Die Hypothese der Entstehung des Sonnensystems aus einer Gas- und Staubwolke – die Nebelhypothese – wurde ursprünglich im 18. Jahrhundert von Emmanuel Swedenborg, Immanuel Kant und Pierre-Simon Laplace aufgestellt. In Zukunft fand seine Entwicklung unter Beteiligung vieler wissenschaftlicher Disziplinen statt, darunter Astronomie, Physik, Geologie und Planetenwissenschaften. Mit dem Aufkommen des Weltraumzeitalters in den 1950er Jahren sowie der Entdeckung von Planeten außerhalb des Sonnensystems in den 1990er Jahren () wurde dieses Modell mehreren Tests und Verbesserungen unterzogen, um neue Daten und Beobachtungen zu erklären.
Nach derzeitiger Hypothese begann die Entstehung des Sonnensystems vor etwa 4,6 Milliarden Jahren mit dem Gravitationskollaps eines kleinen Teils einer riesigen interstellaren Gas- und Staubwolke. Allgemein lässt sich dieser Prozess wie folgt beschreiben:
- Der Auslösemechanismus für den Gravitationskollaps war eine kleine (spontane) Verdichtung der Materie der Gas- und Staubwolke (mögliche Gründe dafür könnten sowohl die natürliche Dynamik der Wolke sein, als auch der Durchgang einer Druckwelle einer Explosion durch die Materie der Wolke usw.), die zum Zentrum der Anziehungskraft für die umgebende Materie wurde - das Zentrum des Gravitationskollaps. Die Wolke enthielt bereits nicht nur Urwasserstoff und Helium, sondern auch zahlreiche schwere Elemente (Metallizität), die von den Sternen früherer Generationen übrig geblieben waren. Außerdem hatte die kollabierende Wolke einen anfänglichen Drehimpuls.
- Während der Gravitationskompression nahm die Größe der Gas- und Staubwolke ab und aufgrund des Drehimpulserhaltungssatzes erhöhte sich die Rotationsgeschwindigkeit der Wolke. Aufgrund der Rotation unterschieden sich die Kompressionsraten der Wolken parallel und senkrecht zur Rotationsachse, was zur Abflachung der Wolke und zur Bildung einer charakteristischen Scheibe führte.
- Als Folge der Kompression nahm die Dichte und Intensität der Kollisionen von Materieteilchen untereinander zu, wodurch die Temperatur der Materie während der Kompression kontinuierlich zunahm. Die zentralen Bereiche der Scheibe wurden am stärksten erhitzt.
- Beim Erreichen einer Temperatur von mehreren tausend Kelvin begann der zentrale Bereich der Scheibe zu leuchten – ein Protostern entstand. Die Wolkenmaterie fiel weiter auf den Protostern und erhöhte den Druck und die Temperatur im Zentrum. Die äußeren Bereiche der Scheibe blieben relativ kalt. Aufgrund hydrodynamischer Instabilitäten begannen sich in ihnen separate Dichtungen zu entwickeln, die zu lokalen Gravitationszentren für die Bildung von Planeten aus der Substanz der protoplanetaren Scheibe wurden.
- Als die Temperatur im Zentrum des Protosterns Millionen Kelvin erreichte, begann in der zentralen Region die Reaktion der thermonuklearen Fusion von Helium aus Wasserstoff. Der Protostern hat sich zu einem gewöhnlichen Hauptreihenstern entwickelt. Im äußeren Bereich der Scheibe bildeten große Haufen Planeten, die den Zentralstern in etwa in der gleichen Ebene und in der gleichen Richtung umkreisten.
Nachfolgende Entwicklung
Früher wurde angenommen, dass alle Planeten ungefähr in den Umlaufbahnen entstanden sind, in denen sie sich jetzt befinden, aber Ende des 20. - Anfang des 21. Jahrhunderts änderte sich diese Sichtweise radikal. Es wird heute angenommen, dass das Sonnensystem zu Beginn seiner Existenz völlig anders aussah als heute. Nach modernen Vorstellungen war das äußere Sonnensystem viel kompakter als heute, es war viel näher an der Sonne, und im inneren Sonnensystem gab es zusätzlich zu den Himmelskörpern, die bis heute überlebt haben andere Objekte nicht kleiner als .
terrestrische Planeten
Riesige Kollision zweier Himmelskörper, aus der möglicherweise der Erdtrabant Mond entsteht
Am Ende der Planetenepoche war das innere Sonnensystem von 50-100 Protoplaneten bewohnt, deren Größe vom Mond bis zum Mars reichte. Weiteres Wachstum der Himmelskörper war auf Kollisionen und Verschmelzungen dieser Protoplaneten miteinander zurückzuführen. So verlor beispielsweise Merkur infolge einer der Kollisionen den größten Teil seines Mantels, während infolge einer anderen, der sogenannten. Riesenkollision (möglicherweise mit dem hypothetischen Planeten Theia) wurde ein Satellit geboren. Diese Phase der Kollisionen dauerte etwa 100 Millionen Jahre, bis die 4 heute bekannten massiven Himmelskörper im Orbit blieben.
Eines der ungelösten Probleme dieses Modells ist die Tatsache, dass es nicht erklären kann, wie die anfänglichen Umlaufbahnen protoplanetarer Objekte, die eine hohe Exzentrizität aufweisen mussten, um miteinander zu kollidieren, als Ergebnis stabil und nahezu kreisförmig werden konnten Umlaufbahnen der verbleibenden vier Planeten. Einer Hypothese zufolge entstanden diese Planeten zu einer Zeit, als der interplanetare Raum noch eine beträchtliche Menge an Gas- und Staubmaterial enthielt, das aufgrund von Reibung die Energie der Planeten verringerte und ihre Umlaufbahnen glatter machte. Dieses gleiche Gas sollte jedoch das Auftreten einer großen Elongation in den ursprünglichen Umlaufbahnen der Protoplaneten verhindern. Eine andere Hypothese legt nahe, dass die Korrektur der Umlaufbahnen der inneren Planeten nicht aufgrund der Wechselwirkung mit Gas, sondern aufgrund der Wechselwirkung mit den verbleibenden kleineren Körpern des Systems erfolgte. Als große Körper eine Wolke kleiner Objekte passierten, wurden letztere aufgrund des Gravitationseinflusses in Regionen mit höherer Dichte gezogen und erzeugten so „Gravitationskämme“ auf der Bahn der großen Planeten. Der zunehmende Gravitationseinfluss dieser "Berge" führte dieser Hypothese zufolge dazu, dass die Planeten langsamer wurden und in eine rundere Umlaufbahn eintraten.
Asteroidengürtel
Die äußere Grenze des inneren Sonnensystems liegt zwischen 2 und 4 AE. von der Sonne und repräsentiert . Hypothesen über die Existenz eines Planeten zwischen und (zum Beispiel der hypothetische Planet Phaethon) wurden aufgestellt, aber am Ende nicht bestätigt, die in den frühen Stadien der Bildung des Sonnensystems zusammenbrachen, so dass Asteroiden, die den Asteroiden bildeten Gürtel wurde zu seinen Fragmenten. Nach modernen Ansichten gab es keine einzelne Protoplanetenquelle für Asteroiden. Der Asteroidengürtel enthielt ursprünglich genug Materie, um 2-3 erdgroße Planeten zu bilden. Dieses Gebiet enthielt eine große Anzahl von Planetosimalen, die zusammenhielten und immer größere Objekte bildeten. Als Ergebnis dieser Verschmelzungen entstanden im Asteroidengürtel etwa 20-30 Protoplaneten mit Größen vom Mond bis zum Mars. Seit der Entstehungszeit des Planeten Jupiter in relativer Nähe zum Gürtel ist die Entwicklung dieser Region jedoch anders verlaufen. Starke Bahnresonanzen mit Jupiter und sowie Gravitationswechselwirkungen mit massereicheren Protoplaneten in dieser Region zerstörten bereits gebildete Planetozimals. In den Resonanzbereich geratend, als sie in der Nähe eines riesigen Planeten vorbeikamen, erhielten Planetosimale zusätzliche Beschleunigung, prallten gegen benachbarte Himmelskörper und wurden zerquetscht, anstatt reibungslos zu verschmelzen.
Als Jupiter in das Zentrum des Systems wanderte, wurden die daraus resultierenden Störungen immer ausgeprägter. Als Folge dieser Resonanzen veränderten Planetozimale die Exzentrizität und Neigung ihrer Bahnen und wurden sogar aus dem Asteroidengürtel geschleudert. Einige der massereichen Protoplaneten wurden auch von Jupiter aus dem Asteroidengürtel geschleudert, während andere Protoplaneten wahrscheinlich in das innere Sonnensystem wanderten, wo sie die letzte Rolle bei der Erhöhung der Masse der wenigen verbleibenden terrestrischen Planeten spielten. Während dieser Zeit der Erschöpfung führte der Einfluss der Riesenplaneten und massiven Protoplaneten dazu, dass der Asteroidengürtel auf nur 1 % der Erdmasse „ausdünnte“, was hauptsächlich aus kleinen Planetozimalen bestand. Dieser Wert ist jedoch 10-20 Mal größer als der aktuelle Wert der Masse des Asteroidengürtels, der jetzt 1/2000 der Masse der Erde beträgt. Es wird angenommen, dass die zweite Verarmungsperiode, die die Masse des Asteroidengürtels auf ihre aktuellen Werte brachte, begann, als Jupiter und Saturn in eine 2:1-Orbitalresonanz eintraten.
