Возникновение Солнечной Системы

Двойные звезды, встречающиеся во Вселенной не менее часто, чем одинарные, как раз и представляют собой пример вращающейся вокруг общего центра масс гигантской “гантели”. На рис.15 (повторим Рис.13 еще раз) показаны орбиты звезд, входящих в звездную систему Сириуса. Эта звездная система состоит, насколько известно, из трех звезд, но для нас сейчас важны две, третья относительно мала. Каждая звезда вращается по своей орбите вокруг общего центра масс. Периоды обращения составляют десятки лет. Главная звезда (Сириус А) – большая звезда спектрального класса “А”, другая (Сириус В) – белый карлик. Несмотря на разницу в размерах, массы звезд не слишком отличаются (из-за малой плотности Сириуса А и очень большой плотности Сириуса В.

Такая двойная звездная система, окажись она невдалеке (по космическим понятиям, конечно) от Солнца, оказала бы на него двоякое воздействие. С одной стороны, она вызвала бы притяжение к себе Солнца, и не вовлекло бы его в свою орбиту только в случае относительно большой скорости прохождения мимо Солнца при сравнительно большой его удаленности. Кроме этого, собственное вращение этой звездной системы вокруг своего центра масс должно было вызвать изменение скорости вращения Солнца вокруг своей оси .
(При расчетах не следует забывать, что если такое событие могло произойти примерно 4-5 миллиардов лет назад, то, учитывая непрерывный процесс сжатия Солнца примерно на 5-10 метров в год, в расчетах следует принять его диаметр в тот момент не 1,3 млн.км как в настоящее время, а примерно 50-60 млн. км, что больше нынешней орбиты Меркурия. Это важно потому, что действовавший в то время вращающий момент был существенно большим, чем если бы это событие случилось сейчас. Скорость вращения также была больше, но общая масса Солнца не была намного больше.)
Каждая из этих звезд, вращаясь по собственной орбите, вызывала бы раскрутку Солнца в любом месте своего движения, независимо от того, быстро приближается звезда к Солнцу по одной части своей орбиты, или быстро удаляется от него по другой части орбиты. Но эти две звезды образуют кроме того еще и большую “гантель”, которая сама вращается, что еще более усиливает “эффект раскрутки” любой звезды, находящейся в непосредственной близости от нее.
Все ранее обсуждавшиеся возможности отрыва от Солнца части его материи не учитывали его “раскрутки”. А без этого получалось, что для возможного отрыва планетного материала “пришлая” звезда должна была пройти слишком близко от Солнца. В этом случае планеты
не могли бы выйти на существующие орбиты, или были бы захвачены подошедшей звездой. Кроме того, выброс планет должен был бы произойти в радиальном направлении, и никаких причин для возникновения столь точно круговых орбит не могло быть. В связи со всем изложенным эта гипотеза была оставлена, и даже сама идея возможного отрыва планет от Солнца затем отметалась с порога, независимо от особенностей процесса.Если же происходит предварительная раскрутка Солнца, то положение меняется в корне. Нынешнее Солнце нужно раскрутить всего в 100 раз быстрее, чем оно крутится сейчас, чтобы центробежная сила на его поверхности уравновесила силу тяготения. (“Молодое Солнце”, размеры которого значительно превышали нынешние, вращалось намного быстрее, чем нынешнее, и требовало меньшей раскрутки). Но еще до этого любая неоднородность, имеющаяся или возникшая внутри Солнца, приведет к превращению его в слабо выраженную “гантель”, дальнейшая раскрутка которой вызовет прилив - “всплывание” некоторой массы изнутри к поверхности, после чего продолжающаяся раскрутка неизбежно должна будет отделить “всплывшую массу” от Солнца, превратив ее в планету.

