Mūsų planeta yra tikrai unikali. Daugeliui aplinkybių, lėmusių gyvybės atsiradimą jame, derinys vis dar atrodo neįtikėtinas. Žmonės atrado daugybę planetų, bet kodėl viena iš jų neturi to, kas yra Žemėje? Kodėl ji tokia unikali?

Žmonės daug amžių galvojo apie klausimą, kaip atsirado Žemė. Žinoma, niekas negali tiksliai atsakyti, tačiau yra keletas labai įtikinamų hipotezių, pagrįstų įvairiais

Kaip atsirado Žemė?

Žemė yra mūsų namai. Tai jau yra priežastis sužinoti apie ją viską, ką galite. Ši nuostabi planeta turi daug paslapčių. Kažkada iš tokių klausimų gimdavo mitai. Žmonės šį procesą įsivaizdavo skirtingai: vieni tikėjo, kad Dievas jį sukūrė, kiti tikėjo, kad jis atsirado savaime, tai yra dar prieš Dievo gimimą.

Atkreipkite dėmesį, kad pirmosios mokslinės hipotezės, kurių pagalba buvo bandoma atsakyti į klausimą, kaip atsirado Žemė, pasirodė tik XVII a. Vieną iš jų pasiūlė fizikas iš Prancūzijos. Jo vardas buvo Pagal jo versiją, mūsų pasaulis atsirado dėl visuotinės masto katastrofos. Pati ši katastrofa įvyko dėl to, kad koks nors didelis objektas trenkėsi į saulę. Dėl susidūrimo išplito „purškalai“, kurie po aušinimo tapo planetomis.

Immanuelis Kantas taip pat iškėlė hipotezę apie Žemės kilmę. Jo versija rėmėsi dangaus kūnų susidarymo galimybe. Jo nuomone, visa Saulės sistema iš pradžių buvo šaltas dulkių debesis, kurio dalelės nuolat chaotiškai judėjo. Jie ne tik stūmėsi vienas nuo kito, bet ir sulipo kaip sniego gniūžtė.

Jis taip pat iškėlė įdomią hipotezę. Jis teigė, kad ir planetos, ir Saulė kilo iš nuolat besisukančio karšto dujų debesies. Šis debesis lėtai, bet užtikrintai mažėjo. Dėl suspaudimo atsirado žiedai, kurie ilgainiui virto planetomis. Centriniu krešuliu tapo Saulė.

Kiek vėliau pasaulis sužinojo Jameso Jeanso teoriją. Anglų mokslininkas bandė paaiškinti ne tik mūsų Saulės sistemos formavimąsi, bet ir raidą. Jo nuomone, kažkada žvaigždė praskriejo labai arti Saulės. Dėl padidėjusios gravitacijos iš Saulės išsiskyrė materija ir ši žvaigždė – iš jos gimė planetos.

Jis buvo mūsų tautietis. Samprotavimas ir tyrimai paskatino jį manyti, kad aplink Saulę kažkada buvo didelis debesis. Jį daugiausia sudarė dujos ir dulkės. Laikui bėgant jame pradėjo formuotis krešuliai, kurie vis kietėjo ir po šimtmečių pradėjo judėti aplink savo ašį. Kaip jau supratote, šios gumulėlės galiausiai virto mums pažįstamomis planetomis.

Visos aukščiau pateiktos hipotezės turi daug bendro. Plika akimi aišku, kad ta pačia kryptimi mąstė ir mokslininkai. Šiuolaikinės idėjos apie tai, kaip atsirado Saulės sistema ir Žemė, yra pagrįstos maždaug tomis pačiomis mintimis.

Ką šiandien sako mokslininkai? Yra pagrindo manyti, kad planetos ir Saulė atsirado iš dujų ir dulkių dalelių, tai yra tarpžvaigždinės medžiagos. Didžiausias krešulys galiausiai virto Saule. Saulė tapo energijos šaltiniu, kuris darė įtaką likusiems gumulams, kurie vėliau virto planetomis.

Atkreipkite dėmesį, kad Žemės forma ir dydis nebėra tokie, kaip anksčiau. Tai įrodo, kad plėtra vis dar vyksta. Keičiasi ir greitis. Žinoma, visų šių pokyčių negalima tiesiog pastebėti – jie įvyksta kartą per tūkstantį ar net milijoną metų.

Taip, nėra aiškios nuomonės apie Saulės ir planetų kilmę. Net ir šiandien visa tai lieka paslaptimi.

Vienoje galaktikoje yra apie 100 milijardų žvaigždžių, o iš viso mūsų Visatoje yra 100 milijardų galaktikų. Jei norėtumėte nukeliauti nuo Žemės iki pat Visatos krašto, jums prireiktų daugiau nei 15 milijardų metų, su sąlyga, kad judėtumėte šviesos greičiu – 300 000 km per sekundę. Bet iš kur atsirado kosminė materija? Kaip atsirado Visata? Žemės istorija siekia apie 4,6 milijardo metų. Per šį laiką atsirado ir išmirė daugybė milijonų augalų ir gyvūnų rūšių; aukščiausios kalnų grandinės išaugo ir virto dulkėmis; Didžiuliai žemynai arba suskilo į gabalus ir išsibarstė į skirtingas puses, arba susidūrė vienas su kitu, suformuodami naujas milžiniškas sausumos mases. Iš kur mes visa tai žinome? Faktas yra tas, kad nepaisant visų nelaimių ir kataklizmų, kurių mūsų planetos istorija yra tokia turtinga, stebėtinai daug jos neramios praeities yra įspausta šiandien egzistuojančiose uolienose, jose randamose fosilijose ir šiandien Žemėje gyvenančių gyvų būtybių organizmai. Žinoma, ši kronika neišsami. Aptinkame tik jo fragmentus, tarp jų tvyrančias tuštumas, iš pasakojimo iškrenta ištisi skyriai, itin svarbūs norint suprasti, kas iš tikrųjų įvyko. Ir vis dėlto net ir tokia sutrumpinta forma mūsų Žemės istorija savo žavesiu nenusileidžia jokiam detektyviniam romanui.

Astronomai mano, kad mūsų pasaulis atsirado dėl Didžiojo sprogimo. Sprogdamas milžiniškas ugnies kamuolys išsklaidė medžiagą ir energiją po visą erdvę, kuri vėliau kondensavosi ir susidarė milijardai žvaigždžių, kurios savo ruožtu susijungė į daugybę galaktikų.

Didžiojo sprogimo teorija.

Daugumos šiuolaikinių mokslininkų vadovaujama teorija teigia, kad Visata susiformavo dėl vadinamojo Didžiojo sprogimo. Neįtikėtinai karštas ugnies kamuolys, kurio temperatūra siekė milijardus laipsnių, tam tikru momentu sprogo ir išsklaidė energijos ir medžiagos dalelių srautus į visas puses, suteikdamas jiems milžinišką pagreitį.
Bet kuri medžiaga susideda iš mažyčių dalelių – atomų. Atomai yra mažiausios medžiagos dalelės, galinčios dalyvauti cheminėse reakcijose. Tačiau jie savo ruožtu susideda iš dar mažesnių elementariųjų dalelių. Pasaulyje yra daug atmainų atomų, kurie vadinami cheminiais elementais. Kiekvienas cheminis elementas turi tam tikro dydžio ir svorio atomus ir skiriasi nuo kitų cheminių elementų. Todėl cheminių reakcijų metu kiekvienas cheminis elementas elgiasi tik savaip. Viskas Visatoje, nuo didžiausių galaktikų iki mažiausių gyvų organizmų, susideda iš cheminių elementų.

Po Didžiojo sprogimo.

Kadangi per Didįjį sprogimą susprogdintas ugnies kamuolys buvo toks karštas, mažytės medžiagos dalelės iš pradžių buvo per daug energingos, kad susijungtų viena su kita ir sudarytų atomus. Tačiau po maždaug milijono metų Visatos temperatūra nukrito iki 4000 "C, o iš elementariųjų dalelių pradėjo formuotis įvairūs atomai. Pirmiausia atsirado lengviausi cheminiai elementai – helis ir vandenilis. Palaipsniui Visata vis labiau atvėso ir susidarė sunkesni elementai.Naujų atomų ir elementų formavimosi procesas tęsiasi iki šiol tokių žvaigždžių, kaip mūsų Saulė, gelmėse, kurių temperatūra neįprastai aukšta.
Visata atvėso. Naujai susidarę atomai susirinko į milžiniškus dulkių ir dujų debesis. Dulkių dalelės susidūrė viena su kita ir susiliejo į vientisą visumą. Gravitacinės jėgos traukė mažus objektus link didesnių. Todėl laikui bėgant Visatoje susiformavo galaktikos, žvaigždės ir planetos.

Žemė turi išlydytą šerdį, kurioje gausu geležies ir nikelio. Žemės pluta susideda iš lengvesnių elementų ir atrodo, kad ji plūduriuoja iš dalies išsilydžiusių uolienų, sudarančių Žemės mantiją, paviršiuje.

Besiplečianti Visata.

