На початку була хмара

Все почалося близько 4 млрд 600 млн років тому. Саме тоді величезну хмару молекулярної пилу, спокійно пливло в Чумацькому Шляху, раптом стало стискатися. Це сталося завдяки спалахнула неподалік наднової зірки, ударна хвиля від якої пройшла через все хмара і спровокувала гравітаційний колапс. А ще вибух гігантської зірки наповнив хмара газом і важкими елементами - залізом і ураном, пізніше стали цеглинками, з яких складається Сонячна система.

Стиснення відбувалося дуже швидко. Крім цього, хмара ще й оберталося. Справа в тому, що все навколо нас, включаючи галактику, знаходиться в постійному обертанні. Обертання - це частина фізики зоряного колапсу. Коли в газопиловій хмарі виникла гравітація, воно не тільки стало швидше обертатися, а й розплющило в диск. В умовах стрімкого стиснення і хаотичного обертання газ і пил почали ущільнюватися під безліч грудок. Ці грудки були нічим іншим, як майбутніми зірками.

Дуже скоро частина цієї хмари стане роздробленою Сонячною системою, в центрі якої засяє яскрава протозвезда. Вона почне поглинати пил і газ, з яких тоді складалася сонячна туманність. Велика частина з усього цього «сміття» виявиться в надрах Сонця, а з мізерних залишків утворюються планети, супутники, астероїди і навіть ми самі.

Сонячна система була не єдиним «дитиною» величезного газопилової хмари, одночасно з нею на світ «народжуються» і її «брати» - інші зоряні системи.

Те ж саме ми можемо спостерігати сьогодні в сузір'ї Оріона, через яке простягнулося гігантське молекулярне хмара протяжністю в сотні світлових років. У деяких місцях видно, як з цих грудок утворюються молоді зірки, немов гігантські диско-кулі, підсвічуються навколишній їхній газ всіма кольорами веселки.

Туманність Оріона / © NASA

На сьогоднішній день існує два підходи до питання утворення планетних систем. Один з них - це розвиток ідей радянського вченого Віктора Сафронова, так звана модель акреції на ядро. Відповідно до цієї моделі, спочатку утворюється якась заготовка планети, зародок, кам'яне ядро, на яке потім аккрецируют газ, і утворюється вже планета-гігант на зразок Юпітера, Сатурна або інших планет-гігантів. Другий підхід пов'язаний зі спробами пояснити утворення планет в протопланетному диску тим же механізмом, який призводить і до утворення зірок, тобто гравітаційної нестійкістю. Якщо диск досить масивний, і в ньому досить багато речовини, то можуть утворюватися якісь неоднорідності, які будуть стискуватися під дією власної ваги. Якщо вони будуть досить масивні, вони будуть падати всередину себе, коллапсировать і перетворюватися в масивні планети. У науковому середовищі перевага поки має перша - сафроновская теорія утворення планет.

планетезимали

У «дитинстві» у Сонячної системи не було ніяких планет. Самого Сонця як такого теж не існувало - була лише невелика протозвезда, світло від якої був дуже тьмяним через накопичених навколо неї газу і пилу. Втім, планети будуть формуватися дуже швидко.

Матеріал для їх «виготовлення» розділився на кілька «шарів» в залежності від температур диска. Ближче до протосолнца, при температурі понад 2 тис. Градусів, все випарувалося. На відстані 8 млн км перебувала кам'яна лінія, де метали і мінерали затверділи. Наступний рубіж прийнято називати лінією снігу - ця верхня межа внутрішньої Сонячної системи. Вода, метан і аміак існують тут тільки у вигляді льоду. Але чому ми говоримо саме про ці речовини? Все просто - в Сонячній системі їх найбільше, особливо води. Все це - компоненти водню в тому чи іншому вигляді, а водень є найпоширенішим елементом у Сонячній системі того часу.

Як ці, так і інші елементи, об'єднує одне - вони поки знаходяться тут у вигляді мікроскопічних часток. Але вже дуже скоро шляхом акреції їх почне притягати один до одного, і вони перетворяться в камені і шматки льоду, які, в свою чергу, теж притягне разом. З них утворюються більш-менш великі кам'яні шматки (приблизно 1 км на 1,5 км), звані планетезимали. Це перший будівельний матеріал, з якого через 3 млн років сформуються протопланети - «зародки» планет.

