Утворення планет
Реферат на тему:
Утворення планет
Сучасна наука з достатнім ступенем імовірності дозволяє відновити події, що відбувалися сім мільярдів років тому. Спробуємо уявити собі життя однієї з газопилових, воднево-гелієвих (з домішкою важких елементів) туманностей, що у майбутньому дасть початок нашій Сонячній системі, Сонцю, Землі й іншим планетам.
Туманність, темна й непрозора, як дим, повільно пересувається на фоні чорної безодні. Крізь її рвані й мутнуваті обриси тьмяно мерехтять далекі зорі. Через деякий час можна побачити, що туманність повільно повернулася навколо своєї осі, при цьому вона ніби стискається й ущільнюється. На туманність починає діяти тяжіння, що збирає до центру її частки. Поступове обертання починає прискорюватися — це працює закон збереження кількості руху. Час минає, а туманність обертається чимраз швидше й швидше, у результаті чого виникає й збільшується відцентрова сила, здатна боротися з тяжінням. Тяжіння стискає туманність, а відцентрова сила прагне роздути її, розірвати. Але тяжіння з рівною силою тягне до центру частки з усіх боків. А відцентрова сила відсутня на полюсах туманності й найсильніше виявляється на її екваторі. Тому саме на екваторі вона виявляється сильнішою за тяжіння і роздуває туманність у боки. Куляста туманність, продовжуючи обертатися чимраз швидше, сплющується, перетворюючись на плаский «корж». Настає момент, коли на зовнішніх краях «коржа» відцентрова сила врівноважує, а потім пересилює тяжіння, у результаті чого від країв туманності починають відокремлюватися жмути. Центральна частина її продовжує стискатися, при цьому чимраз прискорюючи своє обертання, а від зовнішнього краю продовжують відриватися все нові й нові жмути, окремі газопилові хмари.
Поступово туманність набуває такого вигляду: у центрі неспішно обертається величезна темна, ледве сплющена хмара, а довкола неї на різних відстанях пливуть уздовж кругових орбіт, розташованих приблизно в одній площині, відірвані від неї невеликі хмари-супутники. Центральна хмара все продовжує ущільнюватися. Але тепер із силою тяжіння починає боротися нова сила — сила газового тиску. Адже в середині хмари накопичується чимраз більше часток, що складають її. Тут виникає неймовірна ущільненість часток. Вони мечуться, чимраз сильніше вдаряючись одна об одну, у результаті чого в центрі підвищуються температура і тиск. Спочатку стає тепло, потім жарко. Зовні цього не видно, * адже хмара величезна й непрозора. Жар не виходить назовні. Але ось хмара перестала стискатися. Могутня сила газового тиску, що виникла від нагрівання, припинила роботу тяжіння. Жар пішов від чорної хмари, а усередині неї почали виникати язики тьмяного червоного полум'я, що нестримно рвуться назовні. Гарячий газ, що вирвався назовні, послабив протидію тяжінню. Хмара знову почала стискатися і знову температура в її центрі почала зростати. Ось температура досягла вже сотень тисяч градусів, атоми розвалюються на частини, речовина не може залишатися газоподібною і поступово переходить у стан плазми. Температура продовжує підвищуватися, у плазмі мечуться атомні ядра й електрони і відбувається «запалення». Швидкість і сила удару часток одна від одної вже настільки зросла, що вони не відскакують одна від одної, а втискаються одна в одну і зливаються. Так починається ядерна реакція. З кожних чотирьох ядер атомів Гідрогену утворюється одне ядро Гелію. При такому «ядерному горінні» водню виділяється величезна енергія. «Пожежу, що зайнялася», уже не зупинити. Плазма ожила, завирувала. Газовий тиск усередині кулі запрацював з удесятеро більшою силою. Плазма рветься назовні, з неймовірною силою вона зсередини тисне на зовнішні шари кулі й припиняє їхнє осідання до центру.
Рівновага встановилася. Плазмі тісно, але вона не може вирватися назовні, розірвати кулю і розкидати її обривки в усі боки. А тяжінню не вдається здолати тиск плазми і продовжити стискання кулі. Сліпуча біло-жовта куля перейшла в стійку стадію. Вона стала зорею, яку ми називаємо Сонцем. Тепер мільярди років ця зоря світитиме рівним і яскравим біло-жовтим світлом, не змінюючи розміру й температури, поки всередині неї не вигорить весь водень. Але і тут у запасі в зорі є ще кілька «хитрих» ядерних реакцій, що допоможуть їй жити далі. Як тільки паливо перегорить, тобто перетвориться на гелій, зоря знову стиснеться, у її надрах природно підвищиться температура, але вже до сотень мільйонів градусів із ще сильнішим тиском, і тепер уже «запалиться» гелій, у процесі згоряння перетворюючись на важчі елементи. Стискання знову припиниться. Коли всі можливі реакції «згоряння» будуть вичерпані, зоря стиснеться і стане невеликим білим карликом, який поступово охолоне, потьмяніє, а потім згасне. У космосі похмурою холодною головешкою пропливатиме колись яскрава, палахкотлива зоря.
Як бачимо, з водню в надрах=зір у ядерних реакціях синтезу «варяться» ядра атомів усіх елементів. І, напевно, можна сказати, що саме в надрах зір зароджується життя. Адже саме тут виникають ядра «атома життя» — Карбону, а за ними і ядра атомів усіх інших елементів таблиці Менделєєва, що забезпечують зародження життя.
