Солнечная Система: планета Фаэтон

                                                                                                      (часть I)

Титульная

Солнечная Система

Звёздные системы

Комментарии и статьи

Информбюро

Вопрос-ответ

Почта

 

 

 

Фаэтон – гипотетическая планета, некогда существовавшая между Марсом и Юпитером.

Гипотеза о существовании планеты предложена В.Ольберсом на основании открытий

астероидов как вариант, объясняющий существование малых планет Солнечной

Системы. В настоящее время общепринятой является теория О.Шмидта, согласно которой

возникновение астероидов есть закономерный этап в эволюции Солнечной Системы.

Оценочные значения общей массы всех астероидов составляют около 1023 кг (порядка массы Марса)

 

 

Химико-физические характеристики астероидов:

Астероиды (для пояса астероидов):

Средние расстояния от Солнца  -  от 2,06 до 4,3 а.е.

Сидерические периоды обращения  - от 2,96 до 8,92 года

Наклонения орбит    - не превышает 250 (для большей части)

Размеры объектов  - от 1 км до 1000 км  (все объекты с размерами менее 1 км принято называть метеороидами)

Массы астероидов  - от 1011 кг до 1,4x1021 кг (у Цереры)        

Плотности астероидов  -  от 2 г/см3 у каменных астероидов до 8 г/см3 у железо-никилевых

Крупнейшие астероиды:  Церера, Паллада, Юнона, Веста

Химический состав (определяемый по спектрам отражения и анализу метеоритов):

железо, никель, кобальт, кислород, кремний, магний

Типы астероидов (как и метеоритов): железный, железо-никелевый, каменный.

 

 

 

 

 

                                 Фаэтон

(фотоинтерпретация числовых данных)

Масса (оценочная) – 1022-1023 кг

Расстояние – 3.1-3.3 а.е.

Время разрушения – 13,6 гал.лет назад

Причина разрушения (вероятная): бомбардировка

объектами зоны Койпера или облака Оорта

 

 

 Химико-физические характеристики комет:

Массы комет – в пределах от 1013 до 1014 кг

Размеры комет (ядро) – от сотен метров до нескольких километров

Плотность комы комет – не более 10-12 г/см3                                                 

Химический состав: силикатная и металлическая пыль вместе с замёршими водой, угарным газом, углекислым газом, аммиак, циановодород, сложные органические соединения

 

 

 

 

 

 

Грубых фактических противоречий общепринятой теории О.Ю.Шмидта в настоящее время нет. Фактический материал скорее подтверждает, чем опровергает эту теорию.

Однако, как и любая теория, она имеет свои ограничения. По сути, теория Шмидта является эволюционной теорией (развитие и формирование системы под действием

внутренних причин). В ней нет места катаклизмам (т.е. влиянию внешних факторов на процесс эволюции).

 По приблизительным оценкам, разрушение гипотетической планеты произошло около 700 млн. лет назад (почему – см. ниже). Если принять за

постулат существование этой планеты, то она должна была бы находиться на гравитационно-устойчивой орбите. Но разрушение планеты в сформировавшейся

замкнутой системе должно быть вызвано воздействием достаточно мощных внешних сил. И воздействие бы затронуло всю Систему, а не только Фаэтон. Т.е. следы этой

катастрофы были бы отмечены наблюдателями как аномалии в структуре и механике Солнечной Системы. Они конечно же существуют: и обратное движение

Урана с Венерой; и высокий эксцентриситет Меркурия и Плутона; и т.д.. Они существуют, однако эволюционной теорией О.Шмидта (и не только) эти аномалии

объясняются вполне удовлетворительно. Есть, разумеется, нюансы, которые с точки зрения эволюции можно считать необъяснимыми: высокие плотности вещества

астероидов, наличие микрометровых вкраплений, морфологически подобные одноклеточным; наличие сложноорганических соединений в метеоритах и т.п..

Однако фактического материала недостаточно для чёткого решения этого вопроса. Потому что принятие за основу положения о существовании планеты, исчезнувшей

в прошлом, автоматически ставит под сомнение все наши представления об эволюции Системы. Это означало бы, что 3,5 млрд.лет назад на планете, отстоящей от

Солнца дальше, чем Марс, существовала жизнь. Для того, чтобы она существовала, необходимо наличие определённого температурного интервала. Наличие такого

интервала автоматически подводит к выводу, что в те времена характеристики Солнца были иными, что не совсем согласуется с её эволюционным треком. И т.д..