А затем продолжающееся действие вращающего момента со стороны Двойной звезды будет приложено уже к паре (“гантели”) Солнце-планета. Вновь образовавшаяся гантель будет вращаться около общего центра масс. Но поскольку плечо Центр-Солнце существенно меньше, “раскрутке” теперь будет подвергаться не столько само Солнце, сколько планета, постепенно отходя от Солнца на все большее расстояние
.Отделившись от Солнца, пра-планеты продолжали раскручиваться, так как вращающий момент действует на любую движущуюся массу, находится ли она в контакте с Солнцем или нет. Увеличение их орбитальной скорости приводило к удалению их от Солнца. Именно по этой причине орбиты планет являются прежде всего круговыми, а не эллиптическими. Эллиптичность орбиты является первым признаком “захваченности” планеты (или космического тела), так как крайне мала вероятность того, что одно космическое тело подойдет к другому точно на определенное расстояние с точно определенной скоростью в касательном к будущей орбите направлении.
Вращение Солнца со столь большой скоростью (200 км
/сек) в момент отделения первой планеты соответствовало периоду его обращения примерно 6 часам. (Здесь речь идет о газово-жидкостной массе, имеющей плавное распределение вдоль радиуса Солнца). Соответственно и период полного оборота первой отделившейся планеты (Плутон или планета Х) вокруг собственной оси был равен тоже 6 часам.По мере приближения двойной звезды к Солнцу его “раскрутка” продолжалась. Но теперь раскрутке подвергалось не только Солнце, а и слегка отделившийся от него небольшой кусочек (в дальнейшем он станет планетой Плутон). Вместе они, как уже сказано, составили небольшую “гантель”, и по мере ее раскрутки будущий Плутон отходил от Солнца все дальше и дальше, находясь на круговой орбите все большего радиуса. Однако его орбитальная скорость, как ни странно, должна была все время уменьшаться. Система Солнце-Плутон получала в единицу времени одно и то же количество энергии на раскрутку, и пропорционально этой энергии должен был возрастать кинетический момент вращения этой “гантельки”. Если бы радиус орбиты оставался постоянным, то при удвоении момента скорость возросла бы только пропорционально корню квадратному (т.е.
V2) Но с увеличением радиуса скорость увеличится еще меньше.Независимо от этого процесса само Солнце также продолжало подвергаться дальнейшей раскрутке. Но двойная звездная система продолжала приближаться, и ее прямое притяжение вызвало уже большую дестабилизацию внутренней структуры Солнца, и, как следствие, отделение от него несколько большей массы – будущей планеты Нептун. К этому времени Плутон уже отошел на значительное расстояние от Солнца.
Однако, еще до отделения от Солнца Плутона двойная звезда настолько сильно раскрутила внешнюю атмосферу Солнца, что часть ее начала непрерывно отходить от Солнца и притягиваться двойной системой. Да и само Солнце за счет увеличения угловой скорости начало “распухать”, причем по предварительным соображениям его радиус мог увеличиться чуть ли не до нынешней орбиты Марса, будучи первоначально примерно равной нынешней орбите Меркурия (“молодое Солнце”). Конечно, вглубь от этого радиуса плотность вещества Солнца
распределялась существенно неравномерно, и глубинные слои вращались значительно медленнее внешних.
Полное отделение Нептуна от Солнца произошло при другой окружной скорости вращения; в этот момент близкая к поверхности жидкая масса Солнца делала полный оборот за 15 часов. Это произошло потому, что к тому моменту Солнце дополнительно “распухло” и хотя его общий кинетический момент увеличился, его окружная скорость уменьшилась. Однако по-прежнему условия на его границе были таковы, что за счет центробежной силы ускорение силы тяжести было равно нулю (и даже несколько меньше), а вроде бы именно этим определяется возможность отделения планеты от звезды..
Оторвавшись, Нептун также стал постепенно увеличивать радиус своей орбиты, постепенно теряя скорость, одновременно с увеличением момента вращения.
То же самое произошло впоследствии с остальными крупными планетами – Ураном, Сатурном и Юпитером. Оторвавшись на скорости, соответствующей примерно 10 часам оборота Солнца вокруг своей оси, они имеют все возрастающую (к Юпитеру) массу (влияние дополнительного притяжения двойной звездной системы) .