Але досить часто важкі елементи продовжують жити в просторах Сонячної системи. Так, у багатьох зорях, що утворилися з більших згустків туманностей, ядерні реакції відбуваються занадто бурхливо і газовий тиск виявляється набага-
то сильнішим за тяжіння. Воно роздуває згусток, рве його на шматки, розкидаючи в усі боки. Такі грандіозні спалахи-вибухи в зоряному світі іноді спостерігаються із Землі і називаються спалахами наднових зір. У результаті вибуху зоря розсіюється в міжзоряному просторі, розсіюючи по ньому важкі елементи. Це основне джерело таємничої, життєво важливої домішки, що сприяє зародженню нових зір.
Утворення планет
Останнім часом рядом астрономів була здійснена величезна робота щодо вивчення зір, їхнього походження, природи випромінювання й еволюції. Як це не дивно, але про утворення й еволюцію деяких типів зір зараз відомо більше, ніж про утворення нашої планетної системи.
Усім відомо, що за хімічним складом зорі становлять собою водневі й гелієві плазми. У їхньому складі присутні також інші елементи, але в дуже незначних кількостях. Якщо говорити про супутники нашого Сонця, ті обривки туманності, що відірвалися від центрального згустку під дією відцентрової сили і почали кружляти довкола нього, то в них теж присутні важкі елементи, що сприяють побудові «живої» субстанції, яка забезпечує життя багатьох космічних об'єктів (зір, туманностей, планет). Саме в них створюються умови, що сприяють поділові легких і важких часток туманності,
Хмари-супутники знаходяться на різних відстанях від Сонця, найвіддаленіші з яких не зігріваються ним. Зате в близьких хмарах-супутниках сонячний жар випаровує всі частки, що здатні випаруватися, залишаючи лише ті,-котрі важчі. Через це в них майже не залишається легких газів (водню, гелію), що складають основу газопилової туманності. Мало запишається й інших летких речовин. Усі вони випаровуються жаром. У результаті «випаровувань» через якийсь час хімічний склад хмар-супутників змінюється й стає зовсім різним. У тих, котрі віддалені від Сонця, він майже не змінюється, а в тих, що кружляють поблизу, залишається лише «прожарений» і «обдутий» матеріал, що й становить собою «дорогоцінну життєво важливу домішку» важких елементів. Отриманий хімічний склад і є тим матеріалом, із якого створюються заселені планети. Звідси починається процес перетворення «матеріалу» на «виріб», часток туманності — на планети. Формування планет відбувається в три етапи.
Перший етап умовно назвемо етапом злипання часток. У далеких хмарах-супутниках численні молекули легких газів і рідких легких порошин поступово збираються у величезні пухкі кулі малої густини. До таких належать планети групи Юпітера. У хмарах-супутниках, близьких до Сонця, важкі порошини злипаються в щільні кам'янисті грудки. Вони поєднуються у величезні масивні брили, що сірими кутастими громадами плавають уздовж орбіт навколо своєї зорі. Рухаючись уздовж різних, іноді пересічних орбіт, ці «астероїди», завбільшки у десятки кілометрів кожний, зіштовхуються. Якщо вони рухаються на відносно невеликій швидкості, то при зіткненні брили ніби втискаються одна в одну, налипають одна на іншу і безформною, удвічі більшою масою рухаються далі. Якщо зіткнення відбувається на великій швидкості, то вони подрібнюються на незліченні уламки, що продовжують свій шлях для подальшого об'єднання з такими ж уламками. Процес зіткнення й злиття дрібних часток у великі небесні тіла може тривати сотні мільйонів років. Під час проходження свого шляху «астероїди» стають чимраз більш кулястими, збільшують свої розміри й масу. Зі
збільшенням маси зростає і сила тяжіння на їхній поверхні, що тисне на внутрішні шари. Через те що брила безформна, її виступаючі частини під силою ваги занурюються в товщу нижніх шарів, розсовуючи їх. Шари, що відходять у боки, заповнюють собою западини, від чого брила поступово згладжується. У результаті таких процесів навколо Сонця утворюються порівняно невеликі, але дуже щільні й важкі планети земної групи. Такою є й наша Земля. Планети земної групи різко відрізняються від планет групи Юпітера багатством хімічного складу, великою кількістю важких елементів, великою питомою вагою.
Тепер розглянемо ближче Землю. На зоряному фоні пливе величезна кам'яна брила, освітлена з одного боку яскравими сонячними променями. Ще виступають на її поверхні нерівності від налиплих астероїдів, помітні не повністю розправлені «шви» між ними. Поки це ще «груба робота», але зате тут уже є атмосфера. Ледь мутнувата, мабуть, від пилу. Це видавлені з надр планети водень і гелій, які свого часу прилипли до кам'янистих часток і випадково вціліли, не були «випарувані» сонячними променями. Це первинна атмосфера Землі. Але поступово під спекотними променями Сонця легкі й рухливі молекули водню й гелію вивітрюються в космос. Цей процес учені назвали дисипацією.
