Как образовалась наша Солнечная система и планета Земля?

Краткий рассказ о том, как зажигаются звезды. Ну, и формируются планеты, конечно же.

Ученые сходятся на том, что вначале существования всей Вселенной был мощный взрыв. После него через некоторое время образовалась сгустки материи – первоначальные системы, где есть центральная звезда, а вокруг нее частички, которые постоянно сталкивались между собой. Точнее сказать – толстый вращающийся диск, состоящий из водорода, окаймленного твердым веществом.

Внутренняя зона этого диска была наполнена обломками камней. Но верхняя граница, снеговая линия, состояла из заледеневшего метана, аммиака и воды. Причем, преимущественно из воды – и тому есть простое объяснение.

Образование Солнечной системы и планеты Земля

Водород был самым распространенным элементом Солнечной системы того времени. Он соединился с кислородом и получилась вода, с углеродом – получался метан, с азотом – получался аммиак.

Столкновения тем временем продолжались. Крошечные частички пыли и льда соединялись, благодаря трению и статическому электричеству, пока не возникла гравитация. В результате они превратились в планетезимали (“сгусток” материи вокруг протозвезды).

Планетезимали – это первый строительный камень Солнечной системы. Они были маленькими, диаметром с 1-1,5 километра, однако, их было просто бесчестное количество. именно им, в дальнейшем, предстояло “сбиться” в планеты.

Внутренние планеты (Меркурий, Венера, Земля, Марс) меньше внешних, потому что для внутренних планет было недостаточно материала, такого как металл и камень. Внешним планетам после того, как у них сформировалось ядро, удалось притянуть воду, аммиак, метан и углекислый газ. Они стали больше. А когда гравитация притянула газы, они стали просто непомерно большими. Впрочем, мы с вами совсем не в обиде на Юпитер, Сатурн, Нептун и Уран, за это “хулиганство”, верно?

Через 3 миллиона лет после взрыва планетезимали превратились в зародыши планет или протопланеты. Протопланеты состояли из планетезималей, и были уже значительно больше, размером с нашу Луну. Их было попрежнему очень много, они бесконечно сталкивались, притягивались и отталкивались друг от друга. Постепенно самые “удачливые” протопланеты стали “собирать” на себя все больше недавних “одноклассников”. Причем чем больше становилось ядро протопланеты, тем больше и легче получался у неё этот процесс.

В результате таких столкновений за 3 миллиона лет возникла первая молодая планета, ставшая в будущем настоящим монстром Солнечной системы – Юпитером. Прежде, чем стать планетой-гигантом, Юпитер был “супер-Землей “– раз в 10 – 15 больше Земли. Молодой Юпитер ещё не был газовым гигантом и состоял из камней и льда, однако его масса продолжала увеличиваться.

В результате столкновения с протопланетой размером примерно соответствующим его собственным, Юпитер, резко прибавивший в размерах, начал “тащить” к себе всё до чего мог дотянуться. Его гравитация стала притягивать материалы из окружающего пространства как гигантский космический пылесос, и очень скоро планета раздулась до совершенно немыслимого размера. За считанные 100000 лет (пустяк по космическим меркам) Юпитер “всосал” все газы на своем пути и увеличил массу на 90% от исходного состояния.

Его примеру, хотя и в меньших масштабах, последовали Сатурн, Нептун и Уран, также ставшие газовыми гигантами. Конечно, планеты даже не думали о справедливости (ах, если бы планеты могли о чем-то думать…) и “брали всё” из окружающего пространства. Естественно, больше всего вещества успели “отхватить” те, кто пришел к раздаче раньше всех. Именно поэтому, в Солнечной Системе 92% несолнечной массы приходится на две соседние планеты: Юпитер и Сатурн.

Естественно не надо считать, что эти двое “сожрали” весь газ в Солнечной Системе. Как только молодая звезда-Солнце оформилась и “заработала”, она сама очистила свои владения, солнечным ветром разогнав излишки остатков “строительного материала вселенной”.

Юпитер и Сатурн к этому времени успели притянуть достаточно материала, поэтому они такие большие. Уран и Нептун чуть припозднились и не успели вырасти. Поэтому они меньше Юпитера и Сатурна.

Какой бы увидели Солнечную систему в то время инопланетные астрономы, если бы смотрели на нее с большого расстояния? Телескоп Хаббл сделал снимки различных протопланетных дисков в зоне формирования  звезд на расстоянии 1350 световых лет от Земли. Если бы мы смотрели прямо, то увидели бы просто звезду, окруженную диском. Но когда мы смотрим под углом, то пыль и газ полностью загораживают звезду и блокируют ее свет.

Только спустя 10 миллионов лет после начала формирования Солнечной системы, когда пыль и газ исчезли, Солнце ярко засияло в пространстве. Хотя оно еще не превратилось в настоящую звезду и в тот момент выглядело странновато. Спектр света был другим – Солнце обладало огромной энергией, как сейчас, но было более красным. Поэтому в то время Солнечная система была не такого цвета, как сегодня. Протозвезда была оранжево-желтой и напоминала бурлящий котел.

Только через 50 миллионов лет произошел самый важный момент формирования Солнечной системы. Протосолнце достигло критической массы, температуры и давления, в его ядре началась ядерная  реакция и… оно взорвалось.

Родилась новая звезда.

Когда образовалось Солнце и стало таким, каким мы его знаем сейчас, остальная Солнечная система еще не созрела. На 40 млн. лет раньше замерзшие газовые гиганты, улетевшие за “снеговую линию”, перестали расти и достигли стабильности. А в горячей внутренней области, где было мало газа и было много камней, царил хаос. То есть, в то время, когда Солнце уже стало полноценной звездой, планеты во внутренней области еще пытались расти.