Судя по результатам, Юпитер был последней крупной планетой, “выдернутой” из Солнца на минимальном расстоянии, которое было между прошедшей мимо Солнца двойной звездной системой, после чего она начала удаляться.
Планеты, видимо, не вырывались поодиночке. Внутри Солнца образовалась некая приливная “волна-столб”, поддерживаемая в радиальном направлении все увеличивающейся раскруткой Солнца. И к моменту отрыва Юпитера, на очереди уже были Марс, Земля, Венера и Меркурий. Они продолжали “всплывать” к поверхности Солнца, которое в свою очередь продолжало раскручиваться, хотя и меньшей интенсивностью, так как двойная система начала удаляться. Уже вырванные планеты продолжали удаляться от Солнца, однако все в более медленном темпе.

Первой на удаление двойной звездной системы должна была среагировать распухшая газовая атмосфера Солнца. Ее размеры стали постепенно сокращаться, и в тот момент, когда Марс и Земля вышли из нее, она вращалась вокруг Солнца уже с меньшей скоростью, однако все еще очень быстро, делая примерно один оборот за 24 часа. Именно эту скорость вращения вокруг своей оси и сохранили Марс и Земля, хотя могли отделиться от тела Солнца, когда оно еще делало 1 оборот за 10 часов.


(Марс вращается несколько медленнее Земли, что требует дополнительного объяснения – вполне вероятно, что таким объяснением может быть некоторое торможение Марса со стороны Юпитера или, что менее вероятно, со стороны Деймоса. Кроме того, атмосфера Солнца, сокращаясь в размерах, “освободила” Марс несколько раньше, когда верхние ее слои вращались с несколько более медленной скоростью).

Можно предположить, что до того, как атмосфера Солнца сжалась до размеров орбиты Меркурия (после начала удаления двойной звездной системы), эта атмосфера увлекала за собой Меркурий, который к тому времени уже удалился от Солнца, но все еще очень долго оставался внутри его атмосферы. И в это время атмосфера Солнца (ее внешний край) вращалась вокруг него с периодом обращения 58 земных суток. Поэтому, хотя Меркурий и мог вращаться вокруг своей оси в момент отрыва от Солнца примерно с той же скоростью, что Земля и Марс, но время его пребывания в атмосфере Солнца могло быть существенно больше, и атмосфера Солнца успела затормозить его собственное вращение. Выйдя из атмосферы Солнца, Меркурий сохранил то время обращения вокруг своей оси, которое имели верхние слои атмосферы Солнца вокруг самого Солнца. Однако ввиду своей близости к Солнцу в течение более длительного времени, чем даже Венера, и созданию на Солнце приливной волны Меркурий дополнительно получал “тянущее” ускорение со стороны Солнца по мере того, как его собственный период вращения увеличивался за счет сжатия до одного оборота за 25 земных суток, и постепенно вышел на орбиту с периодом обращения 88 дней.
В дальнейшем Солнце продолжало сжиматься и одновременно ускоряться, и за 4-5 млрд.лет его скорость вращения увеличилась (за счет сжатия при постоянном моменте вращения) и период вращения вокруг своей оси стал равен, как уже сказано, примерно 25 земных суток.
Если даже газовое облако достигало размеров орбиты Венеры, то его внешний край не мог вращаться со скоростью 1 оборот за 225 земных дней. Свою скорость на орбите Венера могла (как и все планеты) приобрести за счет раскрутки и постепенного отхода от Солнца. Она и Меркурий сравнительно недалеко успели отойти от Солнца, так как “вылупились” последними. В любом случае параметры Венеры и ее орбиты удовлетворяют закону Кеплера
.Более загадочным кажется очень медленное вращение Венеры вокруг своей оси в обратную сторону. Ситуация, характерная для Урана и Нептуна, и описанная ниже, для Венеры “не проходит”, в силу близости ее к Солнцу.