Другий етап — розігрівання. Усередині планети, у суміші з іншими виявилися затиснутими радіоактивні речовини. Вони відрізняються тим, що безперервно виділяють тепло, якому в товщі планети немає виходу: над ними спочиває могутній моноліт із горішніх шарів. Тепло поступово накопичується. Від радіоактивного розігрівання починається розм'якшення всієї товщі планети. Раніше розташовані хаотично речовини, які складають планету, починають розподілятися за вагою: важчі опускаються до центру, легші — піднімаються до поверхні. Поступово планета набуває того вигляду, який ми спостерігаємо сьогодні: у її центрі розташоване важке ядро, оточене товстим шаром легшої речовини, і все це «заковане» у тонший шар, що складається з легших порід, який ми називаємо земною корою. Радіоактивні речовини «осіли» в основному в легких породах, тобто зібралися в «корі», і тепер гріють її. Основне тепло з поверхні планети випромінюється в космос. На глибині ж десятків кілометрів тепло зберігається, розігріваючи гірські породи.
Третій етап — вулканічна діяльність. У надрах планети важкі речовини розжарюються до червоного кольору. Від такої температури плавляться камені, вони перетворюються на розпечену вогненну масу — магму — яка наповнена стиснутими газами (в основному вуглекислим газом), парами і різними домішками (аміаком, метаном тощо). Магмі «тісно», вогненними бризками її виштовхує назовні в найтонших місцях земної кори. Відбувається виверження вулкана. Таких проривів магми на планеті чимало. Вони рятують молоду планету від перегрівання.
Як трапилося, що на нашій планеті створилися сприятливі умови для зародження життя?
Не кожній зорі випадає можливість стати світилом, як Сонце, оточеним планетами. Якби туманність оберталася повільніше, не виникла б відцентрова сила, Що відірвала «клаптики» від центрального згустку, і ймовірніше за все, що ні з чого було б утворитися планетам. І пливла б самотня «бездітна» зоря в чорній безодні, безплідно марнуючи своє тепло й світло...
Далеко не кожна зоря, що породила планети, здатна створити такі умови, щоб хоч на будь-якій із них зародилося життя. Для цього потрібні мільярди років, і весь цей час зоря повинна горіти рівно й спокійно. Молода зоря горить нерівно, вона може спалахнути, обрушивши хвилі спопеляючого жару на навколишні планети, і умови для розвитку життя, які щойно намітилися, після вогненного урагану будуть спалені. Тому для благополучного розвитку життя на планеті необхідна «спокійна» зоря, подібна до нашого Сонця.
Дуже важливим є і розташування планети. Наприклад, якби наша планета Земля була розташована на місці Меркурія або Венери, то через постійну спеку неможливим було б утворення на планеті хоч якої-небудь кількості вологи, не кажучи вже про океани, вона б уся випаровувалася. І навпаки, якби Земля була розташована далі своєї орбіти, наприклад, на місці Юпітера, вода б становила собою крижану брилу, у якій немає сприятливих умов для розвитку мікроорганізмів. Навіть те, що орбіта Землі кругова, а не еліптична, зіграло позитивну роль для зародження життя. Обертаючись на еліптичній орбіті, один бік Землі постійно б промерзав, а на іншому все згоряло б від сонячного жару. Оптимальне місце для розвитку життя, а також подальшої діяльності, «екватор», було б обмеженим. Подібні умови існування, створювані еліптичною орбітою, можуть утворюватися і на подвійній зорі. Тоді за будь-якої орбіти планета не може знаходитися завжди на рівній відстані від джерела тепла. То одне сонце близько, то інше, то обидва віддаляються на далеке відстані.
Нашій планеті «пощастило» і в тому, що вона утворилася саме з такою масою і такого розміру. Якби Земля мала таку ж масу, як і Місяць, то не втримала б на собі атмосферу, а отже, і воду, що випаровується в атмосферу. Навіть вулканічні викиди не відновлювали б в атмосфері необхідну рівновагу газу й вологи, вони б відразу вивітрювалися в космос. Тому на Місяці немає ані атмосфери, ані води, ані, відповідно, життя. Більший розмір, наприклад, як у Юпітера, створював би занадто сильне притягання, крім того, на планеті була б занадто густа атмосфера, що містить водень і гелій, несприятливі для розвитку життя. Щільний шар хмар створив би на такій планеті вічний морок. А без життєво важливих теплих сонячних променів хіба ж можливе життя?
Склад й особливості сонячної системи
До Сонячної системи разом із Сонцем входять 9 великих планет з 34 супутниками, більше 100 тисяч малих планет (астероїдів), близько і 110 комет, а також незліченна кількість дрібних, так званих метеорних тіл (упоперек від 100 метрів до мізерно малих порошин).
Центральне положення в Сонячній системі займає Сонце. Його маса майже в 750 разів перевершує масу всіх інших тіл, що входять до системи (так, наприклад, Юпітер складає приблизно 0,001 маси Сонця) Гравітаційне притягання Сонця є головною силою, що визначає рух усіх тіл Сонячної системи, які обертаються навколо нього. Середня відстань від Сонця до найвіддале-нішої від нього планети — Плутона — 39,5 а. о., тобто 6 млрд км. Деякі з колет віддаляються від Сонця на 100 тисяч а. о. і зазнають впливу притягання зір. Рухаючись у Галактиці, Сонячна система час від часу пролітає крізь міжзоряні газопилові хмари. Унаслідок крайньої розрідженості речовини цих хмар занурення Сонячної системи в хмару може проявитися тільки в невеликому поглинанні й розсіюванні сонячних променів. Прояви цього ефекту в історії Землі поки не встановлені. Усі великі планети — Меркурій, Венера, Земля, Марс, Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун і Плутон — обертаються навколо Сонця в одному напрямку (у напрямку осьового обертання самого Сонця), уздовж майже кругових орбіт, мало нахилених одна до іншої (і до сонячного екватора). Екваторіальна швидкість обертання Сонця навколо своєї осі складає всього лише 2 км/с, у той час як швидкості обертання деяких зір перевершують сонячну іноді навіть у 200 разів. Уже відомо, що швидкості обертання закономірно пов'язані зі спектральним класом зір. Швидше обертаються масивні зорі класів О і В, практично не обертаються жовті й червоні карлики.
