1. Vvedenie
2. Razvitie planetnoi kosmogonii
3. Sovremennoe sostoyanie planetnoi kosmogonii:
    Obrazovanie Solnca i protoplanetnogo oblaka
    Process obrazovaniya planet i ih sputnikov
    Nachal'noe sostoyanie i evolyuciya Zemli

1. Vvedenie

Poskol'ku Solnce yavl. odnoi iz zvezd, voprosy ego proishozhdeniya i razvitiya rassmatrivayutsya teoriei evolyucii zvezd, a v izuchenii proishozhdeniya Solnechnoi sistemy naibolee interesen vopros ob obrazovanii planet, v chastnosti Zemli. Vyyasnenie proishozhdeniya i razvitiya Zemli imeet bol'shoe principial'noe i prakticheskoe znachenie.

Predprinimayutsya popytki poiska planetnyh sistem u blizhaishih k nam zvezd (sm. Nevidimye sputniki zvezd). V soglasii s sovr. predstavleniyami o zvezdoobrazovanii zvezdy s planetnymi sistemami mogli by sostavlyat' promezhutochnyi klass mezhdu odinochnymi i dvoinymi zvezdami. Ne isklyucheno, chto stroenie planetnyh sistem i sposoby ih formirovaniya mogut byt' ves'ma razlichnymi. Stroenie Solnechnoi sistemy obladaet ryadom zakonomernostei, ukazyvayushih na sovmestnoe obrazovanie vseh planet i Solnca v edinom processe.

Takimi zakonomernostyami yavlyayutsya: dvizhenie vseh planet v odnom napravlenii po elliptich. orbitam, lezhashim pochti v odnoi ploskosti; vrashenie Solnca v tom zhe napravlenii vokrug osi, blizkoi k perpendikulyaru otnositel'no central'noi ploskosti planetnoi sistemy; vrashenie v tom zhe napravlenii bol'shinstva planet (za isklyucheniem Venery, k-raya ochen' medlenno vrashaetsya v obratnom napravlenii, i Urana, k-ryi vrashaetsya kak by lezha na boku); obrashenie v tom zhe napravlenii bol'shinstva sputnikov planet; zakonomernoe vozrastanie rasstoyanii planet ot Solnca; delenie planet na rodstvennye gruppy, otlichayushiesya po masse, him. sostavu i kolichestvu sputnikov (gruppa blizkih k Solncu planet zemnogo tipa i dalekie ot Solnca planety-giganty, takzhe podrazdelyayushiesya na dve gruppy); nalichie poyasa malyh planet mezhdu orbitami Marsa i Yupitera.

2. Razvitie planetnoi kosmogonii

V 1796 g. franc. uchenyi P. Laplas vydvinul gipotezu ob obrazovanii Solnca i vsei Solnechnoi sistemy iz szhimayusheisya gazovoi tumannosti. Soglasno Laplasu, chast' gazovogo veshestva otdelilas' ot central'nogo sgustka pod deistviem vozrosshei pri szhatii centrobezhnoi sily, chto sleduet iz zakona sohraneniya momenta kolichestva dvizheniya. Eto veshestvo posluzhilo materialom dlya obrazovaniya planet. I Kant, i Laplas rassmatrivali obrazovanie planet iz rasseyannogo veshestva, i poetomu chasto govoryat o edinoi gipoteze Kanta-Laplasa. Gipoteza Laplasa dolgoe vremya vladela umami uchenyh, no trudnosti, s k-rymi ona vstretilas', v chastnosti pri ob'yasnenii medlennosti sovr. vrasheniya Solnca, zastavili astronomov obratit'sya k dr. gipotezam. V konce 19 v. poyavilas' gipoteza amer. uchenyh F. Mul'tona i T. Chemberlena ob obrazovanii planet iz melkih tverdyh chastic, nazvannyh imi planetezimalyami. Oni oshibochno schitali, chto obrashayushiesya vokrug Solnca planetezimali mogli vozniknut' putem zastyvaniya veshestva, vybroshennogo Solncem v vide ogromnyh protuberancev. (Takoe obrazovanie planetezimalei protivorechit zakonu sohraneniya momenta kolichestva dvizheniya.) V to zhe vremya v planetezimal'noi gipoteze byli pravil'no obrisovany mnogie cherty processa obrazovaniya planet. V 20-30-h gg. 20 v. shirokoi izvestnost'yu pol'zovalas' gipoteza angl. astronoma Dzh. Dzhinsa, schitavshego, chto planety obrazovalis' iz veshestva, vyrvannogo iz Solnca prityazheniem proletevshei poblizosti zvezdy. Odnako v konce 30-h gg. vyyasnilos', chto gipoteza Dzhinsa ne sposobna ob'yasnit' ogromnye razmery planetnoi sistemy. Chtoby vyrvat' veshestvo iz Solnca, zvezda dolzhna byla proletet' ochen' blizko ot nego, a v takom sluchae eto veshestvo i voznikshie iz nego planety dolzhny byli by kruzhit'sya v neposredstvennom sosedstve s Solncem. Krome togo, vyrvannoe veshestvo bylo by ves'ma goryachim, poetomu ono skoree rasseyalos' by v prostranstve, chem sobralos' v planety. Posle krusheniya gipotezy Dzhinsa planetnaya kosmogoniya vernulas' k klassich. ideyam Kanta i Laplasa ob obrazovanii planet iz rasseyannogo veshestva.