Это могло произойти в результате действия вращающего момента со стороны Солнца. Выйдя из медленно вращающегося вокруг Солнца газового облака, несколько затормозившего ее собственное вращение вокруг оси, Венера оказалась на наиболее близкой к Солнцу орбите, если не считать Меркурия, и поэтому подверглась тормозящему влиянию вращающегося Солнца больше других планет. Это влияние было настолько сильным, что Солнце смогло за 4-5 миллиардов лет “закрутить” Венеру в обратную сторону.
С Меркурием же этого не произошло (хотя он находится к Солнцу еще ближе) потому, что в течение того времени, пока он находился внутри газового околосолнечного облака, это облако увлекало его за собой, создавая вращающий момент в положительном направлении (против часовой стрелки). Меркурий начал эффективно тормозиться существенно позже Венеры, только выйдя из газового облака, и поэтому просто не успел к настоящему времени “раскрутиться наоборот”. Вполне возможно поэтому, что цифра 58 суток не отражает точной картины происходившего. Не исключено, что верхние слои солнечной атмосферы, увлекавшие за собой Меркурий, имели время обращения вокруг Солнца между 58 и 25 дней, и Меркурий затормозился воздействием Солнца до 58 дней и тормозится также и до сих пор.
Хорошо известно, что тормозится также и Земля, но с меньшей скоростью из-за своего большего удаления от Солнца. Предварительный расчет показывает, что он вполне могла успеть затормозиться от 10 часов на один оборот (как большие планеты) и даже от 6 часов, как у Плутона, до 24 часов как в настоящее время.. Очень близкая величина суток у Марса и Земли также свидетельствует в пользу этой гипотезы.
Спутники планет.
Планета чаще всего (как раскаленная капля) отделяется не одна, а с сопутствующими ей более мелкими каплями. Чем больше планета по размерам, тем, естественно, она увлекает за собой большее количество “капель”, из которых потом будут образовываться спутники планет. Отделившись от Солнца на сравнительно небольшое расстояние, планета плывет в пространстве вместе со спутниками, которые пока еще не вращаются вокруг самой планеты – общий “рой” планета-спутники вращается вокруг Солнца.
В дальнейшем, по мере раскрутки под воздействием вращающего момента со стороны двойной звездной системы, “рой” отдаляется от Солнца на значительное расстояние. И вот тут оказывается, что вращающий момент действует не только на пару Солнце-планета, но и на пары “планета-спутник”, причем в том же направлении. В результате спутники постепенно “закручиваются” вокруг своих планет.
Из всех спутников планет лишь спутник Нептуна (Тритон) имеет обратное вращение. Это могло быть прямым следствием того, что под влиянием Двойной Звезды не только сам Нептун, но и плоскости орбит его двух самых больших спутников совершили поворот в пространстве. Тритон, находившийся ближе к Нептуну,
чем второй спутник Нереида, мог совершить пол-оборота, а Нереида, находившаяся дальше, повернула плоскость своей орбиты только на 27 градусов, хотя могла сделать и более одного оборота. Орбита Тритона наклонена к плоскости экватора Нептуна на 29 град, плюс к тому, что ось вращения самого Нептуна наклонена к плоскости эклиптики на 20 градусов – итого 49. Похоже, что она перестала менять наклонение плоскости орбиты после того, как Двойная удалилась на значительное расстояние, да так и осталась в этом положении..Правда, большой эксцентриситет орбиты Нереиды наводит на мысль о возможности ее случайного захвата Нептуном. Остальные спутники Нептуна сравнительно малы, находятся на небольшом расстоянии от него, что приводит к их практически круговым орбитам и крайне малому их наклону по отношению к экватору планеты. Другими словами, планетная система под внешним воздействием стремится повернуться как единое целое, если только спутник не находится от планеты на расстоянии, большем некоторого критического
Спутники Урана
находятся довольно близко к самой планете и потому мало подвержены внешним силам, вызывающим поворот плоскости их орбиты относительно экватора планеты.Спутник Плутона
(Харон) имеет наклон плоскости своей орбиты по отношению к экватору Плутона около 100 градусов, хотя и находится относительно него на очень близком расстоянии (около 20 000 км). Несмотря на это его орбита испытала сильное воздействие со стороны Двойной Звезды, потому что Плутон находился к ней ближе всех других планет.Очень интересно, что практически все ближайшие к планетам спутники имеют период вращения вокруг своей оси, равный периоду обращения вокруг планеты, то есть всегда повернуты к ней одной и той же стороной, подобно паре Луна-Земля. Любой спутник, в том числе и Луна, несколько несимметричен, либо внешне, либо внутренне. Поэтому он теоретически представляет собой “гантель”, стремящуюся развернуться к источнику притяжения большей массой и “отвернуться” от него меньшей массой.
