11 января 2018, 02:35
Краткое описание того, как на самом деле появляются планеты в Солнечной системе.
Наиболее популярны в наше время два сценария образования планет Солнечной системы: притяжения материи (его чаще именуют аккреционным) и гравитационного коллапса. Оба довольно неточные и оставляют немалое пространство для воображения и возражения. Собственно аккреционный сценарий полагает, что планеты сформировались из первоначальных планетезималей, которые, в свою очередь, родились из первоначального газопылевого диска, который, по мнению учёных, существовал вокруг формирующейся звезды. Планетезимали увеличивали свои размеры притягивая мелкие частицы и газ из протопланетного диска и сталкиваясь с другими планетезималями. Постепенно образовывались протопланеты, а со временем они дорастали до планет, если всё складывалось удачно.
Сценарий гравитационного коллапса предполагает, что в протопланетном газо-пылевом диске развиваются гравитационные нестабильности, приводящие к распаду диска на отдельные кольца с последующим уплотнением и сгущением в сферические объекты.
В любом случае, по мнению планетологов, формирование планет прекращается ровно в тот момент, когда в новой звезде запускаются термоядерные реакции и протопланетный диск рассеивает давлением солнечного ветра. С этого прекрасного момента всё останавливается и если планета не успела сформироваться, набрать достаточную массу, то дальше ей ничего не светит. Так и останется мёртвым маленьким (относительно) планетоидом.
Забавляет уверенность деятелей науки в том, что с определённого момента всё становится настолько статично. Во-первых, в обоих приведённых сценариях хватает дыр, описание которых может занять отдельную статью. Во-вторых, в обоих сценариях не учтены последние наблюдения деятельности Солнца и планетарной активности, которые вносят презабавный диссонанс в стройные умозаключения планетологов. Опять же, в предыдущей части статьи я ссылался на видео, которое даёт основания полагать, что Солнце всю свою жизнь продуцировало и продолжает продуцировать множество малых космических тел с самым разнообразным химическим составом. Видео красивое, сошлюсь на него ещё раз.
К тому же поводом для раздумий становятся недавние наблюдения Плутона в ходе межпланетной миссии «Новые горизонты». Сперва полагалось, что у Плутона есть только один спутник, Харон, затем, с помощью довольно точных астрономических наблюдений установили, что таковых на самом деле три. С две тысячи двенадцатого года выясняется, что их более чем пять. И это только тех, которые достаточно велики, чтобы наша техника их заметила. При этом не учтено немалое количество микроскопических тел и различного мелкого мусора, вращающихся вокруг планетоида. Можно считать, что прибавление в числе спутников Плутона получилось за счёт роста точности наблюдений. А можно считать и по-другому. Например, можно предположить, что Плутон, хоть и слабо, но захватывает в зону своего влияния новые объекты. И за добрую сотню лет он получил неплохой прогресс. Чем большее количество объектов находится в зоне влияния Плутона, тем больше общая гравитационная масса системы, что приводит к повышению вероятности захвата всё большего количества мелких объектов. И притянутся эти объекты вплоть до падения, я так полагаю, к самому большому мячику в скоплении. То есть, к Плутону. Вот интересно, сколько крупных и малых спутников появится у Плутона за следующие сто лет и какова будет судьба тех, которые имеются на данный момент.
В совокупности все указывает на то, что процесс формирования планет может выглядеть совершенно иначе, чем представлялось до сих пор. И уж совсем иначе выглядит процесс разогревания планеты, который способствует стратификации планетарных слоёв, формированию ядра и, в общем, созданию планеты в том виде, который мы имеем сейчас. Некоторые планетологи с научными званиями всерьёз полагают, что разогреванию планеты способствовала некая мифическая Великая бомбардировка. Подобная теория выглядит очень сомнительно, ибо любой здравомыслящий человек осознаёт, что при столкновениях на таких скоростях планета скорее развалится, чем разогреется. На самом деле горячее ядро, чёткие слои и тепло в планете возникает совершенно иным образом. Как же всё происходит на самом деле? Для себя я выделил два наиболее вероятных сценария и назвал их, опять же, для простоты, сценарием «Кучки» и сценарием «Слитка». Что же происходит в случае сценария «Кучки»? Лично я разделил бы его на несколько этапов.