Es ist wahrscheinlich, dass die Zeit der Riesenkollisionen in der Geschichte des inneren Sonnensystems eine wichtige Rolle bei der Gewinnung der Wasserreserven der Erde (~6·10 21 kg) gespielt hat. Tatsache ist, dass Wasser eine zu flüchtige Substanz ist, um bei der Entstehung der Erde natürlich vorzukommen. Höchstwahrscheinlich wurde es aus den äußeren, kälteren Regionen des Sonnensystems auf die Erde gebracht. Vielleicht waren es die von Jupiter außerhalb des Asteroidengürtels ausgeworfenen Protoplaneten und Planetozimale, die Wasser zur Erde brachten. Weitere Kandidaten für die Rolle der Hauptwasserlieferanten sind auch der 2006 entdeckte Haupt-Asteroidengürtel, während Kometen aus dem Kuipergürtel und anderen abgelegenen Regionen angeblich nicht mehr als 6 % des Wassers auf die Erde brachten.
planetarische Migration
Nach der Nebelhypothese befinden sich die beiden äußeren Planeten des Sonnensystems am „falschen“ Ort. und , die "Eisriesen" des Sonnensystems, befinden sich in einer Region, in der die geringe Dichte des Materials des Nebels und lange Umlaufzeiten die Entstehung solcher Planeten zu einem sehr unwahrscheinlichen Ereignis machten. Es wird angenommen, dass diese beiden Planeten ursprünglich in Umlaufbahnen in der Nähe von Jupiter und Saturn entstanden sind, wo es viel mehr Baumaterial gab, und erst nach Hunderten von Millionen Jahren an ihre heutigen Positionen gewandert sind.
Simulation, die die Positionen der äußeren Planeten und des Kuipergürtels zeigt: a) Vor der 2:1-Orbitalresonanz von Jupiter und Saturn b) Streuung alter Kuipergürtel-Objekte um das Sonnensystem nach Neptuns Orbitalverschiebung c) Nachdem Jupiter Kuipergürtel-Objekte ausgestoßen hat vom System
Planetenmigration kann die Existenz und Eigenschaften der äußeren Regionen des Sonnensystems erklären. Jenseits von Neptun enthält das Sonnensystem den Kuipergürtel und , die offene Ansammlungen kleiner Eiskörper sind und die meisten der im Sonnensystem beobachteten Kometen hervorbringen. Jetzt befindet sich der Kuipergürtel in einer Entfernung von 30-55 AE. von der Sonne aus beginnt die verstreute Scheibe bei 100 AE. von der Sonne entfernt, und die Oortsche Wolke beträgt 50.000 AE. vom zentralen Licht. In der Vergangenheit war der Kuipergürtel jedoch viel dichter und näher an der Sonne. Sein äußerer Rand lag bei etwa 30 AE. von der Sonne entfernt, während ihr innerer Rand direkt hinter den Bahnen von Uranus und Neptun lag, die wiederum näher an der Sonne lagen (ca. 15-20 AE) und außerdem in umgekehrter Reihenfolge: Uranus war weiter von der Sonne entfernt Sonne als Neptun.
Nach der Entstehung des Sonnensystems veränderten sich die Umlaufbahnen aller Riesenplaneten unter dem Einfluss von Wechselwirkungen mit einer großen Anzahl verbleibender Planetosimale weiterhin langsam. Nach 500-600 Millionen Jahren (vor 4 Milliarden Jahren) traten Jupiter und Saturn in eine 2:1-Orbitalresonanz ein; Saturn hat genau in der Zeit, in der Jupiter 2 Umdrehungen gemacht hat, eine Umdrehung um die Sonne gemacht. Diese Resonanz erzeugte einen Gravitationsdruck auf den äußeren Planeten, was dazu führte, dass Neptun der Umlaufbahn von Uranus entkam und in den alten Kuipergürtel stürzte. Aus dem gleichen Grund begannen die Planeten, die sie umgebenden eisigen Planetozimale in das Innere des Sonnensystems zu schleudern, während sie selbst begannen, sich nach außen zu entfernen. Dieser Prozess setzte sich in ähnlicher Weise fort: Unter dem Einfluss der Resonanz wurden Planetozimale von jedem nachfolgenden Planeten, den sie auf ihrem Weg trafen, in das Innere des Systems geschleudert, und die Umlaufbahnen der Planeten selbst entfernten sich immer weiter. Dieser Prozess setzte sich fort, bis die Planetosimale in die direkte Einflusszone von Jupiter eintraten, woraufhin die enorme Schwerkraft dieses Planeten sie auf hochelliptische Bahnen schickte oder sie sogar aus dem Sonnensystem schleuderte. Diese Arbeit wiederum verschob Jupiters Umlaufbahn leicht nach innen. Objekte, die von Jupiter in stark elliptische Umlaufbahnen ausgestoßen wurden, bildeten die Oortsche Wolke, während Körper, die vom wandernden Neptun ausgestoßen wurden, den modernen Kuipergürtel und die Streuscheibe bildeten. Dieses Szenario erklärt, warum die Streuscheibe und der Kuipergürtel eine geringe Masse haben. Einige der ausgestoßenen Objekte, einschließlich , traten schließlich in Gravitationsresonanz mit der Umlaufbahn von Neptun ein. Allmählich machte die Reibung mit der verstreuten Scheibe die Bahnen von Neptun und Uranus wieder glatt.
Es gibt auch eine Hypothese über den fünften Gasriesen, der eine radikale Migration durchmachte und während der Bildung des modernen Bildes des Sonnensystems an seine fernen Außenbezirke (die zum hypothetischen Planeten Tyukhe oder einem anderen "Planet X" wurden) oder sogar verdrängt wurde darüber hinaus (wird ein verwaister Planet).
Die Bestätigung der Theorie eines massiven Planeten jenseits der Neptunbahn wurde am 20. Januar 2016 von Konstantin Batygin und Michael Brown basierend auf den Umlaufbahnen von sechs transneptunischen Objekten gefunden. Seine in den Berechnungen verwendete Masse betrug etwa 10 Erdmassen, und der Umlauf um die Sonne dauerte vermutlich 10.000 bis 20.000 Erdenjahre.
Es wird angenommen, dass die inneren Körper des Systems im Gegensatz zu den äußeren Planeten keine nennenswerten Wanderungen durchmachten, da ihre Umlaufbahnen nach einer Periode riesiger Kollisionen stabil blieben.
Spätes schweres Bombardement
Das gravitative Aufbrechen des alten Asteroidengürtels begann wahrscheinlich vor etwa 4 Milliarden Jahren, 500-600 Millionen Jahre nach der Entstehung des Sonnensystems, mit der schweren Bombardierungsperiode. Diese Periode dauerte mehrere hundert Millionen Jahre, und ihre Folgen sind noch heute auf der Oberfläche geologisch inaktiver Körper des Sonnensystems wie Mond oder Merkur in Form zahlreicher Einschlagskrater sichtbar. Und der älteste Beweis für Leben auf der Erde stammt aus der Zeit vor 3,8 Milliarden Jahren – fast unmittelbar nach dem Ende der späten schweren Bombardierungsperiode.
Riesenkollisionen sind ein normaler (wenn auch in letzter Zeit seltener) Teil der Evolution des Sonnensystems. Beweise dafür sind die Kollision des Kometen Shoemaker-Levy mit Jupiter im Jahr 1994, der Fall eines Himmelskörpers auf Jupiter im Jahr 2009 und ein Meteoritenkrater in Arizona. Dies deutet darauf hin, dass der Akkretionsprozess im Sonnensystem noch nicht abgeschlossen ist und somit eine Gefahr für das Leben auf der Erde darstellt.
Bildung von Satelliten
Natürliche Satelliten bildeten sich um die meisten Planeten im Sonnensystem sowie um viele andere Körper. Es gibt drei Hauptmechanismen für ihre Bildung:
- Entstehung aus einer zirkumplanetaren Scheibe (bei Gasriesen)
- Bildung aus Bruchstücken des Aufpralls (bei ausreichend großem Aufprall unter kleinem Winkel)
- Einfangen eines fliegenden Objekts
Jupiter und Saturn haben viele Trabanten, wie , und , die sich wahrscheinlich aus Scheiben um diese Riesenplaneten gebildet haben, genauso wie diese Planeten selbst aus einer Scheibe um die junge Sonne entstanden sind. Dies wird durch ihre Größe und Nähe zum Planeten angezeigt. Diese Eigenschaften sind für durch Einfangen erworbene Satelliten unmöglich, und die gasförmige Struktur der Planeten macht die Hypothese der Bildung von Monden durch die Kollision eines Planeten mit einem anderen Körper unmöglich.
Zukunft
Astronomen schätzen, dass das Sonnensystem keine extremen Veränderungen erfahren wird, bis der Sonne der Wasserstoffbrennstoff ausgeht. Dieser Meilenstein wird den Übergang der Sonne von der Hauptsequenz des Hertzsprung-Russell-Diagramms in die Phase einleiten. Aber auch in der Phase der Hauptreihe eines Sterns entwickelt sich das Sonnensystem weiter.