Художнє бачення лінії снігу / © ESA

газові гіганти

А поки протопланети схожі за розмірами з Місяцем. Стикаючись між собою, вони утворюють великі планети. Планети внутрішньої Сонячної системи - Меркурій, Венера, Земля і Марс - вийшли невеликими, менше зовнішніх, тому що їм дісталося менше будівельного матеріалу (ближче до зірки, там, де досить гаряче через її випромінювання, не можуть конденсуватися льоди, не можуть конденсуватися в тверду речовину вода, аміак і інші гази, тому там можливе утворення тільки кам'яних планет. Тому ці планети виходять менш масивними, адже для їх освіти є менше речовини).

Буквально за 3 млн років з'являється гігант Сонячної системи - молодий замерзлий Юпітер. Перш ніж стати газовим гігантом, Юпітер був Суперземля - ​​великої кам'яної планетою, маса якої в кілька разів перевищує масу Землі. Він продовжував зростати, притягаючи до себе все нові протопланети. Через свою маси Юпітер став «гравітаційним розбійником». Як космічний пилосос він поглинав все гази на своєму шляху і за 100 тис. Років наростив 90% своєї нинішній маси.

Інші планети зовнішньої Сонячної системи - Сатурн, Уран і Нептун - зробили те саме «хуліганському» наприклад. І хоча накопичити таку переконливу «м'язову» масу більшості з них все ж не вдалося, Юпітер і Сатурн в кінцевому підсумку увібрали в себе 92% за все не сонячної речовини!

Завдяки «ненажерливості» цих двох гігантів за 10 млн років існування молодої Сонячної системи в ній скінчився практично весь газ, зокрема, водень і гелій, через які так швидко виросли Юпітер і Сатурн. Їх невгамовна «жадібність», проте, зіграла на руку їх більш «скромним» побратимам. Адже якби Юпітер і Сатурн НЕ притягли весь газ і пил, ми могли б побачити наше Сонце лише як досить тьмяний нечіткий диск. Втім, не могли б - у відсутності нормального сонячного світла життя на нашій планеті чи могла досягти такого розмаїття, щоб на ній з'явилися настільки цікаві істоти як Homo sapiens. Сонце, втім, сприяло цьому і саме. Адже воно продовжувало вбирати в себе водень і гелій, інакше не виросло б до таких розмірів, так і залишившись протозвездой. Юпітер, до речі, і сам би міг стати зіркою, якби мав значно більшою масою.

© Wikimedia commons

Друге народження Сонця

Наше Сонце народилося двічі. Та зірка, про яку ми говорили досі, була лише протосолнца. На початку свого життя спектр світла її був іншим. Протосолнца мало величезну енергією як і зараз, але було більш червоним. У віці 50 млн років із Сонячною системою відбувається знакова подія - наша зірка досягає критичної температури і тиску, в її ядрі починається ядерна реакція. З енергією водневої бомби наше протосолнца вибухає, і народжується нова повноцінна зірка.

© NASA

внутрішні планети

Сонце дозріло, а сформувалися Юпітер, Сатурн, Уран і Нептун полетіли за снігову лінію. Тим часом, в гарячій внутрішньої області, де було багато каменів і мало газу, творився хаос: крихітні протопланети продовжували стикатися і рости.

Освіта внутрішніх планет Сонячної системи тривало в 10 разів довше, ніж формування газових гігантів. Через 75 млн років цей процес підійшов до кінця. Пил цих «боїв» розсіялася, і з глибин космосу проступили обриси чотирьох внутрішніх планет - Меркурія, Венери, Землі і Марса.

Дитинство нашої Землі проте було важким. У той час, коли протоземля досягла нинішніх розмірів і зайняла стабільну орбіту, у неї був космічний переслідувач. Вважається, що на початкових стадіях розвитку Землю супроводжувала інша протопланета - Тея. У неї була майже така ж орбіта, як і у Землі. Вона буквально слідувала за нею по п'ятах. Не дивно, що подібний «контроль» рано чи пізно повинен був вилитися в запеклий «конфлікт» - планети зіткнулися. І знову великі лиха обернулися великим творенням - з уламків Теи і самої Землі сформувався супутник - Місяць (читайте про це в минулому номері журналу в статті «Історія Землі за 30 хвилин»). Виживши в катаклізм і сформувавши Місяць, Земля стала однією з найстабільніших планет внутрішньої Сонячної системи. Ймовірно, це ще одна причина, чому саме на ній з'явилося життя (принаймні, настільки різноманітна).

Кільце астероїдів і пояс Койпера

Здавалося б, формування планет закінчено, але між Марсом і Юпітером і донині існує кільце, яке давним-давно мало б перетворитися в ще одну планету. Але народження її неможливо - «лиходійка-доля» в образі гіганта Юпітера не дозволяє їй сформуватися: гравітаційна сила газової планети постійно зіштовхує астероїди і не дає їм притянуться один до одного.

