Из пыли и газа. Загадка появления Солнечной системы

Это странно, но людей гораздо больше интересует, что же произойдёт с Солнечной системой в будущем, нежели как она образовалась в прошлом. В подтверждение этому тысячи статей о возможных вариантах гибели нашего светила и гораздо меньшее количество информации о его рождении. А между тем образование Солнечной системы — это одна из загадок, так до сих пор и не разгаданных учёными.

Большой взрыв случился около четырнадцати миллиардов лет назад. Если вы любите более точные числа, то со времени образования нашей Вселенной прошло 13,77 ± 0,059 млрд лет. Понадобилось достаточно много времени, чтобы кварк-глюонная плазма охладилась настолько, чтобы в ней стало возможным существование атомов водорода и других строительных элементов будущих галактик и звёздных систем.

По пустому и абсолютно чёрному пространству во все стороны расползались огромные облака газа и пыли. Во Вселенной и сейчас есть подобные образования. Подобные газопылевые облака астрономы наблюдают в туманности Ориона. Считается, что они очень похожи на те, что послужили материалом для создания Солнечной системы. Подобные формирования не редкость для современной Вселенной. Например, гигантское облако Смита, в миллионы раз превышающее по массе наше Солнце, прямо сейчас мчится в сторону нашей с вами галактики Млечный Путь.

Газовое облако Смита состоит по большей части из водорода, имеет протяжённость 11 000 световых лет и ширину 2500 световых лет. Его скорость — около 1 100 000 километров в час, а после столкновения с нашей галактикой предполагается образование нескольких миллионов новых звёзд. Впрочем, до этого момента ещё осталось около 30 миллионов лет и в ожидании этого события мы вернёмся к образованию Солнечной системы.

Примерно две трети времени существования Вселенной потребовались на то, чтобы образовать облако пыли и газа и охладить его до требуемой температуры. Учёные считают, что облако содержало в себе не только лёгкие водород и гелий, но и оставшиеся от звёзд предыдущих поколений металлы (это свойство так и называется — металличность). Облако спокойно существовало как часть Млечного Пути (Галактика всё это время активно формировалась), однако 4,6 миллиарда лет назад что-то случилось.

Собственно, причина гравитационного коллапса, запустившего процесс образования Солнечной системы, до сих пор неизвестна. То ли звезда пролетала неподалёку, а может, ударная волна от взрыва сверхновой пошевелила массы газа. Теперь уже вряд ли получится ответить, что именно стало спусковым крючком, однако именно этот момент можно считать началом формирования Солнечной системы.

Часть вещества в облаке уплотнилась и стала центром гравитационного притяжения для остальной части Солнечной прасистемы. А дальше, как говорил классик, "всё заверте...". Центр гравитационного коллапса начал притягивать к себе не только водород и гелий, но и многочисленные тяжёлые вещества, те же самые металлы.

Гравитационное сжатие одновременно уменьшало размеры облака (оно как бы проваливалось в центр себя, постепенно сжимаясь), но и в силу закона сохранения углового момента увеличивалась его угловая скорость. Проще говоря, облако начало всё сильнее раскручиваться вокруг своей оси, наподобие огромного космического волчка. Учёные считают, что изначально и у пылевого облака уже была небольшая угловая скорость, но гравитационный коллапс начал её многократно увеличивать.

Подобно глине на гончарном круге, будущая Солнечная система становилась всё более плоской и расширяющейся по бокам. Так центробежная сила сформировала стремительно вращающийся диск, в центре которого уже начинала загораться протозвезда, наше будущее Солнце. Облако сжималось всё сильнее, соответственно росла и внутренняя температура. Опять же проще всего представить себе гончарный круг, где по центру собирается большая часть глины, а небольшие остатки откидывает на дальние части круга, где они продолжают своё вращение.

Центральная часть пылевого облака, заботливо спрессованная гравитацией, стала будущим Солнцем, а остатки пошли на формирование планет и астероидов. Небольшие изначально уплотнения остаточных частей начали расчищать свои орбиты, формируя самостоятельные, хоть и вращающиеся вокруг центрального шара объекты.

Некоторые из них были достаточно большими, что могли и сами превратиться в звезду. Их массы лишь немного не хватило на то, чтобы запустить внутри себя термоядерную реакцию. В Солнечной системе это Юпитер — астрономы считают, что, находись он в других условиях и набери раз в десять больше массы, её могло бы хватить на формирование звезды-карлика.

