Как образовалась Солнечная система?

Нашей Солнечной системе 4.5 миллиарда лет, и мы живем в относительно спокойное время: Солнце находится в середине жизненного пути, все планеты и большая часть комет давно приобрели устойчивые орбиты, а падение на нашу планету крупного астероида — из ряда вон выходящее событие, о котором долго пишут различные СМИ.

Но как мы пришли к такому благополучию? Как образовалось Солнце и планеты рядом с ним? Как планеты приобрели свои орбиты? Формирование Солнечной системы является сложной головоломкой для современной астрономии и потрясающей демонстрацией работы чудовищных сил гравитации, действующих в огромных временных рамках. Так что давайте разбираться.

Досолнечная туманность

Разумеется, Солнечная система не возникла из ничего. Все звезды образуются в результате коллапса туманностей, которые представляют собой рыхлые облака газа и пыли, и наше Солнце — и Солнечная система — ничем в этом плане не отличаются от других звезд и планетных систем. Астрономы называют такое образование «досолнечной туманностью», и, конечно, ее давно уже нет, но ученые видели достаточно звездных систем на различных стадиях формирования по всей галактике, чтобы получить достоверную общую картину.

Однако сама по себе туманность является достаточно стабильной и не будет коллапсировать в Солнечную систему без определенного «стимула», который должен заставить ее начать сжиматься. В нашем случае мы можем поблагодарить соседний взрыв сверхновой, чья ударная волна смяла досолнечную туманность, заставив ее сжаться.

Туманности — места активного звездообразования.

При этом исследователи могут вполне обоснованно сказать, что такая сверхновая взорвалась относительно недалеко по космическим меркам, потому что при таких звездных взрывах образуется большое количество определенных радиоактивных элементов, которые обычно не обнаруживаются внутри досолнечных туманностей, однако мы их наблюдаем в нашей Солнечной системе.

В результате в какой-то момент переход от туманности к Солнечной системе стал необратимым. В течение многих миллионов лет туманность сжималась и нагревалась, в конечном итоге достигнув точки, когда протосолнце было окружено тонким, быстро вращающимся диском из газа и пыли.

И тут началось самое интересное.

Появляются планеты

Четыре с половиной миллиарда лет назад наше Солнце еще не было такой яркой звездой, как сегодня. Оно было компактное и очень, очень горячее, но все же еще не достигло критической плотности и температуры, необходимых для поддержания ядерного синтеза в его ядре.

И, пока Солнце было на этой эмбриональной стадии, планеты начали свое медленное вальсирующее формирование. Ближе к юной звезде жара и света хватало, чтобы в этих областях оставался только каменистый материал: лед испарился, а различные газы, такие как водород и гелий, просто улетели вглубь молодой Солнечной системы. Оставшимся каменистым кускам ничего не оставалось, как медленно слипаться под действием гравитации, образуя все более крупные сгустки.

В конце концов, по прошествии достаточного количества времени (а у Вселенной возрастом больше 13 миллиардов лет свободного времени, очевидно, хватает), эти кусочки сформировали планетезимали, маленькие зародыши планет. Их было много, и это было довольно жестокое время для нашей Солнечной системы, поскольку эти планетезимали сталкивались, разрушались и преобразовывались бесчисленное количество раз. Наша собственная Земля тогда столкнулась с объектом размером почти с Марс, и обломки от этого удара в конечном итоге стали Луной.

Однако за пределами области, которая в конечном итоге стала поясом астероидов, формирование планет происходило по-другому. Там было достаточно холодно, чтобы лед мог «выжить», позволяя ядрам планет вырастать до огромных размеров за короткий промежуток времени.

Затем эти большие ядра с мощной гравитацией стали притягивать окружающий материал, в основном как раз водород и газообразный гелий, улетевшие из внутренней части Солнечной системы. В итоге эти миры стали окутываться плотной пеленой атмосферы — так и родились планеты-гиганты.