На первом этапе, который был рассмотрен в предыдущей части, Солнце рождает новые «кирпичики жизни» - малые космические объекты, которые силой гравитации выбрасываются далеко за пределы околосолнечной зоны, вплоть до поясов Койпера и Уорда.
На втором этапе, странствуя к окраинам Солнечной системы и в процессе пребывания в поясах малые космические тела (которые могут быть очень большими) вступают в контакт друг с другом и либо притягиваются, формируя единое целое, либо отталкиваются под действием сил гравитации (очистка планетарного поля). Данный этап может занять многие миллионы и миллиарды лет и до конца не останавливается никогда.
По моему мнению, большую вероятность имеет тот сценарий, когда родительским объектом (Солнце, или другая планета) изначально сформирован довольно крупный объект, который в процессе своего странствия притянет к себе немалое количество существенно более мелких объектов (метеоров и астероидов) и не столкнётся с чем-то намного более внушительным. Но правда в том, что природа изначально гибка в подходах и к одной и той же цели можно прийти несколькими путями. В силу тех, или иных причин планета может сформироваться из облака астероидов, из газопылевого скопления, из крупного астероида, притянувшего мегатонны мелкой космической пыли и газа. Природа не терпит пустоты, но для построения любого крупного объекта нужно прочное основание.
Вернувшись к рассматриваемому процессу, отметим, что всё большее число объектов притягивается к изначальному «кирпичу жизни», добавляя свою массу в общую копилку. А сверху на них накладывается всё новые и новые «кирпичи», только увеличивая разнообразный состав и массу объекта. Щели между крупными «кирпичами» забивает космическая пыль. Постепенно, как и всякий вращающийся объект, наш приобретает сферическую форму. В целом действуют процессы аккреции, но в отношении довольно крупных объектов.
На третьем этапе наш уже довольно потолстевший в силу аккреции «кирпич» набирает настолько крупную массу, что начинает испытывать определённые внутренние неудобства. Суть их в том, что гравитация на каждом объекте направлена от поверхности к центру. И с увеличением массы объекта этот самый центр начинает испытывать колоссальные нагрузки – чудовищное давление и некоторое трение во внутренних слоях. Поскольку наш забавный «шарик» формировался из многих разных кирпичей, а все они имеют разную плотность, то под действием чудовищных давлений данные «детали» по разному сжимаются, деформируются и двигаются внутри тела планетоида. А любые подобные сжатия, движения, деформации да под таким давлением неминуемо приводят к росту температур. Поскольку набор планетарной массы только продолжается (пусть и медленно), то продолжает нарастать температура. Со временем она может дойти до таких величин, при которых начинают плавиться металлы.
И вот это четвёртый этап. Поскольку металлы являются самыми тяжёлыми элементами в нашей системе, то под действием расплавляющих температур они начинают «стекать» в центр планеты. И на данном этапе происходит формирование планетарного металлического ядра. Одновременно с этим происходит и общая стратификация планетарных слоёв и формирование планеты уже в том виде, который нам более знаком.
Пожалуй, тут следует ввести новое понятие – понятие критической планетарной массы. Критическая планетарная масса (КПМ) это масса планеты (планетоида, небесного тела), с набором которой внутри планеты под действием сил тяжести, трения и давления температура повышается настолько, что начинается самопроизвольное расплавление металлов, приводящее к формированию жидкого (а в последствии и твёрдого) металлического ядра с одновременным процессом стратификации планетарных слоёв.
