Гипотезы формирования и эволюции солнечной системы

«Теория захвата» перенаправляет здесь. Для теории солнечного захвата см. В разделе этой статьи о формировании солнечной системы. Для теории похищения лунного захвата см. В разделе этой статьи о лунном формировании .

Пьер-Симон Лаплас , один из создателей гипотезы о туманности

История научной мысли о формировании и эволюции солнечной системы началась с революции Коперника . Первое записанное использование термина « солнечная система » датируется 1704. С семнадцатого века философы и ученые формируют гипотезы, касающиеся происхождения нашей солнечной системы и Луны и пытаются предсказать, как солнечная система изменится в будущем. Рене Декарт был первым, кто предположил в начале солнечной системы; Тем не менее, все больше ученых присоединились к обсуждению в восемнадцатом веке, образуя основу для более поздних гипотез по этой теме. Позже, особенно в двадцатом веке, начали нарастать различные гипотезы, в том числе общепринятая туманная гипотеза .

Между тем, гипотезы, объясняющие эволюцию солнца, возникли в девятнадцатом веке, особенно когда ученые начали понимать, как функционировали звезды в целом. Напротив, гипотезы, пытающиеся объяснить происхождение Луны на протяжении веков, хотя все широко распространенные гипотезы были доказаны ложными миссиями Аполлона в середине двадцатого века. После Аполлона, в 1984 году гипотеза о гигантском воздействии была составлена, заменив и без того, что модель бинарной аккреции в качестве наиболее распространенного объяснения формирования Луны.

Современный вид

Основная статья: Формирование и эволюция солнечной системы

Наиболее широко принятая модель планетарного образования известна как туманная гипотеза . Эта модель утверждает, что, 4,6 миллиарда лет назад, солнечная система была сформирована в результате гравитационного коллапса гигантского молекулярного облака, охватывающего несколько световых лет . Многие звезды , в том числе солнце , были сформированы в этом разрушающемся облаке. Газ, который сформировал солнечную систему, был немного более массивным, чем само солнце. Большая часть массы сконцентрировалась в центре, образуя солнце, и остальная часть массы сплющивалась в протопланетический диск , из которых образовались все текущие планеты , луны , астероиды и другие небесные тела в солнечной системе.

Гипотеза формирования

Французский философ и математик Рене Декарт был первым, кто предложил модель для происхождения солнечной системы в своей книге «Мир» , написанной с 1629 по 1633 год. По его мнению, вселенная была заполнена вихрями из вихрей частиц, и оба солнца были заполнены вихрями из вихрей и оба солнца. и планеты конденсировались из большого вихря, который сократился, который, по его мнению, мог объяснить круговое движение планет. Однако это было до знания теории гравитации Ньютона , что объясняет, что дело не ведет так.

Концепция художника протопланетического диска

Модель вихря 1944 года, Сформулирован немецким физиком и философом Карлом Фридрихом фон Вайзсаккером , возвращается к декартовой модели, включив модель вихри, вызванных турбулентностью, в лапласианском туманном диском. В модели Вайзсаккера комбинация вращения по часовой стрелке каждого вихря и вращения против часовой стрелки всей системы может привести к тому, что отдельные элементы перемещаются вокруг центральной массы на кеплеровских орбитах , снижая рассеяние энергии из-за общего движения. Тем не менее, материал будет столкнуться с высокой относительной скоростью в границах междоржек, и в этих регионах небольшие вихри с ролью, несущиеся со стороны, будут объединяться, чтобы дать кольцевые конденсации. Эта гипотеза была сильно критикована, так как турбулентность является явлением, связанным с расстройством, и не будет спонтанно производить высоко упорядоченную структуру, требуемую гипотезой. Это также не обеспечивает решение проблемы углового импульса и не объясняет лунную формирование и другие самые основные характеристики солнечной системы.

Эта модель была изменена В 1948 году голландским физиком -теоретическим директором Дирк Тер Хаар , который предположил, что регулярные вихри были отброшены и заменены случайной турбулентностью, что приведет к очень толстой туманности, где гравитационная нестабильность не будет происходить. Он пришел к выводу, что планеты должны были сформироваться путем аккреции, и объяснил разницу композиции между планетами, возникающими в результате разницы температур между внутренними и внешними областями, причем первая была горяче во внутреннем регионе. Основная трудность заключалась в том, что в этом предположении турбулентное рассеяние произошло в течение одного тысячелетия, что не дало достаточно времени для формирования планет.

Гипотеза о туманности была впервые предложена в 1734 году шведским ученым Эмануэлем Сведенборгом и позже расширился прусским философом Иммануэлем Кантом в 1755 году. Подобная гипотеза была независимо сформулирована французом Пьером-Симоном Лапласом в 1796 году.

В 1749 году, Georges-Louis Leclerc, Comte de Buffon задумал идею о том, что планеты были сформированы, когда комета столкнулась с Солнцем, посылая материю для формирования планет. Тем не менее, Пьер-Симон Лаплас опроверг эту идею в 1796 году, заявив, что любые планеты, сформированные таким образом, в конечном итоге врезались в солнце. Лаплас почувствовал, что почти циркулярные орбиты планет были необходимым следствием их формирования. Сегодня, как известно, кометы слишком малы, чтобы создать солнечную систему таким образом.

В 1755 году Иммануэль Кант предположил, что наблюдаемые небулы могут быть области звездного и планеты. В 1796 году Лаплас уточнил, утверждая, что туманность рухнула в звезду, и, как и это, оставшиеся материал постепенно превратился наружу в плоский диск, который затем образовал планеты.