Langzeitstabilität
Das Sonnensystem ist ein chaotisches System, in dem die Umlaufbahnen der Planeten über einen sehr langen Zeitraum unvorhersehbar sind. Ein Beispiel für diese Unberechenbarkeit ist das Neptun-Pluto-System, das sich in einer 3:2-Orbitalresonanz befindet. Trotz der Tatsache, dass die Resonanz selbst stabil bleiben wird, ist es unmöglich, die Position von Pluto in seiner Umlaufbahn für mehr als 10-20 Millionen Jahre (Lyapunov-Zeit) annähernd vorherzusagen. Ein weiteres Beispiel ist die Neigung der Rotationsachse der Erde, die aufgrund von Reibung im Erdmantel, die durch Gezeitenwechselwirkungen mit dem Mond verursacht wird, nicht ab einem Zeitpunkt zwischen 1,5 und 4,5 Milliarden Jahren in der Zukunft berechnet werden kann.
Die Umlaufbahnen der äußeren Planeten sind auf großen Zeitskalen chaotisch: Ihre Lyapunov-Zeit beträgt 2-230 Millionen Jahre. Das bedeutet nicht nur, dass die Position des Planeten auf seiner Umlaufbahn ab diesem Zeitpunkt in der Zukunft nicht näherungsweise bestimmt werden kann, sondern die Umlaufbahnen selbst können sich extrem verändern. Das Chaos des Systems kann sich am stärksten in einer Veränderung der Exzentrizität der Bahn manifestieren, bei der die Bahnen der Planeten mehr oder weniger elliptisch werden.
Das Sonnensystem ist in dem Sinne stabil, dass in den nächsten paar Milliarden Jahren kein Planet mit einem anderen kollidieren oder aus dem System geschleudert werden kann. Jenseits dieses Zeitraums, beispielsweise innerhalb von 5 Milliarden Jahren, kann die Exzentrizität der Marsbahn jedoch auf einen Wert von 0,2 anwachsen, was zu einem Schnittpunkt der Bahnen von Mars und Erde und damit zu einer realen führt Kollision droht. Im gleichen Zeitraum kann die Exzentrizität der Merkurbahn noch weiter zunehmen, und anschließend kann eine enge Passage Merkur aus dem Sonnensystem werfen oder ihn auf Kollisionskurs mit der Venus selbst oder mit der Erde bringen.
Satelliten und Planetenringe
Die Entwicklung von Mondsystemen von Planeten wird durch Gezeitenwechselwirkungen zwischen den Körpern des Systems bestimmt. Aufgrund der unterschiedlichen Gravitationskraft, die von der Seite des Satelliten auf den Planeten in seinen verschiedenen Regionen einwirkt (entferntere Regionen werden schwächer angezogen, während nähere stärker), ändert sich die Form des Planeten - es scheint geringfügig zu sein in Richtung des Satelliten gestreckt. Wenn die Rotationsrichtung des Satelliten um den Planeten mit der Rotationsrichtung des Planeten übereinstimmt und sich der Planet gleichzeitig schneller dreht als der Satellit, wird dieser "Gezeitenhügel" des Planeten in Relation ständig nach vorne "weglaufen". zum Satelliten. In dieser Situation wird der Drehimpuls der Planetenrotation auf den Satelliten übertragen. Dadurch erhält der Satellit Energie und bewegt sich allmählich vom Planeten weg, während der Planet Energie verliert und sich immer langsamer dreht.
Die Erde und der Mond sind ein Beispiel für eine solche Konfiguration. Die Rotation des Mondes ist in Bezug auf die Erde gezeitenfest: Die Periode der Umdrehung des Mondes um die Erde (derzeit etwa 29 Tage) fällt mit der Periode der Rotation des Mondes um seine Achse zusammen, und daher ist der Mond immer zur Erde gedreht Erde von der gleichen Seite. Der Mond entfernt sich allmählich von der Erde, während sich die Rotation der Erde allmählich verlangsamt. Wenn sie in 50 Milliarden Jahren die Ausdehnung der Sonne überleben, werden Erde und Mond durch die Gezeiten miteinander verbunden sein. Sie treten in die sogenannte Spin-Orbital-Resonanz ein, in der sich der Mond in 47 Tagen um die Erde dreht, die Rotationsdauer beider Körper um ihre Achse gleich ist und jeder der Himmelskörper immer sichtbar ist nur von einer Seite für seinen Partner.
Andere Beispiele für diese Konfiguration sind die Systeme von Jupiters galiläischen Satelliten sowie die meisten großen Saturnmonde.
Neptun und sein Mond Triton, fotografiert während des Vorbeiflugs der Mission Voyager 2. In Zukunft wird dieser Satellit wahrscheinlich durch Gezeitenkräfte auseinandergerissen werden, wodurch ein neuer Ring um den Planeten entsteht.
Ein anderes Szenario erwartet Systeme, bei denen sich der Satellit schneller um den Planeten bewegt, als er sich selbst dreht, oder bei denen sich der Satellit entgegen der Rotationsrichtung des Planeten bewegt. In solchen Fällen bleibt die Gezeitenverformung des Planeten ständig hinter der Position des Satelliten zurück. Dadurch kehrt sich die Richtung der Drehimpulsübertragung zwischen Körpern um. was wiederum zu einer Beschleunigung der Planetenrotation und einer Verringerung der Umlaufbahn des Satelliten führt. Im Laufe der Zeit wird sich der Satellit spiralförmig auf den Planeten zubewegen, bis er irgendwann entweder auf die Oberfläche oder Atmosphäre des Planeten fällt oder durch Gezeitenkräfte auseinandergerissen wird, wodurch ein Planetenring entsteht. Ein solches Schicksal erwartet den Mars-Satelliten (in 30-50 Millionen Jahren), den Neptun-Satelliten (in 3,6 Milliarden Jahren) und Jupiter sowie mindestens 16 kleine Monde von Uranus und Neptun. Der Satellit von Uranus kann sogar mit dem Nachbarmond kollidieren.
Und schließlich sind beim dritten Konfigurationstyp der Planet und der Satellit in Bezug aufeinander gezeitenfixiert. In diesem Fall befindet sich der „Gezeitenhügel“ immer genau unter dem Satelliten, es findet keine Drehimpulsübertragung statt und folglich ändert sich die Umlaufzeit nicht. Ein Beispiel für eine solche Konfiguration ist Pluto und.
Universität: nicht angegeben
Einführung 3
Entstehung des Sonnensystems 4
Evolution des Sonnensystems 6
Fazit 9
Referenzen 10
Einführung
Der Zweig der Astronomie, der sich mit der Entstehung und Entwicklung von Himmelskörpern befasst, wird Kosmogonie genannt. Die Kosmogonie erforscht die Prozesse der Formänderung kosmischer Materie, die zur Bildung einzelner Himmelskörper und ihrer Systeme führen, sowie die Richtung ihrer anschließenden Evolution. Die kosmische Forschung führt auch zur Lösung von Problemen wie der Entstehung chemischer Elemente und kosmischer Strahlung, dem Auftreten von Magnetfeldern und Quellen von Radioemissionen.
Die Lösung kosmogonischer Probleme ist mit großen Schwierigkeiten verbunden, da die Entstehung und Entwicklung von Himmelskörpern so langsam erfolgt, dass es unmöglich ist, diese Prozesse durch direkte Beobachtungen zu verfolgen; der zeitliche Verlauf kosmischer Ereignisse ist so lang, dass die gesamte Geschichte der Astronomie im Vergleich zu ihrer Dauer wie ein Augenblick erscheint. Daher stellt die Kosmogonie durch Vergleich der gleichzeitig beobachteten physikalischen Eigenschaften von Himmelskörpern die charakteristischen Merkmale der aufeinanderfolgenden Stadien ihrer Entwicklung fest.
Der Mangel an tatsächlichen Daten führt zu der Notwendigkeit, die Ergebnisse kosmogonischer Studien in Form von Hypothesen zu formalisieren, d.h. wissenschaftliche Annahmen, die auf Beobachtungen, theoretischen Berechnungen und grundlegenden Naturgesetzen beruhen. Die Weiterentwicklung der Hypothese zeigt, inwieweit sie den Naturgesetzen und der von ihr prognostizierten quantitativen Bewertung der Tatsachen entspricht.
Astronomen der Vergangenheit haben viele Theorien zur Entstehung des Sonnensystems aufgestellt, und in den 40er Jahren des 20. Jahrhunderts schlug der sowjetische Astronom Otto Schmidt vor, dass die Sonne, die sich um das Zentrum der Galaxis dreht, eine Staubwolke einfängt. Aus der Substanz dieser riesigen kalten Staubwolke bildeten sich kalte, dichte vorplanetare Körper - Planetesimale.
Ursprung des Sonnensystems
Die ältesten Gesteine, die in Mondbodenproben und Meteoriten gefunden wurden, sind etwa 4,5 Milliarden Jahre alt. Berechnungen des Alters der Sonne ergaben einen nahen Wert - 5 Milliarden Jahre. Es ist allgemein anerkannt, dass alle Körper, aus denen das Sonnensystem derzeit besteht, vor etwa 4,5 bis 5 Milliarden Jahren entstanden sind.