Не смотря на то, что законы физики, в основном, универсальны, КПМ не может быть абсолютно одинакова для каждой планеты именно потому, что строительный материал у каждой планеты разный. Соответственно, если достаточно металлосодержащих фрагментов находятся довольно близко к центру планетоида, то КПМ будет несколько меньше и процессы формирования ядра и слоёв запустятся раньше. А если центр планеты будет содержать небольшое количество металлических фрагментов, то данный процесс запустится несколько позже. Но, в целом, данная величина примерно одинакова, с определёнными погрешностями, для большинства небесных тел.
Со временем масса планеты всё более увеличивается. Её рост, а также разнообразные тепловыделяющие процессы поднимают температуру в недрах планеты до такой величины, что начинают плавится твёрдые минералы. Поскольку они легче металлов, то их вытесняет из центра планеты и из них образуется расплавленная прослойка между ядром и поверхностью планеты – мантия. В то же время происходят различные химические процессы, приводящие к созданию новых сложных соединений, которые могут подниматься на поверхность планеты и принимать участие в формировании планетарной коры.
Касательно появления у планет атмосферы и жидкостей на её поверхности предположу, что, поскольку, детали, из которых первоначально составлялся планетоид были очень разные, то в его толще оказалось немало самых различных оледеневших газов. При нагреве они плавятся и поднимаются на поверхность из самого центра планеты, преодолевая тысячи километров препятствий, расширяясь и вырываясь на свободу. Пока атмосфера не наберёт достаточной толщины, чтобы удерживать тепло планеты, или пока планета за счёт набора массы не сменит местоположение в Солнечной системе на более «тёплое», т.е. поближе к Солнцу, на ней не появится воды, или других соединений в жидком состоянии. Наращиванию масс жидкости способствуют, также, процессы высвобождения водорода из гидридных соединений, находящихся в толще планеты.
Может возникнуть вопрос – а что же такое из себя представляет твёрдое планетарное ядро? Во-первых, и это полностью совпадает с современными взглядами планетологов, оно состоит из металлов, находящихся в области повышенного давления. В таком состоянии расплавленный металл густеет и становится очень плотным, невзирая на огромные температуры, которые на него воздействуют. Во-вторых, Солнце создаёт разные «кирпичи жизни» из самых разных элементов. Современной наукой доказано, что вещество способно пребывать в чрезвычайно уплотнённой форме не только в силу гравитационного сжатия, но и в силу ряда химических реакций. Например, весьма распространённый в нашей системе водород активно реагирует с подавляющим большинством металлов (с железом в том числе). Особенно впечатляет результат подобных реакций при высоких давлениях. В результате реакций водорода с металлами появляются вещества называемые гидридами. Гидриды металлов – это вещества с иным состоянием решёток в которых присутствует водород в виде гидрид-иона. В условиях высоких давлений возникает ионная связь металла с водородом и это позволяет уплотнять ионы металла в гидридной форме до восьмикратного значения. Это создаёт невероятно плотные вещества, способные хранить огромное количество водорода. А попутно наличие гидридов металлов внутри планеты способно привести к её неожиданному расширению в случае процессов разуплотнения – такой вот неприятный нюанс, с которым наша планета, очень вероятно, столкнулась в Пермском периоде много миллионов лет назад. Так вот в силу чрезвычайно высокой плотности, прочности и несколько большей массы гидриды металлов так же могут оказаться в составе твёрдого ядра.
По сути, процесс строительства планет не прекращается до сих пор и будет продолжаться, пока будет в наличии материал для построения. Сейчас, правда, основную массу строительного материала оттянул на себя Юпитер, что, в принципе, совсем не плохо для нас. Ибо слишком большие «кирпичи жизни», частенько посещавшие нашу планету в прошлом, помимо привнесения новой жизни, нередко устраивали апокалипсис для жизни предыдущей. Однако в последние несколько тысячелетий изрядно подросший Юпитер немного упростил для нас данную проблему.
