Происхождение Солнечной системы

Солнечная система состоит из 9 планет: Меркурия, Венеры, Земли, Марса, Юпитера, Сатурна, Урана, Нептуна, Плутона (рис. 7). Все пла­неты движутся в одном направлении, в единой плоскости (за исключением Плутона) по почти круговым орбитам. От центра до окраины Солнечной системы (до Плутона) — 5,5 световых часов. Расстояние от Солнца до Земли 149 млн. км, что составляет 107 его диаметров. Солнечная система совершает один полный оборот вокруг галакти­ческого центра за 180 млн. лет. Скорость движения Солнца вокруг оси галактики—250 км/сек. Ближайшие к Солнцу звезды α-Центавра и Сириус.

Рис. 7. Строение Солнечной системы

Возраст солнечной системы, зафиксированный по древней­шим метеоритам, около 5 млрд. лет. Общепринята гипотеза, по кото­рой Земля и все планеты сконденсировались из космической пыли, расположенной в окрестностях Солнца.

Первая серьезная попытка объяснить проис­хождение планет Солнечной системы и Земли с научной точки зрения была сделана французским математиком П. Лапласом в 1796 г., хотя несколько раньше Т. Рейн в Англии и И. Кант в Германии предложили свои гипотезы. Кант считал, что планеты образовались из пылевой туманности, со­стоящей из твердых частиц. Согласно теории Лапласа, планеты сформировались из враща­ющегося газового облака, спрессованного под действием собствен­ной гравитации. По мере сжатия облако сбрасывало многочислен­ные кольца, каждое из которых конденсировалось в планету. Так как гипотезы почти не противоречили друг другу, они были объединены в одну под названием гипотезы Канта - Лапласа. Эта гипотеза господствовала в науке в течение всего XIX века и дожила до первых десятилетий XX в.

В начале XX в. получила известность гипотеза английского астронома Дж. Джинса. Согласно его гипотезе, мимо Солнца про­шла когда-то более крупная звезда. Вследствие ее притяжения на Солнце вырвалась громадная струя раскаленного вещества (проту­беранец), образовавшая туманность с отдельными сгущениями. Из этих сгущений впоследствии образовались планеты, вращающиеся вокруг Солнца. В 30-х годах была доказана математическая несос­тоятельность этой гипотезы.

Из гипотез происхождения Солнечной системы также из­вестна электромагнитная гипотеза шведского астрофизика X. Альвена, усовершенствованная Ф. Хойлом. Альвен исходил из пред­положения, что некогда Солнце обладало очень сильным электро­магнитным полем. Туманность, окружавшая светило, состояла из нейтральных атомов. Под действием излучений и столкновений атомы ионизировались. Ионы попадали в ловушки из магнитных силовых линий и увлекались вслед за вращающимся светилом. По­степенно Солнце теряло свой вращательный момент, передавая его газовому облаку.

Слабость предложенной гипотезы заключалась в том, что ато­мы наиболее легких элементов должны были ионизироваться бли­же к Солнцу, атомы тяжелых элементов — дальше. Значит, бли­жайшие к Солнцу планеты должны были бы состоять из наилегчай­ших элементов — водорода и гелия, а более отдаленные—из железа и никеля. Наблюдения говорят об обратном.

Чтобы преодолеть эту трудность, английский астроном Ф. Хойл предложил новый вариант гипотезы. Солнце зародилось в недрах туманности. Оно быстро вращалось, и туманность становилась все более плоской, превращаясь в диск. Постепенно диск начинал то­же разгоняться, а Солнце тормозилось. Момент количества движе­ния переходил к диску. Затем в нем образовались планеты.

Согласно концепции О.Ю. Шмидта, Солнеч­ная система образовалась из скопления межзвездной материи, зах­ваченной Солнцем в процессе движения в мировом пространстве. Солнце движется вокруг центра Галактики, совершая полный обо­рот за 180 млн. лет. Среди звезд Галактики имеются большие скопления газово-пылевых туманностей. Исходя из этого, О. Ю. Шмидт полагал, что Солнце при движении вступило в одно из таких облаков и захватило его с собой. Силой своего притяжения Солнце заставило об­лако вращаться вокруг себя. Шмидт полагал, что первоначальное облако межзвездной пылевой материи обладало некоторым вра­щением, в противном случае его частицы выпали бы на Солнце.