V 1943 g. O.Yu. Shmidt vydvinul ideyu ob akkumulyacii planet iz roya holodnyh tel i chastic, k-ryi, po ego predstavleniyam, byl zahvachen Solncem. V otlichie ot predshestvuyushih kosmogonich. gipotez, rassmatrivavshih obrazovanie planet iz raskalennyh gazovyh sgustkov, soglasno gipoteze Shmidta, Zemlya obrazovalas' iz holodnyh tverdyh tel i snachala byla otnositel'no holodnoi.

Shmidt schital, chto voprosy proishozhdeniya doplanetnogo oblaka, obrazovaniya planet i ih evolyucii mogut rassmatrivat'sya v nek-roi stepeni nezavisimo. Rabotami Shmidta i ryada dr. sovetskih uchenyh (L.E. Gurevicha, A.I. Lebedinskogo, B.Yu. Levina, V.S. Safronova) vyyasneny osn. cherty evolyucii protoplanetnogo oblaka i processa formirovaniya planet.

Ves' process mozhno uslovno razdelit' na dva etapa. Na pervom etape iz pylevogo komponenta oblaka obrazovalos' mnozhestvo "promezhutochnyh" tel razmerom v sotni km. Etot process mog idti sleduyushim putem. Vo vrashayushemsya gazovo-pylevom oblake pyl' pod deistviem gravitacii opuskalas' k central'noi ploskosti, chto velo k obrazovaniyu pylevogo subdiska; pri dostizhenii v pylevom sloe kritich. plotnosti v rezul'tate gravitacionnoi neustoichivosti subdisk raspalsya na mnozhestvo pylevyh sgushenii; stolknoveniya sgushenii vyzyvali ob'edinenie i szhatie bol'shinstva iz nih i obrazovanie kompaktnyh tel asteroidnyh razmerov. Na vtorom etape iz roya "promezhutochnyh" tel i iz oblomkov akkumulirovalis' planety. Sperva tela dvigalis' po krugovym orbitami v ploskosti porodivshego ih pylevogo sloya. Oni rosli, slivayas' drug s drugom i vycherpyvaya okruzhayushee rasseyannoe veshestvo - ostatki "pervichnoi" pyli i oblomki, obrazovavshiesya v processe stolknovenii "promezhutochnyh" tel s bol'shoi otnositel'noi skorost'yu. Gravitacionnoe vzaimodeistvie "promezhutochnyh" tel, usilivavsheesya po mere ih rosta, postepenno izmenyalo ih orbity, uvelichivaya sr. ekscentrisitet i sr. naklon k central'noi ploskosti diska. Te iz tel, k-rye vyryvalis' vpered v processe rosta, okazalis' zarodyshami budushih planet. Pri ob'edinenii mnogih tel v planety proizoshlo usrednenie individual'nyh sv-v dvizheniya otdel'nyh tel, i poetomu orbity planet poluchilis' pochti krugovymi i komplanarnymi. Samye krupnye planety - Yupiter i Saturn - na osn. stadii akkumulyacii vbirali v sebya ne tol'ko tverdye tela, no i gazy. Analiz processa akkumulyacii planet iz roya tverdyh tel pozvolil Shmidtu i ego posledovatelyam ukazat' put' k ob'yasneniyu pryamogo vrasheniya planet i zakona planetnyh rasstoyanii.