Альтернативные гипотезы

Каким бы правдоподобным это может показаться на первом взгляде, гипотеза о туманности по -прежнему сталкивается с препятствием углового импульса ; Если солнце действительно сформировалось из коллапса такого облака, планеты должны вращаться гораздо медленнее. Солнце, хотя он содержит почти 99,9 процента массы системы, содержит всего 1 процент его углового импульса, Это означает, что солнце должно вращаться намного быстрее.

Приливная гипотеза

Попытки решить проблему углового импульса привели к временному отказу от туманной гипотезы в пользу возвращения к гипотезам «два тела». В течение нескольких десятилетий многие астрономы предпочитали гипотезу приливного или близкого столкновения, выдвинутая Джеймсом Джинсом в 1917 году, в которой подход какой-либо другой звезды к Солнцу в конечном итоге сформировал солнечную систему. Этот почти пропуск вывел бы большое количество материи от солнца, а другая звезда их взаимными приливными силами , которые могли бы затем сжаться с планетами. В 1929 году астроном Гарольд Джеффрис возразил, что такое почти столкновение было маловероятным. Американский астроном Генри Норрис Рассел также возражал против гипотезы, показывая, что он столкнулся с проблемами с угловым импульсом для внешних планет, а планеты изо всех сил пытаются избежать реабсорбированных солнца.

Чемберлин -Моултон Модель

Основная статья: Гипотеза Planetesimal Chamberlin -Moulton Planetesimal

В 1900 году Форест Моултон показал, что туманная гипотеза была несовместимой с наблюдениями из -за углового импульса. Моултон и Чемберлин в 1904 году возникли гипотезы о планетезимальной . Наряду со многими астрономами того времени, они пришли к выводу, что фотографии «спиральных туманных» из обсерватории Лик были прямыми доказательствами формирования планетарных систем , которые впоследствии оказались галактиками.

Моултон и Чемберлин предположили, что звезда прошла близко к Солнцу в начале своей жизни, вызывая приливные выпуклости, и что это, наряду с внутренним процессом, который приводит к солнечным выдумкам, приводило к выбросу нитей материи с обеими звездами. В то время как большая часть материала упала бы, часть его осталась бы на орбите. Филаменты охлаждены в многочисленных крошечных, твердых планетезималах и нескольких больших протопланетах . Эта модель получила благоприятную поддержку в течение примерно 3 десятилетий, но отказалась от предположения к концу 30 -х годов и была отброшена в 40 -х годах из -за осознания того, что она была несовместимой с угловым импульсом Юпитера. Часть гипотезы, планетезимальная аккреция, была сохранена.

Сценарий Литтлтона

В 1937 и 1940 годах Рэймонд Литтлтон поступил, что сопутствующая звезда на солнце столкнулась с проходящей звездой. Такой сценарий уже был предложен и отвергнут Генри Расселом в 1935 году, хотя, возможно, было более вероятно, что солнце родилось в открытом кластере , где встречаются звездные столкновения. Lyttleton показал, что наземные планеты были слишком малы, чтобы самостоятельно конденсироваться, и предположил, что одна очень большая прото-планета разбилась на две части из-за нестабильности вращения, образуя Юпитер и Сатурн, с соединительной нити, из которой образовались другие планеты. Более поздняя модель с 1940 и 1941 годов включала систему тройной звезды, двоичное плюс солнце, в котором бинарное объединение и позже раскололось из -за нестабильности вращения и сбежало от системы, оставив нить, которая сформировалась между ними, которая должна быть захвачена Солнце. Возражения Лимана Спитцера также применяются к этой модели.

Модель полосовой структуры

В 1954, 1975 и 1978 годах, Шведский астрофизик Ханнес Альфвен включал электромагнитные эффекты в уравнениях движений частиц, а также были объяснены различия в композиции. В 1954 году он впервые предложил структуру полосы, в которой он отличил A-облаку, содержащую в основном гелий с некоторыми примесями твердотельной картины («метеорный дождь»), B-облака с в основном углеродом, C-Cloud, имеющий в основном водород и D-Cloud, изготовленный в основном из кремния и железа. Примеси в А-облаке сформировали Марс и Луну (позже захваченная Землей), примеси в B -гуоне рухнули, образуя внешние планеты, C-Cloud, сжатый в ртуть, Венеру, Земля, Астероидный пояс, луны Юпитера и кольца Сатурна, в то время как Плутон, Тритон, внешние спутники Сатурна, луны Урана, пояса Куйпера и Оорт-облако, образованные из D-Cloud.

Гипотеза межзвездного облака

В 1943 году советский астроном Отто Шмидт предположил, что солнце в своем нынешнем виде прошло через плотное межзвездное облако и появилось охваченным в облаке пыли и газа, из которого в конечном итоге образовались планеты. Это решило проблему углового импульса, предполагая, что медленное вращение солнца было своеобразно для него и что планеты не образуются в то же время, что и солнце. Расширение модели, вместе составляющей российскую школу, включают Гуревича и Лебединский в 1950 году, Сафронова в 1967 и 1969 годах, Рускол в 1981 году Сафронова и Витиэфф в 1985 году, а также Сафронов и Рускол в 1994 году, среди других Тем не менее, эта гипотеза была серьезно помятна Виктором Сафронова , который показал, что количество времени, необходимое для формирования планет из такого диффузного оболочки, намного превысило бы определенный возраст солнечной системы.

Рэй Литтлтон изменил гипотезу, показав, что третье тело не было необходимым, и предположив, что механизм аккреции линии, как описано Бонди и Хойлом в 1944 году, позволил облачному материалу быть захваченным звездой (Williams and Cremin, 1968, Loc. cit.).

