Планета Земля в солнечной системе

Солнечная система–это связанные силами взаимного притяжения небесные тела с центральным телом–Солнцем. Кроме 9 больших планет с их

спутниками (известно больше 60) и более 5 тыс. малых планет или астероидов, в солнечную систему входит несколько сот наблюдавшихся комет и бесчисленное множество метеорных тел.

В состав планет земной группы входят Меркурий, Венера, Земля и Марс. Остальные планеты входят в состав юпитерианской группы: Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Плутон занимает особое положение. По своим физическим свойствам он относится к ледяным спутникам планет-гигантов.

Еще в XVI веке итальянский философ Джордано Бруно (1548–1600) предполагал, что звезды, подобно Солнцу, окружены свитой планет, и эти миры непрерывно рождаются, развиваются и умирают. Зарождение науки о происхождении небесных тел – космогонии, изучающей планеты и звезды,-началось с работ немецкого философа и естествоиспытателя Эммануила Канта (1724–1804) и французского математика Пьера Симона Лапласа (1749-1827). Они пришли к выводу, что на месте планет вокруг Солнца первоначально вращалась туманность из газа и пыли.

Каким образом газ и пыль превратились в планеты? Как оказалось, что лишь 2% общего момента количества движения приходится на массивное Солнце, а остальные 98% заключены в орбитальном вращении планет, масса которых в 750 раз меньше массы Солнца?

Лишь в 90-х годах ХХ века были получены ответы на эти и многие другие вопросы. Выход в космос с помощью ракет и спутников позволил наблюдать невидимые ранее объекты–газопылевидные туманности, вращающиеся вокруг некоторых молодых звезд, сходных с Солнцем.

Сжимаясь из обширного вращающегося облака молекулярного газа в небольшой по сравнению с исходным состоянием объем, звезда освобождается от избытка энергии и момента количества движения самым эффективным способом. В окрестностях формирующейся молодой звезды образуются быстрые потоки газа, несущиеся в двух противоположных направлениях от звезды подобно струям, вырывающимся из реактивного двигателя. Именно так теряют звезды исходный момента количества движения, именно так Солнце потеряло почти всю энергию вращения, часть которой преобразовалась в энергию орбитального вращения сформировавшегося протопланетного облака. Протопланетное облако, или диск состоит из мелких твердых тел. К моменту формирования планет солнечной системы размер облака должен был превышать радиус последней планеты солнечной системы – Плутона.

Остывшее протопланетное облако состояло почти целиком из молекулярного водорода и атомарного гелия. Лишь 2% приходилось на пылевидные частицы и другие элементы в таких соединениях, как метан (СН₄), аммиак (NH₃), вода (Н₂О), оксид углерода (СО₂) и др.

На первом этапе в течение примерно тысячи лет Солнце нагрело протопланетное облако до такого состояния, что оно целиком состояло из газа, пыли не было. Со временем газ охлаждался, и в нем вновь образовывались пылевидные частицы, минуя стадию образования жидкости. Конденсировались самые тугоплавкие соединения кальция (Са), магния (Мg), алюминия (Al) и титана (Ti), затем образовались магниевые силикаты , железо и никель.

 

В газовой фазе оставались лишь сера, кислород, азот, все благородные газы (He, Ne, Ar, Kr, Xe) и некоторые другие элементы. Ближе к Солнцу в протопланетном облаке вода реагировала с такими металлами, как железо, появлялись гидратированные химические соединения. На удаленных расстояниях, там, где в будущем должна была сформироваться планета Юпитер, в протопланетном облаке преобладали частички льда с вкраплениями более тугоплавких веществ. Еще дальше от Солнца преобладали кристаллики метана, аммиака, оксида углерода.

Следующий этап превращения протопланетного облака связан с его расслаиванием. Частицы слипались, их размеры увеличивались до нескольких сантиметров. В некоторых участках облака плотность вещества возрастала в несколько десятков раз. Протопланетное облако становилось гравитационно- неустойчивым и преобразовывалось в систему колец. В такой системе колец формировались сгустки вещества. Из сгустков в течение десятков тысяч лет шло образование допланетных тел размером около километра. Многие миллионы таких тел двигались вокруг Солнца. Формирование современной солнечной системы из допланетных тел продолжалось примерно 100 млн. лет.

В холодном безмолвии перемещались и сталкивались допланетные тела. Из таких тел формировалась Земля. Рост размеров Земли при соударении таких тел сопровождался повышением температуры примерно до 350-400 К. Падение на поверхность планеты тел радиусом до ста километров сопровождалось образованием огромных кратеров, под которыми на глубине

1-2 тыс. км создавались области повышенной температуры. Когда температура достигала точки плавления горных пород, они разделялись по плотности. Тяжелые элементы, включая железо и другие металлы, опускались к центру планеты, а легкие всплывали. Увеличение массы планеты приводило к гравитационному сжатию и еще большему разогреванию недр. Значительный вклад в разогревание планеты внесли радиоактивные элементы. Уран, торий, калий-40 явились основным источником повышения температуры недр Земли до 6000 К.

Прошло время, сформировались континенты, и на Земле появилась жизнь. Жизнь изменила химический состав атмосферы.

По записям колебаний земной поверхности при землетрясениях – сейсмограммам – было установлено, что недра земли состоят из трех основных частей: коры, оболочки (мантии) и ядра(рис. 39). Радиус внутреннего твердого ядра 1221 км, толщина слоя внешнего жидкого ядра2250 км, толщина мантии 2900 км. Радиус Земли по экватору 6371 км.

Судьба планеты Земля связана с существованием Солнца. Возможен следующий сценарий. Постепенно недра Земли остынут, выветривание сотрет неровности земной коры и поверхность планеты скроется под водой.

 

 

Рис. 39. Внутреннее строение планеты Земля

 

Далее предполагается, что значительное понижение температуры остывшей Земли скует мировой океан ледяной коркой. Но более вероятно, что за счет возрастания светимости Солнца, превращающегося в красный гигант прежде чем стать белым карликом, вода на планете Земля испарится, обнажив ровную поверхность. Жизнь исчезнет.