Единственно, что можно осторожно утверждать – вероятные причины таких мощных внешних воздействий на Солнечную Систему (непосредственно на её структуру или

опосредованно, через объекты пояса Койпера с гипотетическим облаком Оорта). Например, факт, установленный американскими учёными Рампино и Слотерс: Солнечная Система совершает относительно галактической плоскости осцилляции с периодом в 30 млн. лет. Но об этом – дальше.

Пример: вспомните об известной эволюционной теории Ч.Дарвина. Работы по статистическому анализу палеонтологических данных, относящихся к морским животным,

показали, что в течение последних 250 млн. лет события, подобные эпохи гибели динозавров, повторялись неоднократно. И, что любопытно, периодически с периодом

26 млн.лет. Последнее такое событие произошло 13,5 млн. лет назад. Эпоха вымирания динозавров (65 млн. лет назад) чётко совпадает с одним из пиков, причём самым

мощным. Одно дело – столкновение с астероидом. Но это дело случая, а здесь – периодичность. Остроумная гипотеза была выдвинута в своё время американскими

учёными Мюллером, Дэвисом и Хатом. Они предположили, что Солнце является двойной звездой. Его спутник является холодной невидимой звездой с массой приблизительно в 10 раз меньше солнечной. Движется по эллиптической орбите с наибольшим удалением 150000 а.е. и наименьшим в 30000 а.е.. Период обращения этой

звезды составляет 26 млн. лет. Придумано и название этой гипотетической звезды – спутника: Немезида. В эпоху максимального сближения с Солнцем Немезида вторгается в облако Оорта – самую внешнюю часть Солнечной Системы, в которой медленно (со скоростями около 1 см/с) ползут миллионы комет по своим круговым орбитам.

В спокойное время, когда Немезида находится далеко, лишь редкие случайные возмущения вырывают из этого облака отдельные кометы, направляя их в сторону Солнца.

Однако, когда возвращается Немезида, из этого облака вырываются тысячи комет, устремляясь к Солнцу. Некоторое количество кометных ядер с диаметрами

в несколько километров и состоящие, главным образом, из льда, падает на Землю, вызывая катастрофические изменения в рельефе, климате, биосфере.

Есть, однако, и другие версии. Исходя из другого варианта, Солнце совершает осцилляции относительно плоскости Галактики с периодичностью в 30 млн.лет.

При прохождении через эту плоскость, принципиально возможно прохождение Солнца через мощные газопылевые образования, в результате чего уменьшается

поток солнечной энергии, поступающей на Землю. Так же, при таком прохождении не исключена и вероятность сильных возмущений в облаке Оорта.

Примечание: вышеизложенное  является не столько доказательством существования Фаэтона, сколько лишним напоминанием относительности наших знаний (это, конечно, очевидно. Только почему-то об этом забывают при своих категоричных утверждениях. Такая категоричность, с учётом ограничений современных теорий  - одна из причин живучести гипотезы  В.Ольберса).

 

 

 

Гипотеза В.Ольберса

 

Вильгельм Ольберс (1758-1840), по образованию врач. Закончил Гёттингенский

университет. Математические и астрономические знания приобрёл самостоятельно. В 1781 году стал практикующим врачом. Впоследствии достиг солидного положения. В своём доме в Бремене, на верхнем этаже своего дома оборудует астрономическую обсерваторию.  В 1797 году предложил новый способ определения орбит комет. В 1802 году на основании вычислений К.Гаусса, вновь обнаружил первую малую планету (Церера), открытую в 1801 году Д.Пиацци.

В 1802 году открывает Палладу, в 1807 году – Весту. Первый предложил гипотезу, объясняющую существование малых планет Солнечной Системы.

Согласно его предположениям, малые планеты находятся в зоне, где пролегала орбита гипотетической планеты Фаэтон. Эта гипотеза находит широкий отклик в среде учёных того времени и широкой общественности, привлекая внимание к имени этого человека. Согласно распространенным представлениям, эта гипотетическая планета находилась на гравитационно неустойчивой орбите в зоне одновременного воздействия гравитационного поля Юпитера и Солнца.

