Автор: Радослав Станчев
IAU – A79
Слънчевата система има някои странни свойства, които всяка теория за произхода й трябва да може да обясни. Измежду тези свойства три се открояват като критични.
1. Сумарният ъглов моментна системата е разпределена твърде странно. Ъгловият момент е мярка за количеството въртеливо движение. Количествено той се дефинира чрез произведението на момента /масата по скоростта/ и разстоянието по нормалата между центъра и линията, по която е насочен момента. Следователно бързо движещо се тяло, което подобно на Земята се върти около оста си, има като орбитален ъглов момент, така и ротационен ъглов момент. Би следвало да очакваме, че след като Слънцето притежава по – голямата част от масата на Слънчевата система, то ще притежава също така и по – голямата част от пълния ъглов момент благодарение на въртенето си. В действителност е точно обратното. Планетите и спътниците им, чиято маса е само 0.14% от общата маса на Слънчевата система, в следствие на въртеливите и орбиталните си движения дават 98% от пълния ъглов момент на системата. Ако целия наблюдаван ъглов момент беше съсредоточен в Слънцето, то последното би се въртяло около 50 пъти по – бързо, от колкото е сега. От гледна точка на най–наивните предвиждания Слънцето се върти изключително бавно.
2. Съществува характерно разпределение на материята в космическото пространство. Всички планетни в орбити са разположени почти точно в една равнина, а самите планети се разпределят в две групи. Групата на вътрешните планети включва Меркурий, Венера, Земя и Марс, които са плътни и с малки размери. Групата на външните планети, които имат големи размери и ниска плътност, включва Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и Плутон макар й последната да не се вписва в скоро формулираното ново правило за планета, както и не изцяло в закона на Боде. Средното разстояние Rⁿ на планетите до Слънцето се подчинява на закон, открит за пръв път от Боде през 1772 г.
Rⁿ = (0.4 3.2×2ⁿ)AU*
Където n = – ∞ за Меркурий, n = 0 за Венера, n = 1 за Земя, n = 2 за Марс,
n = 3 за астероидния пояс, n = 4 за Юпитер и.т.н. /Отново Плутон е своенравен и изпълнява закона на Боде само приблизително. / Изглежда, че закона на Боде не е просто числов куриоз. Този възглед се потвърждава от факта, че вътрешните спътници на Юпитер, Сатурн и Уран също се подчиняват на закона на Боде с подобна форма.
3. Общо взето, спектроскопичните данни за разпределението на химичните елементи по повърхността на Слънцето показват, че то е подобно на разпределението на елементите на Земята. Изключение правят най – леките елементи водород и хелий, които не могат да бъдат удържани от гравитационното поле на Земята, а така също така литият, берилият и борът, които пък рядко се срещат в Слънцето, тъй се разрушават от ядрените реакции при температури от порядъка на 1 000 000 К. От тук се натрапва изводът, че Земята никога не е била много гореща. Заключението, че температурата при възникването на Земята е била ниска, може да се направи още и от това, че летливите елементи, каквито са кадимият, цинкът и живакът, не са силно концетрирани в земната кора, както биха били, ако на някакъв етап от еволюцията те са били изпарени.
Разпределението на ъгловия момент, разпределението на материята и разпределението на химичните елементи са трите основни свойства на Слънчевата система, които една теория за произхода й трябва непременно да обясни.
Съществуващите теории се разпределят на два класа. В първият клас са тези, които изхождат от хипотезата, че Слънцето и планетите имат общ произход. Във втория клас са теориите, съгласно които планетната система е била придобита след образуването на Слънцето. Съгласно теориите от първия клас Слънцето и планетите кондезират от една предимно газова мъглявина. Теориите за първоначалната мъглявина са привлекателни поради икономичността, с която в тях планетите възникват буквално като стружки от матеряла за образуването на звездата. Техният недостатък, от друга страна, е, че се налага да се измислят сложни обяснения за съществуващото разпределение на ъгловия момент. Теориите от втория клас допускат два възможни начина, по които са били придобити планетите. Това са или сблъскването с друга звезда, или акрецията на матерял от междузвездните газови и прашни облаци. И в двата случая / на сблъсък или акреция/ Слънцето се движи спрямо източника на планетарния матерял и поради това след захващането на този матерял то придобива голям ъглов момент. Следователно тези теории с лекота обясняват съществуващото разпределение на ъгловия момент.
Първата теория, която обяснява произхода на Слънчевата система от една обща първоначална мъглявина е създадена от Лаплас през 1796 г. Съгласно тази теория под действието на гравитацията въртящата се газова мъглявина се свива. Тъй като ъгловият момент се съхранява, ъгловата скорост в резултат на това се увеличава и центробежните сили превръщат сферичният облак в диск. В края на краищата дискът се разкъсва на пръстени, а след това всеки пръстен кондензира, за да се образува в него планета. Теорията на Лаплас е несъстоятелна, тъй като според нея Слънцето би трябвало да се върти много по – бързо, а пък и наблюдаваният пълен ъглов момент е недостатъчен за предвижданото от теорията изхвърляне на материя. През 1960 г. Хойл преодоля тези трудности, като предположи, че първоначалният ъглов момент е бил достатъчен за изхвърлянето на пръстен от материя в района на орбитата на Меркурий. Той твърди, че при взаимодействието на магнитното поле и йонизирания газ в пръстена се пренася ъглов момент от зоната на централния кондензант – Слънцето във веществото на пръстена. По този начин пръстена ще се движи по спирала навън и в крайна сметка ще кондензира в планети или съвсем ще се откъсне, отнасяйки излишният ъглов момент. Друг изход от ситуацията е предложен от фон Вайцзекер през 1944 г. Той постулира, че турбулентното движение в свиващият се диск ще доведе до образуването на бързо движещи се вихри, които се въртят в качеството си на протопланети около въртящият се кондензант – Слънцето. По този начин може да се придобие само малка част от ъгловия момент, тъй като може да бъде захванато само вещество, което не е завихрено. Излишният ъглов момент би трябвало да бъде отнесен от материята, която се отскубва от гравитационното поле на системата. Малко по – късно Тер – Хаар през 1950 г. и Купър през 1951 г. доразвиват идеята на фон Вайцзекер.
