Вообще, этот период в эволюции Солнечной системы выглядит очень загадочно. Ведь такой сценарий предсказывает образование еще, как минимум, десятка планет размером с Марс. Их отсутствие можно объяснить тем, что эти первичные планеты попросту рассыпались во взаимных соударениях и под действием гравитационных сил.
Солнечное семейство
После этого часть их вещества осела на успешно сформировавшихся планетах, а часть вещества оказалась на периферии Солнечной системы под воздействием мощного гравитационного поля Юпитера. Таким образом, в нашей Солнечной системе, скорее всего, до сих пор кружится на большом удалении от светила значительная масса протопланетных тел.
Вообще, подобные столкновения на ранней стадии формирования Солнечной системы были явлением распространенным. Это, кстати, объясняет и еще одну загадку Солнечной системы. Угловые скорости вращения планет вокруг собственной оси (иными словами, продолжительность солнечных «суток» на планетах) варьируют в весьма широких пределах. В случае Венеры наблюдается уникальное явление обратного суточного вращения: эта планета вращается в противоположную по сравнению со всеми прочими планетами сторону. Такое отличие трудно увязать с размеренным, упорядоченным формированием планетной системы. Однако если предположить, что итоговое собственное вращение планеты вокруг оси сложилось в результате суммы импульсов, полученных ею в результате мощных соударений с другими протопланетами, все становится на свои места.
На большем удалении от молодого Солнца на ранней стадии формирования планетной системы было не так жарко, там сформировались планеты иного типа. Достаточно низкие температуры не препятствовали конденсации и кристаллизации относительно легких химических элементов, в результате чего родились сверхмассивные твердокристаллические ядра из скальных пород и льда. Обладая мощным гравитационным полем, они захватили из окрестных газопылевых скоплений значительные объемы легких и летучих веществ – гелия и водорода, образовавших их океаны и/ или атмосферу, – и стали еще массивнее (планеты земного типа с их слабым гравитационным полем на это оказались не способны).
К категории так называемых газовых гигантов нашей Солнечной системы относятся Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. При огромных по сравнению с планетами земного типа размерах эти планеты характеризуются очень низкой средней плотностью вещества. Плотность Сатурна, например, вообще ниже плотности воды, так что, если бы нашелся океан сопоставимых с этой планетой размеров, Сатурн плавал бы в нем, как поплавок. Тем не менее, согласно современным гипотезам, внутри этих газожидкостных гигантов все-таки есть достаточно массивное плотное ядро из твердого вещества, напоминающее собой планету земного типа и образовавшееся аналогичным образом.
Особый случай представляет собой Плутон, недавно исключенный из почетного списка «настоящих» планет Солнечной системы. По размеру он сопоставим с планетами земной группы и представляет собой, по сути, огромную глыбу льда летучих элементов. Долгое время ученые считали Плутон не то курьезным недоразумением, не то захваченным Солнечной системой инородным телом. Однако открытие далеко за Плутоном так называемого пояса Койпера, подобного поясу астероидов, – еще одного пояса малых планет, многие из которых вполне сравнимы по размерам и массе с Плутоном, двигаясь по очень вытянутым, «неправильным» орбитам, – заставило астрофизиков пересмотреть свои взгляды. Расположенный за орбитой Нептуна пояс Койпера – неиссякаемый основной источник комет, залетающих в окрестности Солнца. Согласно современным взглядам, Плутон, скорее всего, представляет собой все-таки самое крупное небесное тело пояса Койпера – зародыш так и не сформировавшейся крупной планеты, вращающийся среди миллионов других «осколков» Солнечной системы.
Такая картина формирования планетной системы хорошо объясняет многие наблюдаемые характеристики Солнечной системы: небольшие размеры, тяжелый элементный состав и конденсированное состояние внутренних планет; большие размеры, легкий элементный состав и жидкостно-газообразное состояние внешних планет; единое направление движения планет по орбитам вокруг Солнца.
Не так давно астрономами были получены первые доказательства существования планетных систем у других звезд и выяснены некоторые их характеристики. Благодаря этому сегодня мы точно знаем о том, что за пределами Солнечной системы планет существует гораздо больше, чем внутри нее; сейчас уже известно свыше сотни планет и звездных систем. Однако лишь отдельные планетные системы похожи на наш космический дом. Во всех остальных, судя по всему, планеты движутся вокруг своей звезды по сильно вытянутым эллиптическим траекториям, в то время как в нашей Солнечной системе орбиты всех планет, за исключением Плутона, приближаются к круговым. Кроме того, в большинстве этих систем все планеты обращаются вокруг звезд на расстояниях, не превышающих радиус орбиты Меркурия. У некоторых планет период обращения вокруг их солнца и вовсе составляет всего несколько земных суток.