До появления в 40-х годах гипотезы О.Шмидта, была общепринятой.

В настоящее время подвергается критике и обвинению в несостоятельности и антинаучности. Тем не менее, несмотря на приводимые аргументы, сторонники этой гипотезы по – прежнему многочисленны. Приводимые ими факты сводятся к тому, что астероиды, о физико-химических характеристиках которых судят по изучению метеоритов, имеют высокую плотность (от 2 г/см3 до 8 г/см3), которые не могли возникнуть в ходе естественного процесса зарождения планет.

Однако яростное сопротивление сторонников этой гипотезы  вызвано даже не этим фактом. Среди метеоритов выделяют один тип, называемый углистыми хондритами («хондры» - сферические образования внутри метеоритов с относительно высоким содержанием сложных органических веществ).  До 60-х годов прошлого века широко обсуждалась вероятность того, что данные образования внутри метеоритов представляют собой внеземную палеобактериальную форму жизни.

Это предположение также подверглось жёсткой критике. От неё постепенно отказались. Тем не менее эта мысль пробивает себе дорогу самым неожиданным образом. Свидетельством тому можно считать участившиеся появления в СМИ (пока только) «сенсационной» информации об обнаружении в Антарктиде марсианских метеоритов со следами жизни (сенсацией здесь можно считать утверждения, что такие метеориты имеют вулканическое происхождение.

При извержении вулканов эти обломки – вместе с формами псевдожизии –

приобретают вторую космическую скорость). Эти периодически возникающие «сенсации» в СМИ позволяют утверждать, что идея о гипотетической планете, разрушенной в результате катаклизма, всё-таки подспудно, не отвергнута и в научных кругах.

Вот один из примеров, взятых на странице по бактериальной палеонтологии и  исследовании углистых хондритов:

Палеонтологический журнал, 1999. N 4. C. 103-125.

Статья начинается с исторического обзора, в котором излагается драматическая история открытия органических соединений в метеоритах и более поздние исследования биоморфных структур в метеоритах, в том числе следов микроокаменелостей в углистых хондритах. Ряд данных указывает на весьма вероятное участие живого материала в формировании вещества метеоритов. В 1960-х годах в метеорите Оргей и других углистых хондритах было обнаружено большое число образований диаметром порядка 10 мкм, которые напоминали ископаемые водоросли, пыльцу и др. биологические объекты. В дальнейшем ряд исследователей пришли к выводу, что эти образования представляют собой микроокаменелости биологического происхождения, принадлежащие данным метеоритам, и хотя они похожи на некоторые земные формы, их нельзя идентифицировать с известными земными микроорганизмами. В средине 1960-х годов представление о существовании внеземных жизнеподобных форм было достаточно широко распространено среди специалистов. Однако в дальнейшем эти представления подверглись столь суровой критике, что большинство специалистов прекратили исследования микроокаменелостей в метеоритах.

Авторы статьи подошли к исследованию этого вопроса на основе опыта изучения древнейших земных пород и лабораторных экспериментов по фоссилизации (образованию окаменелостей) у современных цианобактерий. Эти исследования и сформировали "бактериальную палеонтологию" как новое научное направление (конец 1980-х - 1990-е годы). Они показали, что высокоуглеродистые земные породы так или иначе связаны с бактериальной активностью, что и послужило основанием к изучению возможных следов жизни в углистых хондритах. Последние относятся к каменным метеоритам со специфическими сфероидальными образованиями (хондрами) и относительно обогащены углеродом, который находится преимущественно в виде сложных углеводородных соединений. Возраст этих метеоритов 4.39-4.59 млрд. лет. Исследование метеоритов Мурчисон, Ефремовка, Алленде, Оргей и др. выявили в них наличие форм, которые по морфологии и размерам аналогичны современным бактериальным формам (на Земле) и их древним аналогам.