Nach der am weitesten entwickelten Hypothese entstanden sie alle als Ergebnis der Entwicklung einer riesigen Wolke aus kaltem Gas und Staub. Diese Hypothese erklärt sehr gut viele Merkmale der Struktur des Sonnensystems, insbesondere die signifikanten Unterschiede zwischen den beiden Planetengruppen.
Im Laufe von mehreren Milliarden Jahren haben sich die Wolke selbst und ihre Bestandteile erheblich verändert. Die Teilchen, aus denen diese Wolke bestand, drehten sich auf verschiedenen Bahnen um die Sonne.
Bei manchen Kollisionen wurden die Teilchen zerstört, bei anderen zu größeren zusammengesetzt. Größere Materieklumpen entstanden - die Embryonen zukünftiger Planeten und anderer Körper.
Der Meteoriten-"Bombardement" der Planeten kann auch als Bestätigung dieser Ideen angesehen werden - tatsächlich ist es eine Fortsetzung des Prozesses, der in der Vergangenheit zu ihrer Entstehung geführt hat. Gegenwärtig, wenn immer weniger Meteoritenmaterie im interplanetaren Raum verbleibt, ist dieser Prozess viel weniger intensiv als in den Anfangsstadien der Planetenentstehung.
Gleichzeitig fand in der Wolke eine Umverteilung der Materie und ihre Differenzierung statt. Unter dem Einfluss starker Erwärmung entwichen Gase aus der Nähe der Sonne (meistens die häufigsten im Universum - Wasserstoff und Helium) und es blieben nur feste feuerfeste Partikel zurück. Aus dieser Substanz wurden die Erde, ihr Satellit - der Mond - sowie andere Planeten der terrestrischen Gruppe gebildet.
Während der Entstehung der Planeten und später über Jahrmilliarden fanden in ihrer Tiefe und an der Oberfläche Schmelz-, Kristallisations-, Oxidations- und andere physikalische und chemische Prozesse statt. Dies führte zu einer signifikanten Veränderung der ursprünglichen Zusammensetzung und Struktur der Materie, aus der alle derzeit existierenden Körper des Sonnensystems bestehen.
Weit entfernt von der Sonne, am Rand der Wolke, gefror diese flüchtigen Stoffe auf Staubpartikeln. Es stellte sich heraus, dass der relative Gehalt an Wasserstoff und Helium erhöht war. Aus dieser Substanz entstanden Riesenplaneten, deren Größe und Masse die Planeten der Erdgruppe deutlich übertreffen. Immerhin war das Volumen der peripheren Teile der Wolke größer und damit auch die Masse der Substanz, aus der die sonnenfernen Planeten gebildet wurden.
Daten über die Art und chemische Zusammensetzung der Satelliten der Riesenplaneten, die in den letzten Jahren mit Hilfe von Raumfahrzeugen gewonnen wurden, sind eine weitere Bestätigung der Gültigkeit moderner Vorstellungen über den Ursprung der Körper des Sonnensystems. Unter Bedingungen, als Wasserstoff und Helium, die an die Peripherie der protoplanetaren Wolke gegangen waren, Teil der Riesenplaneten wurden, erwiesen sich ihre Satelliten als ähnlich wie der Mond und die terrestrischen Planeten.
Allerdings war nicht die gesamte Materie der protoplanetaren Wolke in der Zusammensetzung der Planeten und ihrer Satelliten enthalten. Viele Klumpen seiner Substanz blieben sowohl innerhalb des Planetensystems in Form von Asteroiden und noch kleineren Körpern als auch außerhalb in Form von Kometenkernen zurück.
Entwicklung des Sonnensystems
Theoretisch bildeten sich die Planeten ungefähr gleichzeitig mit der Sonne und befanden sich in einem Plasmazustand. Das einheitliche System wurde während der Gravitationswechselwirkungen gebildet, die es gegenwärtig unterstützen. In Zukunft stellten die Planeten als weniger energieintensive Systeme schnell auf die Prozesse der Kern- und Molekülfusion, der Bildung der Kruste und der Informationsevolution um.
Der Prozess der Kühlung, des Energieverlusts begann an der Peripherie des Systems. Entfernte Planeten kühlten früher ab, Materie ging in einen molekularen Zustand über und die Bildung der Kruste fand statt. Hier wird ein externer Informationsfaktor in Form von kosmischer Strahlung mit der energetischen Bedingtheit der Prozesse verbunden. Hier ist, was V. I. Vernadsky 1965 schrieb: ... in der Geschichte des Planeten Erde begegnen wir kontinuierlich und wirklich der energetischen und materiellen Manifestation der Milchstraße - in Form von kosmischer Materie - Meteoriten und Staub (der oft genommen wurde Berücksichtigung durch Geologen) und Material und Energie, unsichtbar für das Auge und bewusst von einem Menschen nicht durch eindringende kosmische Strahlungen gespürt. Ein weiterer maßgeblicher Forscher des letzten Jahrhunderts, Hess, bewies 1933, dass diese Strahlungen - Ströme - ständig Elementarteilchen auf unseren Planeten in seine Biosphäre bringen und eine Luftionisierung verursachen, deren Bedeutung für die Energie der Erdschalen von größter Bedeutung ist.
Die Bildung der Planetenkruste ist eine Energie-Informations-Wechselwirkung, nach der das Planetensystem in den Prozess des galaktischen Informationsaustauschs einbezogen wird. Das nächste Quantum Energieverlust des Planetensystems wird durch eine Erhöhung des Informationsniveaus ersetzt, die Energie spart. Biopolymere bilden unter verstärktem externem Informationseinfluss komplexe molekulare Konglomerate, deren Entstehung zum Entstehen einer lebenden Zelle und organischen Lebens führt. Die Rolle eines externen Faktors bei der Entstehung des Lebens wird seit langem von Wissenschaftlern diskutiert. Eine der ersten Versionen wurde von Arrhenius (1859-1927) aufgestellt, dass es unter dem im Vakuum verstreuten kosmischen Staub unzählige Streitigkeiten geben sollte - die Keime lebender Materie, die von Planeten, terrestrischen Planeten stammen und im Laufe der Zeit wieder fallen Zeit. Eine andere Version war die Übertragung von Lebewesen mit Hilfe von Meteoriten. Ohne diese Versionen abzulehnen, neigen wir dazu zu glauben, dass die Hauptübertragung nicht nur materielle, sondern materielle Informations-, Wellen- und Feldeinflüsse sind.
Wie jede Energie-Informations-Struktur ist das Sonnensystem durch eine Erhöhung des Informationsniveaus der Organisation der Materie bei einem Abfall des Energiepotentials des Systems gekennzeichnet. Zweifellos war das Gesamtenergiepotential des Sonnensystems im Zuge der Abkühlung entfernter Planeten höher als heute, daher war das Informationsniveau des Lebens entfernter Planeten natürlich niedriger als das, was wir jetzt auf der Erde beobachten.
Das Wachstum des Niveaus der Informationsinteraktionen im Sonnensystem nahm zu, als das Gesamtenergieniveau des Systems sank. Der Empfang externer Informationen durch entfernte Planeten erfolgte mit der entsprechenden Wechselwirkung der internen Energieebene des Systems und der externen Informationsebene. Damals kam das galaktische System des Energie-Informationsaustausches gerade ins Gleichgewicht. Als sich das Sonnensystem und das gesamte Universum entwickelten, wurde der Energie-Informationsaustausch mit Informationen einer höheren Ebene angereichert, das Energiepotential sowohl der einzelnen Informationsatome (das Sonnensystem) als auch der gesamten Galaxie nahm ab.
Um zum Sonnensystem zurückzukehren, sollte beachtet werden, dass die Entwicklung entfernter Planeten höchstwahrscheinlich in kürzerer Zeit stattfand, da ihre Abkühlungsrate höher war. Gleichzeitig erlaubte ihnen das hohe Energiepotential des Sonnensystems nicht, ins Gleichgewicht zu kommen. All diese Faktoren trugen natürlich nicht zur Informationsentwicklung dieser Systeme bei. Daher erreichte ihre Entwicklung schnell ihren informativen Höhepunkt, d.h. ein solcher evolutionärer Zustand des Systems, wenn dichte physische Materie, die Energie bindet, nicht mehr in der Lage ist, das System vor dem Energiezerfall zu bewahren. Dies ist der Zustand des Energieminimums des gesamten Systems. Die Auflösungsprozesse der höheren Ebenen der Organisation der Materie beginnen mit der Freisetzung von Energie.
Auf der Skala des Sonnensystems dauern Zerfallsprozesse sehr lange, alle sechs abkühlenden Planeten des Sonnensystems (Pluto, Neptun, Uranus, Saturn, Jupiter, Mars) befinden sich in einem Zustand des molekularen Zerfalls, einer ständigen Abnahme in der Energieniveau des Energieübergangs in das physikalische Vakuum. In Zukunft gehen die Prozesse des molekularen Zerfalls in einen nuklearen Zerfall über, die Abstände zwischen den Kernen werden verringert und superdichte Materie wird gebildet. In diesen Zerfallsstadien wird die maximale Energiemenge an das Vakuum abgegeben.