Didysis sprogimas pasirodė esąs toks galingas, kad visa Visatos materija dideliu greičiu išsibarstė po kosmosą. Be to, Visata plečiasi iki šiol. Galime tai pasakyti drąsiai, nes tolimos galaktikos vis dar tolsta nuo mūsų, o atstumai tarp jų nuolat didėja. Tai reiškia, kad galaktikos kadaise buvo daug arčiau viena kitos nei dabar.

Niekas tiksliai nežino, kaip susiformavo Saulės sistema. Pagrindinė teorija teigia, kad Saulė ir planetos susidarė iš besisukančio kosminių dujų ir dulkių debesies. Tankesnės šio debesies dalys gravitacinių jėgų pagalba pritraukdavo vis daugiau medžiagos iš išorės. Dėl to iš jos atsirado Saulė ir visos jos planetos.

Mikrobangų krosnelės iš praeities.

Remdamiesi prielaida, kad Visata susidarė dėl „karštojo“ Didžiojo sprogimo, tai yra, atsirado iš milžiniško ugnies kamuolio, mokslininkai bandė apskaičiuoti, kiek ji iki šiol turėjo atvėsti. Jie padarė išvadą, kad tarpgalaktinės erdvės temperatūra turėtų būti apie -270 °C. Mokslininkai taip pat nustato Visatos temperatūrą pagal mikrobangų (šilumos) spinduliuotės, sklindančios iš kosmoso gelmių, intensyvumą. Atlikti matavimai patvirtino, kad iš tiesų yra apie -270 °C.

Kiek metų yra visata?

Norėdami sužinoti atstumą iki konkrečios galaktikos, astronomai nustato jos dydį, ryškumą ir skleidžiamos šviesos spalvą. Jei Didžiojo sprogimo teorija yra teisinga, tai reiškia, kad visos esamos galaktikos iš pradžių buvo suspaustos į vieną itin tankų ir karštą ugnies rutulį. Jums tereikia padalyti atstumą nuo vienos galaktikos iki kitos iš greičio, kuriuo jos tolsta viena nuo kitos, kad nustatytumėte, kiek seniai jos sudarė vieną visumą. Tai bus Visatos amžius. Žinoma, šis metodas neleidžia gauti tikslių duomenų, tačiau vis tiek suteikia pagrindo manyti, kad Visatos amžius yra nuo 12 iki 20 milijardų metų.

Lavos srautas teka iš Kilauea ugnikalnio kraterio, esančio Havajų saloje. Kai lava pasiekia Žemės paviršių, ji sukietėja ir susidaro naujos uolienos.

Saulės sistemos susidarymas.

Galaktikos tikriausiai susiformavo praėjus maždaug 1–2 milijardams metų po Didžiojo sprogimo, o Saulės sistema iškilo maždaug po 8 milijardų metų. Juk materija erdvėje nebuvo pasiskirstyta tolygiai. Tankios vietovės dėl gravitacinių jėgų pritraukdavo vis daugiau dulkių ir dujų. Šių teritorijų dydis sparčiai didėjo. Jie pavirto į milžiniškus besisukančius dulkių ir dujų debesis – vadinamuosius ūkus.
Vienas iš tokių ūkų – būtent Saulės ūkas – kondensavosi ir suformavo mūsų Saulę. Iš kitų debesies dalių iškilo medžiagos gumulėliai, kurie tapo planetomis, įskaitant Žemę. Saulės orbitose juos laikė galingas Saulės gravitacinis laukas. Gravitacinėms jėgoms traukiant saulės medžiagos daleles vis arčiau viena kitos, Saulė tapo mažesnė ir tankesnė. Tuo pačiu metu saulės šerdyje kilo didžiulis slėgis. Ji buvo paversta milžiniška šilumine energija, o tai savo ruožtu paspartino termobranduolinių reakcijų eigą Saulės viduje. Dėl to susidarė nauji atomai ir išsiskyrė dar daugiau šilumos.

Gyvenimo sąlygų atsiradimas.

Maždaug tokie patys procesai, nors ir daug mažesniu mastu, vyko Žemėje. Žemės branduolys sparčiai traukėsi. Dėl branduolinių reakcijų ir radioaktyvių elementų skilimo Žemės žarnose išsiskyrė tiek šilumos, kad ištirpo ją sudariusios uolienos. Lengvesnės medžiagos, kuriose gausu silicio, į stiklą panašių mineralų, atskirtų nuo tankesnės geležies ir nikelio žemės šerdyje, kad susidarytų pirmoji pluta. Maždaug po milijardo metų, kai Žemė gerokai atvėso, Žemės pluta sukietėjo į kietą išorinį mūsų planetos apvalkalą, sudarytą iš kietų uolienų.
Kai Žemė atvėso, ji iš savo šerdies išmetė daug įvairių dujų. Dažniausiai tai atsitikdavo ugnikalnių išsiveržimų metu. Lengvosios dujos, tokios kaip vandenilis ar helis, dažniausiai pateko į kosmosą. Tačiau Žemės gravitacija buvo pakankamai stipri, kad šalia jos paviršiaus liktų sunkesnės dujos. Jie sudarė žemės atmosferos pagrindą. Dalis atmosferos vandens garų kondensavosi ir Žemėje atsirado vandenynai. Dabar mūsų planeta buvo visiškai pasirengusi tapti gyvybės lopšiu.

Uolų gimimas ir mirtis.

Žemės sausumos masę sudaro kietos uolienos, dažnai padengtos dirvožemio ir augmenijos sluoksniu. Bet iš kur atsiranda šios uolienos? Naujos uolienos susidaro iš medžiagos, gimusios giliai Žemėje. Apatiniuose žemės plutos sluoksniuose temperatūra yra daug aukštesnė nei paviršiuje, o juos sudarančios uolienos patiria milžinišką spaudimą. Veikiant karščiui ir slėgiui, uolos sulinksta ir suminkštėja arba net visiškai ištirpsta. Kai Žemės plutoje susiformuoja silpna vieta, išlydyta uoliena – vadinama magma – išsiveržia į Žemės paviršių. Magma išteka iš ugnikalnių angų lavos pavidalu ir pasklinda dideliame plote. Kai lava sukietėja, ji virsta kieta uoliena.

Sprogimai ir ugniniai fontanai.

Vienais atvejais uolų gimimą lydi grandioziniai kataklizmai, kitais – tyliai ir nepastebimai. Yra daug magmos veislių ir jos sudaro įvairių tipų uolienas. Pavyzdžiui, bazaltinė magma yra labai skysta, lengvai iškyla į paviršių, plinta plačiais srautais ir greitai sukietėja. Kartais jis išsiveržia iš ugnikalnio kraterio kaip ryškus „ugninis fontanas“ - taip nutinka, kai žemės pluta negali atlaikyti jos slėgio.
Kiti magmos tipai yra daug tirštesni: jų tankis arba konsistencija labiau primena juodąją melasą. Tokioje magmoje esančioms dujoms sunku patekti į paviršių per tankią masę. Prisiminkite, kaip lengvai iš verdančio vandens išbėga oro burbuliukai ir kiek lėčiau tai vyksta kai kaitinate kažką tirštesnio, pavyzdžiui, želė. Kai tankesnė magma kyla arčiau paviršiaus, slėgis jai mažėja. Jame ištirpusios dujos linkusios plėstis, bet negali. Kai magma pagaliau išsiveržia, dujos taip greitai plečiasi, kad įvyksta didžiulis sprogimas. Lava, uolienų nuolaužos ir pelenai išskrenda į visas puses kaip iš patrankos iššaudomi sviediniai. Panašus išsiveržimas įvyko 1902 metais Martinikos saloje Karibų jūroje. Katastrofiškas Moptap-Pelé ugnikalnio išsiveržimas visiškai sunaikino Sept-Pierre uostą. Žuvo apie 30 000 žmonių.

Kristalų susidarymas.

Uolos, susidarančios iš vėstančios lavos, vadinamos vulkaninėmis arba magminėmis uolienomis. Lavai vėsstant, išlydytoje uolienoje esantys mineralai pamažu virsta kietais kristalais. Jei lava greitai atvėsta, kristalai nespėja augti ir lieka labai maži. Panašiai atsitinka ir bazalto formavimosi metu. Kartais lava atvėsta taip greitai, kad susidaro lygi, stiklinė uoliena, kurioje visiškai nėra kristalų, pavyzdžiui, obsidianas (vulkaninis stiklas). Paprastai tai atsitinka povandeninio išsiveržimo metu arba kai mažos lavos dalelės iš ugnikalnio kraterio išmetamos aukštai į šaltą orą.

Uolienų erozija ir dilimas Cedar Breaks kanjonuose, Juta, JAV. Šie kanjonai susiformavo dėl erozinio upės poveikio, kuris savo kanalą nutiesė per nuosėdinių uolienų sluoksnius, „išspaustus“ aukštyn žemės plutos judėjimo metu. Atviri kalnų šlaitai pamažu irdavo, o uolienų skeveldros ant jų suformavo uolų sluoksnius. Šių sluoksnių viduryje iškyla dar tvirtų uolų išsikišimai, kurie sudaro kanjonų kraštus.

Praeities įrodymai.