Основные возражения против интерпретации "биоморфных" структур в метеоритах как следов жизнедеятельности их микроорганизмов сводятся к следующим аргументам. 1) Все биоморфные структуры являются земными засорениями; 2) нанометровый уровень объектов, обнаруженных при изучении марсианского метеорита ALH 84001 (см. ИБ НКЦ SETI, N 9, 1966, с. 26-28; N 10, 1997, с.12-13) невозможен для земных микроорганизмов; 3) мы очень плохо знаем морфологию абиогенных материалов на нанометровом уровне; 4) некоторые заведомо абиогенные полимерные кристаллы (например, керит) неотличимы от окаменелых микробных форм. Авторы подробно обсуждают эти аргументы. Отмечается, что засорения несомненно имеют место, и они очень часты. Но, во-первых, они распознаются современными методами, а во-вторых, загрязнения не могут относиться к цианобактериям, которые не способны внедряться внутрь метеорита. Недавно в популярной прессе появились статьи, где утверждалось, что все "организованные элементы" в метеорите ALH 84001 обусловлены нераспознанной пыльцой деревьев и пыльцевыми зернами амброзии. В связи с этим отмечается, что загрязнения спорами и пыльцой действительно обнаружены, но они не относятся к тем телам, которые найдены глубоко в метеорите и которые обладают сложной морфологией, неизвестной в микропалеонтологии и микробиологии. Аналогичные тела были найдены и в других метеоритах. Что касается якобы невозможности существования нанометровых организмов, то это утверждение основано на недоразумении. Существует множество работ с описанием нанобактерий, их метаболизма и условий их существования. Причем современные земные нанобактерии принципиально не отличаются от объектов, найденных в метеорите ALH 84001. Аргументы, связанные с абиогенными нанометровыми образованиями, заслуживают внимания, и здесь требуется дополнительное изучение. Пока, на основе проведенных исследований, на нанометровом уровне в метеоритах не было обнаружено ничего необычного по сравнению с земными породами. Что касается полимерных кристаллов (типа керитов), то вопрос об их морфологии действительно очень сложен. Однако их абиогенное происхождение в последнее время подвергается сомнению. Например, выдвигается концепция этих образований как "предбиологических организмов".

Примечание: при подготовке был использован материал сайта по метеоритике

 

              Теория О.Ю.Шмидта

 

Отто Юльевич Шмидт (1891-1956) – человек, проявивший свои способности

в детском возрасте. В 18 лет закончил Киевскую классическую гимназию и

поступает на физико-математический факультет Киевского университета.

В 1916 году издана монография «Абстрактная теория групп», являющейся

классической в математике. Линия судьбы этого человека богата крутыми

поворотами: математик – государственный деятель –создатель энциклопедии –

путешественник-первооткрыватель – реорганизатор Академии наук – космогонист.

Имя этого человека известно большинству посетителей сайта как автора гипотезы

(в настоящее время – теории) происхождения Солнечной Системы.

К этому О.Ю.Шмидт пришёл, когда в марте 1942 года он был отстранён

И.В.Сталиным от руководства Академией наук (а вскоре – и перестал быть главным

редактором Большой Советской Энциклопедии). В институте теоретической физики

была создана группа во главе с О.Ю.Шмидтом, которая в 1945 году превратилась

в «Отдел эволюции Земли». В основу своей гипотезы Шмидтом была положена

идея о первоначально холодной Земле, которая возникла из небольших твёрдых

тел. Объясняя механизм ее образования, он выдвинул гипотезу захвата Солнцем допланетного роя и затем математически доказал принципиальную возможность захвата в системе трех тел. Гипотеза эта позволила объяснить противоречие между сосредоточением почти всей массы Солнечной системы в ее центре, но почти всего момента количества движения — на ее периферии.