Крошечные протопланеты продолжали сталкиваться, становились больше. В результате образовались четыре планеты во внутренней области. Но возле орбиты Юпитера до сих пор находится узкая область, где правят планетазимали, а протопланеты – так и не сформировались. Это Пояс астероидов, где Юпитер мешает формироваться другим планетам.

Пояс астероидов Солнечной системы

Юпитера – самая большая планета, у него самая большая гравитация. На заре формирования Солнечной системы Юпитера вошел в Пояс астероидов, ускорил движение планетезималей и заставил сталкиваться с разрушительной силой.

Пояс астероидов – единственная область в Солнечной системе, где планеты не образуются. По краям Солнечной системы в ледяном молчании летает еще одно кольцо небесных тел – Пояс Койпера. Это область за пределами орбиты Нептуна. В нем полно камней и льда, расположенных далеко друг от друга. Они не сталкиваются и не образуют планету, потому что не подлетают слишком близко. Через 50 млн. лет после зарождения Солнечной системы в Поясе Койпера и в Поясе астероидов было в 100 раз больше тел, чем сегодня. Эти тела сыграли разрушительную, но важную роль в эволюции каменистых внутренних планет, включая Землю.

Итак, “внутренние” планеты формировались в 10 раз дольше гигантов, находящихся за снеговой линией. Только спустя 75 миллионов лет этот процесс подошел к концу.

В 150 миллионах километров от молодого Солнца, Протоземля достигла размеров планеты и заняла стабильную орбиту. Но у нее был космический преследователь – считается, что на начальном этапе Землю сопровождала другая планета, протопланета Тея. У нее была такая же орбита, как у Земли, она следовала почти по тому же пути. Миллионы лет эти планеты гонялись друг за другом вокруг Солнца. И в один момент произошло столкновение, имевшее для Земли серьезные последствия.

Тея и Земля столкнулись, вероятно, по касательной, Тея просто “чиркнула” нашу планету боком и скрылась в неизвестном направлении (а может и развалилась на части). Однако столкновение было настолько чудовищным, что обломки обоих небесных тел взметнулись в космос, и хотя часть их вновь упала на нашу планету, оставшихся хватило для того, чтобы со временем из них образовался естественный спутник Земли – Луна.

Следующая драма произошла с газовыми гигантами, чьи сместившиеся орбиты чуть не погубили Солнечную систему. Через 500 миллионов лет после формирования планет Солнечной системы, они по-прежнему были окружены обломками или остатками планетарного диска. В молодой солнечной системе группа из трех планет находилась гораздо ближе к Солнцу, чем сейчас.

Первая орбита Нептуна была внутри орбиты Урана, но потом они поменяли их. А в обоих Поясах было в 100 раз больше материала. Гравитация планет-гигантов постоянно притягивает материал из обоих поясов. Каждый раз большие планеты перетасовывают планетезимали. Хоть результат вначале незаметен, но возможно из-за этого гигантские планеты сместились на новые орбиты.

Раньше внешние планеты слегка смещались, мигрировали. Сатурн, Уран и Нептун отправляли планетезимали Солнцу, а сами отдалялись от Солнца. Юпитер же отшвыривал планетезимали на огромные расстояния, даже за пределы Солнечной системы. Это значит, что сам он должен при этом сдвигаться. Когда планета отбрасывает планетезимали, она сама немного смещается, это закон сохранения энергии, ведь она дает гравитационный толчок планетезимали. При этом планета теряет часть энергии и сама смещается на более низкую орбиту.

За полмиллиарда лет миллионы слабых гравитационных рывков слегка изменили орбиты больших планет. Земля и другие молодые планеты могли оказаться в условиях, пригодных для жизни. Но их чуть не уничтожили газовые гиганты Юпитер и Сатурн, которые достигли переломной точки – резонанса. Когда Юпитер вошел в резонанс  с Сатурном, случилась катастрофа. Резонанс означает, что когда Сатурн делает один оборот вокруг Солнца, Юпитер делает два. В результате Юпитер и Сатурн оказались в одной части Солнечной системы.

Гравитационный хаос, который внесли Юпитер и Сатурн, повлиял на планеты и их спутники внутренней Солнечной системы, вызвав событие, известное как поздняя бомбардировка. Гравитация гигантов притянула множество материала из внешней Солнечной системы во внутреннюю, так, что внутренние планеты оказались атакованы целым роем комет и астероидов, буквально изрешетившими их поверхность кратерами.

Впрочем, худа без добра не бывает. Вполне возможно, что свои гигантские запасы воды наша Земля приобрела как раз в то время, “переварив” ледяные ядра комет и астероидов. Да-да, некоторые ученые всерьез считают, что такое количество воды на нашей планете – результат то самой поздней бомбардировки.

Спустя 4 млрд. 600 млн. лет после рождения Солнечной системы угроза столкновения с огромным астероидом по-прежнему существует. Но, хотя они и несут для нас опасность, они же дают и ответы на вопросы.

Только изучая крошечные астероиды и метеориты долетающие до земли, можно понять действительно ли Солнечная система сформировалась так, как мы думаем. Такая категоричность не случайна, приведу просто пример: в начале 2011 года астрохимики из Аризонского университета определили возраст одного из метеоритов найденных в Северной Африки в 4 млрд. 568 млн. лет. Это старейший  материал на Земле. Только подумайте об этом – камень, который старше самой планеты.