Некоторой проблемой остается объяснение периода вращения Нептуна вокруг своей оси, равного 15 часам. Согласно простым представлениям, Нептун, имеющий сходные с другими большими планетами состав и плотность, должен был бы отделиться от Солнца в едином с ними процессе (только первым) и потому иметь период вращения около 10 часов.
Однако надо обратить внимание, что именно Нептун имеет уникальный по отношению к остальным указанным планетам спутник Тритон. По своим размерам Тритон несколько больше Луны, а массу имеет вдвое большую, что говорит о его плотности, приближающейся к плотности Земли
Тритон находится от Нептуна почти на таком же расстоянии, как и Луна от Земли, и поэтому вращается вокруг Нептуна с гораздо большей скоростью, делая 1 оборот за пять дней.
Соотношение массы планеты к массе спутника у пары Нептун-Тритон второе по малости (меньшее только у пары Земля-Луна). Кроме того, сам Нептун имеет довольно низкую плотность (как и все большие планеты), что позволяет предположить, что они имеют в основном газово-жидкостный состав.
Поэтому кажется очень вероятным, что массивный близко расположенный к планете Тритон за миллиарды лет несколько затормозил вращение Нептуна вокруг своей оси до 15 часов.
У остальных больших планет спутники имеют гораздо меньшую относительную массу и находятся на гораздо больших относительных расстояниях от своих планет.

В полном соответствии с этой гипотезой следом за Юпитером отделилось целое облако более или менее мелких “капель”-осколков. Некоторые, находившиеся в момент отделения недалеко от Юпитера, были им “захвачены” в качестве спутников (спутники с 5 по 16 имеют размеры от 8 до 100 км). Другие, находившиеся относительно далеко, расположились в “поясе астероидов”, до некоторой степени и время от времени
подвергаясь воздействию поля тяготения Юпитера, изменявшего характеристики их орбит в небольшой степени. Они испытывали точно такую же “раскрутку” со стороны Двойной звезды и отошли на положенное расстояние от Солнца, как и другие планеты.Кольца.
Сатурн, Уран, Нептун имеют кроме отдельных спутников также “кольца” разной величины. Наиболее ярко выражены кольца у Сатурна, но Уран и Нептун также их имеют.



Согласно рассматриваемой гипотезе наиболее вероятно наличие колец у больших планет. Расчеты могут показать, при каких параметрах отрыва и вязкости исходной массы отходящая планета увлекает за собой множество мелких “капелек”, из которых впоследствии образуются кольца. Юпитер, по всей видимости, также мог иметь кольца, и даже лучше, чем у Сатурна – если бы по каким-то причинам не опередил в своем уходе от Солнца облако астероидов, отделившихся вслед за ним.
Планеты “Земной группы” и их спутники отошли от Солнца, по-видимому, “без шума и пыли”, мягко и плавно, и не увлекли за собой мелких “капелек”. Кроме того, они относительно долго находились в атмосфере Солнца, что могло как-то повлиять на их существование “капелек” вообще.
Уход двойной звездной системы.
Наклон плоскости вращения и осей вращения планет.
При дальнейшем движении Двойной системы в окрестностях Солнца раскручиваемые планеты приближались к ней.