Площина земної орбіти — екліптика — приймається за основну площину при відліку нахилу орбіт планет й інших тіл, що обертаються навколо Сонця. Відстані від планет до Сонця утворюють закономірну послідовність: проміжки між сусідніми орбітами зростають із віддаленням від Сонця. Ці закономірності руху планет у поєднанні з розподілом їх на дві групи за фізичними властивостями вказують на те, що Сонячна система не є випадковим зібранням космічних тіл, а виникла в єдиному процесі. Завдяки майже круговій формі планетних орбіт і великих проміжків між ними виключена можливість тісного зближення між планетами, при якому вони могли б істотно змінювати свій рух у результаті взаємного притягання. Це забезпечує тривале існування планетної системи. Планети обертаються так само навколо своєї осі, причому майже у всіх планет, крім Венери й Урана, обертання відбувається в тому ж напрямку, що і їхнє обертання навколо Сонця. Надзвичайно повільне обертання Венери відбувається у зворотному напрямку, а Уран обертається, ніби лежачи на боці. Більшість супутників обертаються навколо своїх планет у тому ж напрямку, у якому відбувається осьове обертання планети. Орбіти таких супутників зазвичай кругові й лежать поблизу площини екватора планети, утворюючи зменшену подобу планетної системи. Такі, наприклад, система супутників Урана й система галілеївсь-ких супутників Юпітера. Зворотний рух мають супутники, розташовані далеко від планети. Сатурн, Юпітер і Уран, крім окремих супутників помітних розмірів, мають безліч дрібних супутників, які ніби зливаються в суцільні кільця. Ці супутники рухаються уздовж орбіт, настільки близько розташованих до планети, що її приливна сила не дозволяє їм об'єднатися в єдине тіло.
Переважна більшість орбіт нині відомих малих планет розташовується в проміжку між орбітами Марса та Юпітера. Усі малі планети обертаються навколо Сонця в тому ж напрямку, що і великі планети, але їхні орбіти, як правило, витягнуті й нахилені до площини екліптики. Комети рухаються в основному по орбітах, близьких до параболічних. Деякі комети мають витягнуті орбіти порівняно невеликих розмірів — у десятки і сотні а. о. У цих комет, названих періодичними, переважають прямі рухи, тобто рух у напрямку обертання планет.
Планети поділяються на дві групи, що відрізняються за масою, хімічним складом (це виявляється в розходженнях їхньої густини), швидкістю обертання и кількістю супутників. Чотири планети, найближчі до Сонця, — планети земної групи. Вони невеликі, складаються з щільної кам'янистої речовини й металів. Планети-гіганти — Юпітер, Сатурн, Уран і Нептун — набагато масивніші, складаються в основному з легких речовин і тому, незважаючи на величезний тиск у їхніх надрах, мають малу густину. У Юпітера й Сатурна головну частку їхньої маси складають Гідроген і Гелій. У них міститься також до 20% кам'янистих речовин і легких сполук Оксигену, Карбону й Нітрогену, здатних при низьких температурах концентруватися в льоди. Пилоподібні ж частки комет (діаметр їх складає 1—10 мкм), вкраплені в їхню крижану масу, складаються із силікатів магнію й феруму, самородного заліза, сульфідів і сполук Карбону.
Надра планет і деяких супутників знаходяться в розпеченому стані. У планет земної групи й супутників тепло дуже повільно просочується назовні, тому що вони мають малу теплопровідність зовнішніх шарів. Внутрішнє тепло майже не має помітного впливу на температуру поверхні. У планет-гігантів конвекція в їхніх надрах призводить до помітного потоку тепла з надр, що перевершує потік, одержуваний ними від Сонця. Венера, Земля й Марс мають атмосфери, що складаються з газів, які виділилися з їхніх надр. Планети-гіганти не мають ні твердої, ні рідкої поверхні; їхня атмосфера є своєрідним продовженням їхніх надр. При зануренні усередину атмосферні гази поступово переходять у конденсований стан. Дев'ята планета — Плутон — за хімічним складом близька до групи планет-гігантів, а за розмірами — до земної групи, тому, напевно, її не можна зарахувати до жодної з двох груп.
Ядра комет за своїм хімічним складом близькі до планет-гігантів: до їхнього складу входять водяний лід і льоди різних газів із домішкою кам'янистих речовин. Майже всі малі планети за своїм складом належать до кам'янистих планет земної групи.
Уламки малих планет, що утворюються при їхньому зіткненні одна з одною, іноді випадають на Землю у вигляді метеоритів. Малі планети, на відміну від планет земної групи, мало чим змінилися з часу їхнього утворення, адже через малі розміри їхні надра підігрівалися значно менше, тому їхня речовина залишилася практично. Незмінною. Наукові вимірювання віку метеоритів (за вмістом радіоактивних елементів і продуктів їхнього розпаду) показали, що вони, а звідси і вся Сонячна система, існують близько 5 мільярдів років.
