Сучасні уявлення про походження і еволюцію Сонячної системи

Питання походження Землі і Сонячної системи хвилювало вчених ще з глибокої давнини, однак перші наукові спроби пояснення проблеми відносяться лише до ХVІІІ ст. Відомий радянський вчений, полярник О. Ю. Шмідт згрупував всі запропоновані гіпотези у три класи.

До п е р ш о г о класу відносяться гіпотези, які виходять з постулату про утворення Сонця та планет із єдиного матеріалу (туманності). Це відомі гіпотези Канта-Лапласа, Фесенкова, Войткевича, недавно запропоновані уявлення Рудника і Соботовича та ін.

Д р у г и й клас об'єднує гіпотези, згідно з якими планети виникли з речовини Сонця (гіпотези Бюффона, Мультона і Чемберліна, Джінса, Джеффріса, Крата й ін.). І, нарешті, до т р е т ь о г о класу входять гіпотези, які не об'єднують Сонце та планети спільністю походження. Найбільш відомою є гіпотеза Шмідта. Зупинимось коротко на характеристиці гіпотез кожного класу.

У 1755 році німецький філософ І. Кант висловлює думку, що первісний Всесвіт складався з нерухомих пилоподібних частинок різної щільності. Сили гравітації спричинили їхній рух, співударяння однієї з одною і налипання їх одна на одну (акреція), утворення центрального розжареного згустка - Сонця. Подальші зіткнення частинок призвели до обертання Сонця і разом з ним пилової хмари. В пиловій хмарі поступово утворювались окремі згустки речовини - зародки майбутніх планет, навкруги яких за подібною схемою сформувалися супутники. Утворена таким шляхом Земля на початку свого існування уявлялась холодною.

Французький астроном і математик П. Лаплас запропонував дещо відмінний варіант. Сонячна система, на його думку, утворилась з розжареної газової туманності з центральним згустком, яка оберталася і стискалася під дією всесвітнього тяжіння. При подальшому охолодженні швидкість обертання туманності зростала і по периферії від неї відшаровувалися кільця, котрі у свою чергу розпадались на згущення - майбутні планети. Планети на початковій стадії являли собою розжарені газові кулі, які поступово охолоджувалися і затвердівали.

Гіпотеза Канта-Лапласа була панівною в космогонії аж до початку ХХ ст. і зіграла прогресивну роль, служачи основою природничих наук, у тому числі й геології. Головним недоліком гіпотези стала неспроможність пояснити розподіл всередині Сонячної системи моменту кількості руху (МКР). МКР визначається як добуток маси тіла на відстань від центру системи і швидкість його обертання. Дійсно, виходячи з факту, що Сонце володіє більше 90 % всієї маси системи, воно повинно мати і найвищий МКР. Насправді ж, Сонце має лише 2 % загального МКР, планети ж, особливо планети-гіганти, - решту 98 %.

Вказане протиріччя спробував пояснити радянський вчений В. Г. Фесенков (1960). Згідно з його гіпотезою, Сонце і планети утворилися внаслідок ущільнення гігантської туманності - "глобули". Туманність була дуже розрідженою матерією, складеною в основному з водню, гелію і невеликої кількості важких елементів. Під дією сили гравітації в центральній частині (глобули) виникло зіркоподібне згущення - Сонце, яке швидко оберталося. Внаслідок еволюції сонячної речовини в оточуюче його газово-пилове середовище із Сонця час від часу відбувалися викиди матерії. Це призводило до втрати Сонцем частини своєю маси і передачі утворюваним планетам значної частини МКР. Формування планет проходило шляхом акреції речовини туманності.

Американські дослідники - геолог Т. Чемберлін і астроном Ф. Мультон на початку ХХ століття запропонували подібні гіпотези, згідно з якими планети утворилися з речовини газових віток спіралей, "витягнутих" із Сонця зіркою, що пройшла на досить близькій віддалі від нього. Ними було введено в космогонію поняття "планетезималі", тобто згустки сконденсованої з газів первісної речовини, які стали ембріонами планет та астероїдів. Англійський астрофізик Д. Джинс (1919) припустив, що при зближенні з Сонцем іншої зірки з останнього відірвався сигароподібний виступ, який у подальшому розпався на окремі згустки, причому з середньої потовщеної частини "сигари" утворились великі планети, а по її краях - дрібні.

Оригінальну гіпотезу висунув у 1944 р. радянський дослідник О. Ю. Шмідт, учні якого в наступні роки дали її фізико-математичне обґрунтування. Це так звана м е т е о р и т н а гіпотеза (рис.6). В гіпотезі проблема утворення Сонця не розглядається. Згідно з її положеннями, Сонце на одній із стадій свого розвитку захопило холодну газово-пилову (метеоритну) хмару. До цього Сонце володіло дуже малим МКР, хмара ж оберталася зі значною швидкістю. В сильному гравітаційному полі Сонця почалася диференціація метеоритної хмари за масою, щільністю і розмірами. Частина метеоритного матеріалу потрапила на Сонце, інша, внаслідок процесів акреції утворювала згустки - зародки планет та їх супутників. Значна роль в гіпотезі відводиться дії "сонячного вітру" - тиску сонячного випромінювання, яке відкидало легкі газові компоненти на периферію системи. Утворена таким чином Земля була холодним тілом, подальший розігрів зв'язується з радіогенним теплом, гравітаційною диференціацією та іншими джерелами внутрішньої енергії планети. Великим недоліком гіпотези дослідники вважають дуже низьку імовірність захоплення Сонцем подібної метеоритної хмари.

Прикладом гіпотез, які з'явились у літературі порівняно недавно, можуть служити погляди В. О. Рудника і Е. В. Соботовича (1984). Згідно з їхніми уявленнями (модель поліхронно-гетерогенної акреції Землі), ініціатором процесів в газово-пиловій туманності міг послужити близький вибух "наднової" зірки. Під дією вибуху почався стиск туманності і утворення центрального згустка - Сонця. В подальшому проходила передача електромагнітним чи турбулентно-конвективним шляхом МКР від Сонця планетам, утворення кілець, подібних як у Сатурна, акреція матеріалу кілець спочатку в планетезималі, а потім в планети.

Існують різні точки зору стосовно послідовності формування внутрішніх частин планети. Згідно з однією із них, Земля спочатку була невідсортованим конгломератом залізо-силікатної речовини, в подальшому внаслідок гравітації відбулось розділення на залізне ядро і силікатну мантію - гомогенна акреція.

Прихильники гетерогенної акреції вважають, що спочатку акумулювалось тугоплавке залізне ядро, потім на нього налипали більш легкоплавкі силікатні частинки. Залежно від вирішення цього питання, мова може йти і про ступінь первісного розігріву Землі. Справді, зразу ж після свого утворення, планета почала розігріватись внаслідок сумісної дії декількох чинників: бомбардування її поверхні планетезималями, що супроводжувалось виділенням тепла; розпаду радіоактивних ізотопів, у тому числі короткоживучих ізотопів алюмінію, йоду, плутонію та ін.; гравітаційної диференціації надр (з позицій гомогенної акреції). На думку деяких дослідників, на цій ранній стадії формування планети її зовнішні частини могли перебувати у стані, близькому до розплаву.