Вот тут и выяснилось, что, как давно подозревали некоторые астрономы, наша Солнечная система довольно необычна по своему строению. И прежде всего, конечно же, надо обратить внимание на центральное тело нашего небольшого космического мира – дневную звезду по имени Солнце.
Глава 18. Звезда по имени Солнце
Когда-то где-то на Землю упал луч Солнца, но он упал не на бесплодную почву, он упал на зеленую былинку пшеничного ростка, или, лучше сказать, на хлорофилловое зерно. Ударяясь об него, он потух, перестал быть светом, но не исчез. В той или другой форме он вошел в состав хлеба, который послужил нам пищей. Он преобразился в наши мускулы, в наши нервы. Пища служит источником силы в нашем организме потому только, что она – не что иное, как консерв солнечных лучей.
Наши славянские предки поклонялись богу солнечных лучей – Яриле. У древних римлян был бог Солнца – Аполлон. Цари и князья, чтобы возвеличить свою власть, старались внушить людям представление о своем происхождении от бога Солнца. Не отставала от них и церковь, приспосабливая к своим нуждам различные религиозные верования и обряды, связанные с древнейшими суеверными представлениями о Солнце.
Всякое движение на Земле происходит главным образом за счет энергии, которая поступает к нам в солнечных лучах. Солнце – источник жизни на Земле.
Возраст Солнца – приблизительно 4,5 млрд лет. Процессы, происходящие в нем начиная с рождения, исчерпали приблизительно половину водорода, содержавшегося в ядре. Примерно еще через 5 млрд лет водородное топливо будет израсходовано. Это приведет к радикальным переменам, в результате которых, как это ни банально по звездным стандартам, произойдет полное разрушение Земли (и, возможно, образование планетарной туманности).
В солнечной атмосфере непрерывно бушуют шторма, периодически переходящие в ураганы. Бури на нашем светиле, прежде всего, сопровождаются появлением солнечных пятен и протуберанцев – гигантских выбросов вещества фотосферы. Солнечные пятна часто образуют группы из нескольких больших и малых пятен, и такие группы могут занимать значительные области на солнечном диске. Картина группы постоянно меняется, пятна рождаются, растут и распадаются. При этом общий уровень активности нашей дневной звезды однозначно определяется количеством пятен. Особенно много их бывает в период так называемого года активного Солнца. Живут группы пятен долго, иногда на протяжении двух или трех оборотов Солнца (примерно 27 суток).
Солнце состоит из ряда концентрических сфер, или областей, каждая из которых обладает своей спецификой. Схематический разрез Солнца показывает его внешние особенности вместе с гипотетическим внутренним строением.
Наше Солнце – огромный светящийся газовый шар, внутри которого протекают сложные процессы, и в результате непрерывно выделяется энергия. Внутренний объем Солнца можно разделить на несколько областей; вещество в них отличается по своим свойствам, энергия распространяется посредством разных физических механизмов. Познакомимся с ними, начиная с самого центра.
Солнце состоит главным образом из водорода и гелия. Глубоко под наружным сверкающим покровом светила царит температура, равная примерно 13 млн градусов. При таких условиях солнечное вещество не может быть похожим на обычный газ. Бешено мчащиеся и сталкивающиеся атомы разбиваются вдребезги. Получается плотное скопище атомных осколков – ядер и электронов. Эту смесь физики называют плазмой.
Солнечная корона – самые внешние, очень разряженные слои атмосферы Солнца. Во время полной фазы солнечного затмения вокруг диска Луны, который закрывает от наблюдателя яркую фотосферу, внезапно как бы вспыхивает жемчужное сияние – это на несколько десятков секунд становится видимой солнечная корона. Важной особенностью короны является ее лучистая структура.
Рост температуры в хромосфере объясняется распространением волн и магнитных полей, проникающих в нее из конвективной зоны. Вещество нагревается примерно так же, как если бы это происходило в гигантской микроволновой печи. Скорости тепловых движений частиц возрастают, учащаются столкновения между ними, и атомы теряют свои внешние электроны: вещество становится горячей ионизованной плазмой.
Атмосфера Солнца начинается на несколько сотен километров глубже видимого края солнечного диска. Эти самые глубокие слои атмосферы называют фотосферой. Поскольку их толщина составляет не более одной трехтысячной доли солнечного радиуса, фотосферу иногда условно называют поверхностью Солнца.
По современным представлениям, вспышка – это внезапное выделение энергии, накопленной в магнитном поле активной зоны. На определенной высоте над поверхностью Солнца возникает область, где магнитное поле на небольшом протяжении резко меняется по величине и направлению.