Образование химических элементов в космических телах 1

В настоящее время существуют две гипотезы образования тел Солнечной системы. Акад. В. Г. Фесенков в течение десятков лет подробно изучал возможный ход образования Земли и пути ее последующего развития. В результате этого он пришел к выводу, что Солнце и окружающие его планеты образовались почти одновременно из газо-пылевой туманности. Фесенков считает, что качественная разница между звездами и планетами является следствием только количественного различия масс этих тел. Солнце образовалось из центрального, более плотного сгустка туманности; а из остальной его массы — планеты. Для Солнца, масса которого очень велика, дальнейшее уплотнение вещества привело к повышению температуры и давления. Вследствие этого в недрах Солнца возникли ядерные превращения с выделением энергии, и оно стало звездой.

Развитие планет определялось их массой и расстоянием от Солнца. Небольшие планеты земной группы потеряли значительную часть легких элементов; для планет-гигантов этот процесс не был характерен, они удержали в своем составе даже водород. Вследствие этого планеты подразделяются на две группы. Мы видели, что количественный химический состав планет-гигантов очень близок к составу Солнца. Например, наиболее массивный Юпитер, масса которого в 318 раз превосходит массу Земли, состоит из 85 % водорода, 10 % гелия и только около 5 % приходится на содержание других элементов. В атмосфере Урана водород стоит на втором месте после гелия, а в поверхностных слоях Земли — на восьмом — десятом. Однако водорода на Земле все же достаточно для образования большого количества воды. На Марсе же, масса которого в десять раз меньше массы Земли, содержание водорода настолько мало, что на нем не обнаружено сколько-нибудь заметного количества воды. Следует отметить, что гипотеза Фесенкова, объясняющая основные характерные особенности планет, математически разработана пока еще недостаточно.

В 1943 г. акад. О. Ю. Шмидт выступил с новой гипотезой образования Солнечной системы, развиваемой в настоящее время Б. Ю. Левиным и другими. В основе этой гипотезы лежит предположение о том, что когда-то Солнце при своем движении вокруг центра Галактики прошло сквозь газопылевую туманность. Выйдя из этой туманности, оно увлекло за собой небольшое облако космической пыли и газа. Сравнительно большие сгустки пыли, входящие в состав этого облака, двигаясь беспорядочным образом, сталкивались между собой и раздроблялись до мелкой пыли. Последующая эволюция этой пыли исследована советскими физиками Л. Э. Гуревичем и А. И. Лебединским. По их мнению, пылевая часть облака постепенно сжималась и принимала плоскую форму: она изображена на рис. 46 (стадия А). Форма облака на этой стадии напоминает кольцо Сатурна. Когда толщина этого облака становилась достаточно «малой», а плотность частиц в нем большой, то благодаря гравитационному сжатию происходило объединение частиц в сгустки, по массе сравнимых с массой астероидов (стадия Б). В дальнейшем благодаря пересечению орбит многих астероидов с одной стороны происходило их слипание, которое в конце концов привело к образованию планет (стадия В). Столкновения астероидов сопровождались их дроблением, при котором образовывались метеориты.

Наряду с эволюцией пылевой составляющей первичного облака происходили изменения и в газовой составляющей, которая долгое время имела форму шара. По мере того как пыль собиралась в диск, температура в различных частях его была различной. В частях, близких к Солнцу, с наиболее высокой температурой происходило испарение газа. В частях же, далеких от Солнца, где температура приближалась к абсолютному нулю, происходило постепенное скопление газа, так как попавший туда газ замерзал. Твердые частички замороженного газа вместе с пылью входили в состав планет.

Рис. 46. Схема образования Солнечной системы по гипотезеШмидта.

Сосредоточением газа в основном в далеких частях диска объясняются различия в химическом составе планет. Планеты земной группы — Меркурий, Венера, Земля, Марс, астероиды и метеориты состоят из тяжелых нелетучих веществ. В далекой от Солнца зоне возникли, наоборот, большие планеты, состоящие почти целиком из замерзших газов — Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун, плотность которых, как мы указывали, значительно ниже, чем плотность планет земной группы. В этой же далекой от Солнца части газопылевого диска образовались кометы, состоящие из замерзших газов и пыли.