Fazit
Nach modernen Vorstellungen begann die Entstehung des Sonnensystems vor etwa 4,6 Milliarden Jahren mit dem Gravitationskollaps eines kleinen Teils einer riesigen interstellaren Molekülwolke. Der größte Teil der Materie landete im Gravitationszentrum des Zusammenbruchs, gefolgt von der Bildung eines Sterns - der Sonne. Die Substanz, die nicht in das Zentrum fiel, bildete eine um sie rotierende protoplanetare Scheibe, aus der später die Planeten, ihre Satelliten, Asteroiden und andere kleine Körper des Sonnensystems entstanden.
Die Hypothese der Entstehung des Sonnensystems aus einer Gas- und Staubwolke – die Nebelhypothese – wurde ursprünglich im 18. Jahrhundert von Emmanuel Swedenborg, Immanuel Kant und Pierre-Simon Laplace aufgestellt. In Zukunft fand seine Entwicklung unter Beteiligung vieler wissenschaftlicher Disziplinen statt, darunter Astronomie, Physik, Geologie und Planetenwissenschaften. Mit dem Aufkommen des Weltraumzeitalters in den 1950er Jahren sowie der Entdeckung von Planeten außerhalb des Sonnensystems (Exoplaneten) in den 1990er Jahren wurde dieses Modell viele Male getestet und verfeinert, um neue Daten und Beobachtungen zu erklären.
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(jetzt, da etwa 100 Planetensysteme entdeckt wurden, ist es üblich, nicht über das Sonnen-, sondern über das Planetensystem zu sprechen) begann vor etwa 200 Jahren, als zwei herausragende Wissenschaftler - der Philosoph I. Kant, Mathematiker und Astronom - entschieden wurden P. Laplace formulierte fast gleichzeitig die ersten wissenschaftlichen Hypothesen zu seiner Entstehung. Es muss gesagt werden, dass die Hypothesen selbst und die Diskussion um sie herum und andere Hypothesen (z. B. J. Jeans) rein spekulativer Natur waren. Erst in den 50er Jahren. 20. Jahrhundert Es wurden genügend Daten gesammelt, um die Formulierung einer modernen Hypothese zu ermöglichen.
Eine umfassende Hypothese über die Entstehung des Planetensystems, die Fragen wie die unterschiedliche chemische und isotopische Zusammensetzung der Planeten und ihrer Atmosphären im Detail erklären würde, existiert bis heute nicht. Gleichzeitig interpretieren moderne Vorstellungen über den Ursprung des Planetensystems selbstbewusst Themen wie die Aufteilung der Planeten in zwei Gruppen, die Hauptunterschiede in der chemischen Zusammensetzung und die dynamische Geschichte des Planetensystems.
Die Bildung von Planeten ist sehr schnell; so dauerte es etwa 100.000.000 Jahre, um die Erde zu bilden. Berechnungen der letzten Jahre haben gezeigt, dass die moderne Hypothese der Entstehung von Planeten recht gut untermauert ist.
Verklumpen von Partikeln
In der gebildeten protoplanetaren Scheibe begann die Koaleszenz von Partikeln. Das Kleben wird durch die Struktur der Teilchen bereitgestellt. Es sind Kohlenstoff-, Silikat- oder Eisenstaubpartikel, auf denen ein „Pelzmantel“ aus Schnee (Wasser, Methan etc.) wächst. Die Rotationsgeschwindigkeit von Staubpartikeln um die Sonne war ziemlich hoch (dies ist die Keplersche Geschwindigkeit, die mehrere zehn Kilometer pro Sekunde beträgt), aber die relativen Geschwindigkeiten sind sehr gering, und bei Kollisionen kleben die Partikel zu kleinen Klumpen zusammen. Material von der Website
Das Erscheinen der Planeten
Sehr schnell begannen Anziehungskräfte eine entscheidende Rolle bei der Zunahme der Klumpen zu spielen. Dies führte dazu, dass die Wachstumsrate der gebildeten Aggregate etwa in der fünften Potenz proportional zu ihrer Masse ist. Infolgedessen verblieb in jeder Umlaufbahn ein großer Körper - der zukünftige Planet und möglicherweise mehrere weitere Körper mit viel geringerer Masse, die zu seinen Satelliten wurden.
planetarisches Bombardement
Im allerletzten Stadium fielen nicht mehr Partikel auf die Erde und andere Planeten, sondern Körper von Asteroidengröße. Sie trugen zur Verdichtung der Materie, zur Erwärmung der Eingeweide und zum Auftreten von Spuren auf ihren Oberflächen in Form von Meeren und Kratern bei. Dieser Zeitraum ist
Bis heute sind viele Hypothesen über den Ursprung des Sonnensystems bekannt, einschließlich derjenigen, die unabhängig voneinander vom deutschen Philosophen I. Kant (1724-1804) und dem französischen Mathematiker und Physiker P. Laplace (1749-1827) aufgestellt wurden. Der Standpunkt von I. Kant bestand in der evolutionären Entwicklung eines kalten staubigen Nebels, in dessen Verlauf zuerst der zentrale massive Körper, die Sonne, entstand und dann die Planeten geboren wurden. P. Laplace betrachtete den ursprünglichen Nebel als gasförmig und sehr heiß, in einem Zustand schneller Rotation. Unter dem Einfluss der universellen Gravitationskraft komprimiert, drehte sich der Nebel aufgrund des Drehimpulserhaltungsgesetzes immer schneller. Unter der Wirkung großer Zentrifugalkräfte, die durch die schnelle Rotation im Äquatorialgürtel entstanden, wurden Ringe sukzessive von ihm getrennt und durch Abkühlung und Kondensation zu Planeten. So entstanden nach der Theorie von P. Laplace die Planeten vor der Sonne. Trotz eines solchen Unterschieds zwischen den beiden betrachteten Hypothesen stammen beide von derselben Idee - das Sonnensystem entstand als Ergebnis der natürlichen Entwicklung des Nebels. Daher wird diese Idee manchmal als Kant-Laplace-Hypothese bezeichnet. Diese Idee musste jedoch aufgrund vieler mathematischer Widersprüche aufgegeben werden und wurde durch mehrere „Gezeitentheorien“ ersetzt.
Die berühmteste Theorie wurde von Sir James Jeans aufgestellt, einem berühmten Popularisierer der Astronomie in den Jahren zwischen dem Ersten und dem Zweiten Weltkrieg. (Er war auch ein führender Astrophysiker, und erst gegen Ende seiner Karriere wandte er sich dem Schreiben von Büchern für Anfänger zu.)
Reis. 1. Gezeitentheorie von Jeans. Ein Stern zieht an der Sonne vorbei und streckt sich
daraus eine Substanz (Abb. A und B); aus diesem Material entstehen Planeten (Abb. C)
Laut Jeans wurde die Planetenmaterie von einem nahen Stern aus der Sonne "herausgezogen" und dann in einzelne Teile zerlegt, wodurch Planeten gebildet wurden. Gleichzeitig befinden sich die größten Planeten (Saturn und Jupiter) im Zentrum des Planetensystems, wo sich einst ein verdickter Teil des zigarrenförmigen Nebels befand.
Wenn dies tatsächlich der Fall wäre, dann wären Planetensysteme äußerst selten, da die Sterne durch enorme Entfernungen voneinander getrennt sind und es durchaus möglich ist, dass unser Planetensystem behaupten könnte, das einzige in der Galaxis zu sein. Aber die Mathematiker griffen erneut an, und schließlich gesellte sich die Gezeitentheorie zu den gasförmigen Laplace-Ringen im Papierkorb der Wissenschaft. ein
2. Moderne Theorie der Entstehung des Sonnensystems
Nach modernen Vorstellungen entstanden die Planeten des Sonnensystems vor Milliarden von Jahren aus einer kalten Gas- und Staubwolke, die die Sonne umgab. Dieser Standpunkt spiegelt sich am konsequentesten in der Hypothese des russischen Wissenschaftlers Akademiker O.Yu wider. Schmidt (1891-1956), der zeigte, dass die Probleme der Kosmologie durch gemeinsame Bemühungen der Astronomie und der Geowissenschaften, vor allem Geographie, Geologie und Geochemie, gelöst werden können. Im Herzen der Hypothese O.Yu. Schmidt ist die Idee der Entstehung von Planeten durch die Kombination von Feststoffen und Staubpartikeln. Die in Sonnennähe entstandene Gas- und Staubwolke bestand zunächst zu 98 % aus Wasserstoff und Helium. Die restlichen Elemente kondensierten zu Staubpartikeln. Die chaotische Bewegung des Gases in der Wolke hörte schnell auf: Sie wurde durch die ruhige Bewegung der Wolke um die Sonne ersetzt.
Staubpartikel werden in der Mittelebene konzentriert und bilden eine Schicht mit erhöhter Dichte. Als die Dichte der Schicht einen bestimmten kritischen Wert erreichte, begann ihre eigene Gravitation mit der Gravitation der Sonne zu "konkurrieren". Die Staubschicht erwies sich als instabil und zerfiel in einzelne Staubklumpen. Sie kollidierten miteinander und bildeten viele zusammenhängende dichte Körper. Die größten von ihnen erlangten fast kreisförmige Umlaufbahnen und begannen in ihrem Wachstum andere Körper zu überholen und wurden zu potenziellen Embryonen zukünftiger Planeten. Wie massereichere Körper hafteten Neoplasmen an der restlichen Materie der Gas- und Staubwolke. Am Ende entstanden neun große Planeten, deren Umlaufbahn über Milliarden von Jahren stabil bleibt.
