Космогония раздел от астрофизиката, изучаващ произхода на небесните тела

“Светът, единен във всичко, не е създаден нито от боговете, нито от хората, а е бил, е, и ще бъде вечно жив огън, закономерно възпламеняващ се и закономерно загасващ.”

През ІV век пр.н.е. Аристотел поставя Земята, разбира се в центъра на всичко, но тя вече е кълбовидна и не й е нужна някаква опора, за да стои неподвижна. Централното положение на Земята е обусловено от самите вселенски свойства – най-тежкият елемент е „земята”. Останалите градивни елементи „водата”, „въздухът” и „огъня” имали свойството да се движат нагоре-надолу в подлунния свят. Единственият небесен елемент – „ефирът” бил в постоянно движение и затова за Луната, Слънцето, планетите и цялата небесна сфера с хилядите звезди нямало покой.

Според Аристотел никой никога не е създавал Вселената. Тя съществува вечно и е неизменна.

По същото време пак в Древна Гърция имало и други школи от мислители и техни поддръжници, сред които доста по-близки до реалността представи за света. Някои поставяли Земята редом с другите небесни тела и я „заставяли” да се движи по някакъв начин в пространството, но авторитетът на Аристотел бил неоспорим.

Според Аристотел диаметърът на Земята бил около 400 хиляди стадия или 70 хиляди км. През ІІІ-ІІ век пр.н.е. Ератостен с простички наблюдения и малко геометрия успял да определи размерите на земното кълбо, поразително доближаващи се до действителните – 40 хиляди км.
Мястото, дори формата на Земята продължават да се разискват векове след това, а представите на най-изявените астрономи от Средните векове, записали категорично името си в човешката история все още са доста странни.
На прага на епохата на астрономическите наблюдения с телескоп, в Дания Тихо Брахе /1546-1601 г./ разполагал с най-точните за времето си ъгломерни инструменти в обсерваторията си Урания и трупал забележителни наблюдения цял живот. Но това не било самоцел. Той се надявал, че те ще го доведат до доказателството на истинската, според него картина за света. Заимствал я от древногръцкия Хераклит Понтийски от ІV век пр.н.е., а той – от едни от представите на още по- древните египтяни. Земята е неподвижна в центъра на света и около нея се въртят Слънцето и Луната. Около Слънцето се въртят 5-те видими с просто око планети Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн. Така се обяснявали техните сложни видими конфигурации по небето.


Вселената на Тихо Брахе.

Три години преди да се появи Тихо Брахе на бял свят великият Николай Коперник /1473-1543 г./ най-после издал труда на живота си с обосновката на хелиоцентричната система на света. Но минали векове преди тя да надмогне геоцентризма в представите на хората, основаващи се на видимите движения на небесните тела.

Този, който яростно се противопоставил на църковната догма и твъдял, че около другите звезди има планети, населени с живи съществ; че звездите и планетните им системи се раждат и умират, бил изгорен жив на клада.

“Вие произнесохте присъдата ми с по-голям страх, отколкото аз я изслушах. Да изгориш някого, не означава да го опровергаеш.”

СЕНКИТЕ НА ЗАБРАВЕНИТЕ ПРАДЕДИ

Карл Сейгън, Ан Друян, БАРД 2003

Небулярната космогонична теория на Кант-Лаплас

“Две неща изпълват душата с винаги ново и силно удивление и благоговение, колкото повече и по-дълго размишляваме за тях –

Разглеждайки произхода на Слънчевата система, той доразвива хипотезата на Кант: От изначално горещ бавно въртящ се облак под действие на гравитационно свиване е възникнало Слънцето. Продължавайки да се кондензира, протослънцето започва да се върти все по-бързо и това довело до сплескването му. От центробежните сили се отделяли сгъстявания вещество, които продължавали да се въртят на известно разстояние от протослънцето и да изстиват. Това били планетните зародиши.

През следващите години продължавали уточненията за възрастта на Земята, а геологията не намирала доказателства, че някога тя е била в газово нагорещено състояние. Изчисленията за въртенето на първичния облак и околоосното въртене на Слънцето и планетите никак не се „вързвали”.

Едва в началото на ХХ век космогоничната хипотеза на Кант-Лаплас била изведена на ново ниво от руснака Ото Шмит /1891-1956/. Той предположил, че Слънцето е възникнало само. При движението си в Галактиката, то се натъкнало на огромен студен прахов облак. Гравитацията на Слънцето притеглила облака и той закръжил около нашата звезда, слепвайки се във все по-големи и големи студени отломъци – планетозимали. От тях впоследствие възникнали планетите.

През 1745 г. френският учен Бюфон /1707-1788/ изказал хипотезата, че планетите са се образували от вещество, изхвърлено от Слънцето при сблъсъка му с комета.

По това време не е било ясно какво представляват кометите. Но в началото на ХХ век продължение на подобен род катастрофични хипотези намира продължението си във възгледите на Джеймс Джинс /1877-1946/.