Утворення планет
Сучасна наука з достатнім ступенем імовірності дозволяє відновити події, що відбувалися сім мільярдів років тому. Спробуємо уявити собі життя однієї з газопилових, воднево-гелієвих (з домішкою важких елементів) туманностей, що у майбутньому дасть початок нашій Сонячній системі, Сонцю, Землі й іншим планетам.
Туманність, темна й непрозора, як дим, повільно пересувається на фоні чорної безодні. Крізь її рвані й мутнуваті обриси тьмяно мерехтять далекі зорі. Через деякий час можна побачити, що туманність повільно повернулася навколо своєї осі, при цьому вона ніби стискається й ущільнюється. На туманність починає діяти тяжіння, що збирає до центру її частки. Поступове обертання починає прискорюватися — це працює закон збереження кількості руху. Час минає, а туманність обертається чимраз швидше й швидше, у результаті чого виникає й збільшується відцентрова сила, здатна боротися з тяжінням. Тяжіння стискає туманність, а відцентрова сила прагне роздути її, розірвати. Але тяжіння з рівною силою тягне до центру частки з усіх боків. А відцентрова сила відсутня на полюсах туманності й найсильніше виявляється на її екваторі. Тому саме на екваторі вона виявляється сильнішою за тяжіння і роздуває туманність у боки. Куляста туманність, продовжуючи обертатися чимраз швидше, сплющується, перетворюючись на плаский «корж». Настає момент, коли на зовнішніх краях «коржа» відцентрова сила врівноважує, а потім пересилює тяжіння, у результаті чого від країв туманності починають відокремлюватися жмути. Центральна частина її продовжує стискатися, при цьому чимраз прискорюючи своє обертання, а від зовнішнього краю продовжують відриватися все нові й нові жмути, окремі газопилові хмари.
Поступово туманність набуває такого вигляду: у центрі неспішно обертається величезна темна, ледве сплющена хмара, а довкола неї на різних відстанях пливуть уздовж кругових орбіт, розташованих приблизно в одній площині, відірвані від неї невеликі хмари-супутники. Центральна хмара все продовжує ущільнюватися. Але тепер із силою тяжіння починає боротися нова сила — сила газового тиску. Адже в середині хмари накопичується чимраз більше часток, що складають її. Тут виникає неймовірна ущільненість часток. Вони мечуться, чимраз сильніше вдаряючись одна об одну, у результаті чого в центрі підвищуються температура і тиск. Спочатку стає тепло, потім жарко. Зовні цього не видно, * адже хмара величезна й непрозора. Жар не виходить назовні. Але ось хмара перестала стискатися. Могутня сила газового тиску, що виникла від нагрівання, припинила роботу тяжіння. Жар пішов від чорної хмари, а усередині неї почали виникати язики тьмяного червоного полум'я, що нестримно рвуться назовні. Гарячий газ, що вирвався назовні, послабив протидію тяжінню. Хмара знову почала стискатися і знову температура в її центрі почала зростати. Ось температура досягла вже сотень тисяч градусів, атоми розвалюються на частини, речовина не може залишатися газоподібною і поступово переходить у стан плазми. Температура продовжує підвищуватися, у плазмі мечуться атомні ядра й електрони і відбувається «запалення». Швидкість і сила удару часток одна від одної вже настільки зросла, що вони не відскакують одна від одної, а втискаються одна в одну і зливаються. Так починається ядерна реакція. З кожних чотирьох ядер атомів Гідрогену утворюється одне ядро Гелію. При такому «ядерному горінні» водню виділяється величезна енергія. «Пожежу, що зайнялася», уже не зупинити. Плазма ожила, завирувала. Газовий тиск усередині кулі запрацював з удесятеро більшою силою. Плазма рветься назовні, з неймовірною силою вона зсередини тисне на зовнішні шари кулі й припиняє їхнє осідання до центру.
Рівновага встановилася. Плазмі тісно, але вона не може вирватися назовні, розірвати кулю і розкидати її обривки в усі боки. А тяжінню не вдається здолати тиск плазми і продовжити стискання кулі. Сліпуча біло-жовта куля перейшла в стійку стадію. Вона стала зорею, яку ми називаємо Сонцем. Тепер мільярди років ця зоря світитиме рівним і яскравим біло-жовтим світлом, не змінюючи розміру й температури, поки всередині неї не вигорить весь водень. Але і тут у запасі в зорі є ще кілька «хитрих» ядерних реакцій, що допоможуть їй жити далі. Як тільки паливо перегорить, тобто перетвориться на гелій, зоря знову стиснеться, у її надрах природно підвищиться температура, але вже до сотень мільйонів градусів із ще сильнішим тиском, і тепер уже «запалиться» гелій, у процесі згоряння перетворюючись на важчі елементи. Стискання знову припиниться. Коли всі можливі реакції «згоряння» будуть вичерпані, зоря стиснеться і стане невеликим білим карликом, який поступово охолоне, потьмяніє, а потім згасне. У космосі похмурою холодною головешкою пропливатиме колись яскрава, палахкотлива зоря.
Як бачимо, з водню в надрах=зір у ядерних реакціях синтезу «варяться» ядра атомів усіх елементів. І, напевно, можна сказати, що саме в надрах зір зароджується життя. Адже саме тут виникають ядра «атома життя» — Карбону, а за ними і ядра атомів усіх інших елементів таблиці Менделєєва, що забезпечують зародження життя.
