Глава XV. Ранняя история солнечной системы (стр. 3 )

Глобулы – прообразы нашего протосолнца – наблюдаются не единично и изолированно, а большими группами в больших межзвездных туманностях (например, упоминавшаяся уже туманность Лагуны в созвездии Стрельца (рис. 111)). Размеры глобул 1 – 2 пк, плотность вещества в ней достигает 20 – 200 частиц/м3 (при средней плотности межзвездной среды 10-7 частиц/м3). Таким образом, мы должны признать, что Солнце формировалось как одна из звезд огромной газопылевой туманности, простиравшейся на десятки парсек. В окрестности Солнца на расстоянии 100 пк, сегодня известно более 7000 звезд. Ближайшая к нам звезда – a-Центавра – расположена всего в 1,33 пк. Она могла возникнуть в пределах одной глобулы с Солнцем. Удивительно, что масса, светимость, температура, спектр и, следовательно, возраст этой звезды примерно такие же, как и у нашего светила!

Критерий Джинса для глобул может выполняться и без воздействия внешних сил. Но поскольку изотопная космохимия свидетельствует об обогащении туманности новыми элементами (Рудник, Соботович, 1984), необходимо принять возможность взрыва сверхновой в окрестности этой туманности, усилившей гравитационную неустойчивость и ускорившей процесс звездообразования. Глобулы сами по себе имели различные размеры и массу. Это предопределило дальнейший путь их эволюции. В крупных глобулах могли возникнуть массивные звезды или группы звезд, в меньших, подобно нашей, возникли две неоднородности – большая, давшая жизнь созвездию a-Центавра, и меньшая – нашей Солнечной системе. В этой меньшей части глобулы лишь немного не хватило массы для возникновения двойной звезды Солнце – Юпитер, ибо последний со своими 16 спутниками, четыре из которых (Ио, Европа, Ганимед, Каллисто) подобны планетам, представляет почти готовую Солнечную систему.

Предполагается, что в начальной стадии сжатия протозвезды возникающее по мере сжатия тепло отводится инфракрасным излучением. В противном случае газовое противодавление остановит этот процесс. Отсюда мощное инфракрасное излучение является характерным показателем зарождающейся протозвезды. Оно обычно наблюдается в газопылевых комплексах. При дальнейшем сжатии и росте температуры, как показывают расчеты (Дагаев и др., 1983), протозвезда становится все более непрозрачной для инфракрасного излучения, и это происходит, когда ее радиус станет равным R » 105×R0. Из приведенного следует, что в начальной стадии сжатия размеры протозвезды далеко, примерно в 10 раз, выходят за пределы размеров Солнечной системы (6 млрд. км), что соответствует расстоянию в 0,01 пк. Когда размеры протозвезды достигают значения R = 103×R0, т. е. орбиты Юпитера, светимость ее становится в 400 раз выше современной. На этом этапе включается конвективный процесс переноса глубинного тепла к поверхности. Звезда характеризуется неустойчивостью блеска (перемен­ные типа Т-Тельца). Это объясняется тем, что внутри протозвезды еще не созданы термодинамические условия запуска термоядерных реакций синтеза гелия из водорода. Согласно расчетам, последующее сжатие с R = 103R0 до R = 1R0 происходит за 20 млн. лет. Оно осуществляется уже в условиях начавшейся термоядерной реакции, в результате чего протозвезда переходит с дозвездного на звездный путь эволюции и выходит на главную последовательность диаграммы спектр-свети­мость Герцшпрунга-Рессела.

Все вышеизложенное позволяет существенно корректировать наши представления о формировании Солнечной системы.

Совершенно ясно, что в стадии существования протозвезды с преобладанием термохимических процессов внутри и инфракрасным излучением вследствие гигантского радиуса говорить о формировании планет ее по периферии не приходится. С другой стороны, нельзя исключить возможного возмущающего влияния со стороны аналогичной и даже большей по массе системы одновременно формировавшихся протозвезд в a-Центавра. Это, несомненно, дочерние образования, принадлежащие одной глобуле.

Ускорение вращения протозвезды вследствие прогрессивного уменьшения ее радиуса было неизбежно. Однако термохимические процессы, господствовавшие в этот период внутри объекта, уже должны были создать нечто вроде гигантского жидкого ядра. Поэтому в конце инфракрасной стадии протозвезда могла уже иметь мощное магнитное поле, намного превышавшее напряженность современного магнитного поля Юпитера, вследствие значительно большей скорости осевого вращения протозвезды. Когда радиус этого еще, в сущности, дозвездного объекта, а фактически гигантской планеты, сократился до размеров орбиты Юпитера и начался процесс термоядерного разогрева, секторное магнитное поле протозвезды должно было сообщить соответствующий крутильный момент количества движения масс пылегазового материала выше уровня равновесия сил гравитационного сжатия и газового противодавления: Ргаз = Ргравит. Этот уровень должен был следовать за сжимающейся протозвездой. За ним следовала и оставшаяся невычерпанной протосолнцем внешняя протопланетарная часть материнской туманности. Выше этого уровня пылегазовое вещество туманности находилось вне сильного гравитационного влияния протозвезды и закручивалось в планетарные вихри секторным магнитным полем. В этом аспекте интересно узнать, что же представляет собой орбита Меркурия, фиксирующая наинизшие положения планетарного сгустка пылегазового облака, находящегося вне зоны гравитационного вовлечения вещества массой протозвезды, и когда она могла возникнуть?