Vulkaninėse uolienose esančių kristalų dydis leidžia spręsti, kaip greitai lava atvėso ir kokiu atstumu nuo Žemės paviršiaus ji gulėjo. Čia yra granito gabalas, kaip jis atrodo poliarizuotoje šviesoje po mikroskopu. Šiame paveikslėlyje skirtingi kristalai turi skirtingas spalvas.

Gneisas yra metamorfinė uoliena, susidaranti iš nuosėdinių uolienų, veikiant karščiui ir slėgiui. Ant šio gneiso gabalo matomas įvairiaspalvių juostelių raštas leidžia nustatyti kryptį, kuria judanti žemės pluta spaudė uolienų sluoksnius. Taip gauname vaizdą apie įvykius, vykusius prieš 3,5 milijardo metų.
Pagal uolienų raukšles ir lūžius (lūžius) galime spręsti, kokia kryptimi veikė milžiniški įtempiai žemės plutoje senais geologiniais laikais. Šios raukšlės atsirado dėl žemės plutos kalnų statybos judėjimo, prasidėjusio prieš 26 milijonus metų. Šiose vietose siaubingos jėgos suspaudė nuosėdinių uolienų sluoksnius – susidarė raukšlės.
Magma ne visada pasiekia Žemės paviršių. Jis gali išlikti apatiniuose žemės plutos sluoksniuose, o vėliau atvėsti daug lėčiau, sudarydamas nuostabius didelius kristalus. Taip atsiranda granitas. Kai kuriuose akmenukuose esančių kristalų dydis leidžia nustatyti, kaip ši uola susiformavo prieš daugybę milijonų metų.

Hoodoos, Alberta, Kanada. Lietus ir smėlio audros minkštąsias uolienas sunaikina greičiau nei kietąsias, todėl susidaro keistų kontūrų iškyšos (iškyšos).

Nuosėdiniai „sumuštiniai“.

Ne visos uolienos yra vulkaninės, pavyzdžiui, granitas ar bazaltas. Daugelis jų turi daug sluoksnių ir atrodo kaip didžiulė sumuštinių šūsnis. Jos kadaise susidarė iš kitų vėjo, lietaus ir upių sunaikintų uolienų, kurių skeveldros buvo išplautos į ežerus ar jūras ir nusėdo dugne po vandens storyme. Palaipsniui susikaupia didžiulis tokių kritulių kiekis. Jie kaupiasi vienas ant kito, sudarydami šimtų ir net tūkstančių metrų storio sluoksnius. Ežero ar jūros vanduo šiuos telkinius spaudžia milžiniška jėga. Jų viduje esantis vanduo išspaudžiamas, jie suspaudžiami į tankią masę. Tuo pačiu metu mineralinės medžiagos, anksčiau ištirpusios išspaustame vandenyje, tarsi sucementuoja visą šią masę ir dėl to iš jos susidaro nauja uoliena, kuri vadinama nuosėdine.
Tiek vulkaninės, tiek nuosėdinės uolienos gali būti stumiamos aukštyn, veikiamos žemės plutos judėjimo, formuojant naujas kalnų sistemas. Kuriant kalnus dalyvauja kolosalios jėgos. Jų įtakoje uolos arba labai įkaista, arba siaubingai suspaudžiamos. Tuo pačiu jie transformuojasi – transformuojasi: vienas mineralas gali virsti kitu, kristalai išsilygina ir įgauna kitokį išsidėstymą. Dėl to vienos uolos vietoje atsiranda kita. Uolos, susidariusios dėl kitų uolienų transformacijos, veikiant minėtoms jėgoms, vadinamos metamorfinėmis.

Niekas nesitęsia amžinai, net kalnai.

Iš pirmo žvilgsnio niekas negali būti stipresnis ir patvaresnis už didžiulį kalną. Deja, tai tik iliuzija. Remiantis milijonų ir net šimtų milijonų metų geologinėmis laiko skalėmis, kalnai yra tokie pat trumpalaikiai kaip ir bet kas kitas, įskaitant tave ir mane.
Bet kuri uola, kai tik bus veikiama atmosferos, akimirksniu subyrės. Jei pažvelgsite į šviežią uolos gabalą ar suskilusį akmenuką, pamatysite, kad naujai susidaręs uolos paviršius dažnai būna visai kitos spalvos nei senasis, kuris ilgą laiką buvo ore. Taip yra dėl atmosferoje esančio deguonies ir daugeliu atvejų lietaus vandens įtakos. Dėl jų uolienos paviršiuje vyksta įvairios cheminės reakcijos, palaipsniui keičiančios jos savybes.
Laikui bėgant dėl ​​šių reakcijų išsiskiria mineralai, laikantys uolieną, ir ji pradeda byrėti. Uolienoje susidaro mažyčiai įtrūkimai, leidžiantys vandeniui prasiskverbti. Kai šis vanduo užšąla, jis plečiasi ir suplėšia uolą iš vidaus. Ledui tirpstant tokia uola tiesiog subyrės. Labai greitai nukritusius uolienos gabalus nuplaus liūtys. Šis procesas vadinamas erozija.

Muiro ledynas Aliaskoje. Ledyno ir iš apačios ir iš šonų įšalusių akmenų destruktyvus poveikis palaipsniui sukelia slėnio, kuriuo jis juda, sienų ir dugno eroziją. Dėl to ant ledo susidaro ilgos uolienų nuolaužų juostos – vadinamosios morenos. Kai susilieja du kaimyniniai ledynai, susijungia ir jų morenos.

Vanduo yra naikintojas.

Sunaikintų uolienų gabalai galiausiai patenka į upes. Srovė juos tempia upės vaga ir nualina į uolą, kuri sudaro pačią vagą, kol išlikę fragmentai galiausiai randa ramų prieglobstį ežero ar jūros dugne. Sušalęs vanduo (ledas) turi dar didesnę naikinamąją galią. Ledynai ir ledo sluoksniai už savęs tempia daugybę didelių ir mažų uolienų skeveldrų, sustingusių į ledinius šonus ir pilvus. Dėl šių fragmentų uolose susidaro gilūs grioveliai, kuriais juda ledynai. Ledynas daugelį šimtų kilometrų gali nešti ant jo krintančius uolienų fragmentus.

Vėjo sukurtos skulptūros

Vėjas taip pat ardo akmenis. Tai ypač dažnai nutinka dykumose, kur vėjas neša milijonus smulkių smėlio grūdelių. Smėlio grūdeliai daugiausia sudaryti iš kvarco – itin patvaraus mineralo. Smėlio grūdelių sūkurys trenkia į uolas, išmušdamas iš jų vis daugiau smėlio grūdelių.
Dažnai vėjas sukrauna smėlį į dideles smėlio kalvas ar kopas. Kiekvienas vėjo gūsis ant kopų nusodina naują smėlio grūdelių sluoksnį. Šlaitų vieta ir šių smėlio kalvų statumas leidžia spręsti apie juos sukūrusio vėjo kryptį ir stiprumą.

Ledynai savo kelyje išraižo gilius U formos slėnius. Nantfrankone, Velse, ledynai išnyko priešistoriniais laikais, palikdami platų slėnį, kuris akivaizdžiai per didelis per jį dabar tekančiajai nedidelei upei. Nedidelį ežerą pirmame plane užstoja ypač tvirtos uolos juosta.

Planeta, kuri yra mūsų namai, yra graži ir unikali. Gražūs kriokliai ir jūros, sodriai žali atogrąžų miškai, deguonies pripildyta atmosfera, leidžianti kvėpuoti visoms gyvoms būtybėms – visa tai yra mūsų planeta, vadinama Žeme. Bet ji ne visada buvo tokia graži.

Kai ji išgyveno savo gimimą, jos išvaizda nebuvo tokia patraukli ir vargu ar jums tai patiktų. Šiuolaikiniame astronautikos amžiuje žmogus galėjo matyti Žemė iš išorės ir įsitikinkite, kad tai tikras visatos perlas.

Šiuolaikinis mokslas vis dar bando paaiškinti Žemės išvaizdą ir atkurti visą įvykių chronologiją. Bandysime grįžti į pačią mūsų planetos gimimo pradžią. Šiuolaikinės kosmoso technologijos leidžia pamatyti naujų žvaigždžių gimimą ir planetos. Tai padės suprasti, kaip atsirado mūsų planeta.

Mūsų planetos gimimas negali būti vertinamas atskirai nuo mūsų saulės sistemos gimimo. Tokios sistemos gimsta beveik visada vienodai. IN erdvė Yra daug ūkų, didžiulės dujų sankaupos. Būtent juose gimsta naujos žvaigždės ir planetos. Jie sugeba susitraukti, virsti planetomis, taip teigia Kanto ūko teorija.

Šiuolaikinių astronomų stebėjimų dėka galime suprasti, kaip gimė mūsų planeta. Naudojant naujausius NASA teleskopai, mokslininkai tiria visata kaip yra, o ne kaip mes įsivaizduojame. Mokslininkai matė, kaip ūkas susispaudžia, o jo viduje lėtai sukasi kosminių dulkių dalelės, sudarydamos savotišką šerdį. Kuo labiau ūkas susitraukia, tuo greitesnis dalelių sukimosi greitis ir aukštesnė temperatūra ūko viduje, kai temperatūra tampa labai aukšta, prasideda branduolinė reakcija. Taip atsiranda nauja žvaigždė. Kažkada gimė mūsų Saulė.