Поздняя тяжелая бомбардировка

Передвинемся на полмиллиарда лет вперед. Температура и давление в ядре Солнца наконец-то достигли достаточных значений, чтобы начался ядерный синтез, который продолжается до сих пор. При этом гравитация нашего светила стабилизировала внутренние каменистые планеты на своих орбитах.

Страшное время для внутренних планет — их буквально закидывало астероидами на протяжении сотен миллионов лет.

Но вот внешние газовые гиганты были окружены роями обломков, оставшихся от хаотического процесса строительства планет. В результате начались гравитационные танцы поистине космических масштабов.

Астрономы подозревают, что четыре планеты-гиганта нашей Солнечной системы — Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун — изначально сформировались гораздо ближе друг к другу, чем они находятся сегодня, и гравитационные взаимодействия с оставшимися вокруг них обломками заставили их сменить орбиты. На передел нашей Солнечной системы потребовались сотни миллионов лет, и ученых есть несколько возможных объяснений, как он мог произойти.

В одном из сценариев Юпитер и Сатурн двигались внутрь, к Солнцу, что заставило Уран и Нептун наоборот отодвинуться наружу. В другом сценарии планеты внешней Солнечной системы играли в игру «гравитационное перекидывание горячей картошки» с еще одной дополнительной пятой гигантской планетой, которая в конечном итоге была или полностью выброшена из Солнечной системы, или же находится сейчас на ее задворках (и может являться Девятой планетой). Ну и в последнем сценарии Юпитер мог приблизиться к орбите Марса, прежде чем вернуться обратно, нарушив тем самым орбиты остальных внешних миров.

Каким бы способом не происходила перестановка планет-гигантов, она вызвала настоящий хаос в Солнечной системе. Астрономы считают, что мигрирующие внешние планеты дали начало эпохе, названной поздней тяжелой бомбардировкой — из-за гравитационных возмущений начались интенсивные столкновений комет и астероидов во внутренней Солнечной системе около 4 миллиардов лет назад, и продолжался этот хаос несколько сотен миллионов лет.

Смещения орбит газовых гигантов нарушили стабильность всего оставшегося «строительного материала» в Солнечной системе, либо отправив его на далекие орбиты на замерзших окраинах нашей звездной системы (откуда различные кометы временами все же прилетают ближе к Солнцу), либо наоборот «запульнув» его внутрь, тем самым создав проблемы для каменистых планет.

Мы живем во времена стабильного Солнца, и оно еще долго не будет меняться.

Несмотря на эту катастрофическую бомбардировку, на самом деле все было не так уж плохо: процессия комет, устремившихся во внутреннюю часть Солнечной системы, в изобилии доставила воду на каменистые миры, потенциально помогая создать жизнь на Земле — разумеется, уже после того, как наша звездная система снова стала стабильной.

После окончания тяжелой бомбардировки около 3.8 миллиардов лет назад наша Солнечная система пришла в практически современное состояние: Солнце стало иметь почти современный вид, только светило чуть ярче. Все планеты заняли стабильные орбиты. Разве только газовые гиганты продолжали обзаводиться спутниками, «выдергивая» нестабильные булыжники из пояса астероидов или Койпера.

Что касается будущего, то сложно предсказать поведение системы из миллионов движущихся компонентов через несколько миллиардов лет. Но, вполне возможно, наша Солнечная система останется стабильной еще очень долгое время, пока в Солнце не кончится топливо и оно не превратится в красного гиганта, тем самым убив внутренние планеты. 

Однако, возможно, глобальные изменения произойдут и раньше: так, за несколько миллиардов лет орбита Марса может стать более вытянутой и заходить за орбиту Земли, что может привести к катастрофическим последствиям. Аналогичная проблема может произойти и с Меркурием: его орбита может вытянуться, из-за чего гравитационное взаимодействие с Венерой может выкинуть его из Солнечной системы.

В любом случае, все эти возможные события произойдут крайне не скоро даже по меркам Вселенной, так что нам остается только радоваться, что мы живем в спокойный отрезок существования Солнечной системы.