Космогония — физическая наука, которая занимается изучением причин происхождения и процессов зарождения различных космических объектов и систем, из которых они состоят. В переводе с греческого языка «космос» означает мир, Вселенная, а «гони» — порождение.

Несмотря на нынешнее положение современной инженерии и науки в целом, ее технических возможностей недостаточно для определения действительных причин происхождения и развития различных небесных тел и систем, в том числе и Солнечной системы. Поэтому в космогонии имеют место так называемые гипотезы — научные предположения.

В отличие от космогонии, цель космологии — объяснить наблюдаемые процессы и структуру Вселенной, а также изучить ее эволюцию в целом.

Результаты наблюдений

Основная задача космогонических гипотез – объяснение однообразного движения и состава небесных тел. В силу наших ограниченных возможностей наблюдения космических объектов, ученые применяют свои гипотезы, прежде всего, к Солнечной системе. За относительно короткое время наблюдения за Солнечной системой был собран внушительный объем данных, которого достаточно, чтобы проследить в нашей системе ряд закономерностей. Последние говорят о том, что космические объекты, принадлежащие нашей планетарной системе, действительно образуют некую систему, а не являются лишь набором ничем не связанных тел.

1. В первую очередь, Солнечная система связана гравитационной силой, о чем говорит вращение всех планет системы вокруг Солнца.
2. Орбиты большинства планет нашей планетарной системы лежат почти в одной плоскости, которая к тому же проходит практически через экватор Солнца.
3. Все объекты данной планетарной системы перемещаются вокруг ее сердцевины в одном направлении (против часовой стрелки, с точки зрения северного полюса), в т.ч. и карликовые. Из этого следует физическое предположение о том, что все объекты нашей планетарной системы были некогда приведены в движение единым механизмом.

   Материалы по теме

   3D Модель Солнечной системы

   

4. Подавляющая часть планет вращается вокруг своей оси в направлении орбитального движения. Что можно отметить как еще один признак единого механизма происхождения.
5. У каждой планеты, кроме Меркурия и Венеры, есть один или несколько спутников, которые располагаются близко к плоскостям экваторов этих планет.
6. Расположение планет в нашей планетарной системе также имеет свои особенности: ближе к светилу расположены планеты земной группы, дальше – газовые. У внешнего края системы находится пояс Койпера, который состоит из таких малых тел как кометы или астероиды, а также четырех карликовых планет.

Все вышеперечисленные закономерности указывают на то, что Солнечная система – это определенная космическая единица, которая возникла как следствие некоего единого процесса, вопросом которого и занимается космогония.

Основные космогонические гипотезы

Первой так называемой космогонической гипотезой является труд выдающегося философа Иммануила Канта, а именно — книга «Всеобщая естественная история и теория неба», вышедшая в свет в 1755 году. Согласно его предположению, наша планетарная система возникла из некой туманности – хаотично расположенных отдельных частиц. Постепенно, за счет гравитации, эти частицы скапливались в различных местах, образуя тем самым некие точки сгущения материи. Некоторые из частиц, которые не падали к центрам этих точек, получали боковое движение, в результате которого сгусток материи туманности обретал вращательное движение. Из-за последнего процесса туманность сдавливалась с двух сторон, приобретая форму, близкую к плоскости. Из упомянутых сгустков материи было образовано центральное тело, сердцевина системы  – Солнце, а также все другие космические объекты нашей планетарной системы. Именно Иммануилу Канту принадлежит известное выражение: «Дайте мне материю, и я покажу вам, как из нее должен образоваться мир».

Следующим мыслителем, который намеревался описать процесс зарождения Солнечной системы стал Пьер-Симон Лаплас в начале XIX века. В то время до французского физика и астронома труды Канта не дошли, и его гипотеза была результатом собственного анализа и математических расчетов. Спустя столетие его гипотеза была дополнена Отто Юльевичем Шмидтом.