Aplink jaunąją Saulę pradėjo formuotis planetos. Nulinės gravitacijos sąlygomis dėl dalelių trinties susidaro magnetinis laukas, kuris traukia daleles viena prie kitos ir formuoja gumulėlius. Vyksta akrecijos procesas, kuris padeda formuotis planetoms.

Jei atsižvelgsime į mūsų planetų sandarą saulės sistema, tada pastebime, kad visos planetos skiriasi savo sudėtimi. Viskas priklauso nuo atstumo, kuriuo tam tikra planeta yra nuo Saulės. Gyvsidabris yra arčiausiai Saulės esanti planeta ir susideda iš metalo, nes temperatūra šalia saulės yra labai aukšta, joje negali susidaryti vanduo ir dujos.

Tolimos planetos turi uolų paviršių. Venera, Žemė ir Marsas yra tokios planetos. Mūsų planeta yra tinkamiausiu atstumu nuo Saulės ir čia yra idealios sąlygos gyvybei. Žemėje nei šalta, nei karšta. Ozono sluoksnis saugo mus nuo saulės spindulių. Jupiteris ir Saturnas yra toli nuo Saulės ir yra dujų milžinai, nes susiformavo šaltoje aplinkoje. Jie tarnauja kaip apsauga visai Saulės sistemai, nes atbaido į jų orbitas krentančius meteoritus.

Dabar matome, kokią nuostabią galimybę turėjo mūsų planeta, kad ji galėtų tapti gyva, ir tai yra nuostabu ir nuostabu.

Kosmoso mastu planetos yra tik smėlio grūdeliai, vaidinantys nereikšmingą vaidmenį grandioziniame gamtos procesų vystymosi paveiksle. Tačiau tai yra patys įvairiausi ir sudėtingiausi objektai Visatoje. Nė vienas iš kitų dangaus kūnų tipų neturi panašios astronominių, geologinių, cheminių ir biologinių procesų sąveikos. Jokioje kitoje erdvės vietoje negali atsirasti tokia gyvybė, kokią mes ją žinome. Vien per pastarąjį dešimtmetį astronomai atrado daugiau nei 200 planetų.

Planetų formavimasis, ilgai laikytas ramiu ir nejudančiu procesu, iš tikrųjų pasirodė gana chaotiškas.

Nuostabi masių, dydžių, kompozicijų ir orbitų įvairovė privertė daugelį susimąstyti apie jų kilmę. 1970-aisiais Planetų formavimasis buvo laikomas tvarkingu, deterministiniu procesu – konvejerio juosta, kurios metu amorfiniai dujų ir dulkių diskai buvo paverčiami Saulės sistemos kopijomis. Tačiau dabar žinome, kad tai chaotiškas procesas, kurio kiekvienos sistemos rezultatas skiriasi. Gimusios planetos išgyveno konkuruojančių formavimosi ir naikinimo mechanizmų chaosą. Daugelis objektų mirė, sudegė savo žvaigždės ugnyje arba buvo išmesti į tarpžvaigždinę erdvę. Mūsų Žemėje gali būti seniai prarastų dvynių, kurie dabar klajoja tamsioje ir šaltoje erdvėje.

Planetų formavimosi mokslas yra astrofizikos, planetų mokslo, statistinės mechanikos ir netiesinės dinamikos sankirtoje. Apskritai planetos mokslininkai kuria dvi pagrindines kryptis. Remiantis nuoseklaus kaupimosi teorija, mažos dulkių dalelės sulimpa ir sudaro didelius gumulėlius. Jei toks blokas pritraukia daug dujų, jis virsta tokiu dujų milžinu kaip Jupiteris, o jei ne – uolėta planeta kaip Žemė. Pagrindiniai šios teorijos trūkumai – proceso lėtumas ir dujų išsklaidymo galimybė prieš planetos formavimąsi.

Kitas scenarijus (gravitacinio nestabilumo teorija) teigia, kad dujų milžinai susidaro dėl staigaus griūties, dėl ko sunaikinamas pirmapradis dujų ir dulkių debesis. Šis procesas atkartoja miniatiūrinių žvaigždžių formavimąsi. Tačiau ši hipotezė yra labai prieštaringa, nes ji daro prielaidą, kad yra stiprus nestabilumas, kurio gali ir nebūti. Be to, astronomai išsiaiškino, kad masyviausias planetas ir mažiausiai masyvias žvaigždes skiria „tuštuma“ (tarpinės masės kūnų tiesiog nėra). Toks „gedimas“ rodo, kad planetos yra ne tik mažos masės žvaigždės, bet ir visiškai kitos kilmės objektai.

Nors mokslininkai ir toliau diskutuoja, dauguma mano, kad labiau tikėtinas nuoseklaus augimo scenarijus. Šiame straipsnyje aš remsiuosi konkrečiai.

1. Tarpžvaigždinis debesis mažėja

Laikas: 0 (planetos formavimosi proceso pradžios taškas)

Mūsų saulės sistema yra galaktikoje, kurioje yra apie 100 milijardų žvaigždžių ir dulkių bei dujų debesys, daugiausia ankstesnių kartų žvaigždžių liekanos. Šiuo atveju dulkės yra tik mikroskopinės vandens ledo, geležies ir kitų kietųjų dalelių dalelės, kurios kondensavosi išoriniuose, vėsiuose žvaigždės sluoksniuose ir buvo išleistos į kosmosą. Jei debesys yra pakankamai šalti ir tankūs, veikiami gravitacijos jie pradeda spausti, sudarydami žvaigždžių spiečius. Toks procesas gali trukti nuo 100 tūkstančių iki kelių milijonų metų.

Kiekvieną žvaigždę supa likusios medžiagos diskas, kurio pakanka planetoms suformuoti. Jaunuose diskuose daugiausia yra vandenilio ir helio. Jų karštuose vidiniuose regionuose dulkių dalelės išgaruoja, o šaltuose ir retesniuose išoriniuose sluoksniuose dulkių dalelės išlieka ir auga, kai ant jų kondensuojasi garai.

Astronomai atrado daug jaunų žvaigždžių, apsuptų tokių diskų. Žvaigždės, kurių amžius nuo 1 iki 3 milijonų metų, turi dujinius diskus, o tos, kurios egzistavo daugiau nei 10 milijonų metų, turi silpnus, mažai dujų turinčius diskus, nes dujas iš jų išpučia pati naujagimė arba šalia esančios ryškios žvaigždės. Šis laiko intervalas yra būtent planetos formavimosi era. Sunkiųjų elementų masė tokiuose diskuose yra panaši į šių elementų masę Saulės sistemos planetose: gana stiprus argumentas ginant faktą, kad planetos susidaro iš tokių diskų.

Rezultatas: gimusią žvaigždę supa dujos ir mažytės (mikrono dydžio) dulkių dalelės.

Kosminių dulkių kamuoliai

Netgi milžiniškos planetos prasidėjo kaip kuklūs kūnai – mikrono dydžio dulkių grūdeliai (seniai mirusių žvaigždžių pelenai), plūduriuojantys besisukančiame dujų diske. Tolstant nuo naujagimio žvaigždės, dujų temperatūra nukrenta, eina per „ledo liniją“, už kurios vanduo užšąla. Mūsų saulės sistemoje ši riba skiria vidines uolėtas planetas nuo išorinių dujų milžinų.

1. Dalelės susiduria, sulimpa ir auga.
2. Mažas daleles dujos nuneša, tačiau didesnės nei milimetras sulėtėja ir spirale juda žvaigždės link.
3. Ties ledo linija sąlygos yra tokios, kad trinties jėga keičia kryptį. Dalelės linkusios sulipti ir lengvai susijungti į didesnius kūnus – planetezimalius.

2. Diskas įgauna struktūrą

Laikas: apie 1 milijonas metų

Dulkių dalelės protoplanetiniame diske, chaotiškai judėdamos kartu su dujų srautais, susiduria viena su kita ir kartais sulimpa, kartais subyra. Dulkių grūdeliai sugeria žvaigždės šviesą ir vėl ją skleidžia tolimuosiuose infraraudonuosiuose spinduliuose, perduodami šilumą į tamsiausias vidines disko sritis. Dujų temperatūra, tankis ir slėgis paprastai mažėja didėjant atstumui nuo žvaigždės. Dėl slėgio, gravitacijos ir išcentrinės jėgos pusiausvyros dujų sukimosi aplink žvaigždę greitis yra mažesnis nei laisvo kūno, esančio tuo pačiu atstumu.

Dėl to didesni nei kelių milimetrų dydžio dulkių grūdeliai lenkia dujas, todėl priešinis vėjas jas sulėtina ir priverčia spirale slinkti žemyn link žvaigždės. Kuo didesnės šios dalelės, tuo greičiau jos juda žemyn. Metro dydžio gabaliukai gali perpus sumažinti atstumą nuo žvaigždės vos per 1000 metų.

