Планеты

Внутренние планеты Солнечной системы

Давайте начнем с планет земной группы, их же называют внутренними планетами Солнечной системы. Поскольку внутренняя часть диска оказалась практически лишена легких летучих веществ, эти планеты образовались в основном из тугоплавких веществ (например, железа, никеля и твердых кремниевых соединений). По мере обращения вокруг Солнца частички этих веществ сталкивались друг с другом и слипались, образуя в результате объекты размером с валуны, которые впоследствии объединялись в тела размером с горы, так называемые планетезимали. Именно эти тела, в конце концов, соединились и образовали планеты.

До последнего десятилетия XX века предполагалось, что планеты образовались в значительной степени на своих современных орбитах и в своем современном состоянии. Но компьютерные модели показывают нам совершенно иную, ошеломляющую картину. Конечным результатом описанного выше процесса стало образование внутренней Солнечной системы с десятками планетарных «зародышей» размером с Луну. За этим последовал невероятный планетный «бильярдный матч», в котором зародыши сталкивались между собой, слипались, распадались, а иногда и совсем улетали из Солнечной системы. Когда «планетный бильярд» закончился, во внутренней Солнечной системе остались четыре планеты - Меркурий, Венера, Земля и Марс, которые мы видим сегодня.

Кликните по картинке, она откроется в новом окне и ее можно будет увеличить

Орбиты внутренних планет простираются от невероятно жарких областей (Меркурий) до суровых зимних температур на Марсе. Пока Меркурий шустро обегает вокруг Солнца, его полушария попеременно то раскаляются, то остывают до невероятно низких температур. Знойная Венера изнывает от жары под атмосферой, которая удерживает большую часть поступающей от Солнца энергии, - это похоже на исполинскую теплицу с мощнейшим парниковым эффектом.

Благодаря своему уникальному расположению Земля оказывается в пригодной для жизни зоне, где возможно существование воды в жидком состоянии. На холодном Марсе сохранились свидетельства более теплого и влажного климата в прошлом. В нашу космическую эру все планеты земной группы уже неплохо изучены, и неоднократно навещавшие каждую из них космические аппараты позволили построить подробные карты поверхности этих тел.

Внешние планеты Солнечной системы

Между тем за пределами «линии замерзания» разыгрывался совершенно иной сценарий. Поскольку там было так много нетронутого материала, планетезимали росли быстрее и до большего размера по сравнению с планетами земной группы. Благодаря своим огромным массам эти тела смогли захватывать имевшиеся поблизости в большом количестве водород и гелий. Это газовые гиганты - крупнейшие планеты Солнечной системы.

Последующая эволюция внешних планет несколько сложнее, чем у планет земного типа. Газовые гиганты Юпитер и Сатурн образовались быстро, как описано выше, а вот расположенные за ними Уран и Нептун, по-видимому, сформировались позже и гораздо ближе к Солнцу, чем они находятся сейчас. К тому же они образовались, когда Солнце испускало в космос интенсивные потоки частиц, которые выдули большую часть первичного водорода и гелия из Солнечной системы. В результате эти две планеты оказались меньше по размеру. Более того, по своему химическому составу они отличаются от Юпитера и Сатурна. Их часто называют ледяными, а не газовыми гигантами, чтобы подчеркнуть эту разницу.

Четыре планеты-гиганта, а также все оставшиеся планетезимали вместе с прочими объектами продолжали двигаться по своим орбитам, гравитационно взаимодействуя друг с другом. Согласно модельным расчетам, Юпитер сформировался на внешнем крае того образования, которое принято сейчас называть поясом астероидов. Последовательность сложных гравитационных взаимодействий Юпитера, Сатурна и оставшегося вещества в протопланетном диске запускает цепь событий, которые астрономы называют Большим галсом (по названию маневра парусного судна при движении против ветра).

На этой иллюстрации изображен бурный процесс формирования Земли в самом начале существования Солнечной системы, когда внутренние планеты подвергались бомбардировке бесчисленными планетезималями и в результате нагревались.

Большой галс начался с того, что Юпитер сместился к Солнцу и расположился между нынешними орбитами Марса и Земли. В ходе этого дрейфа зарождающаяся планета рассеивала вещество протопланетного диска, частично вышибая его за пределы Солнечной системы, а частично закидывая на Солнце. В этот момент гравитационное взаимодействие Юпитера и Сатурна (чья орбита также сместилась внутрь) привело к изменению направления дрейфа планет-гигантов на противоположное и перемещению их наружу, на современные орбиты.

Другим результатом этих маневров было то, что орбита Нептуна оказалась вытеснена наружу, так что она влетела в остатки протопланетного диска, словно шар для боулинга в кегли. К этому времени диск расширился примерно до размеров нынешней орбиты Урана, а ко времени окончания планетных миграций система уже вышла далеко за пределы нынешней орбиты Плутона.

Большой галс позволяет объяснить ряд особенностей внутренней Солнечной системы. Например, потеря столь большого количества вещества протопланетного диска объясняет, почему Марс намного меньше Земли и Венеры, - предназначенный для него запас строительных материалов был попросту выброшен из Солнечной системы. Это же соображение позволяет объяснить, почему в поясе астероидов осталось так мало вещества.

Результатом всех этих дрейфов стал период длительностью несколько сотен миллионов лет, который отличался высокой интенсивностью столкновений, затронувших все тела во внутренней Солнечной системе. Этот период получил название Поздней тяжелой бомбардировки. Оставленные им шрамы видны в кратерах, которые дожили до наших дней на поверхности безвоздушных тел, таких как Меркурий и Луна.

За последние несколько десятилетий астрономы поняли, что ранняя эволюция Солнечной системы была весьма непохожа на спокойный, упорядоченный коллапс, который представлял Лаплас в XVIII веке. Но после окончания первоначальных фейерверков Солнечная система стала гораздо более упорядоченным и предсказуемым местом - как раз то, что нужно для начала путешествия по первой из наших вселенных.

Кликните по картинке, она откроется в новом окне и ее можно будет увеличить

Четыре внешние планеты Солнечной системы и карликовую планету Плутон отделяют от Земли гигантские расстояния и годы полета. Самый крупный газовый гигант, Юпитер, первая из внешних планет, находится на расстоянии, превышающем 5 астрономических единиц (а. е.), а самая далекая из планет, Плутон, обращается вокруг Солнца на расстоянии 48 а. е. Благодаря гигантской массе Юпитер держит в своих гравитационных сетях астероиды и захватывает пролетающие мимо кометы. В отличие от внутренних планет, газовые гиганты имеют десятки естественных спутников разного размера, а также системы колец.