Случись это, и о жизни на Земле можно было бы забыть. Системы с двумя и более звёздами считаются очень неустойчивыми и плохо подходящими для формирования жизни на планетах. Подобные процессы требуют времени и постоянства, а в системе из двух звезд не найти ни того, ни другого. К счастью, лишь одно Солнце загорелось, когда в протозвезде температура и давление стали достаточными для начала термоядерной реакции.

Температура внутри бывшего пылевого облака достигла нескольких миллионов кельвинов, и в самом сердце звезды началась реакция синтеза гелия из водорода, продолжающаяся и до сих пор. С днём рождения, Солнце!

Наше Солнце по спектральному классу относится к жёлтым карликам. К слову, если бы Юпитер был чуть побольше, он мог бы стать коричневым карликом. Средняя плотность Солнца всего в 1,4 раза выше воды и скорее похожа на детсадовский кисель или жидкий обойный клей. Эффективная температура поверхности Солнца — 5780 кельвинов, для человеческого глаза это практически идеальный белый свет.

Как же так, ведь глазу Солнце кажется желтоватым, а если вы внимательно рассматривали лампы накаливания, то помните, что жёлтые оттенки проявляются при температуре ниже 3000 кельвин. Всё так, но атмосфера Земли частично рассеивает идеально белый солнечный свет и придаёт ему желтоватый оттенок. В космосе же Солнце ослепительно белое, как и должно быть.

А как изменилась Солнечная система за миллиарды лет существования? На каком расстоянии находились планеты во время своего образования и сейчас? Стали ли они ближе к светилу или, наоборот, удаляются от Солнца в глубины бесконечного космоса? Раньше считалось, что положение планет практически неизменно. Как сформировались, так и продолжают свой бесконечный бег по кругу.

Однако последние лет тридцать точка зрения учёных меняется. Специалисты считают, что на заре своего существования Солнечная система была гораздо компактнее. Пояс Койпера за орбитой Нептуна, где до сих пор осталось много "строительного материала" для формирования планет, в своё время был гораздо ближе к нашей звезде. То есть Солнечная система постепенно расширяется, потихоньку увеличиваясь в размерах.

Земля тоже постепенно удаляется от Солнца. Совсем по чуть-чуть, примерно 15 сантиметров в год. Достаточно долго астрономам не удавалось объяснить это, в ход шли всевозможные гипотезы: потеря звездой массы в результате выбросов и солнечного ветра, а также действие загадочной тёмной материи. Однако, согласно последним теориям, всему причиной гравитационное взаимодействие Земли и Луны.

Именно наш ближайший спутник немного замедляет Землю (период обращения Земли вокруг Солнца увеличивается на три миллисекунды каждые сто лет), а также удаляет планету от Солнца на микроскопические по космическим мерками 15 сантиметров в год. Кстати, стало известно о том, что Земля удаляется от Солнца, относительно недавно. Лишь в 2004 году российские астрономы Григорий Красинский и Виктор Брумберг смогли обнаружить это постоянное удаление.

Считается, что на этапе формирования планет было гораздо больше. Во внутренней части по орбитам кружилось от 50 до 100 небесных тел, готовых превратиться в постоянные планеты. В процессе формирования случались столкновения, в результате одного из них большей части своей мантии лишился Меркурий, также есть теория, что в результате другого удара Земля получила Луну. Впрочем, это лишь одна из теорий.

Так продолжалось несколько десятков миллионов лет, пока во внутренней области Солнечной системы не осталось четыре планеты земной группы, расчистившие свои орбиты от астероидов и других конкурентов. Это Меркурий, Венера, Земля и Марс, финалисты, выигравшие право получать достаточное количество тепла и света от Солнца. С этого момента можно было начинать выращивать жизнь.

Вселенная не стоит на месте. Солнечная система — это тоже не статический объект, а сложнейшая система, постоянно, хоть и очень медленно меняющаяся. Астрономы регулярно обновляют своё понимание того, как она существует. Путь от газопылевой туманности до системы, включающей в себя как минимум одну обитаемую планету, занял несколько миллиардов лет. И останавливаться на достигнутом Солнечная система не собирается.

В ближайшее время, согласно современным моделям, серьёзных изменений не ожидается. Мало что изменится до того, как Солнце израсходует свои запасы водорода. Именно тогда Солнце начнёт своё превращение в красного гиганта, а Солнечную систему ждут катастрофические изменения. Впрочем, это случится ещё очень и очень не скоро. Как говорится, поживём — увидим.