Odnim iz glavnyh eksperimental'nyh dovodov v pol'zu obrazovaniya planet zemnoi gruppy ne iz gazovyh ili gazovo-pylevyh sgustkov, a putem akkumulyacii tverdogo veshestva yavl. bol'shoi deficit na Zemle, a takzhe na Venere i Marse tyazhelyh inertnyh gazov Ne, Ar (za isklyucheniem radiogennogo izotopa ⁴⁰Ar), Kr i Xe po sravneniyu s ih solnechnym i kosmich. obiliem.

Izuchenie processa akkumulyacii planet zemnoi gruppy pokazalo, chto prakticheski vse tverdoe veshestvo iz zony formirovaniya etih planet voshlo v ih sostav i tol'ko nichtozhno malaya dolya byla vybroshena iz etoi zony gravitac. vozmusheniyami rastushih planet. Kolichestvo tverdogo veshestva, vybroshennogo iz zony planet-gigantov, bylo bol'she, no ne prevyshalo massu samih planet. Eto yavl. veskim dovodom v pol'zu togo, chto obshaya massa protoplanetnogo oblaka sostavlyala vsego nesk. % ot .

Osoboi problemoi, sluzhivshei probnym kamnem dlya mnogih kosmogonich. gipotez, ostavalas' problema raspredeleniya momenta kolichestva dvizheniya v Solnechnoi sisteme: hotya massa planet sostavlyaet menee 1% massy Solnca, v ih orbital'nom dvizhenii zaklyucheno bolee 98% obshego momenta kolichestva dvizheniya vsei Solnechnoi sistemy.

V 60-h gg. 20 v. poyavilis' pervye priblizhennye kolichestv. teorii sovmestnogo obrazovaniya Solnca i protoplanetnogo oblaka (F. Hoil, Velikobritaniya, 1960 g.; A. Kameron, SShA, 1962 g.; E. Shacman, Franciya, 1967 g.). V etih teoriyah v toi ili inoi forme rassmatrivalos' otdelenie veshestva ot szhimayushegosya protosolnca vsledstvie nastupleniya u nego rotac. neustoichivosti (pri uravnivanii na ekvatore centrobezhnoi sily i sily prityazheniya).

Hoil i Shacman stremilis' pokazat' raschetami, chto protoplanetnoe oblako imelo minimal'no dopustimuyu massu. Dlya ob'yasneniya raspredeleniya momenta kolichestva dvizheniya mezhdu Solncem i planetami Hoil ispol'zoval interesnuyu ideyu shvedskogo astrofizika H. Al'vena o vozmozhnosti magn. scepleniya vrashayushegosya Solnca i ionizovannogo veshestva protoplanetnogo oblaka, blagodarya k-romu Solnce mozhet peredat' moment blizlezhashim chastyam protoplanetnogo oblaka. Na b'ol'shih rasstoyaniyah, gde magn. pole oslableno, perenos veshestva i momenta osushestvlyalsya, po ego mneniyu, s pomosh'yu turbulentnosti. Eti idei ispol'zuyutsya i v sovremennyh modelyah obrazovaniya Solnechnoi sistemy.

Medlennost' vrasheniya sovr. Solnca Shacman ob'yasnyal poterei nek-roi chasti veshestva s poverhnosti Solnca, proisshedshei uzhe posle prevrasheniya protosolnca v Solnce. Uletayushee ionizovannoe veshestvo vplot' do bol'shih rasstoyanii prodolzhaet vzaimodeistvovat' s magn. polem vrashayushegosya Solnca i priobretaet znachit. moment kolichestva dvizheniya, k-ryi i unosit s soboi. Eto ob'yasnenie medlennosti vrasheniya Solnca schitaetsya naibolee veroyatnym.