Але досить часто важкі елементи продовжують жити в просторах Сонячної системи. Так, у багатьох зорях, що утворилися з більших згустків туманностей, ядерні реакції відбуваються занадто бурхливо і газовий тиск виявляється набага-
то сильнішим за тяжіння. Воно роздуває згусток, рве його на шматки, розкидаючи в усі боки. Такі грандіозні спалахи-вибухи в зоряному світі іноді спостерігаються із Землі і називаються спалахами наднових зір. У результаті вибуху зоря розсіюється в міжзоряному просторі, розсіюючи по ньому важкі елементи. Це основне джерело таємничої, життєво важливої домішки, що сприяє зародженню нових зір.
Утворення планет
Останнім часом рядом астрономів була здійснена величезна робота щодо вивчення зір, їхнього походження, природи випромінювання й еволюції. Як це не дивно, але про утворення й еволюцію деяких типів зір зараз відомо більше, ніж про утворення нашої планетної системи.
Усім відомо, що за хімічним складом зорі становлять собою водневі й гелієві плазми. У їхньому складі присутні також інші елементи, але в дуже незначних кількостях. Якщо говорити про супутники нашого Сонця, ті обривки туманності, що відірвалися від центрального згустку під дією відцентрової сили і почали кружляти довкола нього, то в них теж присутні важкі елементи, що сприяють побудові «живої» субстанції, яка забезпечує життя багатьох космічних об'єктів (зір, туманностей, планет). Саме в них створюються умови, що сприяють поділові легких і важких часток туманності,
Хмари-супутники знаходяться на різних відстанях від Сонця, найвіддаленіші з яких не зігріваються ним. Зате в близьких хмарах-супутниках сонячний жар випаровує всі частки, що здатні випаруватися, залишаючи лише ті,-котрі важчі. Через це в них майже не залишається легких газів (водню, гелію), що складають основу газопилової туманності. Мало запишається й інших летких речовин. Усі вони випаровуються жаром. У результаті «випаровувань» через якийсь час хімічний склад хмар-супутників змінюється й стає зовсім різним. У тих, котрі віддалені від Сонця, він майже не змінюється, а в тих, що кружляють поблизу, залишається лише «прожарений» і «обдутий» матеріал, що й становить собою «дорогоцінну життєво важливу домішку» важких елементів. Отриманий хімічний склад і є тим матеріалом, із якого створюються заселені планети. Звідси починається процес перетворення «матеріалу» на «виріб», часток туманності — на планети. Формування планет відбувається в три етапи.
Перший етап умовно назвемо етапом злипання часток. У далеких хмарах-супутниках численні молекули легких газів і рідких легких порошин поступово збираються у величезні пухкі кулі малої густини. До таких належать планети групи Юпітера. У хмарах-супутниках, близьких до Сонця, важкі порошини злипаються в щільні кам'янисті грудки. Вони поєднуються у величезні масивні брили, що сірими кутастими громадами плавають уздовж орбіт навколо своєї зорі. Рухаючись уздовж різних, іноді пересічних орбіт, ці «астероїди», завбільшки у десятки кілометрів кожний, зіштовхуються. Якщо вони рухаються на відносно невеликій швидкості, то при зіткненні брили ніби втискаються одна в одну, налипають одна на іншу і безформною, удвічі більшою масою рухаються далі. Якщо зіткнення відбувається на великій швидкості, то вони подрібнюються на незліченні уламки, що продовжують свій шлях для подальшого об'єднання з такими ж уламками. Процес зіткнення й злиття дрібних часток у великі небесні тіла може тривати сотні мільйонів років. Під час проходження свого шляху «астероїди» стають чимраз більш кулястими, збільшують свої розміри й масу. Зі
збільшенням маси зростає і сила тяжіння на їхній поверхні, що тисне на внутрішні шари. Через те що брила безформна, її виступаючі частини під силою ваги занурюються в товщу нижніх шарів, розсовуючи їх. Шари, що відходять у боки, заповнюють собою западини, від чого брила поступово згладжується. У результаті таких процесів навколо Сонця утворюються порівняно невеликі, але дуже щільні й важкі планети земної групи. Такою є й наша Земля. Планети земної групи різко відрізняються від планет групи Юпітера багатством хімічного складу, великою кількістю важких елементів, великою питомою вагою.
Тепер розглянемо ближче Землю. На зоряному фоні пливе величезна кам'яна брила, освітлена з одного боку яскравими сонячними променями. Ще виступають на її поверхні нерівності від налиплих астероїдів, помітні не повністю розправлені «шви» між ними. Поки це ще «груба робота», але зате тут уже є атмосфера. Ледь мутнувата, мабуть, від пилу. Це видавлені з надр планети водень і гелій, які свого часу прилипли до кам'янистих часток і випадково вціліли, не були «випарувані» сонячними променями. Це первинна атмосфера Землі. Але поступово під спекотними променями Сонця легкі й рухливі молекули водню й гелію вивітрюються в космос. Цей процес учені назвали дисипацією.