Artėjant prie žvaigždės dalelės įkaista, palaipsniui išgaruoja vanduo ir kitos žemos virimo temperatūros medžiagos, vadinamos lakiosiomis. Atstumas, kuriuo tai įvyksta – vadinamoji „ledo linija“ – yra 2–4 ​​astronominiai vienetai (AU). Saulės sistemoje tai yra būtent Marso ir Jupiterio orbitų kryžius (Žemės orbitos spindulys yra 1 AU). Ledo linija padalija planetų sistemą į vidinę sritį, kurioje nėra lakiųjų medžiagų ir kurioje yra kietųjų dalelių, ir išorinę, kurioje gausu lakiųjų medžiagų ir kurioje yra ledinių kūnų.

Pačioje ledo linijoje kaupiasi iš dulkių grūdelių išgaravusios vandens molekulės, kurios yra visos reiškinių kaskados paleidiklis. Šiame regione atsiranda dujų parametrų spraga ir slėgio šuolis. Dėl jėgų pusiausvyros dujos paspartina judėjimą aplink centrinę žvaigždę. Dėl to čia krentančias daleles veikia ne priešinis, o galinis vėjas, stumdamas jas į priekį ir sustabdydamas jų migraciją į diską. O dalelėms tekant iš jo išorinių sluoksnių, ledo linija virsta ledo kaupimosi juostele.

Kai dalelės kaupiasi, jos susiduria ir auga. Kai kurie iš jų pralaužia ledo liniją ir toliau migruoja į vidų; Kai jie įkaista, jie pasidengia skystu purvu ir sudėtingomis molekulėmis, todėl tampa lipnesni. Kai kurios sritys taip prisipildo dulkių, kad dėl abipusės gravitacinės dalelių traukos paspartėja jų augimas.

Palaipsniui dulkių grūdeliai susirenka į kilometro dydžio kūnus, vadinamus planetezimaliais, kurie paskutiniame planetos formavimo etape surenka beveik visas pirmaprades dulkes. Sunku įžvelgti pačius planetezimalius besiformuojant planetų sistemoms, bet astronomai gali spėti apie jų egzistavimą iš susidūrimų šiukšlių (žr.: Ardila D. Nematomos planetų sistemos // VMN, Nr. 7, 2004).

Rezultatas: daug kilometrų ilgio „statybinių blokų“, vadinamų planetezimaliais.

Oligarchų iškilimas

Milijardai kilometrų ilgio planetezimalių, susidariusių 2 stadijoje, vėliau susirenka į Mėnulio arba Žemės dydžio kūnus, vadinamus embrionais. Nedidelis jų skaičius dominuoja savo orbitinėse zonose. Šie „oligarchai“ tarp embrionų kovoja dėl likusios medžiagos

3. Susidaro planetų embrionai

Laikas: nuo 1 iki 10 milijonų metų

Merkurijaus, Mėnulio ir asteroidų krateriu padengti paviršiai nekelia abejonių, kad planetų sistemos formavimosi metu yra tarsi šaudykla. Abipusiai planetezimalių susidūrimai gali paskatinti jų augimą ir sunaikinimą. Dėl pusiausvyros tarp koaguliacijos ir suskaidymo atsiranda dydžio pasiskirstymas, kuriame maži kūnai pirmiausia sudaro sistemos paviršiaus plotą, o dideli kūnai nustato jo masę. Kūnų orbitos aplink žvaigždę iš pradžių gali būti elipsės, tačiau laikui bėgant dujų lėtėjimas ir tarpusavio susidūrimai paverčia orbitas apskritomis.

Iš pradžių kūno augimas atsiranda dėl atsitiktinių susidūrimų. Tačiau kuo didesnis planetezimas, tuo stipresnė jos gravitacija, tuo intensyviau jis sugeria savo mažos masės kaimynus. Kai planetezimalių masės tampa panašios į Mėnulio masę, jų gravitacija padidėja tiek, kad jie sujudina aplinkinius kūnus ir nukreipia juos į šalis dar prieš susidūrimą. Tai riboja jų augimą. Taip atsiranda „oligarchai“ - panašios masės planetų embrionai, konkuruojantys tarpusavyje dėl likusių planetezimalių.

Kiekvieno embriono maitinimosi zona yra siaura juostelė išilgai jo orbitos. Augimas sustoja, kai embrionas iš savo zonos sugeria didžiąją dalį planetezimalų. Elementarioji geometrija rodo, kad zonos dydis ir sugerties trukmė didėja didėjant atstumui nuo žvaigždės. 1 AU atstumu embrionai per 100 tūkstančių metų pasiekia 0,1 Žemės masės masę. 5 AU atstumu jie per kelis milijonus metų pasiekia keturias Žemės mases. Sėklos gali tapti dar didesnės šalia ledo linijos arba disko plyšių kraštuose, kur susitelkę planetezimaliai.

„Oligarchų“ augimas užpildo sistemą kūnų, siekiančių tapti planetomis, pertekliumi, tačiau tik nedaugeliui pavyksta. Mūsų Saulės sistemoje planetos, nors ir išsidėsčiusios didelėje erdvėje, yra kuo arčiau viena kitos. Jei tarp antžeminių planetų bus pastatyta kita planeta, turinti Žemės masę, ji išmuš iš pusiausvyros visą sistemą. Tą patį galima pasakyti ir apie kitas žinomas planetų sistemas. Jei matote kavos puodelį, pripildytą iki kraštų, galite būti beveik tikri, kad kažkas jį perpildė ir išpylė skysčio; Mažai tikėtina, kad galėsite užpildyti indą iki kraštų, neišpylę nė lašo. Lygiai taip pat tikėtina, kad planetų sistemos turi daugiau materijos savo gyvenimo pradžioje nei pabaigoje. Kai kurie objektai išmetami iš sistemos, kol ji nepasiekia pusiausvyros. Astronomai jau pastebėjo laisvai skraidančias planetas jaunų žvaigždžių spiečius.

Rezultatas:„oligarchai“ yra planetų embrionai, kurių masė svyruoja nuo Mėnulio masės iki Žemės masės.

Milžiniškas šuolis planetų sistemai

Tokio dujų milžino kaip Jupiteris susiformavimas yra svarbiausias momentas planetų sistemos istorijoje. Jei tokia planeta susiformavo, ji pradeda valdyti visą sistemą. Tačiau kad tai įvyktų, embrionas turi surinkti dujas greičiau, nei spiralės link centro.

Milžiniškos planetos formavimuisi trukdo bangos, kurias ji sužadina aplinkinėse dujose. Šių bangų veikimas nėra subalansuotas, lėtina planetą ir sukelia jos migraciją žvaigždės link.

Planeta traukia dujas, bet negali nusėsti, kol neatvės. Ir per tą laiką jis gali priartėti prie žvaigždės. Milžiniška planeta gali susidaryti ne visose sistemose

4. Gimsta dujų milžinas

Laikas: nuo 1 iki 10 milijonų metų

Jupiteris tikriausiai prasidėjo nuo embriono, kurio dydis panašus į Žemę, o vėliau sukaupė dar apie 300 Žemės dydžio dujų masių. Tokį įspūdingą augimą lėmė įvairūs konkuruojantys mechanizmai. Branduolio gravitacija pritraukia dujas iš disko, tačiau link branduolio besitraukiančios dujos išskiria energiją ir turi atvėsti, kad nusėstų. Vadinasi, augimo greitį riboja galimybė atvėsinti. Jei tai vyksta per lėtai, žvaigždė gali įpūsti dujas atgal į diską, kol embrionas aplink save suformuos tankią atmosferą. Šilumos šalinimo kliūtis yra spinduliuotės perdavimas per išorinius augančios atmosferos sluoksnius. Šilumos srautą ten lemia dujų neskaidrumas (daugiausia priklausomai nuo jų sudėties) ir temperatūros gradientas (priklausomai nuo pradinės embriono masės).

Ankstyvieji modeliai parodė, kad planetos embriono masė turi būti bent 10 Žemės masių, kad pakankamai greitai atvėstų. Toks didelis egzempliorius gali augti tik prie ledo linijos, kur anksčiau buvo susikaupusi daug medžiagos. Galbūt todėl Jupiteris yra tiesiai už šios linijos. Dideli branduoliai gali susidaryti bet kurioje kitoje vietoje, jei diske yra daugiau medžiagos, nei paprastai mano planetų mokslininkai. Astronomai jau pastebėjo daugybę žvaigždžių, kurių diskai yra kelis kartus tankesni, nei manyta anksčiau. Dideliam mėginiui šilumos perdavimas nėra rimta problema.