Гипотеза Хойла

В модели Хойла С 1944 года компаньон пошел в Новую с изгнанным материалом, захваченным солнцем и планетами, образующимися из этого материала. В версии год спустя это был сверхновой. В 1955 году он предложил аналогичную систему с Лапласом и снова предложил эту идею с более математическими деталями в 1960 году. Она отличается от Лапласа тем, что между диском и солнцем произошел магнитный крутящий момент, который вступил в силу; В противном случае все больше и больше вопроса было бы выброшено, в результате чего массивная планетарная система превышала размер существующего и сравнимой с Солнцем. Крутящий момент вызвал магнитную связь и воздействовал, чтобы перенести угловой импульс от солнца на диск. Сила магнитного поля должна была быть 1 Гаусс. Существование крутящего момента зависело от магнитных линий силы, замораживаемых в диск, что является следствием хорошо известной магнитогидродинамической (MHD) теоремы на замороженных линии силы. Поскольку температура солнечной конденсации при выбросе диска не могла быть гораздо более 1000 К (730 ° C; 1340 ° F), многочисленные огнеупоры должны были быть твердыми, вероятно, как мелкие частицы дыма, которые выращивали бы с конденсацией и аккрецией. Эти частицы были бы смещены с диском, только если бы их диаметр на орбите Земли составлял менее 1 метра, поэтому, когда диск двинулся наружу, остался дочерний диск, состоящий только из огнеупотребления, где формируются наземные планеты. Модель соглашается с массой и составом планет, а распределение углового импульса обеспечило магнитную связь. Тем не менее, это не объясняет близнец, низкую массу Марса и Меркурия и планетоидные ремни. Альфвен сформулировал концепцию замороженных линий магнитного поля.

Гипотеза Куйпера

Джерард Куйпер в 1944 году Как и Тер Хаар, утверждал, что регулярные вихри были бы невозможны и постулировали, что большая гравитационная нестабильность может возникнуть в солнечной туманности, образуя конденсации. В этом солнечная туманность может быть либо ко-тогенетической с солнцем, либо захваченной им. Распределение плотности будет определять, что может сформировать, планетарную систему или звездный компаньон. Предполагалось, что два типа планет были результатом предела Роше. Не было предложено никакого объяснения для медленного вращения солнца, которое Куйпер рассматривал как большую проблему G-звезды.

Гипотеза Уиппа

В сценарии Фреда Уиппла 1948 года, Дымовое облако диаметром около 60 000 ат и с 1 солнечной массой ( M _☉ ) сократилось и производило солнце. У него был незначительный угловой импульс, таким образом, учитывая подобное свойство Солнца. Это дымовое облако захватило меньший с большим угловым импульсом. Время краха для большого дыма и газа составляет около 100 миллионов лет, и поначалу этот показатель был медленным, что увеличилось на более поздних стадиях. Планеты конденсированы из небольших облаков, разработанных или захваченных вторым облаком. Орбиты будут почти круглыми, потому что аккреция уменьшит эксцентриситет из -за влияния сопротивляющей среды, а орбитальная ориентация была бы одинаковой из -за размера небольшого облака и общего направления движений. Протопланеты могли бы нагревать до такой высокой степени, что более летучие соединения были бы потеряны, а орбитальная скорость уменьшалась с увеличением расстояния, так что на земле планеты были бы больше затронуты. Тем не менее, этот сценарий был слабым в том, что практически все окончательные закономерности вводятся в качестве предварительного предположения, а количественные расчеты не подтверждают большую часть гипотезы. По этим причинам это не получило широкого признания.

Urey's model

Американский химик Гарольд Ури , который основал космохимию , выдвинул сценарий в 1951, 1952, 1956 и 1966 годах основан в основном на метеоритах. Его модель также использовала уравнения стабильности Чандрасекхара и получила распределение плотности на газовом и пылевом диске, окружающем примитивное солнце. Чтобы объяснить, что летучие элементы, такие как ртуть, могут быть сохранены на земных планетах, он постулировал умеренно густого газа и пыли, защищающего планеты от Солнца. Для формирования алмазов, чистых кристаллов углерода, объектов размером с луну и газовых сфер, которые стали гравитационно нестабильными, должны были бы образоваться на диске, а газ и пыль, рассеивающиеся на более поздней стадии. Давление упало, когда газ был потерян, а алмазы были преобразованы в графит, в то время как газ освещался солнцем. В этих условиях будет присутствовать значительная ионизация , и газ будет ускоряться магнитными полями, поэтому угловой импульс может быть перенесен с Солнца. Юри поступил, что эти тела лунного размера были разрушены столкновениями, при этом газ рассеивался, оставляя позади твердых веществ, собранных в ядре, причем в результате меньшие фрагменты выдвинулись далеко в космос, а более крупные фрагменты остаются позади и вступают в планеты. Он предположил, что луна была таким выжившим ядром.