В настоящее время теория происхождения Земли и планет, разработку которой начал О.Ю., продолжают его сотрудники и их ученики, является, общепризнанной в мире. Этому признанию способствовала единственно правильная в 40-е годы постановка проблемы О.Ю.Шмидтом, который сформулировал задачу о происхождении Земли и планет как комплексную астрономо-геофизическую проблему. Он расчленил ее на три основные части: 1) происхождение допланетного облака, вращавшегося вокруг Солнца, 2) образование в этом облаке планетной системы с ее особенностями, 3) ранняя эволюция Земли и планет от их начального состояния до современного, изучаемого науками о Земле. Первая часть может быть решена лишь при развитии астрофизических наблюдений, которых в 40-50-е гг. было явно недостаточно. Вторую часть О.Ю.Шмидт считал центральной задачей планетарной космогонии, обосновывая это тем, что каково бы ни было происхождение допланетного облака (захват Солнцем или совместное образование из единого вращавшегося сгустка), облако должно было развиваться по своим внутренним законам, и все основные этапы его превращения в планетную систему следует выяснить, не дожидаясь решения первой задачи. В течение почти полувека с тех пор этой проблемой занимался последователь О.Ю.Шмидта В.С.Сафронов. Эволюция газопылевого допланетного облака (диска) изучалась шаг за шагом, начиная от взаимодействия первичных пылевых частиц и газовой составляющей. Было показано, что неустойчивым, т.е. распадающимся на сгустки, мог быть только пылевой субдиск. Это означало, что в облаке не могли возникать массивные газовые про-топланеты. Значит, ни Земля, ни другие планеты не образовывались из массивных остывающих сгустков солнечного состава (такая гипотеза была еще популярна в 50-е годы XX в.) Было исследовано превращение пылевых сгущений в компактные тела, изучен процесс их объединения и дробления, показано, что основная доля массы заключалась в немногих крупнейших телах — потенциальных зародышах планет, и что основной рост массы Земли занял 100 млн. лет. В образовании Земли участвовали крупные тысячекилометровые тела, тепло от ударов которых послужило источником нагрева недр Земли и ее дифференциации на мантию и ядро. Оценки первоначальной температуры Земли послужили отправным пунктом для изучения последующей тепловой истории Земли и планет, которые также исследовались в Институте физики Земли под руководством Б.Ю.Левина. Эта третья часть проблемы включала также построение моделей внутреннего строения планет для сравнительного анализа с Землей. Можно сказать, что формулируя данную задачу, О.Ю. фактически заложил основу сравнительной планетологии, которая расцвела позднее благодаря космическим исследованиям. В соответствии с гипотезой О.Ю.Шмидта в Институте, носящем его имя, была разработана модель образования Луны и спутников планет как процесс, сопровождающий аккумуляцию планет. Естественное объяснение в теории О.Ю. нашли представления о происхождении астероидов и комет. В одной из своих последних статей О.Ю. рассматривал пояс астероидов как несформировавшуюся планету, затем эта мысль была подкреплена расчетами возмущений со стороны тел, формировавшихся в соседней с астероидами зоне Юпитера. Все планеты-гиганты участвовали в формировании отдаленных облаков комет, забрасывая туда допланетные тела своими гравитационными возмущениями.

 Логически рассуждая, аналогичный пояс астероидов должны были бы обнаружить между всеми планетами – гигантами  Солнечной Системы. Действительно, существование гипотетического кометного облака Орта, существующего за пределами орбиты Плутона, предполагалось давно.

Однако в 1992 году между орбитами Нептуна и Плутона были открыты объекты,

размерами от 100 до 1000 км. Принято называть этот пояс поясом Койпера.

Существует предположение (основанное на фотографических наблюдениях), что

эти объекты (по крайней мере, Хирон, крупнейший из объектов пояса Койпера)

представляет собой более комету со слабой газовой оболочкой (комой).

Возникли и сомнения в статусе Плутона: считать ли Плутон планетой или

крупнейшим объектом поясом Койпера? По своим характеристикам эта планета

действительно больше похожа именно на объекты Койпера. 

В 1977 году американский астроном Коуэлл на фотоснимках обнаружил объект,

размеры которого оцениваются в пределах от 150 до 600 км со средним расстоянием в 13,7 а.е.. Но в перигелии этот объект приближается на расстояние

в 8,5 а.е.; удаляется в афелии на 18,9 а.е.. Конечно, трудно согласиться с предположением о существовании между орбитами всех планет-гигантов

объектов, аналогичных объектам Койпера (если этот пояс существовал, то из-за

гравитационного воздействия Юпитера, Сатурна он должен был бы достаточно

быстро исчезнуть). Но это не означает, что таких объектов не существует.

Их число не должно быть велико. Не так, как в поясе Койпера – до 70000 объектов.

Эта зона должна быть узкой. И число объектов составляет 100-150 при средних

размерах от 10 до 100 км. Если в 1977 году был обнаружен объект, приближающийся на расстояние ближе, чем Сатурн, то вероятность существования

таких поясов ненулевая.

Фото Хирона (крупнейший объект зоны Койпера)

 Примечание: при подготовке был использован материал сайта РАН, посвященный юбилею О.Ю.Шмидта.

 

Hosted by uCoz