Kitas veiksnys, apsunkinantis dujų gigantų gimimą, yra embriono judėjimas spirale žvaigždės link. Proceso, vadinamo I tipo migracija, metu embrionas sužadina bangas dujų diske, kurios savo ruožtu daro gravitacinį poveikį jo orbitos judėjimui. Bangos seka planetą, kaip jos bangos seka valtį. Išorinėje orbitos pusėje esančios dujos sukasi lėčiau nei embrionas ir traukia jį atgal, sulėtindamos jo judėjimą. O dujos orbitos viduje sukasi greičiau ir traukiasi į priekį, tai pagreitindamos. Išorinis regionas yra didesnis, todėl jis laimi mūšį ir dėl to embrionas praranda energiją ir nugrimzta link orbitos centro keliais astronominiais vienetais per milijoną metų. Ši migracija dažniausiai sustoja ties ledo linija. Čia artėjantis dujų vėjas virsta užpakaliniu vėju ir pradeda stumti embrioną į priekį, kompensuodamas jo stabdymą. Galbūt dėl ​​to Jupiteris yra būtent ten, kur yra.

Embriono augimas, jo migracija ir dujų praradimas iš disko vyksta beveik tokiu pat greičiu. Kuris procesas laimės, priklauso nuo sėkmės. Gali būti, kad kelios embrionų kartos išgyvens migracijos procesą ir negalės užbaigti augimo. Už jų iš išorinių disko sričių link jo centro juda naujos planetezimalių partijos, ir tai kartojama tol, kol galiausiai susidaro dujų milžinas arba kol visos dujos ištirps ir dujų milžinas nebegali susidaryti. Astronomai aptiko į Jupiterį panašias planetas maždaug 10 % tirtų į Saulę panašių žvaigždžių. Tokių planetų šerdys gali būti reti embrionai, išgyvenę iš daugelio kartų – paskutiniai mohikanai.

Visų šių procesų rezultatas priklauso nuo pradinės medžiagos sudėties. Maždaug trečdalis žvaigždžių, kuriose gausu sunkiųjų elementų, turi tokias planetas kaip Jupiteris. Galbūt tokios žvaigždės turėjo tankius diskus, kurie leido formuoti masyvius embrionus, kurie neturėjo problemų dėl šilumos pašalinimo. Ir, priešingai, planetos retai susidaro aplink žvaigždes, kuriose nėra sunkiųjų elementų.

Tam tikru momentu planetos masė pradeda nepaprastai greitai augti: per 1000 metų tokia planeta kaip Jupiteris įgyja pusę savo galutinės masės. Tuo pačiu metu jis sukuria tiek šilumos, kad šviečia beveik kaip Saulė. Procesas stabilizuojasi, kai planeta tampa tokia masyvi, kad paverčia I tipo migraciją ant galvos. Vietoj to, kad diskas pakeistų planetos orbitą, pati planeta pradeda keisti dujų judėjimą diske. Dujos planetos orbitoje sukasi greičiau už jas, todėl jų gravitacija sulėtina dujas, priversdama jas kristi žvaigždės link, tai yra toliau nuo planetos. Dujos už planetos orbitos sukasi lėčiau, todėl planeta jas pagreitina, priversdama judėti į išorę, vėl toliau nuo planetos. Taigi planeta sukuria disko plyšimą ir sunaikina statybinių medžiagų tiekimą. Dujos bando jį užpildyti, tačiau kompiuteriniai modeliai rodo, kad planeta laimi mūšį, jei 5 AU atstumu. jo masė viršija Jupiterio masę.

Ši kritinė masė priklauso nuo epochos. Kuo anksčiau susiformuos planeta, tuo didesnis jos augimas, nes diske vis dar yra daug dujų. Saturnas turi mažesnę masę nei Jupiteris vien todėl, kad susiformavo po kelių milijonų metų. Astronomai atrado, kad trūksta planetų, kurių masė svyruoja nuo 20 Žemės masių (tai Neptūno masė) iki 100 Žemės masių (Saturno masė). Tai gali būti raktas į evoliucijos vaizdą.

Rezultatas: Jupiterio dydžio planeta (arba jos nebuvimas).

5. Dujų milžinas darosi neramus

Laikas: nuo 1 iki 3 milijonų metų

Kaip bebūtų keista, daugelis per pastaruosius dešimt metų atrastų ekstrasaulinių planetų skrieja aplink savo žvaigždę labai artimais atstumais, daug arčiau nei Merkurijus skrieja aplink Saulę. Šie vadinamieji „karštieji Jupiteriai“ nesusiformavo ten, kur yra dabar, nes orbitos maitinimosi zona būtų per maža tiekti reikiamą medžiagą. Galbūt jų egzistavimui reikalinga trijų pakopų įvykių seka, kuri mūsų Saulės sistemoje kažkodėl nebuvo realizuota.

Pirma, vidinėje planetinės sistemos dalyje, netoli ledo linijos, turi susidaryti dujų milžinas, kol diske dar yra pakankamai dujų. Bet kad tai įvyktų, diske turi būti daug kietos medžiagos.

Antra, milžiniška planeta turi persikelti į dabartinę vietą. I tipo migracija to negali suteikti, nes ji veikia embrionus dar nesukaupus daug dujų. Tačiau galima ir II tipo migracija. Formuojantis milžinas sukuria disko plyšimą ir apriboja dujų srautą per jo orbitą. Tokiu atveju jis turi kovoti su turbulentinių dujų polinkiu plisti į gretimas disko sritis. Dujos niekada nenustos tekėti į plyšį, o dėl jų sklaidos centrinės žvaigždės link planeta praras orbitos energiją. Šis procesas yra gana lėtas: planetai reikia kelių milijonų metų, kad pajudėtų keli astronominiai vienetai. Todėl planeta turi pradėti formuotis vidinėje sistemos dalyje, jei ji ilgainiui įskris į orbitą šalia žvaigždės. Šiai ir kitoms planetoms judant į vidų, jos išstumia likusias planetesimales ir embrionus, galbūt sukurdamos „karštas žemes“ orbitose dar arčiau žvaigždės.

Trečia, kažkas turi sustabdyti judėjimą, kol planeta nenukrenta ant žvaigždės. Tai gali būti žvaigždės magnetinis laukas, išvalantis erdvę šalia žvaigždės nuo dujų, o be dujų judėjimas sustoja. Galbūt planeta sužadina žvaigždės potvynius, o jie savo ruožtu sulėtina planetos kritimą. Tačiau šie ribotuvai gali veikti ne visose sistemose, todėl daugelis planetų gali ir toliau judėti žvaigždės link.

Rezultatas: milžiniška planeta artimoje orbitoje („karštas Jupiteris“).

Kaip apkabinti žvaigždę

Daugelyje sistemų susidaro milžiniška planeta, kuri pradeda spirale link žvaigždės. Taip nutinka todėl, kad dujos diske dėl vidinės trinties praranda energiją ir nusėda link žvaigždės, tempdamos su savimi planetą, kuri galiausiai atsiduria taip arti žvaigždės, kad stabilizuoja jos orbitą.

6. Atsiranda kitos milžiniškos planetos

Laikas: nuo 2 iki 10 milijonų metų

Jei vienas dujų milžinas sugeba susiformuoti, tai prisideda prie kitų milžinų gimimo. Daugelis, o gal ir dauguma žinomų milžiniškų planetų turi panašios masės dvynius. Saulės sistemoje Jupiteris padėjo Saturnui susiformuoti greičiau, nei būtų įvykę be jo pagalbos. Be to, jis „ištiesė pagalbos ranką“ Uranui ir Neptūnui, be kurių jie nebūtų pasiekę dabartinės masės. Nutolus nuo Saulės, formavimosi procesas be pašalinės pagalbos vyktų labai lėtai: diskas ištirptų dar planetoms nespėjus įgyti masės.

Pirmasis dujų milžinas yra naudingas dėl kelių priežasčių. Išoriniame jos suformuotame tarpo krašte medžiaga koncentruojasi apskritai dėl tos pačios priežasties, kaip ir ties ledo linija: dėl slėgio skirtumo dujos įsibėgėja ir veikia kaip galinis vėjas dulkių grūdeliams ir planetezimaliams, stabdydamas jų migraciją iš išorines disko sritis. Be to, pirmojo dujų milžino gravitacija dažnai išmeta savo kaimynines planetesimales į išorinę sistemos sritį, kur iš jų susidaro naujos planetos.

Antroji planetų karta susidaro iš joms surinktos medžiagos, kurią joms surinko pirmasis dujų milžinas. Šiuo atveju didelę reikšmę turi tempas: net ir nedidelis laiko delsimas gali gerokai pakeisti rezultatą. Urano ir Neptūno atveju planetezimalių susikaupimas buvo per didelis. Embrionas tapo per didelis, 10-20 Žemės masių, todėl dujų kaupimosi pradžia buvo atidėta, kol diske beveik nebeliko dujų. Šių kūnų formavimasis buvo baigtas, kai jie įgijo tik dvi Žemės mases dujų. Tačiau tai jau ne dujų gigantai, o ledo milžinai, kurie gali pasirodyti labiausiai paplitę.