Kameron v svoih rabotah 60-h gg. predpolagal, chto Solnechnaya sistema voznikla v rezul'tate szhatiya (kollapsa) mezhzvezdnogo oblaka s massoi , i razvival teoriyu evolyucii takogo oblaka, obhodya molchaniem vstrechayushiesya trudnosti. Massivnoe protoplanetnoe oblako, otdelivsheesya ot protosolnca, dolzhno bylo dopolnitel'no razogret'sya v rezul'tate vydeleniya gravitacionnoi energii pri ego szhatii k central'noi ploskosti. Pri etom vse veshestvo oblaka dolzhno bylo pereiti v gazovuyu fazu. Po mere posleduyushego ostyvaniya protoplanetnogo oblaka v nem dolzhna byla proishodit' kondensaciya snachala naimenee letuchih, t.e. naibolee tugoplavkih, veshestv, a zatem vse bolee letuchih. V bolee pozdnih rabotah Kameron rassmatrival protoplanetnoe oblako umerennoi massy, dlya k-rogo nachal'naya temp-ra v zone formirovaniya planet zemnoi gruppy i meteoritov dolzhna byla sostavlyat' vsego nesk. soten ^oS. V naibolee obshem sluchae 'oblaka maloi massy temp-ra dolzhna byt' eshe nizhe. Sledstviya, vytekayushie iz etih predstavlenii, byli podvergnuty proverke pri analize veshestva meteoritov.

Nachinaya s 70-h gg. 20 v. laboratornye analizy meteoritov, k-rye na protyazhenii vsei svoei istorii ne podvergalis' sil'nomu nagrevu, ukazyvali na prisutstvie v nih veshestva, napominayushego, po-vidimomu, mezhzvezdnuyu pyl'. Ego prisutstvie v kolichestve hotya by nesk. % teper' uzhe ne vyzyvaet somnenii. Soglasno D. Kleitonu (SShA, 1978 g.), pochti vsya pyl' v pervichnom protoplanetnom oblake imela mezhzvezdnoe proishozhdenie.

Opredeleniya izotopnogo sostava zemnyh obrazcov i meteoritov, a takzhe lunnyh obrazcov pokazali ego vysokuyu odnorodnost' (za isklyucheniem sledov frakcionirovaniya izotopov pri obrazovanii otdel'nyh obrazcov). Eto ukazyvaet na horoshuyu peremeshannost' osn. massy protoplanetnogo veshestva. Odnako ryad obnaruzhennyh izotopnyh anomalii v nek-ryh meteoritah svidetel'stvuet o tom, chto v protoplanetnom oblake prisutstvovali porcii veshestva, ne peremeshannye s osn. massoi veshestva. Po-vidimomu, v protoplanetnom oblake ne bylo polnogo ispareniya mezhzvezdnoi pyli, pri k-rom razlichiya izotopnogo sostava byli by sglazheny. Eshe v 1960 g. issledovaniya izotopnogo sostava Xe iz meteoritov vyyavili prisutstvie v nem dochernego produkta raspada - korotkozhivushego radioaktivnogo izotopa ¹²⁹I, a v 1965 g. - produktov raspada ²⁴⁴Pu (periody poluraspada i let sootvetstvenno). Prisutstvie gazoobraznyh himicheskih inertnyh produktov raspada pokazyvaet, chto nek-roe vremya posle nukleosinteza etih izotopov obrazovalas' tverdaya faza, gde i proizoshel raspad sohranivsheisya chasti etih izotopov. Odnim iz vazhneishih processov nukleosinteza i edinstvennym processom sinteza Pu yavl. vzryvy cverhnovyh zvezd. Vozniklo estestv. predpolozhenie, chto nezadolgo do szhatiya mezhzvezdnogo gazovo-pylevogo oblaka, privedshego k obrazovaniyu protosolnca s protoplanetnym diskom, nepodaleku proizoshel vzryv sverhnovoi, inzhektiruyushei v oblako svezhie produkty nukleosinteza. Prisutsvie v meteoritah produktov raspada izotopov ¹²⁹I i ²⁴⁴Pu interpretirovalos' kak ukazanie na to, chto mezhdu vzryvom sverhnovoi i obrazovaniem tverdogo meteoritnogo veshestva proshlo vsego nesk. periodov poluraspada, t.e. vremya ~ 10⁷-10⁸ let. Etot promezhutok vremeni, nazvannyi intervalom formirovaniya, byl sokrashen do 10⁶-10⁷ let, kogda udalos' vyyavit' v ryade meteoritov prisutsvie produktov raspada eshe bolee korotkozhivushih izotopov - ²⁶Al i ¹⁰⁷Pd (periody poluraspada i let).