Unter Berücksichtigung der physikalischen Eigenschaften werden alle Planeten in zwei Gruppen eingeteilt. Einer von ihnen besteht aus relativ kleinen terrestrischen Planeten - Merkur, Venus, Erde und Mars. Ihre Substanz zeichnet sich durch eine relativ hohe Dichte aus: im Durchschnitt etwa 5,5 g / cm 3, was 5,5-mal höher ist als die Dichte von Wasser. Die andere Gruppe bilden die Riesenplaneten: Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun. Diese Planeten haben riesige Massen. Somit entspricht die Masse von Uranus 15 Erdmassen und Jupiter 318. Die Riesenplaneten bestehen hauptsächlich aus Wasserstoff und Helium, und die durchschnittliche Dichte ihrer Materie liegt nahe an der Dichte von Wasser. Anscheinend haben diese Planeten keine feste Oberfläche ähnlich der Oberfläche der terrestrischen Planeten. Einen besonderen Platz nimmt der neunte Planet ein - Pluto, der im März 1930 entdeckt wurde. In seiner Größe ist er näher an den terrestrischen Planeten. Vor nicht allzu langer Zeit wurde entdeckt, dass Pluto ein Doppelplanet ist: Er besteht aus einem zentralen Körper und einem sehr großen Satelliten. Beide Himmelskörper kreisen um einen gemeinsamen Massenmittelpunkt.
Ihre Unterteilung in zwei Gruppen während der Entstehung von Planeten ist darauf zurückzuführen, dass in Teilen der Wolke, die weit von der Sonne entfernt sind, die Temperatur niedrig war und alle Substanzen außer Wasserstoff und Helium feste Partikel bildeten. Unter ihnen herrschten Methan, Ammoniak und Wasser vor, die die Zusammensetzung von Uranus und Neptun bestimmten. Die Zusammensetzung der massereichsten Planeten - Jupiter und Saturn - stellte sich außerdem als beträchtliche Menge an Gasen heraus. In der Region der terrestrischen Planeten war die Temperatur viel höher und alle flüchtigen Substanzen (einschließlich Methan und Ammoniak) blieben in einem gasförmigen Zustand und wurden daher nicht in die Zusammensetzung der Planeten aufgenommen. Die Planeten dieser Gruppe wurden hauptsächlich aus Silikaten und Metallen gebildet. 2
Das erste geozentrische Modell des Universums wurde 150 n. Chr. vom Mathematiker Alexander Ptolemäus vorgeschlagen. Sein Modell wurde von christlichen Theologen akzeptiert und tatsächlich kanonisiert – in den Rang absoluter Wahrheiten erhoben. Nach diesem Modell nimmt die stationäre Erde die zentrale Position im Universum ein, und Sonne, Mond, Planeten und Sterne umkreisen sie in verschiedenen Sphären. Ähnliche Ideen wurden jedoch viel früher vom antiken griechischen Philosophen Aristoteles (384–322 v. Chr.) Vorgebracht. Er argumentierte, dass die Erde das Zentrum des Universums ist. Und diese Ideen von Aristoteles lähmten den Geist der Denker anderthalbtausend Jahre lang, was weitgehend durch die christliche Kirche erleichtert wurde, die sie kanonisierte.
Nicolaus Copernicus war der erste, der Claudius Ptolemaios widerlegen und wissenschaftlich beweisen konnte, dass die Erde nicht der Mittelpunkt des Universums ist. Er stellte die Sonne in den Mittelpunkt des Universums und schuf ein heliozentrisches Modell des Universums. Aus Angst vor Kirchenverfolgung gab Kopernikus sein Werk kurz vor seinem Tod zum Druck. Sein System wurde nach dem Tod des großen Wissenschaftlers veröffentlicht. Die Kirche hat ihn und das Buch jedoch mit dem Anathema belegt und es offiziell verboten.
Ein Befürworter der kopernikanischen Theorie war Galileo Gallilei, der als erster ein Teleskop benutzte, um den Sternenhimmel zu studieren und sah, dass das Universum viel größer ist als bisher angenommen, und dass es Satelliten um die Planeten gibt, die, wie die Planeten um die Sonne, kreisen um ihre Planeten. Gallileo untersuchte experimentell die Bewegungsgesetze. Aber die Kirche inszenierte eine Verfolgung des Wissenschaftlers und fügte ihm das Gericht der Inquisition zu. Galileo fürchtete Folter und das Schicksal von Giordano Bruno und verzichtete offiziell auf seine Lehren. Aber als er das Gericht verließ, murmelte er angeblich: „Und doch dreht sie sich (die Erde).“
Giordano Bruno ging weiter als Kopernikus und Galileo: Er schuf die Lehre, dass die Sterne wie die Sonne seien, dass sich auch Planeten auf Bahnen um die Sterne bewegen. Darüber hinaus argumentierte er, dass es im Universum viele bewohnte Welten gibt, dass es neben dem Menschen noch andere denkende Wesen im Universum gibt. Dafür wurde Giordano von der christlichen Kirche verurteilt und auf dem Scheiterhaufen verbrannt, und seine Lehre wurde mit dem Bann belegt.
Giordano Bruno hatte ein außergewöhnliches Gedächtnis, sie sagten, dass er 26.000 Artikel des Kirchen- und Zivilrechts, 6.000 Passagen aus der Bibel und tausend Gedichte von Ovid auswendig rezitieren konnte. Dank dieser Gabe wurde er an den Höfen der Herzöge und Könige Europas empfangen, wo er mit großer Freude über Mathematik, Astronomie und Philosophie diskutierte. Bruno trat für eine Religion der Liebe für ausnahmslos alle Menschen ein. Er bezauberte mit seinem rednerischen Talent und Wissen. Bruno reiste durch ganz Europa. König Heinrich III. ernannte ihn zum außerordentlichen Professor an der Sorbonne.
Die physikalischen Studien von Descartes beziehen sich hauptsächlich auf Mechanik, Optik und die allgemeine Struktur des Universums. Er glaubte, dass das Universum vollständig mit sich bewegender Materie gefüllt und in seinen Manifestationen autark ist. Descartes erkannte die unteilbaren Atome und die Leere nicht an und kritisierte scharf die alten und zeitgenössischen Atomisten. Neben der gewöhnlichen Materie hob er eine umfangreiche Klasse unsichtbarer feinstofflicher Materie hervor, mit deren Hilfe er versuchte, die Wirkung von Wärme, Schwerkraft, Elektrizität und Magnetismus zu erklären. Descartes führte den Impulsbegriff ein und formulierte das Impulserhaltungsgesetz. Studiert die Gesetze der Lichtausbreitung - Reflexion und Brechung. Er besitzt die Idee des Äthers als Träger des Lichts, die Erklärung des Regenbogens. Descartes leitete das Gesetz der Lichtbrechung an der Grenze zweier verschiedener Medien ab, wodurch optische Instrumente, einschließlich Teleskope, verbessert werden konnten.
Hypothesen über die Entstehung des Sonnensystems
Viele Forscher haben versucht, das Problem des Ursprungs des Sonnensystems zu lösen. Die erste wissenschaftliche Hypothese zur Entstehung des Sonnensystems wurde 1644 von Rene Descartes aufgestellt. Ihrer Meinung nach wurde das Sonnensystem aus dem Primärnebel gebildet, der die Form einer Scheibe hatte und aus Gas und Staub bestand. 1745 schlug Buffon vor, dass die Materie, aus der die Planeten gebildet wurden, durch einen großen Kometen oder anderen Stern, der zu nahe vorbeikam, von der Sonne weggerissen wurde. Der Philosoph I. Kant und der Mathematiker P. Laplace stellten Ende des 19. Jahrhunderts ihre Hypothesen auf, deren Kern darin besteht, dass Sterne und Planeten aus kosmischem Staub durch allmähliche Verdichtung des ursprünglichen Gas-Staub-Nebels entstanden sind.