Гипотеза протопланет

В 1960, 1963 и 1978 годах, WH McCrea предложил гипотезу протопланета, в которой солнце и планеты индивидуально соализировались из вещества в том же облаке, причем более мелкие планеты позже захвачены большей гравитацией Солнца. Он включает в себя деление в протопланетарной туманности и исключает солнечную туманность. Агломерации флокал, которые предполагаются составлять сверхзвуковую турбулентность, предполагаемую, возникающую в межзвездном материале, от которого рождаются звезды, сформировали солнце и протопланеты, последнее расщепление с образованием планет. Эти две части не могли оставаться гравитационными связывающими друг с другом при массовом соотношении не менее 8-1, а для внутренних планет перешли на независимые орбиты, в то время как для внешних планет одна часть вышла из солнечной системы. Внутренние протопланеты были Венера-Меркури и Земля-Мар. Луны больших планет были сформированы из «капель» на шее, соединяющих две части разделительной протопланеты. Эти капли могут объяснить некоторые астероиды. У наземных планет не было бы серьезных лун, что не учитывает Луну . Гипотеза также предсказывает определенные наблюдения, такие как сходная угловая скорость Марса и Земли с аналогичными периодами вращения и осевыми наклонами. В этой схеме есть шесть основных планет: две наземные, Венеру и Землю; два основных, Юпитер и Сатурн; и два внешних, Урана и Нептуна, а также три меньших планеты: Меркурий, Марс и Плутон.

Эта гипотеза имеет некоторые проблемы, такие как неспособность объяснить тот факт, что планеты все вращаются в одном и том же направлении с относительно низкой эксцентричностью, что может показаться крайне маловероятным, если бы каждый был захвачен индивидуально.

Гипотеза Кэмерона

американского астронома Аластера Г.В. Кэмерона 1962 и 1963 гг. В гипотезе Протосун, с массой около 1–2 солнца и диаметром около 100 000 AU, был гравитационно нестабильным, рухнул и разбился на меньшие субъединицы. Магнитное поле было около 1/00 ​​000 гаусса. Во время коллапса магнитные линии силы были скручены. Корлапс был быстрым и произошел из -за диссоциации молекул водорода, за которой следовала ионизация водорода и двойная ионизация гелия. Угловой импульс приводил к нестабильности вращения, которая давала лапласианскую диск. На этом этапе излучение удалило избыточную энергию, диск охлаждался бы в течение относительно короткого периода около 1 миллиона лет, и конденсация в то, что Уиппл называет кометизмом. Агрегация этих кометизмов производила гигантские планеты, которые, в свою очередь, создавали диски во время их формирования, которые превратились в лунные системы. Образование наземных планет, кометов и астероидов включало распад, нагрев, плавление и затвердевание. Кэмерон также сформулировал гипотезу о гигантском воздействии для происхождения Луны.

Захват гипотезу

Гипотеза захвата, предложенная Майклом Марком Вулфсоном в 1964 году, утверждает, что солнечная система образовалась из приливных взаимодействий между солнцем и протостаром низкой плотности . Гравитация солнца получила бы материал из диффузной атмосферы протостара, которая затем рухнула бы, чтобы сформировать планеты.

Поскольку захваченные планеты изначально имели бы эксцентричные орбиты, Дорманд и Вульфсон предложил возможность столкновения. Они предположили, что нить была выброшена проходящим протостаром и был захвачен Солнцем, что привело к формированию планет. В этой идее было 6 оригинальных планет, соответствующих 6 точечным массам в нити, с планетами A и B , двумя внутренними, сталкивающимися. А , в два раза больше массы Нептуна, была выброшена из солнечной системы, в то время как B , по оценкам, на треть от массы урана, разрушенной для формирования Земли, Венера, возможно, ртуть, пояса астероида и оорта.

Солнечное деление

В 1951, 1962 и 1981 годах швейцарский астроном Луи Джейкот, Как Weizsäcker и Ter Haar, продолжили картезианскую идею вихрей, но предложила иерархию вихри или вихри в вихре, то есть вихре для лунной системы, вихрел солнечной системы и галактический вихрь. Он выдвинул представление о том, что планетарные орбиты - это спирали, а не круги или эллипсы. Джакот также предложил расширение галактик в этих звездах уходит от концентратора, а луны уходят от своих планет.

Он также утверждал, что планеты были изгнаны, по одному за раз, от Солнца, особенно из экваториальной выпуклости, вызванной вращением, и что одна гипотетическая планета разбилась в этом изгнании, оставив пояс астероид. Пояс Куйпер был неизвестен в то время, но, по -видимому, это тоже привело бы к тому же разбитым. Луны, как и планеты, возникли как экваториальные изгнания с их родительских планет, с некоторыми разрушением, оставляя кольца, и земля должна была в конечном итоге изгнать другую луну.

В этой модели на планетах было 4 фазы: без вращения и сохранение той же стороны на солнце, очень медленное, ускоренное и ежедневное вращение.

Джакот объяснил различия между внутренними и внешними планетами и внутренними и внешними лунами посредством поведения вихря. Эксцентричная орбита Меркурия была объяснена ее недавним изгнанием от солнца и медленным вращением Венеры, поскольку она находится в «фазе медленного вращения», изгнанного с второго по последнее.

Модель Фландерна Тома Ван был впервые предложен в 1993 году в первом издании его книги. В пересмотренной версии с 1999 года и позже у оригинальной солнечной системы было шесть пар двойных планет, и каждая из них отказалась от экваториальных выпуклостей от чрезмерного солнца, где внешние центробежные силы превышали внутреннюю гравитационную силу, в разное время, давая им разные температура, размеры и композиции, а затем сжаты с туманным диском, рассеивающимся через 100 миллионов лет, с взрывами шесть планет. Четыре из них были с доминирующими гелиеми, жидко и нестабильны. Это были V (Мальдек, V Стоя на пятую планету, первые четыре, включая Меркурий и Марс), К (Криптон), Т (Транснептунский) и Планета X. В этих случаях меньшие луны взорвались из -за приливных напряжений, оставив четыре компонентные ремни Две основные планетоидные зоны. Планета LHB-A, взрыв, для которого постулилось, что примерно 4 эона назад приводило к поздней тяжелой бомбардировке (LHB), и LHB-B, взрыв, для которого постулировано, что вызвал еще один LHB. с Сатурном. На планетах LHB-A, Юпитере, LHB-B и Сатурн, внутренний и меньший партнер в каждой паре подвергался огромным приливным напряжениям, заставляя его взорваться. Взрывы произошли до того, как они смогли делиться от лун. Поскольку шесть были жидкими, они не оставили следа. Сплошные планеты распадали только одну луну, а Меркурий был луной Венеры, но ушла в результате гравитационного влияния Солнца. Марс был луной Малдека.

