Начиная с Канта и Лапласа, исследователи пытаются воссоздать модель формирования и эволюции солнечной системы на базе физических законов.
Кант опирался в своих рассуждениях на открытый к тому времени закон всемирного тяготения. Лаплас дополнил гипотезу Канта учётом законов, связанных с динамикой вращения. Кроме этого, Лаплас показал, что с точки зрения теории вероятности закономерности, наблюдаемые в солнечной системе, не могли возникнуть в результате действия случайных процессов. Тем не менее, к настоящему времени большинство исследователей являются продолжателями идей Канта и Лапласа, считая, что образование солнечной системы произошло в результате случайных столкновительных процессов в околосолнечном диске. Трудно поверить, что миллиарды тел объединились в ничтожное количество наблюдаемых планет, да ещё создали при этом строгие закономерности.
Наблюдения молекулярных облаков
С развитием техники радио и инфракрасной спектроскопии появилась возможность для более детального изучения структуры холодных молекулярных облаков. В них наблюдается иерархия турбулентности, а также компактные источники мазерного и инфракрасного излучений. Данные наблюдения наводят на мысль о том, что формирование планетных и спутниковых систем начинается на стадии молекулярных облаков. Волновое движение материи в них способствует образованию протооблаков, которые в дальнейшем обособляются и начинают собственную эволюцию. Отдельное протооблако следует рассматривать как диссипативный объект. При его сжатии как целого часть выделяющейся гравитационной энергии излучается, а другая часть идёт на повышение температуры. При этом изменяется ряд характерных параметров. Из теории диссипативных объектов известно, что в них время от времени происходят бифуркации собственных частот, причём при изменении одного параметра осуществляется бифуркация с удвоением частоты, а при изменении двух и более параметров наблюдается бифуркация с утроением частоты. Разумно предположить, что данное свойство диссипативных объектов определяет формирование структур в протооблаках разного масштаба. При каждой бифуркации в материнском облаке формируется дочернее, которое начинает свою собственную эволюцию.
Следовательно, в строении солнечной системы могут быть выявлены следы такого процесса.
Строение солнечной системы
Благодаря астрономическим наблюдениям и исследованиям с помощью космических аппаратов, пространственные и физические характеристики тел, населяющих солнечную систему, установлены с высокой точностью. Конечно, эти данные всё время уточняются и дополняются, и они широко представлены в соответствующей литературе. Исследователи выделили также ряд закономерностей в строении солнечной системы, которые необходимо учитывать при построении тех или иных моделей её формирования и эволюции. Проанализируем структуру солнечной системы в свете сделанного выше предположения о бифуркациях и с целью выявления некоторых аномалий. Заметим, что можно выделить большую систему, к которой следует отнести Солнце, астероиды и большие планеты, а также четыре малых системы, связанных с большими планетами, их кольцами и спутниками. Разумно предположить, что периоды обращения планет и спутников были адекватны периодам собственных колебаний протооблаков на момент формирования их собственных сгущений. В этом случае отношение периодов обращения тел в каждой выделенной системе может вскрыть информацию о характере существовавших бифуркаций.
В большой системе это отношение близко к 3, если Нептун поместить на орбиту Плутона. Тогда можно говорить о том, что на первом этапе сжатия протосолнечного облака менялись, по крайней мере, два параметра, температура и средняя плотность, поэтому происходили бифуркации утроения частоты. С другой стороны это может говорить об аномалии в наблюдаемом положении Нептуна.
В малых системах наблюдается такая же тенденция, для дальних спутников отношение периодов обращения близко к 3, а для внутренних близко к 2. Это может свидетельствовать о том, что на некоторой стадии эволюции протооблаков превалирующим параметром становилось изменение средней плотности. Кроме того, как заметили исследователи, дальние спутники больших планет не регулярны, что также может рассматриваться как некая аномалия.
Следует отметить, что для планет земной группы отношение периодов обращения также близко к 2. Следовательно, механизм их формирования был подобен тому, который определял появление внутренних спутников больших планет. Значит, искать общую формулу для планетных расстояний не корректно, так как действовали различные механизмы формирования.
Во всех выделенных системах может быть найдено кольцеобразное образование. Наиболее отчётливо оно наблюдается в системе Сатурна. Установлено, что кольца Сатурна образуют тонкий, но широкий объект, чего нельзя сказать об астероидах. Видимо, наличие пояса астероидов следует рассматривать как некоторую аномалию, связанную с возмущением кольца астероидов.
Наконец, явная структурная аномалия может быть выявлена из анализа системы Урана. Вопервых, Уран имеет меньшую массу, чем Нептун, хотя расположен ближе к Солнцу. Во вторых, ось его вращения практически лежит в плоскости орбиты. Характерно, что внутренние спутники Урана при этом сформировались в плоскости экватора, что может служить доказательством существования протооблака, которое сначала изменило направление оси вращения, а уж затем появились спутники.
Следует отметить также аномалии изотопного состава многих исследованных метеоритов.
Итак, выявленных аномалий достаточно, чтобы придти к выводу о том, что солнечная система испытала мощное внешнее возмущение на определённой стадии своей эволюции. Учитывая её размеры, становится ясным, что такое возмущение может быть вызвано только быстро расширяющейся оболочкой, образовавшейся после взрыва сверхновой звезды типа II.
О взрыве сверхновой звезды
Анализируя строение солнечной системы, можно обнаружить, что мы наблюдаем, по крайней мере, две последние ступени фрагментации протооблаков. Это приводит к мысли о том, что могла существовать более крупно масштабная ступень, которая могла быть связана со сжатием и эволюцией протооблака, имевшего массу порядка 100 солнечных масс.
Из теоретической астрофизики известно, что такие объекты эволюционируют быстро по космическим масштабам времени и через несколько миллионов лет взрываются как сверхновые типа II без остатка, т.е. вся масса разлетается в виде быстро движущейся оболочки, обогащённой тяжёлыми элементами с максимумом в области S, Si и Ca.
Возможно, что протосолнечное облако сформировалось как спутник такого массивного объекта. В этом случае, действительно, взрыв сверхновой мог застать солнечную систему на определённой стадии эволюции. Мы можем мысленно предположить состояние солнечной системы до взрыва и после.
До взрыва в солнечной системе сформировались протооблака больших планет, которые уже имели по два спутника, было кольцо астероидов и планеты земной группы. Взрыв застал солнечную систему в определённой фазе движения тел, населяющих её.
Протооблако Нептуна двигалось на встречу оболочке, было заторможено и приблизилось к Солнцу. Бывший спутник Нептуна Плутон остался вблизи прежней орбиты Нептуна и образовал спутник Харон.
Протооблако Урана перемещалось перпендикулярно направлению движения оболочки, поэтому потеряло значительную часть массы и изменило направление оси вращения.
Кольцо астероидов преобразовалось в пояс. Тела, населяющие его, длительное время сталкивались в дальнейшем, образовав часть из наблюдаемых метеоритов с различным изотопным составом.
Протооблако Юпитера несколько ускорилось, поэтому отдалилось от Солнца, и его внешние спутники были разрушены при этом. Кроме того, его облако было обогащено серой.
Протооблако Сатурна находилось в тени Солнца, поэтому претерпело меньшие возмущения. Видимо, поэтому в данной системе образовалась система колец, которой не наблюдается у других больших планет.
Таким образом, показана связь между выявленными в структуре солнечной системы аномалиями и предполагаемым взрывом сверхновой звезды.