Die Hypothesen von Kant und Laplace waren unterschiedlich. Kant ging von der evolutionären Entwicklung eines kalten staubigen Nebels aus, in dessen Verlauf zuerst der zentrale massive Körper entstand - die zukünftige Sonne und dann die Planeten. Laut Laplace war der ursprüngliche Nebel gasförmig und heiß und rotierte schnell. Unter dem Einfluss der universellen Gravitationskraft komprimiert, drehte es sich immer schneller. Aufgrund der Zentrifugalkräfte im Äquatorialgürtel wurden sukzessive Ringe davon getrennt. Anschließend verdichteten sich diese Ringe und die Planeten stellten sich heraus. Laut Laplace entstanden die Planeten vor der Sonne. Trotz des signifikanten Unterschieds zwischen diesen Hypothesen werden sie zu einer kombiniert: Das Sonnensystem entstand durch die natürliche Entwicklung eines Gas-Staub-Nebels infolge von Kondensation. Die Hypothese von Kant und Laplace konnte die ungewöhnliche Verteilung des Drehimpulses des Sonnensystems zwischen dem Zentralkörper - der Sonne und den Planeten - nicht bewältigen. Der Drehimpuls ist die „Rotationsreserve“ des Systems. Diese Rotation setzt sich aus der Umlaufbahn der Planeten und der Rotation um ihre Sonnen- und Planetenachsen zusammen. Die Jeans-Hypothese (frühes 20. Jahrhundert) erklärt die Entstehung des Sonnensystems durch Zufall und hält es für das seltenste Phänomen. Die Substanz, aus der sich später die Planeten bildeten, wurde von einer ziemlich "alten" Sonne beim zufälligen Vorbeiflug eines bestimmten Sterns in ihrer Nähe ausgestoßen. Dank der von der Seite des einfallenden Sterns wirkenden Gezeitenkräfte wurde ein Gasstrahl aus den Oberflächenschichten der Sonne ausgestoßen. Dieser Jet blieb in der Gravitationssphäre der Sonne. In der Zukunft verdichtete sich der Jet und stellte sich als Planeten heraus. Wenn die Hypothese von Jeans richtig wäre, gäbe es viel weniger Planetensysteme in der Galaxis. Daher sollte die Jeans-Hypothese verworfen werden. Außerdem kann es auch die Verteilung des Drehimpulses im Sonnensystem nicht erklären. Die Berechnungen von Lyman Spitzer zeigten, dass sich die Substanz eines Jets, der von einem Stern ausgestoßen wird, im umgebenden Raum auflösen sollte und seine Kondensation nicht auftritt. Die neueste Version der von Woolfson entwickelten Jeans-Hypothese besagt, dass der Gasstrahl, aus dem die Planeten entstanden, nicht von der Sonne ausgestoßen wurde, sondern von einem riesigen losen vorbeifliegenden Stern (10-mal so groß wie der Radius der aktuellen Erdumlaufbahn) und eine relativ kleine Masse. Berechnungen zeigen, dass es in der Galaxie nur sehr wenige Planetensysteme geben würde, wenn auf diese Weise Planetensysteme gebildet würden (ein Planetensystem pro 100.000 Sterne). Die Entdeckung von Planeten um viele Sterne begrub schließlich die Jeans-Wulfson-Hypothese.
Es stellte sich heraus, dass der Löwenanteil des Drehimpulses des Sonnensystems in der Umlaufbahn der Riesenplaneten Jupiter und Saturn konzentriert ist. Aus Sicht der Laplace-Hypothese ist dies völlig unverständlich. Wenn sich ein Ring von einem schnell rotierenden Nebel trennte, hatten die Schichten des Nebels, aus denen anschließend die Sonne kondensierte, pro Masseneinheit ungefähr den gleichen Drehimpuls wie das Material des getrennten Rings. Somit muss der Gesamtdrehimpuls der Planeten viel kleiner sein als der der "Proto-Sonne". Daher widerspricht die Hauptschlussfolgerung aus der Hypothese von Kant und Laplace der tatsächlichen Verteilung des Drehimpulses zwischen der Sonne und den Planeten.
H. Alven rettete die Hypothese von Kant und Laplace und schlug vor, dass die Sonne einst ein sehr starkes elektromagnetisches Feld hatte. Der Nebel, der den Stern umgibt, bestand aus neutralen Atomen. Unter Einwirkung von Strahlung und Stößen wurden die Atome ionisiert. Die Ionen fielen in Fallen von Magnetfeldlinien und wurden nach der rotierenden Leuchte weggetragen. Allmählich verlor die Sonne ihr Rotationsmoment und übertrug es auf eine Gaswolke. Die Schwäche der vorgeschlagenen Hypothese war, dass die Atome der leichtesten Elemente näher an der Sonne hätten ionisiert werden müssen, während die Atome der schweren Elemente weiter entfernt waren. Das bedeutet, dass die sonnennächsten Planeten aus Wasserstoff und Helium bestehen müssten und die weiter entfernten Planeten aus Eisen und Nickel. Die Fakten sagen etwas anderes. Um diese Schwierigkeit zu überwinden, schlug der Astronom F. Hoyle vor, dass die Sonne in den Tiefen des Nebels entstand. Er drehte sich schnell, und der Nebel wurde immer flacher und verwandelte sich in eine Scheibe. Allmählich begann auch die Scheibe zu beschleunigen und die Sonne wurde langsamer. Der Drehimpuls ging dabei auf die Scheibe über. Dann bildeten sich in der Scheibe Planeten. Aber es ist unmöglich, sich die Verlangsamung der Sonne ohne das Eingreifen einer dritten Kraft vorzustellen. Die Schwierigkeit und Widersprüchlichkeit von Hoyles Hypothese besteht darin, dass es nicht leicht vorstellbar ist, wie sich der überschüssige Wasserstoff und das Helium in der ursprünglichen Gasscheibe, aus der sich die Planeten gebildet haben, „aussortiert“ haben könnte, da die chemische Zusammensetzung der Planeten deutlich davon abweicht von der Sonne; zweitens ist nicht ganz klar, wie die leichten Gase das Sonnensystem verlassen haben (der von Hoyle vorgeschlagene Verdunstungsprozess stößt auf erhebliche Schwierigkeiten). Die Hauptschwierigkeit von Hoyles Hypothese ist die Forderung nach einem zu starken Magnetfeld für die "Proto-Sonne", was modernen astrophysikalischen Konzepten scharf widerspricht.
Otto Yulievich Schmidt (1891-1956) im Jahr 1937. Porträt von Nesterov. Foto von der Website: http://territa.ru/ |
1944 stellte O. Yu. Schmidt eine Hypothese auf, wonach das Planetensystem aus Materie gebildet wurde, die aus einem Gas-Staub-Nebel gefangen wurde, durch den einst die Sonne ging, der schon damals ein fast "modernes" Aussehen hatte. Bei dieser Hypothese gibt es keine Schwierigkeiten mit dem Drehmoment. Ab 1961 wurde diese Hypothese von dem englischen Kosmogonisten Littleton entwickelt. Es sei darauf hingewiesen, dass die Sonne relativ zum Nebel eine sehr geringe Geschwindigkeit in der Größenordnung von 100 Metern pro Sekunde haben muss, damit sie eine ausreichende Menge Materie einfangen kann. Einfach gesagt, die Sonne muss in dieser Wolke stecken bleiben und sich mit ihr bewegen. In dieser Hypothese ist die Entstehung von Planeten nicht mit dem Prozess der Sternentstehung verbunden. Aber diese Hypothese beantwortet nicht die Frage: Wo, wann und wie ist die Sonne entstanden? Die moderne kosmische Physik geht davon aus (obwohl nicht klar ist, warum?), dass ein Gas, wenn seine Masse und Dichte einen bestimmten Wert erreichen, unter dem Einfluss seiner eigenen Anziehung komprimiert und kondensiert wird und eine kalte Gaskugel bildet. Die Annahme einer spontanen Kompression der Gaswolke ist sehr leichtfertig. Eine solche Kompression wird nirgendwo in der Natur beobachtet und kann es auch nicht sein. Diese Hypothese besagt aber, dass infolge fortgesetzter Kompression die Temperatur der Gaskugel steigen muss, da die potentielle Energie der Teilchen im Anziehungsfeld der Gaskugel angeblich abnimmt, je näher sie dem Zentrum kommen. |
Die Temperatur der Wolke betrug zu diesem Zeitpunkt -220°C. Zuerst war die Wolke homogen und dann begannen Klumpen darin zu erscheinen ( aber warum, erklärt die Hypothese nicht; A.G.), hauptsächlich aufgrund der Gravitationskontraktion ( aber was verdichtet gas und staub? A.G.). Infolgedessen begann sich die Materie in der Wolke aufzuheizen und zu differenzieren, indem sie chemische Elemente und ihre Verbindungen im Schwerefeld trennte ( aber was hat dieses Gravitationsfeld erzeugt? A.G.). Der Astrophysiker L. Spitzer hat also gezeigt, dass eine solche Wolke beginnt, wenn die Masse einer Wolke 10-20.000 Mal größer ist als die Masse der Sonne und die Materiedichte darin mehr als 20 Atome pro Kubikzentimeter beträgt unter dem Einfluss seiner eigenen Masse schrumpfen. ( Aber solche dichten Wolken wurden in der Galaxie nicht gefunden.).