Другий етап — розігрівання. Усередині планети, у суміші з іншими виявилися затиснутими радіоактивні речовини. Вони відрізняються тим, що безперервно виділяють тепло, якому в товщі планети немає виходу: над ними спочиває могутній моноліт із горішніх шарів. Тепло поступово накопичується. Від радіоактивного розігрівання починається розм'якшення всієї товщі планети. Раніше розташовані хаотично речовини, які складають планету, починають розподілятися за вагою: важчі опускаються до центру, легші — піднімаються до поверхні. Поступово планета набуває того вигляду, який ми спостерігаємо сьогодні: у її центрі розташоване важке ядро, оточене товстим шаром легшої речовини, і все це «заковане» у тонший шар, що складається з легших порід, який ми називаємо земною корою. Радіоактивні речовини «осіли» в основному в легких породах, тобто зібралися в «корі», і тепер гріють її. Основне тепло з поверхні планети випромінюється в космос. На глибині ж десятків кілометрів тепло зберігається, розігріваючи гірські породи.
Третій етап — вулканічна діяльність. У надрах планети важкі речовини розжарюються до червоного кольору. Від такої температури плавляться камені, вони перетворюються на розпечену вогненну масу — магму — яка наповнена стиснутими газами (в основному вуглекислим газом), парами і різними домішками (аміаком, метаном тощо). Магмі «тісно», вогненними бризками її виштовхує назовні в найтонших місцях земної кори. Відбувається виверження вулкана. Таких проривів магми на планеті чимало. Вони рятують молоду планету від перегрівання.
Як трапилося, що на нашій планеті створилися сприятливі умови для зародження життя?
Не кожній зорі випадає можливість стати світилом, як Сонце, оточеним планетами. Якби туманність оберталася повільніше, не виникла б відцентрова сила, Що відірвала «клаптики» від центрального згустку, і ймовірніше за все, що ні з чого було б утворитися планетам. І пливла б самотня «бездітна» зоря в чорній безодні, безплідно марнуючи своє тепло й світло...
Далеко не кожна зоря, що породила планети, здатна створити такі умови, щоб хоч на будь-якій із них зародилося життя. Для цього потрібні мільярди років, і весь цей час зоря повинна горіти рівно й спокійно. Молода зоря горить нерівно, вона може спалахнути, обрушивши хвилі спопеляючого жару на навколишні планети, і умови для розвитку життя, які щойно намітилися, після вогненного урагану будуть спалені. Тому для благополучного розвитку життя на планеті необхідна «спокійна» зоря, подібна до нашого Сонця.
Дуже важливим є і розташування планети. Наприклад, якби наша планета Земля була розташована на місці Меркурія або Венери, то через постійну спеку неможливим було б утворення на планеті хоч якої-небудь кількості вологи, не кажучи вже про океани, вона б уся випаровувалася. І навпаки, якби Земля була розташована далі своєї орбіти, наприклад, на місці Юпітера, вода б становила собою крижану брилу, у якій немає сприятливих умов для розвитку мікроорганізмів. Навіть те, що орбіта Землі кругова, а не еліптична, зіграло позитивну роль для зародження життя. Обертаючись на еліптичній орбіті, один бік Землі постійно б промерзав, а на іншому все згоряло б від сонячного жару. Оптимальне місце для розвитку життя, а також подальшої діяльності, «екватор», було б обмеженим. Подібні умови існування, створювані еліптичною орбітою, можуть утворюватися і на подвійній зорі. Тоді за будь-якої орбіти планета не може знаходитися завжди на рівній відстані від джерела тепла. То одне сонце близько, то інше, то обидва віддаляються на далеке відстані.
Нашій планеті «пощастило» і в тому, що вона утворилася саме з такою масою і такого розміру. Якби Земля мала таку ж масу, як і Місяць, то не втримала б на собі атмосферу, а отже, і воду, що випаровується в атмосферу. Навіть вулканічні викиди не відновлювали б в атмосфері необхідну рівновагу газу й вологи, вони б відразу вивітрювалися в космос. Тому на Місяці немає ані атмосфери, ані води, ані, відповідно, життя. Більший розмір, наприклад, як у Юпітера, створював би занадто сильне притягання, крім того, на планеті була б занадто густа атмосфера, що містить водень і гелій, несприятливі для розвитку життя. Щільний шар хмар створив би на такій планеті вічний морок. А без життєво важливих теплих сонячних променів хіба ж можливе життя?
Склад й особливості сонячної системи
До Сонячної системи разом із Сонцем входять 9 великих планет з 34 супутниками, більше 100 тисяч малих планет (астероїдів), близько і 110 комет, а також незліченна кількість дрібних, так званих метеорних тіл (упоперек від 100 метрів до мізерно малих порошин).
Центральне положення в Сонячній системі займає Сонце. Його маса майже в 750 разів перевершує масу всіх інших тіл, що входять до системи (так, наприклад, Юпітер складає приблизно 0,001 маси Сонця) Гравітаційне притягання Сонця є головною силою, що визначає рух усіх тіл Сонячної системи, які обертаються навколо нього. Середня відстань від Сонця до найвіддале-нішої від нього планети — Плутона — 39,5 а. о., тобто 6 млрд км. Деякі з колет віддаляються від Сонця на 100 тисяч а. о. і зазнають впливу притягання зір. Рухаючись у Галактиці, Сонячна система час від часу пролітає крізь міжзоряні газопилові хмари. Унаслідок крайньої розрідженості речовини цих хмар занурення Сонячної системи в хмару може проявитися тільки в невеликому поглинанні й розсіюванні сонячних променів. Прояви цього ефекту в історії Землі поки не встановлені. Усі великі планети — Меркурій, Венера, Земля, Марс, Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун і Плутон — обертаються навколо Сонця в одному напрямку (у напрямку осьового обертання самого Сонця), уздовж майже кругових орбіт, мало нахилених одна до іншої (і до сонячного екватора). Екваторіальна швидкість обертання Сонця навколо своєї осі складає всього лише 2 км/с, у той час як швидкості обертання деяких зір перевершують сонячну іноді навіть у 200 разів. Уже відомо, що швидкості обертання закономірно пов'язані зі спектральним класом зір. Швидше обертаються масивні зорі класів О і В, практично не обертаються жовті й червоні карлики.
