Музыка сфер. Астрономия и математика

Рос Роза Мария

Как появилась Солнечная система

Солнечная система образовалась из аморфного и протяжённого облака газа, насыщенного молекулами водорода, гелия, углекислого газа, аммиака, воды, а также содержащего лёд и пыль тугоплавких металлов. Считается, что в межзвёздном пространстве это протопланетное облако вращалось и обладало магнитным полем. По какой-то причине, возможно, под действием ударной волны от ближайшей сверхновой, протопланетное облако сжалось настолько, что сила тяготения превысила противодействующие силы и произошёл коллапс.

На этом рисунке изображён момент формирования Солнечной системы.

Вы можете видеть образование звёзды и окружающего её диска.

Под действием центробежной силы облаку было проще сжаться в направлении оси вращения, чем перпендикулярно ей. Следовательно, вращавшееся облако сжалось в диск, перпендикулярный оси вращения, подобно тому, как расправляется пачка балерины, исполняющей фуэте, под действием центробежной силы.

Более тяжёлые частицы пыли стали частью диска этой протопланетной системы быстрее, чем газ. Плотность облака ближе к центру возрастала, и в самой его сердцевине образовалось Солнце, сохранившее магнитное поле облака. Солнце притянуло к себе большую часть материи, расположенной поблизости. Гравитационная энергия газа и пыли при сжатии преобразовалась в тепловую энергию, в результате Солнце нагрелось. Когда температура внутри него достигла нескольких миллионов градусов, начались ядерные реакции, и молодое Солнце стало излучать собственный свет.

От этого излучения находившаяся поблизости ледяная пыль испарилась, а из частиц тугоплавких металлов начали образовываться тела всё большего и большего размера. Они сталкивались друг с другом, в них накапливалось всё больше материи — так образовались планеты. Планеты, близкие к Солнцу, богаты тяжёлыми элементами, которые образовались из частиц тугоплавких металлов. Более далёкие от Солнца планеты, образованные из частиц металлов и мелких льдинок, по составу близки к облаку газа и пыли, из которого сформировалась Солнечная система.

Внешние планеты отличаются большими размерами, имеют кольца и большее число спутников, так как в процессе формирования вблизи них располагалось большее количество вещества.

На этом рисунке изображён протопланетный диск, из которого образуются планеты.

* * *

МОДЕЛЬ ОБРАЗОВАНИЯ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ В ДОМАШНИХ УСЛОВИЯХ

Если налить в таз с водой растительное масло, то вода и масло не перемешаются, так как имеют разную плотность: масло будет плавать по поверхности, и вы увидите, как постепенно образуется пятно сферической формы. Если мы перемешаем воду ножом так, чтобы образовался водоворот, то увидим, что капельки масла распределятся по поверхности воды, а затем будут сталкиваться друг с другом, образуя всё более и более крупные капли. Именно так (разумеется, в другом масштабе) образовалась наша Солнечная и другие планетные системы.

* * *

Изучение ближайших к Солнцу звёзд

При анализе областей, близких к Солнцу, звёздная материя считается жидкостью, которая подчиняется уравнениям гидродинамики и обладает цилиндрической симметрией (именно этот вид симметрии характерен для нашей спиральной галактики).

С помощью статистических и численных методов рассматривается наложение двух звёздных населений (населения I и населения II) друг на друга. При рассмотрении наложения теоретические результаты намного точнее согласуются с результатами наблюдений, чем при рассмотрении единственного звёздного населения.

Различие между звёздами галактических дисков и звёздами, находящимися в так называемых балджах галактик, открыл немецкий астроном Вальтер Бааде(1893–1960). Он же определил два класса звёзд — звёздное население I и звёздное население II — ещё до того, как был изучен процесс звёздной эволюции. К критериям классификации звёзд относятся скорость их движения в пространстве, расположение внутри галактики, возраст, химический состав и различия в цвете и яркости.

Структура Млечного Пути, на которой отмечены гало, диск и центральный балдж.

Согласно Бааде, звёзды, принадлежащие к звёздному населению I, образуют галактический диск. Они содержат значительные объёмы более тяжёлых элементов, чем гелий. Эти тяжёлые элементы образовались внутри звёзд предыдущих поколений и распространились в межзвёздном пространстве в результате взрывов сверхновых. Наше Солнце принадлежит к звёздному населению I. Звёзды такого типа часто встречаются в спиральных рукавах Млечного Пути и других спиральных галактик.

Звёзды населения II принадлежат к первым поколениям звёзд, образовавшихся после Большого взрыва. Следовательно, в большинстве из них содержание металлов невелико. Крайне маловероятно, что вокруг этих звёзд вращаются планеты. Звёзды населения II располагаются в шаровых скоплениях и в центре Млечного Пути. Находясь в галактическом гало, они действительно обладают низкой металличностью и намного старше, чем звёзды населения I. По результатам изучения звёздной эволюции известно, что звёзды населения II обладают малой массой, так как массивные звёзды, появившиеся одновременно с ними, уже мертвы.

В 1925 году американский астроном Эдвин Хаббл предложил классификацию галактик по схеме, которая используется и сегодня и отчасти позволяет объяснить их эволюцию. В рамках этой классификации выделяются две основные категории галактик: спиральные и эллиптические.

Спиральные галактики делятся на обычные и диффузные в зависимости от формы и относительных размеров балджа. Для них характерен большой объём газа в диске, что приводит к образованию множества звёзд, особенно молодых звёзд населения I. Такие галактики обычно располагаются в зонах с малой галактической плотностью.