Но плоскость вращения двойной звезды не совпадала с большой точностью с плоскостью эклиптики, то есть с плоскостью орбиты Земли и, в среднем, почти всех планет. Вследствие этого к каждой планете как вращающемуся волчку оказывалась приложена сила притяжения к Двойной звезде, лежащая не в плоскости эклиптики. В соответствии с этим возникала кориолисова сила, поворачивающая ось вращения планеты в направлении, перпендикулярном действию приложенной силы. Ось вращения планеты становилась не перпендикулярной плоскости ее орбиты, и чем дальше от Солнца и ближе к Звезде находилась планета, тем большим было это воздействие. Кроме того, поскольку эффект этого воздействия зависит от массы вращающегося волчка, то на смещение оси Юпитера (планеты-гиганта) это почти не повлияло. Но даже внутренние планеты – Земля и Марс почти в равной степени испытали это воздействие, и их оси вращения наклонены примерно под одним углом, причем у Марса, естественно, несколько больше (23 и 25 градусов соответственно у Земли и Марса).
Меркурий и Венера практически не подверглись этому воздействию. Юпитер повернул свою ось вращения всего на 3 градуса. Зато Сатурн уже на 27 градусов,
Уран вообще лег “на-бок” (82 градуса), а Нептун, вероятнее всего, сделал полный оборот, потому что 30 градусов ничем не отличаются от 330 градусов (причем каждая планета повернулась, естественно, вместе со своими кольцами). До последнего времени не было данных о наклоне оси вращения Плутона, но после рейсов американских космических зондов выяснилось, что угол наклона его оси вращения к плоскости эклиптики около 120 градусов, причем, конечно, трудно сказать, сколько раз его ось сделала полный оборот, так как Плутон хотя и вращается с самой большой скоростью в Солнечной системе, но оказался ближе всего к Двойной Звезде.
Более того, орбита Плутона испытала сильное воздействие со стороны Звезды и единственная из всех имеет заметный наклон к плоскости эклиптики (17 градусов).
По мере удаления Двойной Звезды от Солнца ее сила притяжения ослабевала, и оси планеты заняли свое “остаточное положение”. Вполне возможно, что по этим положениям (плюс наклон орбиты Плутона) можно восстановить всю “картину боя”.
Возникновение прецессии оси вращения у планет
Хотя в спиральной галактике большинство звезд вращается вокруг ее центра приблизительно в одной плоскости, плоскости орбит звезд чаще всего не вполне совпадают. Галактика – не плоский диск, это объемное образование (рис.12). Поэтому планеты, оторвавшиеся от малой звезды, попадают в поле действия двух составляющих сил.
Одна из них “закручивает” их по орбите именно в направлении вращения малой звезды, а вторая сила стремится повернуть эту орбиту в направлении плоскости вращения большой звезды (звездной системы). В результате возникает прецессия вращения оси планеты, причем тем большая, чем дальше планета находится от малой звезды и чем ближе - к большой. Для самых дальних планет от Солнца прецессия оси вращения планеты была столь велика, что Уран, например, в настоящее время просто "лежит на боку", его ось вращения находится в плоскости его орбиты. Скорость прецессии под действием внешней силы зависит от нескольких параметров - от величины самой силы, меняющейся вдоль линии, соединяющей центры звезд, от радиуса орбиты планеты и от ее собственного момента вращения. Юпитер, как большая планета и относительно близкая к Солнцу, может и не иметь сильной прецессии, а Сатурн (и тем более – Уран) могут иметь ее значительно большую, что до некоторой степени подтверждается положением оси вращения самого Урана.
Измерив скорость прецессии всех планет Солнечной системы, можно в принципе, определить моменты, когда оси всех планет приблизительно совпадали с осью вращения Солнца, и таким образом вычислить возможные моменты образования солнечной системы. Таких предполагаемых моментов может быть, понятное дело, много. Уточнить "день рождения" можно, определив приблизительно, когда и какой "папа-Сириус" проходил вблизи Солнца. Если этот момент приблизительно совпадет с геологическими данными возникновения Земли (4-4,5 млрд.лет), гипотеза получит серьезное подтверждение.

Рис.16. Возникновение прецессии осей вращения планет.