Antrosios kartos planetų gravitaciniai laukai didina chaosą sistemoje. Jei šie kūnai susiformuotų per arti, jų sąveika vienas su kitu ir su dujų disku galėtų išmesti juos į aukštesnes elipsines orbitas. Saulės sistemoje planetos turi beveik apskritą orbitą ir yra pakankamai nutolusios viena nuo kitos, todėl sumažėja jų tarpusavio įtaka. Tačiau kitose planetų sistemose orbitos dažniausiai būna elipsės formos. Kai kuriose sistemose jie yra rezonansiniai, tai yra, orbitos periodai yra susiję kaip maži sveikieji skaičiai. Mažai tikėtina, kad tai buvo įtraukta formuojantis, bet galėjo atsirasti planetų migracijos metu, kai palaipsniui abipusė gravitacinė įtaka jas surišo. Skirtumas tarp tokių sistemų ir Saulės sistemos gali būti nulemtas skirtingais pradiniais dujų paskirstymais.

Dauguma žvaigždžių gimsta spiečių, ir daugiau nei pusė jų yra dvejetainės. Planetos gali susidaryti už žvaigždžių orbitinio judėjimo plokštumos; šiuo atveju kaimyninės žvaigždės gravitacija greitai persitvarko ir iškreipia planetų orbitas, suformuodama ne tokias plokščias sistemas kaip mūsų Saulės sistema, o sferines, primenančias bičių būrį aplink avilį.

Rezultatas: milžiniškų planetų kompanija.

Papildymas šeimoje

Pirmasis dujų milžinas sukuria sąlygas gimti kitam. Jo nuvalyta juosta veikia kaip tvirtovės griovys, kurio neįveikia medžiaga, judanti iš išorės į disko centrą. Jis kaupiasi tarpo išorėje, kur iš jo susidaro naujos planetos.

7. Susidaro į Žemę panašios planetos

Laikas: nuo 10 iki 100 milijonų metų

Planetų mokslininkai mano, kad į Žemę panašios planetos yra labiau paplitusios nei milžiniškos planetos. Nors dujų milžino gimimas reikalauja tikslios konkuruojančių procesų pusiausvyros, uolinės planetos formavimas turi būti daug sudėtingesnis.

Prieš atraddami į Žemę panašias ekstrasalines planetas, rėmėmės tik duomenimis apie Saulės sistemą. Keturios antžeminės planetos – Merkurijus, Venera, Žemė ir Marsas – daugiausia sudarytos iš medžiagų, turinčių aukštą virimo temperatūrą, pavyzdžiui, geležies ir silikatinių uolienų. Tai rodo, kad jie susiformavo ledo linijos viduje ir pastebimai nemigravo. Tokiais atstumais nuo žvaigždės planetų embrionai gali augti dujiniame diske iki 0,1 Žemės masės, t.y. ne daugiau kaip Merkurijaus. Norint toliau augti, embrionų orbitos turi susikirsti, tada jie susidurs ir susilies. Sąlygos tam atsiranda išgaravus dujoms iš disko: veikiant abipusiams trikdžiams kelis milijonus metų, branduolių orbitos ištempiamos į elipses ir pradeda kirstis.

Daug sunkiau paaiškinti, kaip sistema vėl stabilizuojasi ir kaip antžeminės planetos atsidūrė dabartinėse beveik apskritose orbitose. Nedidelis likusių dujų kiekis galėtų tai užtikrinti, tačiau tokios dujos turėjo užkirsti kelią pradiniam embrionų orbitų „laisvumui“. Galbūt, kai planetos jau beveik susiformavusios, vis dar yra nemažas planetezimalių būrys. Per ateinančius 100 milijonų metų planetos nušluoja kai kuriuos iš šių planetesimalių, o likusius nukreipia link Saulės. Planetos perduoda savo nepastovų judėjimą pasmerktoms planetezimalėms ir juda į apskritą arba beveik apskritą orbitą.

Kita idėja yra ta, kad ilgalaikė Jupiterio gravitacijos įtaka sukelia besiformuojančių sausumos planetų migraciją, perkeliant jas į sritis, kuriose yra šviežios medžiagos. Ši įtaka turėtų būti didesnė rezonansinėse orbitose, kurios palaipsniui slinko į vidų, kai Jupiteris nusileido dabartinės orbitos link. Radioizotopų matavimai rodo, kad iš pradžių susiformavo asteroidai (po 4 milijonų metų po Saulės susidarymo), tada Marsas (po 10 milijonų metų), o vėliau ir Žemė (po 50 milijonų metų): tarsi Jupiterio iškelta banga perėjo per Saulės sistemą. . Jei nebūtų susidūręs su kliūtimis, visas antžemines planetas būtų patraukęs Merkurijaus orbitos link. Kaip jiems pavyko išvengti tokio liūdno likimo? Galbūt jie jau tapo per masyvūs, o Jupiteris negalėjo jų daug pajudinti, o gal stiprūs smūgiai išmetė juos iš Jupiterio įtakos zonos.

Atkreipkite dėmesį, kad daugelis planetų mokslininkų nemano, kad Jupiterio vaidmuo yra lemiamas formuojantis uolinėms planetoms. Dauguma į saulę panašių žvaigždžių neturi į Jupiterį panašių planetų, tačiau aplink jas yra dulkėtų diskų. Tai reiškia, kad ten yra planetezimalių ir planetų embrionų, iš kurių gali susidaryti tokie objektai kaip Žemė. Pagrindinis klausimas, į kurį stebėtojai turi atsakyti per ateinantį dešimtmetį, yra tai, kiek sistemų turi Žemes, bet neturi Jupiterių.

Svarbiausia mūsų planetos era buvo laikotarpis nuo 30 iki 100 milijonų metų po Saulės susidarymo, kai Marso dydžio embrionas atsitrenkė į protožemę ir sukūrė didžiulį kiekį šiukšlių, iš kurių susiformavo Mėnulis. Toks galingas smūgis, žinoma, išsklaidė didžiulį kiekį medžiagos visoje Saulės sistemoje; todėl į Žemę panašios planetos kitose sistemose taip pat gali turėti palydovus. Šis stiprus smūgis turėjo sutrikdyti pirminę Žemės atmosferą. Jos dabartinė atmosfera daugiausia susidarė dėl dujų, įstrigusių planetose. Iš jų susidarė Žemė, o vėliau šios dujos išsiveržė ugnikalnių išsiveržimų metu.

Rezultatas: antžeminės planetos.

Neapvalaus judėjimo paaiškinimas

Vidinėje saulės sistemoje planetų embrionai negali augti gaudydami dujas, todėl jie turi susilieti vienas su kitu. Norėdami tai padaryti, jų orbitos turi susikirsti, o tai reiškia, kad kažkas turi sutrikdyti jų iš pradžių sukamąjį judėjimą.

Kai formuojasi embrionai, jų apskritos arba beveik apskritos orbitos nesikerta.

Gravitacinė embrionų sąveika tarpusavyje ir su milžiniška planeta trikdo orbitas.

Embrionai susijungia į žemės tipo planetą. Jis grįžta į žiedinę orbitą, sumaišydamas likusias dujas ir išsklaidydamas likusias planetesimales.

8. Prasideda išvalymo operacijos

Laikas: nuo 50 milijonų iki 1 milijardo metų

Šiuo metu planetų sistema buvo beveik suformuota. Tęsiasi dar keli smulkūs procesai: aplinkinių žvaigždžių spiečiaus irimas, kuris savo gravitacija gali destabilizuoti planetų orbitas; vidinis nestabilumas, atsirandantis žvaigždei galutinai sugriuvus dujų diską; ir galiausiai tęsiamas likusių planetezimalių išsklaidymas milžiniškos planetos. Saulės sistemoje Uranas ir Neptūnas išmeta planetesimalius į išorę, į Kuiperio juostą arba į Saulę. O Jupiteris su savo galinga gravitacija siunčia juos į Oorto debesį, į patį Saulės gravitacinio poveikio regiono kraštą. Oorto debesyje gali būti apie 100 Žemės masių medžiagos. Retkarčiais prie Saulės priartėja planetezimalės iš Kuiperio juostos arba Orto debesies, sudarydamos kometas.

Išsklaidydamos planetezimalius, pačios planetos šiek tiek migruoja, ir tai gali paaiškinti Plutono ir Neptūno orbitų sinchronizaciją. Gali būti, kad Saturno orbita kadaise buvo arčiau Jupiterio, bet vėliau nuo jo nutolusi. Greičiausiai tai susiję su vadinamąja vėlyvąja bombardavimo epocha – labai intensyvių susidūrimų su Mėnuliu (ir, matyt, su Žeme) laikotarpiu, prasidėjusiu praėjus 800 milijonų metų po Saulės susidarymo. Kai kuriose sistemose vėlyvoje vystymosi stadijoje gali įvykti grandioziniai susiformavusių planetų susidūrimai.

Rezultatas: Planetų ir kometų formavimosi pabaiga.

Praeities pasiuntiniai

Meteoritai yra ne tik kosminės uolienos, bet ir kosminės fosilijos. Planetų mokslininkų teigimu, tai vieninteliai apčiuopiami Saulės sistemos gimimo įrodymai. Manoma, kad tai yra asteroidų gabalai, kurie yra planetų gabalėliai, kurie niekada nedalyvavo planetų formavime ir liko užšaldyti amžinai. Meteoritų sudėtis atspindi viską, kas nutiko jų pirminiams kūnams. Nuostabu, kad juose matyti ilgalaikės Jupiterio gravitacinės įtakos pėdsakai.

