Солнечная система как комплекс тел, имеющих общее происхождение

Познакомимся с основными физическими характеристиками больших планет. По физическим характеристикам восемь больших планет (исключая Плутон) можно разделить на две группы. Одну из них — планеты земной группы — составляют Земля и сходные с ней Меркурий, Венера и Марс. Во вторую входят планеты-гиганты: Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Разделение планет на группы прослеживается сразу по трем характеристикам (размерам, плотности и массе), причем по плотности — наиболее четко.

Планеты каждой из групп по плотности мало различаются между собой, но средняя плотность планет земной группы примерно в 5 раз больше средней плотности планет-гигантов. Различие плотности тел в окружающей нас природе может объясняться как различием их химического состава, так и различием агрегатного состояния. Большая часть массы планет земной группы приходится на долю твердого состояния вещества — оксидов и других соединений тяжелых химических элементов: железа, магния, алюминия и других металлов, а также кремния и других неметаллов. На долю четырех наиболее обильных в твердой оболочке нашей планеты (литосфере) элементов — железа, кислорода, кремния и магния — приходится свыше 90% ее массы. Самыми многочисленными являются атомы кислорода.

Малая плотность планет-гигантов (у Сатурна она меньше плотности воды) объясняется тем, что основная часть их массы находится в газообразном и жидком состояниях. В составе планет-гигантов преобладают водород и гелий. Этим они похожи на Солнце и многие другие звезды, у которых водород и гелий составляют примерно 98% массы. Разумеется, в планетах-гигантах есть и те вещества, которые составляют основу планет типа Земли. Например, на одном только Юпитере их больше, чем во всех планетах земной группы, вместе взятых, однако они составляют примерно лишь 1% его массы. Атмосфера планет-гигантов содержит различные соединения водорода, в частности метан и аммиак.

Отличия между планетами двух групп проявляются и в том, что планеты-гиганты быстрее вращаются вокруг оси, и в числе спутников: на четыре планеты земной группы приходится всего 3 спутника, на четыре планеты-гиганта — 54.

Столь значительные различия двух групп планет можно объяснить только на основе современных представлений о формировании Солнечной системы.

Согласно наиболее разработанной гипотезе, Солнечная система сформировалась в результате длительной эволюции огромного холодного газопылевого облака. Подобные идеи высказывались учеными еще в XVII в. В 40-х гг. XX в. эти идеи легли в основу гипотезы об образовании Земли и других планет из холодных твердых допланетных тел — планетезималей, выдвинутой академиком Отто Юльевичем Шмидтом.

В дальнейшем она получила развитие в работах его учеников в России, а также зарубежных ученых.

В пользу этой гипотезы свидетельствуют многие научные данные. Так, в последние годы вокруг нескольких звезд были обнаружены газопылевые облака, из вещества которых могут образовываться планеты. Исследования далекого прошлого Земли говорят о том, что наша планета никогда не была полностью расплавленной. Метеоритная «бомбардировка» планет по сути дела является продолжением того процесса, который в прошлом привел к их образованию. В настоящее время, когда в межпланетном пространстве метеоритного вещества остается все меньше и меньше, этот процесс идет значительно менее интенсивно, чем на начальных стадиях формирования планет.

Возраст наиболее древних пород, которые обнаружены в составе метеоритов, составляет примерно 4,5 млрд лет. Породы такой же древности обнаружены в доставленных на Землю образцах лунного грунта. Расчеты возраста Солнца дали близкую величину — 5 млрд лет. На основании этих данных принято считать, что все тела, которые в настоящее время составляют Солнечную систему, образовались примерно 4,5 — 5 млрд лет тому назад. Облако, из которого они образовались, представляло собой смесь частиц, которые относились к трем компонентам: скальному, ледяному и летучему. Именно из этих трех компонентов в различных соотношениях и состоят все тела Солнечной системы.

В течение нескольких миллиардов лет само облако и входящее в его состав вещество значительно изменялись. Разумеется, далеко не все детали процессов, которые произошли за это время, поддаются точным расчетам, тем не менее современная наука позволила составить общую картину формирования Солнечной системы.

Вначале сжатие облака гравитационными силами привело к образованию центрального горячего ядра — будущего Солнца. Оно захватило себе основную часть массы облака — примерно 90%. Тяготение образовавшегося Солнца воздействовало на форму оставшейся части облака: оно становилось все более и более плоским диском. Частицы этого диска, обращаясь вокруг Солнца по самым различным орбитам, сталкивались между собой. В результате одних столкновений частицы разрушались, а при других объединялись в более крупные. Возникали зародыши будущих планет и других тел. Считается, что число таких допланетных тел достигало многих миллионов. Но в конце концов эволюция облака привела к тому, что основная масса вещества оказалась сосредоточенной в немногих крупных телах — больших планетах (рис. 4.1).

Однако прежде, чем эти допланетные тела образовались и стали расти, произошло перераспределение вещества внутри облака, его дифференциация, и химический состав частиц в различных его частях стал неодинаковым. Под влиянием сильного нагрева из окрестностей Солнца улетучивались газы (в основном это самые распространенные во Вселенной — водород и гелий) и оставались лишь твердые тугоплавкие частицы. Из этого вещества впоследствии сформировались Земля, ее спутник — Луна, а также другие планеты земной группы.

Вдали от Солнца летучие вещества намерзали на твердые частицы, относительное содержание водорода и гелия оказалось повышенным. Объем периферийных частей облака был больше, а стало быть больше и масса вещества, из которого образовались далекие от Солнца планеты.

В ходе формирования планет и позднее на протяжении миллиардов лет в их недрах и на поверхности происходили процессы плавления, кристаллизации, окисления и другие физико-химические процессы. Это привело к существенному изменению первоначального состава и строения вещества, из которого образованы все ныне существующие тела Солнечной системы.

Однако не все вещество протопланетного облака вошло в состав планет и их спутников. Многие его сгустки остались как внутри планетной системы в виде астероидов и еще более мелких тел, так и за ее пределами в виде ядер комет.

Согласно современным представлениям, образование протопланетного облака связано с процессом формирования звезд.

Видео. https://youtu.be/i9Hp7kd5Ucs

Задание. 1. Изучить теоретический материал (§§ 15-16).
2. Ответьте на вопросы и выполните задание.

Вопросы

1. По каким характеристикам прослеживается разделение планет на две группы?

2. Каков возраст планет Солнечной системы?

3. Какие процессы происходили в ходе формирования планет?

Задание

1. Заполнить схему. Состав Солнечной Системы.

2) определите, по какой из физических характеристик планеты наиболее четко разделяются на две группы;
3) Заполнить таблицу «характеристика планет Солнечной системы и сформулировать основные отличительные особенности каждой группы планет

4) Заполнить таблицу «Теории эволюции Солнечной системы».