анализ содержания радиоактивных элементов в земной коре, исследования метеоритов и лунного грунта, а также геологические данные указывают на вероятный возраст Земли в 4,6 млрд. лет. Солнце и его планеты начали формироваться около 5 млрд. лет назад. Благодаря спокойной эволюции Солнца, умеренно обогревающего Землю, на ней около 3 млрд. лет назад зародилась жизнь, которая за этот длительный промежуток времени проэволюционировала в разумную.

Очевидно, формирование планет вокруг звезд на определенном этапе их развития есть закономерный процесс. Поэтому мы вправе полагать, что многие звезды обладают планетами и, возможно, на некоторых из них может существовать жизнь, в том числе и разумная.

Гипотезы (23) образования Солнечной системы (список и сведения об авторах)

июль 2009

Единицы измерения в астрономии

Иммануил Кант	Пьер С. Лаплас

формирование планет Солнечной системы
(по Лапласу)

формирование планет Солнечной системы
(по Шмидту)

часть газопылевой туманности М16 (NGC 6611)
в созвездии Орла

Большая туманность Ориона (M42)