Geležies ir akmeniniai meteoritai, matyt, susidarė planetezimalėse, kurios tirpo, todėl geležis atsiskyrė nuo silikatų. Sunkioji geležis nuskendo iki šerdies, o išoriniuose sluoksniuose kaupėsi lengvi silikatai. Mokslininkai mano, kad įkaitimą sukėlė radioaktyvaus izotopo aliuminio-26 skilimas, kurio pusinės eliminacijos laikas yra 700 tūkstančių metų. Supernovos sprogimas ar netoliese esanti žvaigždė šiuo izotopu gali „užkrėsti“ protosoliarinį debesį, dėl kurio jis dideliais kiekiais pateko į pirmosios Saulės sistemos planetezimalių kartą.

Tačiau geležies ir akmens meteoritai yra reti. Daugumoje yra chondrulių – mažų milimetro dydžio grūdelių. Šie meteoritai – chondritai – atsirado prieš planetezimalius ir niekada netirpdavo. Atrodo, kad dauguma asteroidų nėra siejami su pirmosios kartos planetezimaliais, kurie greičiausiai buvo išstumti iš sistemos Jupiterio įtaka. Planetologai apskaičiavo, kad dabartinės asteroidų juostos regione anksčiau buvo tūkstantį kartų daugiau medžiagos nei dabar. Dalelės, kurios ištrūko iš Jupiterio sankabų ar vėliau pateko į asteroidų juostą, susijungė į naujas planetezimales, tačiau iki tol jose buvo likę nedaug aliuminio-26, todėl jos niekada neištirpdavo. Išotopinė chondritų sudėtis rodo, kad jie susiformavo praėjus maždaug 2 milijonams metų nuo Saulės sistemos formavimosi pradžios.

Stiklinė kai kurių chondrulių struktūra rodo, kad prieš patekdamos į planetezimalius jos buvo smarkiai įkaitintos, ištirpusios, o paskui greitai atvėsusios. Ankstyvąją Jupiterio orbitinę migraciją paskatinusios bangos turėjo virsti smūgiinėmis bangomis ir galėjo sukelti šį staigų įkaitimą.

Vieno plano nėra

Prieš ekstrasaulinių planetų atradimų erą galėjome tyrinėti tik Saulės sistemą. Nors tai leido suprasti svarbiausių procesų mikrofiziką, apie kitų sistemų vystymosi kelius neturėjome supratimo. Per pastarąjį dešimtmetį atrasta nuostabi planetų įvairovė gerokai praplėtė mūsų žinių horizontą. Pradedame suprasti, kad ekstrasaulinės planetos yra paskutinė išlikusi protoplanetų karta, kuri patyrė formavimąsi, migraciją, naikinimą ir nuolatinę dinaminę evoliuciją. Santykinė tvarka mūsų saulės sistemoje negali būti jokio bendro plano atspindys.

Bandydami išsiaiškinti, kaip mūsų Saulės sistema susiformavo tolimoje praeityje, teoretikai pasuko į tyrimus, kurie leidžia daryti prognozes apie dar neatrastų sistemų, kurios gali būti atrastos artimiausioje ateityje, savybes. Iki šiol stebėtojai šalia į saulę panašių žvaigždžių pastebėjo tik tokias planetas, kurių masė prilygsta Jupiterio masei. Apsiginklavę naujos kartos instrumentais, jie galės ieškoti į Žemę panašių objektų, kurie, remiantis nuosekliosios akrecijos teorija, turėtų būti plačiai paplitę. Planetų mokslininkai tik pradeda suprasti, kokie įvairūs yra Visatoje esantys pasauliai.

Vertimas: V. G. Surdin

Papildoma literatūra:
1) Deterministinio planetų formavimosi modelio link. S.Ida ir D.N.C. Linas Astrophysical Journal, Vol. 604, Nr. 1, 388-413 psl.; 2004 m. kovo mėn.
2) Planetos formavimasis: teorija, stebėjimas ir eksperimentai. Redagavo Hubertas Klahras ir Wolfgangas Brandneris. Cambridge University Press, 2006 m.
3) Alven H., Arrhenius G. Saulės sistemos evoliucija. M.: Mir, 1979 m.
4) Vityazev A.V., Pechernikova G.V., Safronov V.S. Sausumos planetos: kilmė ir ankstyvoji evoliucija. M.: Nauka, 1990 m.

Labai malonu žinoti, kad Žemės planeta pasirodė esanti tinkamiausia įvairioms gyvybės formoms. Temperatūros sąlygos čia idealios, yra pakankamai oro, deguonies ir saugios šviesos. Sunku patikėti, kad kažkada nieko tokio nebuvo. Arba beveik nieko, išskyrus neapibrėžtos formos išsilydžiusią kosminę masę, plūduriuojančią be gravitacijos. Bet pirmiausia pirmiausia.

Sprogimas universalaus masto

Ankstyvosios visatos atsiradimo teorijos

Mokslininkai iškėlė įvairias hipotezes, paaiškinančias Žemės gimimą. XVIII amžiuje prancūzai teigė, kad priežastis buvo kosminė katastrofa, kilusi dėl Saulės susidūrimo su kometu. Britai teigė, kad pro žvaigždę praskridęs asteroidas nupjovė jos dalį, iš kurios vėliau pasirodė visa eilė dangaus kūnų.

Vokiečių protas pajudėjo toliau. Jie laikė neįtikėtino dydžio šaltą dulkių debesį Saulės sistemos planetų formavimosi prototipu. Vėliau jie nusprendė, kad dulkės buvo karštos. Aišku viena: Žemės formavimasis yra neatsiejamai susijęs su visų planetų ir žvaigždžių, sudarančių Saulės sistemą, formavimusi.

Susijusios medžiagos:

Didžiausi objektai Visatoje

Šiandien astronomai ir fizikai vieningai laikosi nuomonės, kad Visata susiformavo po to Didysis sprogimas. Prieš milijardus metų milžiniškas ugnies kamuolys kosmose sprogo į gabalus. Tai sukėlė milžinišką materijos išmetimą, kurios dalelės turėjo milžinišką energiją. Būtent pastarųjų galia neleido elementams sukurti atomų, privertė juos atstumti vienas kitą. Tai palengvino ir aukšta temperatūra (apie milijardą laipsnių). Tačiau po milijono metų erdvė atvėso iki maždaug 4000º. Nuo šio momento prasidėjo lengvųjų dujinių medžiagų (vandenilio ir helio) atomų pritraukimas ir formavimasis.

Laikui bėgant jie susibūrė į spiečius, vadinamus ūkais. Tai buvo būsimų dangaus kūnų prototipai. Palaipsniui viduje esančios dalelės sukasi vis greičiau ir greičiau, didėja temperatūra ir energija, todėl ūkas susitraukė. Pasiekus kritinį tašką, tam tikru momentu prasidėjo termobranduolinė reakcija, skatinanti branduolio susidarymą. Taip gimė šviesi Saulė.

Žemės atsiradimas – iš dujų į kietą

Jaunoji žvaigždė turėjo galingas gravitacijos jėgas. Jų įtaka sukėlė kitų planetų formavimąsi skirtingais atstumais nuo kosminių dulkių ir dujų sankaupų, įskaitant Žemę. Jei palyginsite skirtingų Saulės sistemos dangaus kūnų sudėtį, pastebėsite, kad jie nėra vienodi.

Susijusios medžiagos:

Kaip pasikeitė Žemės paviršius?

Gyvsidabris daugiausia sudarytas iš metalo, kuris yra labiausiai atsparus saulės šviesai. Veneros ir Žemės paviršius yra uolėtas. Tačiau Saturnas ir Jupiteris išlieka dujų milžinais dėl didžiausio atstumo. Beje, jie saugo kitas planetas nuo meteoritų, nustumdami jas nuo savo orbitų.

Žemės formavimasis

Žemės formavimasis prasidėjo pagal tą patį principą, kuriuo buvo sukurta ir pati Saulė. Tai įvyko maždaug prieš 4,6 milijardo metų. Sunkieji metalai (geležis, nikelis) dėl gravitacijos ir suspaudimo prasiskverbė į jaunos planetos centrą ir sudarė šerdį. Aukšta temperatūra sukūrė visas sąlygas branduolinių reakcijų serijai. Įvyko mantijos ir šerdies atskyrimas.

Susidariusi šiluma ištirpo ir į paviršių išmetė lengvą silicį. Tai tapo pirmosios plutos prototipu. Planetai vėsstant, iš gelmių išsiveržė lakiosios dujos. Tai lydėjo ugnikalnių išsiveržimai. Išlydyta lava vėliau suformavo uolienas.

Dujų mišiniai buvo laikomi gravitacijos atstumu aplink Žemę. Jie sudarė atmosferą, iš pradžių be deguonies. Susidūrę su ledinėmis kometomis ir meteoritais, dėl garų kondensacijos ir ištirpusio ledo atsirado vandenynai. Žemynai atsiskyrė ir vėl susijungė, plūduriuodami karštoje mantijoje. Tai kartojosi daug kartų per beveik 4 milijardus metų.

Panašūs straipsniai