Модель Херндона

В Дж. Марвина Херндона , модели Внутренние, крупные планеты, образованные конденсацией и дождем из гигантских газообразных протопланетов при высоких давлениях и высоких температурах. Полная конденсация Земли включала в себя примерно 300 млн _{газовой} /ледяной оболочки, которая сжала каменистое ядро ​​примерно до 66 процентов нынешнего диаметра Земли. Т Таури извержения солнца лишили газы от внутренних планет. Меркурий был не полностью конденсирован, а часть его газов была лишена и транспортирована в область между Марсом и Юпитером, где она слита с ослабляющим окисленным конденсатом из внешних досягаемости солнечной системы и образовал родительский материал для обычных метеоритов хондрита метеорита Астероиды основного пояса и шпон для внутренних планет, особенно Марс. Различия между внутренними планетами являются в первую очередь следствием различных степеней протопланетарного сжатия. Существует два типа ответов на увеличение объема планеты, управляемого декомпрессией: трещины, которые были сформированы для увеличения площади поверхности и складывания, которые создали горные диапазоны для содействия изменению кривизны.

Эта гипотеза планетарной формирования представляет собой расширение модели динамики декомпрессии цельной земли (WEDD), который включает в себя естественные реакторы ядерного извержения в планетарных ядрах; Херндон излагает на него одиннадцать статей в текущей науке с 2005 по 2013 год и пять книг, опубликованных с 2008 по 2012 год. его ранняя формация как гигант, похожий на Юпитер.

В 1944 году немецкий химик и физик Арнольд Юкен рассматривал термодинамику конденсации и дождя земли в гигантской протопланете при давлении 100–1000 атм. В 1950-х и начале 1960-х годов было проведено обсуждение планетарного образования при таком давлении, но Кэмерон в 1963 году (ок. 4–10 атм.) В значительной степени вытеснила эту идею.

Классификация гипотез

Джинсы в 1931 году разделили различные модели на две группы: те, где материал для планеты поступил от солнца, и те, где он не имел и может быть одновременным или последовательным.

В 1963 году Уильям МакКри разделил их на еще две группы: те, которые связывают формирование планет с формированием солнца, и те, где оно не зависит от формирования солнца, где планеты образуются после солнца. Полем

Тер Хаар и Кэмерон различие между теми гипотезами, которые рассматривают закрытую систему, которая является развитием Солнца и, возможно, солнечной оболочкой, которая начинается с протосуна, а не самого Солнца, и утверждают, что Белот называет эти гипотезы монистическими; и те, которые рассматривают открытую систему, где между Солнцем и некоторым иностранным телом есть взаимодействие, которое должно было быть первым шагом в событиях, ведущих к планетарной системе, и утверждают, что Белот называет эти гипотезы дуалистичными.

Классификация Херва Ривза Также классифицировали их как ко-генетику с солнцем или нет, но также рассматривали их формирование из измененного или неизменного звездного и межзвездного материала. Он также узнал четыре группы: модели, основанные на солнечной туманности, созданных Сведенборгом, Кантом и Лапласом в 1700 -х годах; Гипотезы, предлагающие облако, захваченное из межзвездного пространства, основными сторонниками являются Альфвен и Густаф Аррениус в 1978 году; Бинарные гипотезы, которые предполагают, что сестра -звезда каким -то образом распадалась, а часть его рассеивающего материала была захвачена солнцем, причем основным гипотезатором был Литтлтон в 1940 -х годах; и пристальные значения, идеи филаментов о джинсах, Джеффрисе и Вулфсоне и Дорманде.

Иван П. Уильямс и Алан Уильям Кремин Разделите модели между двумя категориями: те, которые рассматривают происхождение и формирование планет как существенно связанные с Солнцем, причем два процесса формирования происходят одновременно или последовательно, и те, которые рассматривают формирование планет как независимые от Процесс формирования солнца, планеты, образующиеся после солнца, становится нормальной звездой. Последняя категория имеет 2 подкатегории: модели, в которых материал для формирования планет извлекается либо с солнца, либо с другой звезды, и модели, где материал получен из межзвездного пространства. Они приходят к выводу, что лучшими моделями являются магнитная связь Хойла и флоккулы МакКреа.

Вульфсон Признанные монистические модели, которые включали в себя Лаплас, Декарт, Кант и Вайссаккер, и дуалистические модели, в которые входили Буффон, Чемберлин-Маултон, Джинсы, Джеффрис и Шмидт-Литлтон.

Возрождение гипотезы о туманности

Бета -пикторис, как видно из космического телескопа Хаббла

В 1978 году астроном Эндрю -младший Прентис возродил лапласианскую туманную модель в своей современной теории Лапласии, предположив, что проблема углового импульса может быть решена путем сопротивления, созданного зернами пыли в оригинальном диском, что замедляло вращение в центре. Prentice также предположил, что молодое солнце передало какой -то угловой импульс в протопланетический диск и планетезимали посредством сверхзвуковых волнений, которые, как понятно, возникают у звезд Т Таури. Тем не менее, его утверждение о том, что такое формирование будет происходить в торе или кольцах, было подвергнуто сомнению, так как любые такие кольца будут рассеяны, прежде чем выйти на планеты.

