Минуле Сонячної системи

Довгий час Сонячна система ототожнювалася в свідомості світового астрономічного і наукового співтовариства з усією Всесвіту. Дійсно, далекі і візуально нерухомі зірки були малоцікавими астрономам — що толку вивчати не змінюються зі століття в століття об’єкти? Куди важливіше здавалося розібратися в русі планет, їх супутників, комет і метеоритів.
По мірі вдосконалення наглядової інструментів параметри руху об’єктів Сонячної системи по орбітах уточнювалися, а швидкий розвиток аналітичної механіки дозволило побудувати точну фізичну модель цього руху. Незрозумілим залишалося лише питання про те, як саме сформувалася та Сонячна система, яку вчені вже навчилися описувати.
Космогонічні гіпотези
Це питання довгий час ставився до області космогонії — філософської науки, яка намагалася сформувати уявлення про появу нашого Всесвіту. Проте вже у XVIII столітті у міру вдосконалення фізичних уявлень про устрій світу з’являються перші справді наукові гіпотези.
Як не дивно, першим фізично обґрунтовану модель виникнення Сонячної системи запропонував видатний німецький філософ Іммануїл Кант в 1755 році. Він висловив гіпотезу про гравітаційної природи походження Сонячної системи. Згідно Канту, з первинної газопилової хмари під дією сил гравітаційного притягання відбувалося поступове осадження речовини на зародки майбутніх планет. При цьому Кант мислив в масштабі, не обмеженому Сонячною системою, — він поширював свої уявлення на всю Галактику, вважаючи, що з первинного хмари частинок під дією гравітації формуються зірки, а вже навколо них, із залишків хмар, що не увійшли в центральне світило, за схожим механізму створюються планети.
Незважаючи на відсутність доказової бази, гіпотеза Канта на рідкість добре описує прийняту зараз модель походження зоряних і планетарних систем. Саме з його роботи слід починати відлік усіх справді наукових уявлень про минуле Сонячної системи.
Боротьба ідей
Торжество Ньютонівської механіки, під прапором якої пройшов весь XVIII століття у фізиці, що не могло не відбитися і на уявленнях про появі й еволюції Сонячної системи. Величезний внесок у справу становлення моделей її розвитку вніс великий французький фізик П’єр Симон Лаплас, який не тільки узагальнив і систематизував всі раніше накопичені відомості про небесної механіки і Сонячній системі, але й розвинув свою власну теорію її утворення. Багато в чому схожа на теорію Канта, гіпотеза Лапласа вважалася основною протягом наступного століття. У своїй теорії, опублікованій у 1796 році Лаплас відстоював ідею про виникнення Сонячної системи з гарячого газопилової хмари, що обертається навколо протозірки, з якої згодом сформувалося Сонце. Спочатку маючи форму близьку до сферичної, це хмара, згідно Лапласу, сплющилось за рахунок відцентрових сил і поступово перетворилося на обертовий диск. Зіткнення окремих частинок диска призвели до поступового накопичення маси на окремих орбітах усередині диска, де зароджувалися і планети. Таким чином, єдине хмара спочатку перетворювалося на диск, виберіть у систему кілець, і нарешті кожне кільце формувало планету.
Пізніше ця модель одержала гарне математичне обґрунтування, яке дозволяло пояснити зосередження переважної частини маси системи в Сонце. Здавалося, для створення більш досконалої моделі потрібно лише вдосконалювати математичний і фізичний апарат, розвиваючи блискуче викладені Лапласом ідеї. Однак виникла зовсім інша з ідеологічної точки зору модель, довгий час на рівних сосуществовавшая з теорією Лапласа.
У 1916 році англійський дослідник Джеймс Джинс запропонував принципово іншу гіпотезу про походження Сонячної системи. Спираючись на той факт, що інших планетарних систем Всесвіту на той момент відомо не було, Джинс припустив, що для виникнення планетарної системи потрібні досить своєрідні умови, які з’являються в зоряній середовищі набагато рідше, ніж в численних газопылевых хмарах. Відштовхуючись від цієї гіпотези, він почав шукати відповідні події, які могли б стати «спусковим гачком» для виникнення Сонячної системи. В ході пошуків він звернув увагу на брак загальноприйнятою в той час лапласовой моделі. На думку Джинса, парадокс виникав при спробі пояснити досить високий обертальний момент планет. В порівнянні з Сонцем вони занадто малі, щоб мати настільки високим відносним моментом. Для зняття цього протиріччя Джинс і висунув свою теорію, згідно з якою Сонце, як і всі інші зірки, спочатку сформувалося як зірка без будь-яких планет або протопланетных дисків. Вже потім повз Сонця пройшла масивна зірка, своїм тяжінням вона вирвала з надр Сонця достатню кількість речовини, що і сформувало планети. Такий підхід багато пояснював: і відсутність інших відомих планетарних систем, і додатковий обертальний момент планет, возникавший при відриві речовини і передається протопланетам другою зіркою. Більше того, добре відома і розроблена приливна теорія цілком допускала подібний ефект при зближенні двох потужних тяжіють тел.
Знадобилося більше двох десятиліть, щоб провідні дослідники змогли спростувати запропоновану Джинсом модель. За іронією долі проблеми цієї моделі розкрилися як раз при спробі пояснити обертальні моменти, які теорія і покликана була правильно інтерпретувати. Замість цього, як було показано пізнішими дослідниками, модель допускала фундаментальну помилку — обертальний момент був занадто малий, щоб протопланети не впали на Сонці або не рушили слідом за вырвавшей їх зіркою.
Таким чином, гіпотеза Лапласа знову взяла гору над «конкурентами». Вона продовжувала вдосконалюватися, але принципово новими постулатами збагатилася лише в кінці XX століття. Саме тоді вчені з допомогою міжпланетних станцій і найпотужніших телескопів, в тому числі і орбітального базування, проникли набагато далі на околиці Сонячної системи, ніж могли уявити дослідники-попередники. Після ретельного аналізу зібраних даних був зроблений революційний висновок планети утворилися не на тих орбітах, за якими вони обертаються зараз! За минулі з моменту формування Сонячної системи чотири з половиною мільярди років її розміри істотно збільшилися, в основному за рахунок віддалення від центрального світила периферичних частин системи, на зразок поясу Койпера або хмари Оорта. Так чи інакше, геній Лапласа зумовив розвиток уявлень про формування Сонячної системи майже на два століття вперед, поставивши, таким чином, базові уявлення навіть сучасним дослідженням.