В процессах формирования планет есть ещё ряд существенных вопросов. Но уже сейчас понятно, что Солнечная система отнюдь не соответствует классическим представлениям о ней, как о некой застывшей статичной конструкции. Скорее наоборот, правильнее сказать, что тут всё живёт и изменяется. Что же касается моей гипотезы формирования планет, то у неё есть один огромный и несомненный плюс. Исходя из моей гипотезы получается, что мы можем не просто заселять пригодные для жизни планеты в далёком космосе, но можем и сами, своими руками создавать новые планеты, на которых сможем жить. Вы спросите, как это можно сделать? На самом деле, при наличии достаточных производительных сил, довольно легко. Как и для каждого дома, для планеты необходим надёжный фундамент, роль которого, безусловно, играет тяжёлое металлическое ядро. Важно предусмотреть, чтобы в состав ядра входили именно подходящие материалы, которые не сыграют с нами злую шутку впоследствии. Я имею в виду отсутствие чрезмерного количества гидридов и надёжное разделение водородного компонента и металлического: нам ведь не нужно очередное Пермское побоище? А заодно, неплохо бы избежать попадания в недра тяжёлых радиоактивных материалов, а-ля плутоний. Для нашего нового дома потребуется создать огромный цельный металлический шар радиусом почти в три с половиной тысячи километров. Колоссальный объём металла и чем он будет чище, тем меньше впоследствии проблем для нас. Сверху ядро необходимо накрыть огромным количеством камня, который станет мантией планеты, толщиной примерно в две тысячи девятьсот километров. А поверх мантии укладывается кора, которую тоже не так-то просто организовать. Фактически, кора Земли представляет из себя отдельные очень массивные фрагменты, которые накрывают мантию и плывут по ней. Для создания планетарной коры придётся искать очень крупные и, желательно, цельные объекты, которые ещё нужно довольно плотно пристыковать друг к другу. А ещё необходимо найти множество воды и газа на атмосферу и океаны.
Не смотря на кажущийся непомерный объём задач, с развитием технологий возможно всё. Вот задача, достойная людей – создание нового дома для жизни – новой планеты. Создание звёзд, использование чёрных дыр, изучение строения Вселенной – может ли быть что-то важнее, чем познание необъятного мира, в котором мы обитаем? Распространение человечества во множестве миров необходимо и по другой причине. Созданные естественным путём планеты иногда преподносят своим жителям такие сюрпризы, которые способны убить немалое количество этих самых жителей. Проживая сейчас на одной единственной планете человечество крайне уязвимо. Причём, незаметно, чтобы большинство осознавало – насколько. Устранение данной уязвимости является не только вопросом самоутверждения, но, скорее даже, вопросом выживания. Ведь мы были далеко не первыми на нашей прекрасной планете и вряд ли кого-то прельстит перспектива повторения печального пути предшественников.
Итак, мы рассмотрели сценарий формирования планеты под условным названием «Кучка». Сценарий «Слиток» отличается тем, что, по моему мнению, Солнце создаёт одномоментно малое космическое тело очень крупного размера в сотни и тысячи километров в диаметре. И в состав таких объектов вполне могут входить тяжёлые элементы, хотя, они равномерно перемешаны в теле созданной «заготовки». Масса такого крупного объекта может перепрыгнуть критический порог и в этом случае, невзирая на однородность и монолитность объекта, процессы формирования ядра запустятся практически сразу, ещё до окончательного остывания новосозданного небесного тела. То есть, Солнце, всё-таки создаёт планету в практически готовом виде. Но, как я полагаю, такое случается чрезвычайно редко, и, в основном, процессу внутренней самоорганизации планеты предшествует длительный процесс аккреции.
В заключении хочу отметить, что созидать новые планеты и строительный материал для них способно не только Солнце, но и, собственно, планеты Солнечной системы. Особенно, крупные планеты. Процесс несколько отличается и, что самое интересное, в древности наши предки, похоже, знали об этих необычных возможностях звёзд и планет. Во всяком случае, об этом недвусмысленно говорят мифы и сказания древних народов. Но об этом – в следующей главе.