В процессе обращения облака вокруг Солнца мелкие частицы сосредоточивались в экваториальной части. Облако превращалось в плоский уплотненный вращающийся диск, в котором вследствие увеличения взаимного притяжения частиц происходило сгущение. Образовавшиеся сгущения (тела) росли за счет присоединяющихся к ним более мелких частиц как снежный ком. Таким путем образо­вались планеты и обращающиеся вокруг них спутники.

Земля, по мнению О. Ю. Шмидта, также образовалась из холод­ных твердых частиц. Постепенное разогревание недр Земли про­изошло за счет энергии радиоактивного распада, что привело к вы­делению воды и газа, входивших в небольших количествах в состав твердых частиц. В результате возникли атмосфера и океаны, обус­ловившие появление жизни на Земле.

Антропный принцип

Попыткой ответа на вопрос, что же объясняет существование сложной структуры Вселенной, стало применение антропного принципа, согласно которому наша Вселенная обладает наблюдательными свойствами именно потому, что эти свойства допускают возможность существования наблюдателя, т.е. человека.

Антропный принцип впервые в 1958 г. был предположен нашим соотечественником Г. Идлисом и затем Б. Картером в 1974 г., но в неявном виде он уже функционировал и раньше в виде антропоморфизма. Этот принцип применяется в слабом и сильном вариантах.

Слабый антропный принцип. На свойства Вселенной накладываются ограничения наличием нашей разумной жизни. То, что наблюдают астрономы, зависит от присутствия наблюдателя.

Сильный антропный принцип. Свойства Вселенной должны быть такими, что бы в ней обязательно была жизнь.

Согласно этим принципам, между фундаментальными свойствами Вселенной и возможностью существования в ней жизни установлены строго определенные отношения. Фундаментальные свойства мира количественно выражаются через фундаментальные постоянные, и при их незначительном изменении может сильно измениться сценарий развития Вселенной и самой жизни во Вселенной. Таким образом, антропный принцип по сути превращает факт появления человека во Вселенной из случайного, незначительного, в центральный, приоритетный. Согласно антропному принципу, «любая физическая теория, которая противоречит существованию человека, очевидно, не верна».

Заметим также, что антропный принцип не отвергает возможности существования других Вселенных. Однако эволюция может происходить без наблюдателей, и, следовательно, жизнь в нашем понимании в них невозможна. При использовании антропного принципа появляется возможность моделировать другие допустимые Вселенные, что, с точки зрения современной физики, доказывает существование множества миров.

Кроме того, антропный принцип приводит к мировоззренческим уточнениям не только по множественности обитаемых Вселенных, но и по множественности существования жизни в нашей Вселенной. Наша Вселенная чрезвычайно тонко приспособлена для возникновения и существования жизни. Можно было бы подумать, что это относится к отдельной достаточно крупной, но все же локальной области Вселенной, где в силу случайной флуктуации создались условия, необходимые для существования жизни. Но как мы уже говорили, предполагается, что Вселенная однородна и изотропна, т.е. ее свойства в больших масштабах одинаковы.

Следовательно, когда мы говорим о чрезвычайно тонкой приспособленности Вселенной для жизни, речь идет не о локальных областях, а обо всей Вселенной в целом. Таким образом, применение антропного принципа приводит к выводу о закономерном возникновении и широкой распространенности жизни и разума во Вселенной. Антропный принцип, с точки зрения физики и философии, отвергает возможность уникальности земной жизни.

Вопросы для самоконтроля:

1. Приведите теоретические и экспериментальные доказательства нестационарности Вселенной.

2. В чем заключается суть гипотезы инфляционной Вселенной?

3. Приведите классификацию галактик по форме. К какому типу галактик относится Млечный путь?

4. Приведите схему эволюции звезд.

5. Какие концепции объясняют происхождение планет Солнечной системы?

6. В чем заключается антропный принцип?