Един друг подход е развит в теорията на Маккрий през 1960 г. Съгласно тази теория, огромният първоначален звезден облак, от който в крайна сметка са се образували стотици звезди, се състоял от малки ”флокули”. Някои от тях се срастнали, за да образуват звездите, а други били захванати, за да се образуват планетите. Дадено тяло с плътност ρ ще бъде разкъсано от образуваните от Слънцето гравитационни приливи, ако това тяло се намира на разстояние, по – малко от границата на Рош, която е приблизително 1.5(M☼/ ρ)⅓ . Привежданата от Меркурий средна плътност на флокулите в облака би довела до това, че тази граница е от порядъка на орбитата на Юпитер. По такъв начин планетите гиганти биха могли да се образуват чрез слепване на флокули около тази граница и отвъд нея, но не и по–близо. Така по естествен път възниква разделението между големите външни и малките вътрешни планети. Както и при теориите за сблъскване и арекция , обяснението на разпределението на ъгловия момент е изключително правдоподобно. Трудно е обаче да се обясни законът на Боде.
Теориите за сблъскванията произхождат от предположението, че образуваното вече Слънце се е сблъскало с друга звезда. Съществува един доста популярен модел предложен от Чембърлейн през 1901 г. и Моултън през 1905 г. и доразвит от Джефрис и Джийнс между 1916 – 1919 година. Съгласно тези модели планетите са се оформили от огромни пурообразни приливни образувания откъснали се от Слънцето под въздействието на минаваща наблизо звезда. Това предполага, че първоначално планетите са били горещи, а ние знаем, че това противоречи на данните за химичния им състав. Въпреки това теориите за сблъскване са привлекателни, понеже обясняват просто съществуващия ъглов момент. По някакъв начин те обаче трябва да въведат студената материя в разглежданията и Улфсън през 1964 г. вдъхва живот на подобна теория. Този път приливната вълна не се откъсва от Слънцето, а от сблъскващата се с нея звезда. Счита се, че последната е дифузна протозвезда, която е още в стадии на формиране и следователно е все още студена. Звездните сблъсъци са крайно невероятни явления, при това се предполага, че плътността на звездите е такава, каквато се наблюдава в околността на Слънцето. В един газов облак обаче, където стотици звезди се намират в процес на формиране, сблъскванията между протозвезди и вече формирани звезди ще бъдат значително по – чести. Ето защо моделът на Улфсън е правдоподобен. Материята в приливната вълна от звезден газ се откъсва напълно от протозвездата и се задържа в орбита около Слънцето. От тази гледна точка планетите възникват от различен кондензант в една и съща мъглявина. Това става известно време след раждането на Слънцето, но вероятно не много по – късно от 100 000 000 години – времето за образуване на звезди с маса по – малка от Слънчевата.
Акреционните теории предполагат, че Слънцето залавя в облака около себе си вещество при преминаването си през междузвезден облак от прах и газ, който вероятно представлява останки от свръхнова. Тази теория е предложена от Шмид през 1944 г. и доразвита от него през 1959 г. Той е принуден да предположи наличието на трето тяло /близка звезда/, защото в противен случай закона за запазването на енергията и импулса не допуска захващането на каквото и да било вещество. Оказва се обаче, че не е необходимо да се предполага осъществяването на тази крайно неправдоподобна ситуация. През 1961 г. Литлън доказва, че ако относителната скорост на Слънцето спрямо облака е ниска, може да бъде захванато достатъчно количество материя. Акреционните теории, както и теориите за сблъскванията удачно избягват проблема за бавното въртене на Слънцето и в същото време дават задоволително обяснение за относително големия ъглов момент, асоцииран с планетите. Коя е причината за изключително бавното въртене на Слънцето, е въпрос, който остава без отговор. И разбира се в нито една арекционна теория няма и намек за това, след какъв период от живота си Слънцето се е сдобило с планетна система.
Всички теории са затруднени при обясняването на почти кръговите орбити на планетите и закона на Боде. Обяснението на кръговите орбити изобщо е трудно, но най – вече това е така за акреционните теории и теориите за сблъсквания. Всички теории са изправени пред проблема за разделянето на планетите на малки и голями. Разпространеното обяснение на този факт изхожда от предположението, че съществува температурен градиент, поради което по–близкото до Слънцето вещество е по–горещо от по–далечното. Каменистото вещество с висока температура на топене се втвърдява първо. По летливите леки елементи като водород, хелий и амоняк и.т.н. се отдалечават от топлата област, в която се образуват малките вътрешни планети, и в последствие се струпват под формата на големите външни планети с ниска плътност.
Очевидно наличието на голям брой неустановени обстоятелства прави невъзможно окончателното изясняване на въпроса за произхода на планетите, както и на въпроса с каква честота се срещат планетни системи в Галактиката. На лице са сериозни астрономически доказателства за това, че и някои други звезди имат тъмни партньори, а бавното въртене на звездите с малка маса, подобни на нашето Слънце, може би е указание за наличието на планетна система. Сумарно доказателствата са в полза на това, че в Галактиката съществуват и други ”слънчеви системи” но без напълно убедителен модел за произхода им е невъзможно да се направи точна оценка на техния брой.
Източник: nauka.bg