Площина земної орбіти — екліптика — приймається за основну площину при відліку нахилу орбіт планет й інших тіл, що обертаються навколо Сонця. Відстані від планет до Сонця утворюють закономірну послідовність: проміжки між сусідніми орбітами зростають із віддаленням від Сонця. Ці закономірності руху планет у поєднанні з розподілом їх на дві групи за фізичними властивостями вказують на те, що Сонячна система не є випадковим зібранням космічних тіл, а виникла в єдиному процесі. Завдяки майже круговій формі планетних орбіт і великих проміжків між ними виключена можливість тісного зближення між планетами, при якому вони могли б істотно змінювати свій рух у результаті взаємного притягання. Це забезпечує тривале існування планетної системи. Планети обертаються так само навколо своєї осі, причому майже у всіх планет, крім Венери й Урана, обертання відбувається в тому ж напрямку, що і їхнє обертання навколо Сонця. Надзвичайно повільне обертання Венери відбувається у зворотному напрямку, а Уран обертається, ніби лежачи на боці. Більшість супутників обертаються навколо своїх планет у тому ж напрямку, у якому відбувається осьове обертання планети. Орбіти таких супутників зазвичай кругові й лежать поблизу площини екватора планети, утворюючи зменшену подобу планетної системи. Такі, наприклад, система супутників Урана й система галілеївсь-ких супутників Юпітера. Зворотний рух мають супутники, розташовані далеко від планети. Сатурн, Юпітер і Уран, крім окремих супутників помітних розмірів, мають безліч дрібних супутників, які ніби зливаються в суцільні кільця. Ці супутники рухаються уздовж орбіт, настільки близько розташованих до планети, що її приливна сила не дозволяє їм об'єднатися в єдине тіло.
Переважна більшість орбіт нині відомих малих планет розташовується в проміжку між орбітами Марса та Юпітера. Усі малі планети обертаються навколо Сонця в тому ж напрямку, що і великі планети, але їхні орбіти, як правило, витягнуті й нахилені до площини екліптики. Комети рухаються в основному по орбітах, близьких до параболічних. Деякі комети мають витягнуті орбіти порівняно невеликих розмірів — у десятки і сотні а. о. У цих комет, названих періодичними, переважають прямі рухи, тобто рух у напрямку обертання планет.
Планети поділяються на дві групи, що відрізняються за масою, хімічним складом (це виявляється в розходженнях їхньої густини), швидкістю обертання и кількістю супутників. Чотири планети, найближчі до Сонця, — планети земної групи. Вони невеликі, складаються з щільної кам'янистої речовини й металів. Планети-гіганти — Юпітер, Сатурн, Уран і Нептун — набагато масивніші, складаються в основному з легких речовин і тому, незважаючи на величезний тиск у їхніх надрах, мають малу густину. У Юпітера й Сатурна головну частку їхньої маси складають Гідроген і Гелій. У них міститься також до 20% кам'янистих речовин і легких сполук Оксигену, Карбону й Нітрогену, здатних при низьких температурах концентруватися в льоди. Пилоподібні ж частки комет (діаметр їх складає 1—10 мкм), вкраплені в їхню крижану масу, складаються із силікатів магнію й феруму, самородного заліза, сульфідів і сполук Карбону.
Надра планет і деяких супутників знаходяться в розпеченому стані. У планет земної групи й супутників тепло дуже повільно просочується назовні, тому що вони мають малу теплопровідність зовнішніх шарів. Внутрішнє тепло майже не має помітного впливу на температуру поверхні. У планет-гігантів конвекція в їхніх надрах призводить до помітного потоку тепла з надр, що перевершує потік, одержуваний ними від Сонця. Венера, Земля й Марс мають атмосфери, що складаються з газів, які виділилися з їхніх надр. Планети-гіганти не мають ні твердої, ні рідкої поверхні; їхня атмосфера є своєрідним продовженням їхніх надр. При зануренні усередину атмосферні гази поступово переходять у конденсований стан. Дев'ята планета — Плутон — за хімічним складом близька до групи планет-гігантів, а за розмірами — до земної групи, тому, напевно, її не можна зарахувати до жодної з двох груп.
Ядра комет за своїм хімічним складом близькі до планет-гігантів: до їхнього складу входять водяний лід і льоди різних газів із домішкою кам'янистих речовин. Майже всі малі планети за своїм складом належать до кам'янистих планет земної групи.
Уламки малих планет, що утворюються при їхньому зіткненні одна з одною, іноді випадають на Землю у вигляді метеоритів. Малі планети, на відміну від планет земної групи, мало чим змінилися з часу їхнього утворення, адже через малі розміри їхні надра підігрівалися значно менше, тому їхня речовина залишилася практично. Незмінною. Наукові вимірювання віку метеоритів (за вмістом радіоактивних елементів і продуктів їхнього розпаду) показали, що вони, а звідси і вся Сонячна система, існують близько 5 мільярдів років.
