Гипотезы, дискуссии, предложения
Как образовалась Солнечная система?
Е.В. ПОПОВА, академик РАЕН ,
Помощник Руководителя Администрации Президента РФ
Рассматривая основные положения теории происхождения Солнечной системы, автор пытается найти ответы на некоторые из нерешенных до сих пор вопро-
сов. Изучение происхождения Солнечной системы важно не только для развития фундаментальной науки, но и имеет большое практическое значение при
формировании долгосрочной космической программы России исследования Луны и Марса, более глубокого понимания проблем земной геологии.
НЕОБХОДИМОСТЬ
ЛУННО-ПЛАНЕТНЫХ
ИССЛЕДОВАНИЙ
В федеральном законе "О космической деятельности" сказано, что "исследования и использование космического пространства, в том числе Луны и других небесных тел, являются важнейшими приоритетами государственных интересов". В 1960-1980-е гг. в нашей стране были выполнены пионерские работы по изучению Луны, Венеры, Марса. Они дали науке уникальные сведения о природе тел Солнечной системы и внесли выдающийся вклад нашей страны в мировую науку и историю человеческой цивилизации. Однако с конца 1980-х гг.
84
мы практически не вели исследования планет Солнечной системы, хотя Россия по-прежнему лидирует в области предоставления космических услуг. Так, из 31 запуска, выполненного Россией в 2010 г., 13 сделаны в интересах зарубежных стран (в США в это же время из 15 запусков 9 были осуществлены в интересах национальных программ).
Как отмечает в своей книге "Замыслы и просчеты" академик Э.М.Галимов (Земля и Вселенная, 2010, № 5), неэффективное планирование астрофизических проектов, нерациональное распределение ресурсов, выделенных на запуск космических ап-
паратов научного назначения, привели к тому, что Россия уже почти 20 лет не осуществляет лунно-планетных миссий. В соответствии с предложениями академика Э.М. Галимова, при эффективном управлении астрофизическими проектами реализация проекта "Фобос-грунт" могла быть осуществлена еще в 2003 г., наряду с двумя запусками к Луне в 2005 г. Одновременно следовало перестроить проекты космических астрофизических обсерваторий "Спектр", спроектировав их осуществление на ракетах-носителях среднего класса и на платформах, которые были бы разработаны в ходе реализации проектов
© Попова Е.В.
Пояс Койпера - кольцо ледяных объектов (астероиды и ядра комет) за орбитой Нептуна. Рисунок ЫАБА.
"Фобос-грунт" и "Луна-Глоб". Очевидно, что российское правительство должно обратить внимание на проблемы организации и финансирования фундаментальных и прикладных исследований Луны и планет Солнечной системы. Необходимо понимать, что данная область науки представляет интерес не только для углубления наших знаний о Солнечной системе. Эти знания чрезвычайно важны для решения проблем земной геологии, а исследования Луны имеют прямое прикладное значение.
Автор данной статьи является руководителем
Межведомственной группы при Администрации Президента Российской Федерации по инновационному законодательству и председателем Комитета торгово-промышленной палаты РФ по модернизации и технологическому развитию. В ходе наших заседаний по космической тематике были высказаны не только предложения по экономическим и законодательным мерам развития ракетно-космического комплекса России, но и состоялся ряд дискуссий научного характера, касающихся фундаментальных исследований Луны, планет и дальних областей Солнечной системы. Проведение научных исследований по данному направлению позволит ответить на
следующие важнейшие вопросы:
- формирование Земли и ее ранняя история в контексте образования и эволюции Солнечной системы;
- изучение внутреннего строения планет и спутников;
- происхождение жизни на Земле;
- освоение Луны и Марса (в качестве источника ресурсов, космодромов для исследования дальнего космоса, планетных баз, изучение возможностей для тер-раформирования и т.д.).
В целях привлечения общественного интереса к фундаментальным исследованиям космоса и успешной "реанимации" российской программы лунно-планетных научных миссий хотелось бы остановиться на
85
Протопланетный диск у молодой звезды АВ Aur возрастом 1 млн лет (470 св. лет от нас в созвездии Возничего). Видны газопылевые кольца размером 40и 100 а.е. и разрыв между ними. Внизу - укрупненное изображение. Снимок получен с помощью 8,2-м телескопа "Subaru"Японской национальной астрономической обсерватории в Мауна-Кеа, Гавайи.
86
гипотезах происхождения Солнечной системы, Земли и Луны, как официально признанных, так и довольно неожиданных.