Рождение современной, широко принятой гипотезы о планетарной формировании, модели солнечного туманного диска (SNDM) может быть прослежена до произведения советского астронома Виктора Сафронова . Его книга эволюция протопланетарного облака и формирования земли и планет , который был переведен на английский язык в 1972 году, оказал долгосрочное влияние на то, как ученые думали о формировании планет. В этой книге было сформулировано почти все основные проблемы процесса формирования планеты, и некоторые из них были решены. Идеи Сафронова были дополнительно разработаны в работах Джорджа Ветерилла , который обнаружил сбежавшую аккрецию. К началу 1980 -х годов гипотеза о туманности в форме SNDM вернулась в пользу, возглавляемые двумя основными открытиями в астрономии. Во -первых, было обнаружено, что несколько молодых звезд, таких как Beta Pictoris , были окружены дисками с прохладной пыли, что было предсказано туманной гипотезой. Во -вторых, инфракрасный астрономический спутник , выпущенный в 1983 году, заметил, что у многих звезд был избыток инфракрасного излучения , который можно было бы объяснить, если их орбиты диски с более холодным материалом.

Выдающиеся вопросы

В то время как широкая картина гипотезы о туманности широко распространена, Многие из деталей не совсем понятны и продолжают быть утонченными.

Рафинированная туманная модель была разработана исключительно на наблюдениях за солнечной системой, потому что она была единственной известной до середины 1990-х годов. Он не с уверенностью предполагается, что он широко применим к другим планетарным системам , хотя ученые стремились проверить туманную модель, обнаружив протопланетарные диски или даже планеты вокруг других звезд. По состоянию на 30 августа 2013 года обнаружение 941 внеклазолярных планет выявила много сюрпризов, и туманная модель должна быть пересмотрена, чтобы учесть эти обнаруженные планетарные системы или рассмотренные новые модели.

Среди открытых на сегодняшний день встроенные планеты находятся планеты размером с Юпитер или больше, но это очень короткие орбитальные периоды всего несколько часов. Такие планеты должны были бы очень внимательно орбить со своими звездами, настолько внимательно, что их атмосферы будут постепенно лишены солнечной радиации. Нет консенсуса по поводу того, как объяснить эти так называемые горячие Юпитеры , но одной из ведущей идеи является идея планетарной миграции , аналогичной процессу, который, как считается, перенесла Уран и Нептун к их нынешней, отдаленной орбите. Возможные процессы, которые вызывают миграцию, включают орбитальное трение, в то время как протопланетический диск все еще полон водорода и гелия и обмен угловым импульсом между гигантскими планетами и частицами в протопланетическом диске.

Еще одна проблема - подробные функции планет. Гипотеза солнечной туманности предсказывает, что все планеты будут точно образуются в элиптической плоскости. Вместо этого орбиты классических планет имеют различные небольшие склонности к эклиптике. Кроме того, для газовых гигантов прогнозируется, что их вращения и лунные системы не будут склонны к элиптической плоскости. Тем не менее, большинство газовых гигантов имеют значительные осевые наклоны по отношению к эклиптике, причем урана с наклоном на 98 °. Луна относительно большая по отношению к земле и другим лунам на нерегулярных орбитах по отношению к их планете, является еще одной проблемой. В настоящее время считается, что эти наблюдения объясняются событиями, которые произошли после первоначального образования солнечной системы.

Гипотезы солнечной эволюции

Попытки изолировать физический источник энергии солнца и, таким образом, определить, когда и как она может в конечном итоге закончиться, начались в 19 веке.

Кельвин -Хельмгольц сокращение

В 19 -м веке преобладающим научным взглядом на источник солнечной жары заключался в том, что он был вызван гравитационным сокращением . В 1840 -х годах астрономы JR Mayer и JJ Waterson впервые предположили, что массивный вес солнца заставит его рухнуть на себя, генерируя тепло. И Герман фон Хельмгольц , и лорд Кельвин изложили эту идею в 1854 году, предполагая, что тепло также может быть вызвано воздействием метеоров на поверхность солнца. Теории в то время предполагали, что эволюционировали звезды, двигаясь вниз по диаграммы Герцспунг -Русселла , начиная с диффузных перед сжиманием и нагрева последовательности основной супергиантов красных , плотные черные карлики . Тем не менее, солнце имеет достаточную гравитационную потенциальную энергию , чтобы обеспечить свою светимость этим механизмом в течение примерно 30 миллионов лет - что меньше, чем эпоха земли. (Это время обрушения известно как временной шкалы Кельвина -Хельмгольц .)

Альберта Эйнштейна Развитие теории относительности в 1905 году привело к пониманию того, что ядерные реакции могут создавать новые элементы из более мелких предшественников с потерей энергии. В своем трактате звезд и атомов предположил , Артур Эддингтон что давление и температура в звездах были достаточно великими, чтобы ядра водорода могли бы сплаться в гелий, процесс, который мог бы производить огромное количество энергии, необходимой для питания Солнца. В 1935 году Эддингтон пошел дальше и предположил, что другие элементы могут также формироваться в звездах. Спектральные данные, собранные после 1945 года, показали, что распределение наиболее распространенных химических элементов, таких как углерод , водород, кислород , азот , неоновый и железо , было довольно однородным по всей галактике, что позволяет предположить, что эти элементы имели общее происхождение. Многочисленные аномалии в пропорциях намекали на основной механизм создания. Например, свинец имеет более высокий атомный вес, чем золото , но гораздо чаще; Кроме того, водород и гелий (элементы 1 и 2) практически повсеместны, но литий и бериллий (элементы 3 и 4) крайне редки.