Со стадии дозвездного существования инфракрасное тепловое противодавление было эффективным далеко за пределами современного радиуса Солнечной системы. Однако с переходом на звездный путь развития, вызванный прогрессирующим сжатием вещества и, следовательно, уменьшением радиуса протозвезды с образованием ее в компактную массу, должен был возникнуть предел, ниже которого приливные силы звезды разрушают любое планетарное образование. Это так называемый предел Роша.

Формирование ближайших к Солнцу планет не лимитировалось пределом Роша. Они располагались значительно дальше него.

Учитывая тот факт, что свои параметры Солнце приобрело уже в начальной стадии своего существования как звезды, а Меркурий мог приобрести свою плотность лишь сформировавшись в планетное тело, можно заключить, что образование его как планеты могло начаться после завершения инфракрасной стадии развития протосолнца и уменьшения его радиуса до размеров, близких к современным. Этот вывод должен быть распространен и на другие планеты Солнечной системы. Народившаяся звезда, несомненно, ускорила акт планетообразования, хотя бы за счет значительного расширения объемов конденсации пылегазового материала в потоке усилившегося солнечного ветра.

Рис. 112. Вихревая модель образования Солнечной системы (по Шило, 1989)

Большие моменты количества движения у планет Солнечной системы, их разная скорость осевого вращения указывают на вращательный характер пылегазового комплекса и существенно неоднородное распределение масс вещества вдоль радиуса системы. В соответствии с вихревой моделью, предложенной академиком (1989), могли возникнуть спирали различных порядков и уровней со своими ядрами, внутри которых формировались планеты и их спутники (рис. 112). Такая модель снимает противоречия в различии моментов количества движения планет и Сол­нца. Несовпадение плоскости орбит Меркурия и Венеры с плоскостью других планет объясняется неодинаковой угловой скоростью вращения ядер спирали первого порядка и ее ветвей, на которых образовывались спирали второго и треть­его порядков с протопланетными и протоспутниковыми ядрами вещества. Согласно этой модели, отсутствие спутников у ближних к Солнцу планет (Меркурия и Венеры) и их лимитированное количество у Земли и Марса объясняется сильным гравитационным влиянием центрального протосолнечного ядра, которое легко отбирало вещество, удаленное от протопланетных ядер спиралей второго порядка. Спирали третьего порядка у этих близких к центральной массе планет могли возникнуть лишь у Земли и Марса – с ограниченным количеством вещества. Планеты-гиганты возникли за пределами сильного гравитационного влияния протосолнца. Поэтому здесь могли появиться мощные сгущения вещества на спирали не только первого, но и второго порядка. Формирование многочисленных спутников планет-гигантов происходило уже под влиянием их масс, а не протосолнца.

В своем развитии Солнце прошло через несколько стадий – протозвезды инфракрасного класса, неустойчивой звезды переменного блеска типа Т-Тельца, красного спектрального класса с температурой поверхности 3500 К, оранжевого спектрального класса с температурой 5000 К и, наконец, современной – стадии желтого спектрального класса с температурой 6000 К.

На всех стадиях, особенно в начальный неустойчивый период своей активности, Солнце неизбежно испускало той или иной силы звездные ветры, которые могли создавать динамические температурные и химические аномалии в окружающем пылегазовом облаке. Это способствовало образованию различных размеров агломераций метеоритов и астероидов, обогащению новыми элементами, в том числе и короткоживущими радиоактивными, которые в дальнейшем сыграли большую роль в эволюции планет.

Вследствие уменьшения температуры пылегазового облака по мере удаления от протозвезды, а в дальнейшем молодой звезды оранжевого спектрального класса ближайшая к светилу область вещества обеднялась летучими и обогащалась силикатами и тугоплавкими металлами. На орбитах планет-гигантов вещество в большей степени было обогащенно замерзшими газами, акклюдированной на пылинках водой. Поэтому внешние планеты оказались в большей степени обогащены летучими элементами, в том числе водородом и гелием. Однако представлять эти планеты в виде гигантских водородных шаров, как это принято в большинстве работ, вряд ли правомочно. Во-первых, трудно представить, каким образом легчайший газ мог консолидироваться в самые большие и массивные тела. Во-вторых, многие спутники планет-гигантов, как видно на прекрасных снимках американских межпланетных станций, состоят из каменного материала, подобного земным породам или метеоритам. Возникает вопрос: как соотнести водородный состав планеты с силикатным составом ее спутников?