През 1916 г., когато все още не било ясно какво представляват множеството спираловидни мъглявини, той предположил, че това са звездни зародиши. Те се сгъстяват и така възникват звездите, но въртенето им не е толкова бързо, че да се откъсне вещество и да се кондензират планети. Но тогава, когато се е формирало Слънцето, покрай него преминала звезда, която чрез гравитацията си изтеглила част от веществото му към себе си. Пурообразната форма на това вещество обяснявала защо планетите-гиганти са в средата на Слънчевата система, а земеподобните – по-близо до Слънцето. Добре обяснявала и проблема с околоосното въртене, но предполагала твърде малко планетни системи около други звезди, поради случайния характер на подобни катастрофи. И все пак сега не се отрича изцяло такава възможност за възникване на планетна система.

Отчайващо редки събития биха били звездите с планети, ако някога Слънцето е било в двойна звездна система, която после се е разкъсала, поради сближаването й с трета звезда, както предположил Ръсел през 1935 г. А какво би останало от Слънцето, ако то е било съсед на масивна звезда, която се е взривила като Свръхнова, както е предположил Хойл по-късно? Всъщност, оказва се, че последното не е чак дотам фатално в някои случаи. Първата извънслънчева планета е открита именно около неутронна звезда! Явно остатъка от веществото, неразпръснато достатъчна надалеч при взрива на Свръхновата, се е кондензирало в планетоподобни тела. През 1991 г. бе открита първата планета около пулсар по незначителното закъснение на импулса му спрямо този, който би идвал, ако нямаше гравитиращо тяло около него.

От друга страна, днес е ясно, че звездите едва ли възникват самостоятелно. Теорията на звездообразуването все повече се потвърждава наблюдателно от зараждащи се хиляди звезди в нещо като звездни ясли. Наличието на големи късове ледени планетки с орбити на два пъти подалече от тази на Плутон, чийто засега единичен представител е Седна в Слънчевата система, се свързва се представата, че някога и Слънцето и планетната му системаса възникнали в звезден куп.

Дълъг път са извървели космогоничните представи, докато се стигне до съвременното становище за произхода не само на Слънчевата, но и на новооткритите планетни системи около други звезди през последните години. Сега е ясно, че механизмът на възникването им следва някакъв общ сценарий, макар че в него понякога настъпват и катастрофични случайни събития, като в хипотезата на Джинс. Ясно е, обаче, че животът на планетите не може да бъде отделен от този на звездите. Ясно е също така, че звездите се раждат с хиляди и милиони в области на звездообразуване, където освен първоначални уплътнявания, които са необходимите условия за начало на звездообразуване, има млади масивни ярки звезди и такива, които вече са извървели само за стотина милиона години живота си и са избухнали като Свръхнови. Остатъците на тези звезди, разпространявайки с хиляди км/сек от мястото на взрива, дават начален тласък за нова вълна на звездообразуване.

Първоначалният облак газ и прах с типичното разпространение на тези компоненти в междузвездното пространство – съответно 99:1, с маса 10 000 пъти повече от тази на Слънцето преди 4,6 милиарда години започнал да се свива стремително под въздействие на ударна вълна на избухнала в близост Свръхнова, с каквито изобилствал нашия район от Галактиката тогава. И се започва:

• 
  Възникване на протослънцето, около което продължава да се върти около 1/10 от масата остатък от протооблака. Турбулентността постепенно затихва и движението на частиците придобива някаква подредба. Възникват сгъстявания на отделни резонансни места в оформящия се диск около протослънцето. Докато протозвездата се свива под действие на собствената си гравитация в продължение на 50-100 000 години, остатъчното вещество се върти около протослънцето.
  
• 
  Центробежните сили предотвратяват свиването в екваториалните области на облака и възниква акреционен диск /акреция, лат. – „падащ”/. Преди 4,5 млрд. години. дискът се върти и се охлажда, в резултат на което става възможно слепването на частичките му. Поради гравитационната неустойчивост в уплътнения и изтънял прахов диск възникват отделни малки студени сгъстявания. Постепенно в продължение на 20 млн. години те се разрастват до скали от порядъка на метри и километри – т.н. планетезималии. Продължаващият процес на акреция на тези планетезималии от порядъка на следващите 100 млн. години води в крайна сметка до оформянето на планетите и техните големи спътници.
  
• 
  
  

• 
  В процеса на сблъсъците на планетезималиите някои се разрушават, но процесът на акреция, слепване преобладава. Образуват се милиарди допланетни тела с размери от порядъка на километър. От тях през следващите милиони години възникват планетите отново в резултат на слепвания. Междувременно протослънцето става горещо. Излъчването му загрява вътрешната част на протопланетния диск до 400 К и се образува зона на изпарение. Под действие на слънчевия вятър и налягането на светлината леките елементи водород и хелий се изблъскват в по-външните части на диска. Там на разстояние 5 а.е. се образува студена зона с температура 50 К. Това впоследствие ще доведе до различията на планетите от земната група и тази на газовите гиганти.
  