Согласно Лапласу и Шмидту, туманность, из которой образовалась наша планетарная система – это огромных размеров раскаленная атмосфера Солнца. Равномерное же вращение Солнца и его атмосферы существовало всегда. Далее в результате постепенного сжатия атмосферы вращение данной системы ускоряется. Большинство материи атмосферы «падает» на Солнце, но значительная ее часть не имеет достаточной скорости, чтобы отделиться от общей массы, и скачками вырывается обратно в плоскости экватора. Эта часть материи начинает образовывать туманные вращающиеся кольца, которые впоследствии станут планетами. Однако, в случае такого формирования вращение планет вокруг своей оси должно быть обратным существующему. Гипотеза объясняет изменение направления вращения приливами от вращающегося Солнца. Приливы, сталкиваясь с планетами, замедляли их вращение, после чего меняли его в обратном направлении. Аналогично образовываются и спутники вокруг каждой из планет.

Гипотеза Лапласа-Шмидта имеет несколько важных недостатков:

• Туманное облако, формирующее нашу планетную систему, имело недостаточную плотность для осуществления равномерного вращения.
• Материя не обязана отрываться от Солнца скачками и в области экватора.
• Согласно физическим законам вращающиеся туманные кольца вероятнее всего рассеются, при этом возможно сформируют ряд малых тел, вроде астероидов, но не планеты.

 

Особенность работы Шмидта заключается в том, что он намеревался определить первичный состав туманности и последующие его распределения. Так, туманность, по его предположению, являлось не газовым или пылевым, а газопылевым облаком, в основном, состоящем из водорода и гелия, а также сотой доли примесей иных химических элементов. Далее близлежащие к Солнцу пылинки нагревались и выделяли газ, который под действием давления света и потоков солнечного ветра удалялся от центра планетарной системы и накапливался на дальних пылинках. Вблизи же Солнца остались наиболее тяжелые пылинки. Таким образом, вещество распределилось в диске Солнечной системе и образовало две планетарные группы: земную и газовых гигантов.

Дальнейшие исследования

Помимо трех вышеперечисленных космогонических гипотез рядом ученых было выдвинуто несколько иных, которые оказались менее состоятельными, и, в лучшем случае несколько дополняли упомянутые модели. Так теория пылевых колец считается применимой лишь к поясу астероидов, а планеты и их спутники вероятнее всего являются продуктом отделения некоего клуба материи от общей массы. Если масса клуба была относительно невелика, то он разрывался близлежащим массивным телом, как случилось и с кольцом Сатурна.

При помощи современных технологий ученым удалось добыть значительно больше информации о Солнечной системе, чем имелось два века назад. В 50-х годах прошлого столетия научным сообществом было признано, что планеты сформировались из холодной газо-пылевой среды, как и утверждал в своих работах Отто Шмидт. Также, опираясь на проведенные наблюдения, было выявлено, что около половины туманностей, схожих с той, из которой сформировалась Солнечная система, состоят не из отдельных атомов водорода, а из целых молекул.

Позже, в результате анализа метеоритного вещества, стало известно, что в возникновении и развитии молекулярно-пылевых облаков значительную роль играют взрывы сверхновых. Благодаря ударной волне такого взрыва и выбросу некоторой массы вещества звезды облако стремительно сжимается в туманность. Последующие измерения метеоритного состава дали ученым основания полагать о существования трех взрывов сверхновых около нашей туманности, которые произошли примерно два, пять и более пяти миллиардов лет до начала момента образования нашей планетарной системы.

Так как состав облака, из которого образовалась Солнечная система, включает и различные тяжелые элементы, то вероятнее всего на его формирование напрямую повлияли взрывы сверхновых. Согласно существующей модели Вселенной, ее первичная материя состояла лишь из водорода и гелия. Иные же элементы синтезировались в звездах так называемого первого поколения, также изначально состоящих из водорода и гелия. Впоследствии взрыв сверхновых выбрасывал «новые» более тяжелые элементы в космическое пространство, которые и вошли в состав протосолнечной туманности. Из этих же элементов состоят планеты земной группы, в том числе и сама Земля. Они же в некоторой доле присутствуют и в нашем организме.

По этому поводу современный американский астрофизик и космолог Лоуренс Краусс сказал: «…мы все сделаны из звездной пыли. Вас бы здесь не было, если бы звезды не взорвались».