ТЕОРИИ ПРОИСХОЖДЕНИЯ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ
Наиболее широко принятая теория образования Солнечной системы предполагает образование Солнца и планет из газопылевого облака -протосолнечнойтуманности. Известно, что, если такое облако достаточно холодное и плотное, оно начинает сжиматься под действием силы гравитации. В ходе сжатия облако приобрело форму диска с утолщением в центре. При этом диск не является плоским: как следует из наблюдений дисков вокруг молодых звезд и из теории, толщина диска увеличивается по мере удаления от центральной звезды. Подобно тому как фигурист вращается быстрее, прижав к себе руки, скорость вращения диска растет по мере его сжатия. Центральная область становится горячее и плотнее. Считается, что в частях диска, ближайших к горячей центральной области, только скальные породы и металлы могли существовать в твердом состоянии, другие вещества испарились. Эти твердые частицы и металлы постепенно слипались, образуя планетези-
Весьма вероятная модель эволюции протопланетного диска вокруг звезд солнечного типа. Рисунок.
мали, а затем и планеты земной группы. Считается, что в более холодных внешних областях диска происходил подобный процесс, но твердые частицы, образовавшие планетезимали, состояли из большого количества различных льдов - водяного, аммиачного, метанового, а также скальных пород. Из этого материала образовались ядра газовых планет-гигантов.
В основе понимания процесса формирования Юпитера и других планет-гигантов лежит предположение о том, что сначала формировались их твердые ядра, а затем оболочки из водорода и гелия. Предполагается, что ядро Юпитера в десятки раз больше Земли. Считается, что по разным причинам на планетах земной группы произошла дифференциация вещества, образовав известную сейчас слоистую структуру.
Такова в общих чертах теория рождения планет Солнечной системы, какой она была до 1980-х гг. При этом оставалось много нерешенных проблем. Одна из них связана с распределением момента количества движения Солнечной системы между планетами
87
"Фабрика звезд" в Малом Магеллановом Облаке, где, так же как и в нашей Галактике, планетные системы могут образовываться из холодной газопылевой туманности. Снимок сделан КТХ. Фото NASA.
и центральным телом -Солнцем. Момент количества движения - одна из важнейших характеристик изолированной механической системы. Математически "орбитальный" момент количества движения планеты относительно центра масс системы определяется как произведение массы планеты на ее скорость и на расстояние до центра вращения - до Солнца. Согласно расчетам, 98% всего момен-
88
та количества движения Солнечной системы связано с орбитальным движением планет и только 2% - с вращением Солнца. Большая доля момента количества движения сосредоточена в орбитальном движении Юпитера и Сатурна.
С точки зрения классической теории происхождения Солнечной системы со времен П. Лапласа это было совершенно непонятно. В эпоху, когда от первоначальной, быст-
рой вращающейся туманности отделялось кольцо, слои туманности, из которых впоследствии сконденсировалось Солнце, имели примерно тот же момент, что и вещество отделившегося кольца. Так как масса последнего была значительно меньше массы основной части туманности, то полный момент количества движения у кольца должен быть много меньше, чем у "про-тосолнца". В гипотезе Лапласа отсутствует механизм его передачи от "протосолнца" к кольцу. Поэтому в течение всей дальнейшей эволюции момент количества движения "протосолнца", а затем и Солнца должен быть значительно больше, чем у колец и образовавшихся из них планет. Но этот вывод противоречит фактическому распределению момента в нашей системе. Это первое важное возражение против существовавшей теории происхождения Солнечной системы. Кроме того, было непонятно, почему туманность разделялась на кольца, а не сохраняла форму диска. Объяснение "утечки" момента дал в своей теории английский астрофизик Ф. Хойл, однако эта теория имеет ряд существенных противоречий, на которых мы не будем останавливаться.
Трудности в теории Хойла пыталась обойти гипотеза выдающегося
советского ученого и общественного деятеля О.Ю. Шмидта (Земля и Вселенная, 2002, № 3). По его гипотезе, предложенной в начале 1940-х гг., наша планетная система образовалась из вещества, захваченного из холодной газопылевой туманности, через которую некогда проходило Солнце, уже тогда имевшее почти современный вид. Никаких трудностей с вращательным моментом планет не возникает, так как первоначальный момент вращения облака мог быть сколько угодно большим. Начиная с 1961 г. эту гипотезу развивали многие космого-нисты в нашей стране и за рубежом.
Ф Из других гипотез сле-
дует упомянуть гипотезу Джинса - Вульфсона, популярную еще в 19201930-х гг., исходная материя была захвачена из сформировавшегося Солнца близко пролетавшей около него посторонней звездой. Выброшенная струя газа затем сконденсировалась и дала начало образованию планет.
По мнению ученых, гипотеза Джинса - Вульф-сона оказалась несостоятельной по трем основным причинам:
- получалось, что образование планетных систем, подобных нашей, маловероятно, так как столкновения или близкие прохождения звезд в Галактике крайне редки;
Ф
- она не объясняет, как и гипотеза Канта - Лапласа, почему подавляющая часть момента количества движения сосредоточена в орбитальном движении планет (согласно математической модели, во всех случаях образуются планеты с очень маленькими орбитами);
- из расчетов ряда известных астрофизиков следовало, что вещество струи
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.