• 
  В зависимост от мястото на протопланетата в акреционния диск продължава формирането на планетите с техните индивидуални особености. Тези от тях, които са нараснали до 1-2 маси на Земята, успяват да задържат атмосфера.
  

Уран и Нептун нараствали още по-бавно от Сатурн в по-бедната на водород и хелий студена зона. В състава им изобителства водата, метана и амоняка.

Във вътрешността на Слънчевата система се формирали по-малки протопланети в зона, изчистена от леки газове. В къса уплътнение на разстояние 150 милиона км от Слънцето продължавали да се присъединяват по-малки планетезималии още стотици милиони години. Веществото започнало да се диференцира. По-тежките метали потъвали в недрата, където поради гравитационното свиване и радиоактивния разпад на някои елементи като уран, торий и калий температурата била 1-2 000 К. Днес тя е от порядъка на тази на слънчевата фотосфера – 5 000 К. Там е желязното земно ядро в особено подвижно състояние, на което се дължи ярко изявеното земно магнитно поле. Земната магнитосфера е своеобразен щит, предпазващ планетата ни от убийствената космическа радиация. Марс все още има подобна магнитосфера, което предполага, че тази по-далечна и два пъти по-малка планета от Слънцето е все още жива с предполагаемо подвижно желязно ядро.

Слънчевото приливно влияние забавило въртенето на най-близките до него Меркурий и Венера.

Всъщност и досега остават пукнатини в космогоничните представи. В частност защо планетите са отнели голяма част от въртеливия момент на Слънцето, след като на тях се пада едва 0,2% от веществото.

Компютърно се разиграва сценария на доближаване на звезда с маса 0,1 от слънчевата, което обаче не би повлияло на сегашната подредба на големите планети, но може да повлияе на отдалечени обекти от пояса на Куйпер и особено от предполагаемия кометен облак на Оорт.

За първи път случайно бил доловен процес на планетообразуване при настройката на апаратурата на инфрачервения американски спътник „Айрас” – IRAS - през 1983 г. по една от най-ярките звезди на небето – Вега от Лира. Тази звезда е доста по-млада от Слънцето. При рутинната калибровка на уредите на спътника било доловено инфрачервеното излъчване от диск твърди частици около тази звезда.



Отдавна е известно, че около Алфа от Лира – Вега има газовопрахов диск, открит по излишъка от инфрачервено излъчване. Откриването му не е изненада, тъй като Вега е млада звезда – само на 350 милиона години – време, недостатъчно за формиране на планетна система. Прахта, излъчваща инфрачервени лъчи не е първична, остатъчна, което значи, че основният процес на формиране е завършен. В системата на Вега обаче продължават да стават сблъсъци на планетозимали, при които се отделят праховите частици. Освен това, има вероятно и силна кометна активност. Подобни дискове са открити и около други звезди, но Вега е най-близката сред тях – на по-малко от 8 пс разстояние.

Космическият телескоп “Спитцер” получи достатъчно подробно изображение на диска около Вега. На дължина на вълната 70 микрона /горното изображение/ се получава размер на диска от 543 а.е. На по-къси дължини, той е по-компактен – 330 а.е. при 24 микрона, а на по-дългите 160 микрона е по-широк – 815 а.е.

Дискът е симетричен и ние го виждаме в анфас, разгърнат. Дебелината му е несъществена в сравнение с ширината. Няма видими сгъстявания или други структури, въпреки че моделът показва, че е възможно наличието на подобен на Куйперовия пояс на разстояние 100-200 а.е. Именно там стават сблъсъците между астероидите и тук е източникът на прах в диска. А прахта там е от порядъка на няколко хиляди маси на Слънцето. Това е твърде много и астрономите считат, че на нас просто ни е провървяло да наблюдаваме диска след неотдавнашен мощен сблъсък.

В центъра на диска има дупка с размери 60-100 а.е., т.е. няма източник на излъчване при 24 и 160 микрона.

Изненадите от обработка на данните са две:

• 
  наблюденията в милиметровия диапазон показаха наличие на пръстени с радиус не по-малко от 100 а.е., т.е. дискът е доста по-голям, отколкото се предполагаше;
  
• 
  неочаквано е наличието на доста горещо за милиметровия диапазон вещество на разстояние стотици а.е. Вероятно това е прах, изметена от лъчевото налягане на звездата.
  

Астрономите от Университета в Аризона, които изследваха 266 от най-близките звезди, откриха около 71 от тях прахови облаци, които очевидно съдържат планети в най-различни стадии на тяхното формиране.

Тези звезди имат маса, която превишава слънчевата около 2,5 пъти и са разположени на разстояние между 20 и 500 св. г. от Земята.

Учените заявяват, че техните наблюдения позволяват не само да се погледне по друг начин към възникването на Слънчевата система, но дори да се предположи, че във Вселената има достатъчно много планети от земен тип.

Нека сме очевидци на далечните събития, както ни съветва Карл Сейгър в книгата си „Сенките на забравените прадеди”:

Историята на Земята продължава:

Откъси от СЕНКИТЕ НА ЗАБРАВЕНИТЕ ПРАДЕДИ