Красные Гиганты

Основная статья: красный гигант

В то время как необычные спектры красных гигантских звезд были известны с 19 -го века, Именно Джордж Ганос , который в 1940 -х годах впервые понял, что они были звездами примерно солнечной массы, у которых кончался водород в своих ядрах и прибегал к сжиганию водорода во внешних оболочках. Это позволило Мартину Шварцшильду нарисовать связь между красными гигантами и конечными сроками службы звезд. Теперь понятно, что красные гиганты - звезды на последних этапах их жизненных циклов.

Фред Хойл отметил, что, даже если распределение элементов было довольно однородным, разные звезды имели различные количества каждого элемента. Для Хойла это указывало на то, что они, должно быть, возникли в самих звездах. Обилие элементов достигло пика вокруг атомного числа для железа, элемента, который мог быть сформирован только под сильным давлением и температурами. Хойл пришел к выводу, что железо, должно быть, сформировалось в гигантских звездах. Из этого, в 1945 и 1946 годах Хойл построил последние этапы жизненного цикла звезды. Когда звезда умирает, она рушится под его весом, что приводит к стратифицированной цепи реакций слияния: плавки углерода-12 с гелием с образованием кислорода-16, кислорода-16 предохранители с гелия для получения неонового 20 и т. Д. Полем Однако не было никакого известного метода, с помощью которого Carbon-12 мог быть произведен. Изотопы бериллия, полученные через слияние, были слишком нестабильными для формирования углерода, и для трех атомов гелия образуют углерод-12 настолько маловероятным, что были невозможны в возрасте вселенной. Однако в 1952 году физик Эд Салпетер показал, что между формированием и распадом изотопа бериллиума существовало достаточно короткое время, что у другого гелия имел небольшой шанс сформировать углерод, но только если их комбинированное количество/энергию было равным, что было равным количеству количества энергии. углерод-12. Хойл, используя антропный принцип , показал, что это должно быть так, поскольку он сам был сделан из углерода, и он существовал. Когда был окончательно определен вопрос о вопросах/энергии углерода-12, было обнаружено, что он находится в пределах нескольких процентов от прогноза Хойла.

Белые карлики

Основная статья: белый карлик

Первый белый карлик обнаружил, был в Triple Star системе 40 Eridani , которая содержит относительно яркую основную звезду последовательности 40 ERIDANI A , сражаемой на расстоянии более близкой бинарной системой белого карла 40 ERIDANI B и основной последовательности Red DWARF 40 40 40 Эридани c . Пара 40 Эридани B/C была обнаружена Уильямом Гершелем 31 января 1783 года; ^{, с. 73} Это снова наблюдалось Фридрихом Георгом Вильгельмом Струве в 1825 году и Отто Вильгельмом фон Струве в 1851 году. В 1910 году Генри Норрис Рассел , Эдвард Чарльз Пикеринг и Уильямина Флеминг обнаружили, что, несмотря на то, что он был тусклой звездой, 40 Эридани B был спектральным типом А или белым.

Было обнаружено, что белые карлики были чрезвычайно плотными вскоре после их открытия. Если звезда находится в бинарной системе, как в случае Sirius B и 40 Eridani B, можно оценить ее массу по наблюдениям бинарной орбиты. Это было сделано для Сириуса В к 1910 году, Получение массовой оценки 0,94 м _☉ (более современная оценка составляет 1,00 м _☉ ). Поскольку более горячие тела излучают более чем более холодные, яркости поверхности звезды может быть оценена по ее эффективной температуре поверхности и, следовательно, по ее спектру . Если расстояние звезды известно, его общая светимость также может быть оценена. Сравнение двух фигур дает радиус звезды. Рассуждения такого рода привели к осознанию, озадачивая астрономам в то время, что Sirius B и 40 Eridani B должны быть очень плотными. Например, когда Эрнст Опик оценил плотность некоторых визуальных бинарных звезд в 1916 году, он обнаружил, что у 40 Эридани B была плотность более 25 000 раз больше солнца, что было настолько высоким, что он назвал его «невозможным».

Такая плотность возможна, потому что белый карликовый материал не состоит из атомов, связанных химическими связями , а скорее состоит из плазмы несвязанных ядер и электронов . Поэтому нет никаких препятствий на пути размещения ядер ближе друг к другу, чем электронные орбитали - области, занятые электронами, связанными с атом, обычно позволяют. Эддингтон, однако, задавался вопросом, что произойдет, когда эта плазма охлаждается, и энергия, которая сохраняла ионизированные атомы, больше не присутствовала. Этот парадокс был разрешен RH Fowler в 1926 году применением недавно разработанной квантовой механики . Поскольку электроны подчиняются принципу исключения Паули , ни один из двух электронов не может занимать одно и то же состояние , и они должны подчиняться статистике Ферми -Дирака , также введенных в 1926 году, чтобы определить статистическое распределение частиц, которые удовлетворяют принципу исключения Паули. Следовательно, при нулевой температуре электроны не могли занимать наименьшую энергию или землю ; Некоторым из них пришлось занимать более высокие энергии состояния, образуя полосу с самыми низкими энергетическими состояниями, Ферми-морем . Это состояние электронов, называемое вырожденным , означало, что белый карлик может охлаждать до нулевой температуры и при этом обладать высокой энергией.