Ближче до краю Сонячної системи, за орбітою Нептуна, розташувалося ще одне кільце астероїдів - пояс Койпера. У ньому багато каменів і льоду, але всі вони літають так далеко один від одного, що майже ніколи не стикаються, тому не утворюють планет.

Об'єкти основного пояса показані зеленим кольором, розсіяного диска - помаранчевим. Чотири зовнішніх планети виділені блакитним кольором, троянці Нептуна - жовтим, Юпітера - рожевим. Поява проміжку в нижній частині малюнка пов'язано з перебуванням в цій області смуги Чумацького шляху, що приховує тьмяні об'єкти / © Wikimedia Commons

Крім кільця астероїдів і пояса Койпера, в Сонячній системі існує і гіпотетична сферична область, звана хмарою Оорта. Саме вона, на думку багатьох дослідників, вважається «батьківщиною» долгоперіодіческіх комет. І хоча інструментально існування хмари Оорта не доведено, багато непрямі дані вказують на його існування. Вважається, що хмара Оорта є залишком вихідного протопланетного диска, який сформувався навколо Сонця приблизно 4,6 млрд років тому. Загальноприйнята гіпотеза свідчить, що об'єкти хмари Оорта спочатку формувалися набагато ближче до Сонця в тому ж процесі, в якому утворилися планети і астероїди, але гравітаційна взаємодія з молодими планетами-гігантами, такими, як Юпітер, відкинуло ці об'єкти на надзвичайно витягнуті еліптичні або параболічні орбіти .

Пізнє важке бомбардування

Втім, через 50 млн років після народження Сонячної системи в поясі Койпера і кільці астероїдів було в 100 разів більше тіл, ніж сьогодні. Всі вони зіграли руйнівну, але дуже важливу роль в еволюції кам'янистих внутрішніх планет, включаючи нашу Землю.

Причиною драми, однак, стали тоді газові гіганти, чиї змістилися орбіти мало не погубили Сонячну систему. Коли Юпітер увійшов у резонанс із Сатурном, виникло гравітаційне збудження і сталася катастрофа - планети розлетілися по Сонячній системі. Дві планети - Нептун і Уран, постраждали найбільше. Їх орбіти помінялися місцями.

Резонанс Юпітер-Сатурн грунтовно прорідив і пояс астероїдів, і пояс Койпера. 99% тел в поясах астероїдів і Койпера розлетілася, велика частина з них виявилася за межами Сонячної системи. Але деякі відправилися всередину. Земля, як і інші кам'янисті планети, виявилася на лінії вогню. Ця подія відомо як пізнє важке бомбардування. Але принцип «немає лиха без добра» спрацював знову. Багато вчених вважають, що саме такі бомбардування могли принести на Землю воду, а заодно і органічні мінерали і речовини, з яких пізніше розвинулася життя.

З тих пір, наскільки відомо сучасній науці, серйозних катаклізмів в Сонячній системі не відбувалося. Багато хто взагалі вважає її нетиповою в порівнянні з іншими подібними системами саме в силу її стабільності. Невже ми - особливі? ..

Сонячна система повинна проіснувати ще близько 5 млрд років - до тих пір, поки термоядерна реакція в надрах Сонця не припиниться і воно не розшириться. Коли це станеться, воно перетвориться на червоного гіганта і поглине Меркурій, Венеру і, можливо, нашу Землю. Але навіть якщо наша планета і уникне цієї долі, життя на ній стане абсолютно неможливою через близькість гігантського Сонця. Зона населеності зміститься до самим краях планетної системи. Втім, через надзвичайно збільшилася площі поверхні Сонце буде набагато більш «прохолодною» зіркою, ніж раніше. Після цього нашу систему чекає ще більша трагедія - Сонце знову почне стискатися. Це буде відбуватися до тих пір, поки воно не перетвориться на білого карлика - зоряне ядро, надзвичайно щільний об'єкт в половину початкової маси світила, але розміром всього лише з Землю. Процес «вмирання» Сонця, як і всього в цьому світі, почався ще в момент його народження. Оскільки Сонце спалює запаси водневого палива, що виділяється енергія, що підтримує ядро, має тенденцію закінчуватися, змушуючи зірку стискатися. Це збільшує тиск в її надрах і нагріває ядро, таким чином прискорюючи спалювання палива. В результаті Сонце стає яскравішим приблизно на десять відсотків кожні 1,1 млрд років, і стане яскравішим ще на 40% протягом наступних 3,5 млрд років.