Doch wie entsteht eine solche Wolke von selbst? Wie wird es auf einen solchen Druck komprimiert? Gas kann nur komprimiert werden, wenn es abgekühlt ist. In diesem Fall wird es zuerst flüssig und geht dann in eine feste Phase über. Wenn ein solcher Feststoff erhitzt wird, verdampft er und verwandelt sich wieder in eine Wolke. So verhalten sich beispielsweise Kometen, wenn sie sich der Sonne nähern. Sie verdampfen und verlieren an Masse. Astrophysiker vermuten, dass die Protosun mit einer protoplanetaren Wolke vor etwa 6 Milliarden Jahren entstanden ist. Die Materie in der protoplanetaren Wolke war zunächst gleichmäßig verteilt und begann sich dann in getrennten Bereichen zu sammeln, aus denen sich später Sterne bildeten. Diese Hypothese erklärt jedoch in keiner Weise, warum sich Cluster und Cluster in einer homogenen protoplanetaren Wolke zu bilden begannen. Aber wenn wir annehmen, dass die Gaswolke entgegen den Gesetzen der Physik zu einer Kugel wurde und die Kugel zu einem Stern geschrumpft ist, dann ist es unmöglich, die Energiequelle dieses Sterns zu erklären, die es ihm ermöglicht, Teilchen und elektromagnetische Wellen auszustrahlen . Denn bevor die thermonukleare Reaktion beginnt, muss die Temperatur im Darm des Wolkensterns auf mindestens 20 Millionen Kelvin ansteigen. Wenn keine andere nicht gravitative Energiequelle erscheint, führt der Strahlungsprozess infolge der Sternenkompression schnell zur Erschöpfung der Energie, und ein solcher Stern verdunstet und verwandelt sich wieder in eine lose Wolke, leuchtet aber nicht . Der Verdichtungsprozess führt jedoch entgegen allen Gesetzen der Physik dazu, dass die zentralen Regionen des Sterns auf sehr hohe Temperaturen erhitzt werden, der Druck in ihnen so hoch wird, dass eine thermonukleare Fusionsreaktion aus Wasserstoffkernen fusioniert Heliumkerne beginnt. Dabei wird viel Energie freigesetzt, die die Gaskugel aufheizt. Die thermonukleare Fusion erfordert eine Temperatur von mehreren zehn Millionen Grad. Der Zeitraum, in dem ein Stern, der aus einer Gaswolke schrumpft, einen Zustand erreicht, in dem thermonukleare Reaktionen in seinen zentralen Regionen zu arbeiten beginnen, wird als Kontraktionszeit bezeichnet. Nachdem sich der gesamte Wasserstoff im Stern in Helium verwandelt hat, wird er das Stadium eines Roten Riesen erreichen - er wird sich ausdehnen. ( Es ist völlig unverständlich, warum sich der Stern beim Abkühlen plötzlich ausdehnt und nicht zusammenzieht.). Weiter besagt die Hypothese, dass nun der Stern, der bereits aus Helium besteht, schrumpfen wird. Durch diese Kontraktion steigt die Temperatur in seinem Zentrum auf 100 Millionen Grad oder mehr. ( Eine sehr leichtsinnige Annahme!) Dann beginnt eine weitere thermonukleare Reaktion - die Bildung von Kohlenstoffkernen aus Heliumkernen. Diese Reaktion wird auch von Massenverlust und Freisetzung von Strahlungsenergie begleitet. Die Temperatur des Sterns steigt wieder an, wodurch die Kompression des Sterns aufhört. Diese Hypothese des Ursprungs von Sternen aus gasförmiger Materie stößt auf ernsthafte Schwierigkeiten: In der Galaxie gibt es zu wenig Wasserstoff, nur etwa 2% ihrer Gesamtmasse. Wenn Sterne wirklich aus Gas entstehen würden, müsste die Sternentstehung in der Galaxie schnell enden. In der Zwischenzeit erscheinen in Galaxien, einschließlich unserer eigenen, neue junge Sterne - blaue Riesen und Überriesen.
Die Nebelhypothesen von Kant und Laplace haben einen entscheidenden Nachteil: Sie erklären nicht, warum die Sonne und die Planeten den Impuls (Impuls) so ungleichmäßig untereinander verteilen: Die Sonne macht etwa 2 % des Impulsmoments aus, und der Planeten machen etwa 98% aus, obwohl die Gesamtmasse aller Planeten 750-mal geringer ist als die Masse der Sonne.
Schmidt geht in seiner Hypothese von der unterschiedlichen Entstehung der Sonne und der Planeten aus. Aber um bis zum Ende konsequent zu sein, müsste man davon ausgehen, dass nicht nur die Sonne und die Planeten getrennt entstanden sind, sondern auch alle Planeten einen eigenen Ursprung haben, da sie auch ein unterschiedliches spezifisches Moment (Bewegungsbetrag pro Einheit) haben Masse). Wenn das spezifische Impulsmoment der Erde als 1 angenommen wird, dann haben die Planeten des Sonnensystems die folgenden spezifischen Impulsmomente (Levin B.S. Origin of the Earth and planets):
Die Teile der protoplanetaren Gas-Staub-Wolke, die einst angeblich auf die Sonne trafen, wurden von ihr in ihre Umlaufbahn eingefangen. Und diese Teile der Wolke, wenn sich nur letztere nicht drehen würden (wenn sich die Wolke drehte, hätte sie sich anscheinend schon vor dem Auftreffen auf die Sonne unter dem Einfluss der Zentrifugalkraft im interstellaren Raum auflösen müssen), sollten absolut den gleichen spezifischen Moment haben von Schwung, da sie sich vor der Einnahme in die gleiche Richtung bewegten und die gleiche Geschwindigkeit hatten. Und auch die Planeten müssten den gleichen spezifischen Drehimpuls haben, wenn sie nach Schmidts Hypothese entstanden wären.
Der dritte Teil der Satelliten der Planeten des Sonnensystems hat eine dem Sonnensystem entgegengesetzte Umlaufrichtung. Dies ist einer der größten Satelliten von Neptun Triton im Sonnensystem, dann Saturns Satellit Phoebe, vier äußere kleine Satelliten von Jupiter und fünf Satelliten von Uranus. Nach Schmidts Hypothese müssen sich alle Körper des Sonnensystems in der gleichen Richtung und in der gleichen Ebene drehen.
Die Hälfte der Planeten im Sonnensystem haben große Neigungen der Äquatorebene zur Ebene ihrer Umlaufbahn (mehr als 23° für Erde, Mars, Saturn und Neptun, und für Uranus beträgt die Neigung 98°). Wenn die Planeten aus einer Wolke gebildet würden, hätten sie die gleiche Neigung ihrer Bahnen zur Ebene des Sonnenäquators und nicht die Neigung ihrer Äquatorebenen zur Ebene ihrer Bahnen.
Wenn Sterne wirklich aus Gas entstanden sind, dann konnte man in der Galaxie bereits merklich verdichtete Gaswolken erkennen, die sich allmählich in Sterne verwandeln. Aber solche Haufen gibt es in Sternverbänden nicht. Es gibt keine Übergangsstadien von Gaswolken zu Sternen. Aber es gibt Regionen in der Galaxie, aus denen „fertige“ Sterne ausgestoßen werden, und in der Metagalaxie sogar ganze „fertige“ Galaxien.
Nach den Gesetzen der Mechanik kann eine Gas-Staub-Wolke mit einem signifikanten Rotationsmoment einfach nicht existieren und sich nicht in einen einzigen langsam rotierenden Stern wie die Sonne verwandeln. Auch die Schichtung einer solchen sich in Ringe drehenden Wolke ist unmöglich. Es ist kein Zufall, dass die Rotation der Sterne in der Galaxie um das Zentrum mit einer um eine Größenordnung höheren Geschwindigkeit erfolgt als die Rotation der Gasscheibe der Galaxie, die übrigens nicht aus Ringen, sondern aus Hülsen besteht. Daher sind die bestehenden Hypothesen über die Entstehung von Sternen und Planeten mit Ausnahme der Hypothese von V. Ambartsumyan sehr weit von der Wahrheit entfernt.
Viktor Amazaspovich Ambartsumian und Jan Hendrik Oort in Byurakan (Armenien) im Jahr 1966. Foto von der Website: http://www.ambartsumian.ru/Trotz der Tatsache, dass Wissenschaftler ziemlich genaue Modelle von Schwarzen Löchern und Neutronensternen bauen, gibt es keine Theorie, die den Ursprung des Sonnensystems und all seine heute bekannten Merkmale erklären könnte. Die Theorie der Entstehung des Sonnensystems muss alle bekannten Tatsachen erklären und darf den Gesetzen der Dynamik und der modernen Physik nicht widersprechen. Außerdem müssen aus dieser Theorie Konsequenzen abgeleitet werden, die durch zukünftige Entdeckungen bestätigt werden: Die Theorie muss nicht nur erklären, sondern auch vorhersagen. Alle bisher aufgestellten Hypothesen wurden widerlegt oder blieben mit einer rigorosen Anwendung der physikalischen Theorie unbewiesen.
Die ältesten Gesteine der Erdkruste erstarrten vor 4 Milliarden Jahren. Es wird angenommen, dass die Erde selbst vor 4,6 Milliarden Jahren entstanden ist. Die Messung der seit dem Abkühlen der Erde verstrichenen Zeit basiert auf Spuren von Blei, Helium und anderen Elementen, die nach dem Zerfall radioaktiver Elemente im Gestein zurückbleiben. Die Untersuchung von Meteoriten und Mondbodenproben zeigt, dass ihr Alter im festen Zustand das Alter der Erde nicht übersteigt. Es wird angenommen, dass das gesamte Sonnensystem gleich alt ist.
Eine zufriedenstellende Theorie über die Entstehung des Sonnensystems muss zuallererst die Existenz von Planeten, Satelliten, Asteroiden und Kometen berücksichtigen. Es sollte die Position der Planeten, die Form ihrer Umlaufbahnen, die Neigung der Achsen und die Rotations- und Bewegungsgeschwindigkeit entlang der Umlaufbahn erklären, sollte die Verteilung des Drehimpulses zwischen den Planeten erklären. Bisher gibt es keine solche Theorie, und wir können nur über die Erstellung von Hypothesen sprechen.