Планетарные туманности

Основная статья: Планетарная туманность

Планетарные туманности, как правило, являются слабыми объектами, и ни один из них не виден невооруженным глазом . Первая планетарная туманность была обнаружена туманностью гантелей в созвездии ulpecula , наблюдаемой Чарльзом Мессером в 1764 году и перечисленной как M27 в своем каталоге туманных объектов. Ранним наблюдателям с телескопами с низким разрешением, M27 и впоследствии обнаружили, что планетарные туманности несколько напоминали газовые гиганты, и Уильям Гершель , открытие Урана , в конечном итоге придумал термин «планета. Очень отличается от планет.

Центральные звезды планетарных туманных очень горячие. Их светимость , тем не менее, очень низкая, подразумевая, что они должны быть очень маленькими. Звезда может рухнуть до такого небольшого размера только после того, как исчерпала все свое ядерное топливо, поэтому планетарные туманности стали понимать как окончательная стадия звездной эволюции. Спектроскопические наблюдения показывают, что все планетарные туманности расширяются, и поэтому возникла идея, что планетарные туманности были вызваны тем, что внешние слои звезды были добавлены в космос в конце своей жизни.

Лунное происхождение гипотезы

Основная статья: Геология Луны § Формирование

Джордж Дарвин

На протяжении веков было выдвинуто многие научные гипотезы о происхождении луны Земли. Одной из самых ранних была так называемая бинарная модель аккреции , которая пришла к выводу, что луна, нарастающая от материала на орбите вокруг Земли, оставшееся от его формирования. Другая, модель деления , была разработана Джорджем Дарвином (сыном Чарльза Дарвина ), который отметил, что, поскольку луна постепенно отступает от земли со скоростью около 4 см в год, поэтому в какой -то момент в далеком прошлом, Должно быть, это было частью Земли, но было выброшено наружу к импульсу тогдашней Земли - значительно более быстрое вращение. Эта гипотеза также подтверждается тем фактом, что плотность луны, хотя и меньше, чем Земля, примерно равна плотике Скалистой Мантии Земли , что позволяет предположить, что, в отличие от Земли, в нем не хватает плотного железного ядра. Третья гипотеза, известная как модель захвата , предположила, что луна была независимо вращающимся телом, которое было заложено на орбиту гравитацией Земли.

Миссии Аполлона

Все существующие гипотезы были опровергнуты лунными миссиями Аполлона в конце 1960 -х и начале 1970 -х годов, которые ввели поток новых научных данных, в частности, в отношении состава, возраста и истории Луны. Эти линии доказательств противоречат многим прогнозам, сделанным этими более ранними моделями. Скалы, привезенные с Луны, показали заметное снижение воды относительно скал в других местах солнечной системы и свидетельство океана магмы в начале своей истории, что указывает на то, что его формирование должно было производить большую энергию. кислорода Кроме того, изотопы в лунных породах показали заметное сходство с тем, что на Земле, что позволяет предположить, что они образовались в аналогичном месте в солнечной туманности. Модель захвата не может объяснить сходство в этих изотопах (если бы луна возникла в другой части солнечной системы, эти изотопы были бы разными), в то время как модель совместного акционера не может адекватно объяснить потерю воды (если бы лунная Сформированная аналогично земле, количество воды, пойманной в ее минеральной структуре, также будет примерно одинаковым). И наоборот, модель деления, хотя она может объяснить сходство в химическом составе и отсутствие железа на луне, не может адекватно объяснить его высокий орбитальный наклон и, в частности, большое количество углового импульса в системе Земли -Мун, Больше, чем любая другая пара планеты - сателлитов в солнечной системе.

Гигантская гипотеза воздействия

Основная статья: гипотеза гигантского воздействия

В течение многих лет после Аполлона модель бинарной аккреции была зарегистрирована как лучшая гипотеза для объяснения происхождения Луны, хотя она была известна ошибочной. Затем, на конференции в Кона, Гавайи, в 1984 году была составлена ​​компромиссная модель, которая учитывала все наблюдаемые расхождения. Первоначально сформулированный двумя независимыми исследовательскими группами в 1976 году, модель гигантского воздействия предполагала, что массивный планетный объект размером с Марс столкнулся с Землей в начале своей истории. Воздействие было бы растопленным земной корой, а тяжелая ядро ​​другой планеты потопила бы внутрь и объединилась бы с Землей. Перегревший пары, произведенный этим ударом, поднялся бы на орбиту вокруг планеты, объединившись в Луну. Это объяснило отсутствие воды, так как паровское облако было слишком горячим, чтобы вода конденсировалась; сходство в композиции, поскольку луна сформировалась из части земли; более низкая плотность, поскольку луна сформировалась из земной коры и мантии, а не ее ядра; и необычная орбита Луны, поскольку наклонная забастовка придала бы огромное количество углового импульса в систему Земли -Мон.

Выдающиеся вопросы

Модель гигантского воздействия подверглась критике за то, что она слишком объясняет, поскольку ее можно расширить, чтобы объяснить любые будущие открытия и, как таковые, не поддаются. Многие также утверждают, что большая часть материала от ударного элемента оказалась бы на Луне, что означает, что уровни изотопов будут разными, но это не так. Кроме того, в то время как некоторые летучие соединения, такие как вода, отсутствуют в коре луны, многие другие, такие как марганец , нет.

Другие природные спутники

В то время как модели совместного обеспечения и захвата в настоящее время не принимаются в качестве действительных объяснений существования Луны, они были использованы для объяснения формирования других природных спутников в солнечной системе. сформировались Юпитера Считается, что галилейские спутники через коакционирование, солнечной системы В то время как нерегулярные спутники , такие как Triton , считаются захвачены.