Esli ishodit' iz idei o sohranenii mezhzvezdnyh pylinok, ponyatie "interval formirovaniya" teryaet svoi smysl. Kondensaciya tverdogo veshestvav i obrazovanie pylinok nachinayutsya eshe na stadii razleta produktov vzryva sverhnovoi, i kolichestvo produktov raspada korotkozhivushih izotopov, prisutstvuyushih v meteoritnom veshestve, zavisit ot doli svezhei pyli, inzhektirovannoi v mezhzvezdnoe oblako libo pered ego szhatiem (kollapsom), libo v uzhe sformirovavsheesya doplanetnoe oblako. Kameron i S. Truran (SShA, 1970 g.) predlozhili, chto vzryv blizko raspolozhennoi sverhnovoi ne tol'ko inzhektiroval svezhee veshestvo v protosolnechnuyu tumannost', no i sodeistvoval ee szhatiyu.

Dostizheniya astrofiziki i planetologii v 70-h gg. 20 v.: pervye raschety kollapsa, uchityvayushie vrashenie szhimayushihsya protozvezd; issledovanie oblastei sovr. zvezdoobrazovaniya v Galaktike; snimki poverhnostei planet Solnechnoi sistemy i ih sputnikov, izobiluyushih udarnymi kraterami, - naglyadno svidetel'stvuyut o pravil'nosti obshih osnov sovr. teorii formirovaniya planet.

Naryadu s issledovaniyami, opredelyayushimi general'nuyu liniyu razvitiya planetnoi kosmogonii, sushestvuyut predstavleniya, ne pol'zuyushiesya shirokim priznaniem. Tak, Al'ven razrabatyvaet s 40-h gg. 20 v. gipotezu o tom, chto obrazovanie planetnoi sistemy na vseh etapah opredelyalos' v osnovnom el.-magn. silami. Dlya etogo molodoe Solnce dolzhno bylo obladat' ochen' sil'nym magn. polem, v tysyachi raz bolee sil'nym, chem sovremennoe. Gazy mezhzvezdnogo oblaka, padavshego k Solncu pod deistviem ego prityazheniya, postepenno ionizovalis' i po mere uskoreniya svoego padeniya pod vliyaniem magn. polya Solnca perehodili ot padeniya k obrasheniyu vokrug Solnca. Pervymi na bol'shih rasstoyaniyah ot Solnca dolzhny byli ionizovat'sya metally i dr. veshestva, obladayushimi nizkimi potencialami ionizacii, a poslednim blizhe vsego k Solncu dolzhen byl ionizovat'sya vodorod. Him. sostav planet daet obratnuyu kartinu raspredeleniya vodoroda i bolee tyazhelyh elementov. Vsledstvie etogo i iskusstvennosti ryada dr. predpolozhenii gipoteza Al'vena pochti ne imeet storonnikov.

Angl. uchenyi M. Vul'fson v 60-70-h gg. 20 v. pytalsya razvivat' gipotezu, soglasno k-roi priobretenie Solncem protoplanetnogo veshestva ob'yasnyalos' sochetaniem prilivnogo vozdeistviya i zahvata: Solnce zahvatilo sgustki veshestva, vyrvannogo ego prityazheniem iz proletavshei mimo razrezhennoi protozvezdy. Kak i gipoteza Dzhinsa, eta shema imeet mnogo slabyh mest i ne pol'zuetsya populyarnost'yu.

3. Sovremennoe sostoyanie planetnoi kosmogonii:
    Obrazovanie Solnca i protoplanetnogo oblaka

Nachavshee szhimat'sya massivnoe oblako, uchastvuyushee v obshem vrashenii Galaktiki, ne mozhet szhat'sya do vysokoi plotnosti iz-za bol'shogo momenta vrasheniya. Poetomu ono stremitsya raspast'sya na otdel'nye fragmenty. Chast' momenta vrasheniya pri etom perehodit v moment otnositel'nogo dvizheniya fragmentov. Process posledovatel'noi fragmentacii, soprovozhdaemyi besporyadochnymi (turbulentnymi) dvizheniyami, udarnymi volnami, zaputyvaniem magn. polei, prilivnym vzaimodeistviem fragmentov, slozhen i ponyat daleko ne dostatochno. Odnako evolyuciya izolirovannogo fragmenta, imeyushego massu i obladayushego ne slishkom bol'shim nachal'nym momentom vrasheniya K (