Космогония

Космогòнията е дял от астрономията за образуването и развитието на Слънчевата система, звездите и техните системи, мъглявините в Галактиката и Вселената.

Космогоничните хипотези, в рамките на основния си предмет, дават обяснение за произхода и развитието на Земята и Слънчевата система. Поради ограниченията на научните знания, най-ранните хипотези (тъй като Земята се е смятала за единствената планета) са описвали формирането на нашата планета, суша и океани (днес тази митология е концентрирана в различни религиозни текстове, които придават авторитет на подобни хипотези).

Първи опити за създаване на научно обосновани космогонични хипотези се правят през XVIII век. През XVIII и XIX век, когато става известно съществуването на Слънчевата система, състояща се от големи планети с еднакъв небесен статус, астрономите и физиците, въз основа на Нютоновата механика, развиват хипотези за формирането на планетарни системи – както нашата собствена, така и тези, възможни около други звезди. С разширяването на разбирането ни за Вселената се разширява и обхватът на тези хипотези, включително Галактиката и галактическите купове (60-те години на миналия век), мащабната структура на Вселената и квантовите ефекти по време на нейното формиране. Веригата от развитие на космогоничните хипотези не може да се счита за завършена дори днес, но някои завършени хипотези могат да бъдат разгледани в ретроспекция и перспективите за нови, все още развиващи се. Широко разпространение имат хипотезите за произхода на Слънчевата система на Имануел Кант, Пиер-Симон Лаплас, Ото Шмид и Василий Фесенков.

Входните данни за космогоничните хипотези са както началното състояние на материята (състав, плътност, диференциация), така и физическите закони, известни на авторите на хипотезите. Следователно, непрекъснатата промяна в знанията за състоянието на материята във Вселената и новите физически закони водят до по-нататъшна еволюция на хипотези, основани на началните данни.

Хипотезите за формирането на Слънчевата система

Хипотезите за формирането на нашата планетарна система се делят на катастрофични и еволюционни. Катастрофичните хипотези предполагат формирането на планетарната система по време на случаен, мащабен космически катаклизъм. Например, някога популярната хипотеза на Джийнс обяснява формирането на нашата планетарна система от слънчев материал, изхвърлен по време на близко преминаване на друга звезда близо до Слънцето. Тъй като подобно преминаване е малко вероятно поради големите междузвездни разстояния, животът, възникнал на Земята, трябва да е бил почти уникално събитие. По-късно катастрофичните хипотези са отхвърлени една след друга поради неспособността им да обяснят характеристиките на нашата планетарна система, а днес, след откриването на хиляди извънземни планетарни системи, еволюционните или небуларните хипотези напълно преобладават..

Хипотези на Кант и Лаплас

Хипотеза на Кант

Според хипотезата на философа Имануел Кант от 1755 г., планетите и Слънцето са се образували от гигантски, студен облак от метеорен прах. Те са се кондензирали, за да образуват нашата планетарна система. Станало е струпване около големите частици и се е образувало централно тяло и по-малки тела. Възникнало е орбитално движение на по-малките струпвания. По това време не е било известно, че основните съставки на Слънцето са водород и хелий. Следователно, хипотезата не дава обяснение за разликите в състава между Слънцето и планетите. Няма и обяснение как лъвският пай от ъгловия момент на системата е бил прехвърлен на планетите, докато Слънцето представлява 98,5 % от масата на системата.

Хипотеза на Лаплас

Астрономът Пиер-Симон Лаплас през 1796 г. предлага теория, че Слънчевата система се е образувала от първоначална мъглявина от горещи газове. При охлаждането си газът се свива, уплътняват се частиците и се групират в отделни струпвания. Увеличават се скоростта на въртене и центробежните сили. Става сплескване при „полюсите“ на мъглявината и отделяне на въртящи се пръстени от „екваториалната зона“. Най-големите от тях се превръщат в Слънцето, а по-малките – в планетите. Подобно на хипотезата на Кант, първоначалната хипотеза на Лаплас не може да обясни прехвърлянето на ъгловия момент към външните планети – това става възможно след откриването на магнитното поле на Слънцето и изучаването на неговата структура, продължителност и еволюционния път на звездите. По времето на Лаплас възрастта на Слънцето и Земята е била неизвестна; смятало се е, че източникът на слънчева енергия е компресията или бомбардирането с метеорити, което би дало на Слънцето живот от няколко милиона години.

Прилики и разлики

Слабости на хипотезите на Кант и Лаплас: орбити перпендикулярни на еклиптиката, невъзможно отделяне на мъглявини поради малка плътност, алогично разпределение на движението между планетите и Слънцето съобразно масата им, невъзможност за обяснение на разпределението на ъгловия момент на движение в рамките на Слънчевата система.

Общото схващане, че хипотезите на Кант и Лаплас съвпадат, е погрешно. Те вече имат различни свойства на първичната мъглявина и всички нейни еволюционни пътища се разминават радикално. Хипотезата на Лаплас, благодарение на труда на Едуар Рош „Есе за конституцията и произхода на слънчевата система“ (1875 г.), има известно право на място в астрономическите трактати. Хипотезата на Кант противоречи на фундаменталните закони на механиката по твърде много начини и е от чисто исторически интерес.

Хипотеза на Мултон и Чембърлейн

Американските учени астрономът Мултон и геологът Чембърлейн през 1900 г. са предложили подобна хипотеза за произхода на Земята и Слънчевата система. Според нея той се дължи на преминаване на голяма звезда. Тя създава спирални струи от материя, накъсана впоследствие на газови кълба, от които се образуват планетите. Учените са въвели в космогонията понятието „планетезимал“ – съсирек кондензирани газове от първоначалното вещество, който става на ембрион на планети и астероиди.

Хипотеза на Джийнс

През 1919 г. английският астрофизик Джеймс Джинс предлага хипотеза, че всички обекти в Слънчевата система са се образували от слънчева материя, откъсната от нея при близък сблъсък със звезда. Откъснатата материя първоначално се е движила по много удължена траектория като цилиндрична пурообразна струя, но с течение на времето, поради съпротивлението на среда, състояща се от малки капчици от същата слънчева материя, орбитите на по-големите струпвания стават почти кръгови. Така по-късно струята се разпада на отделни букети. От средата на по-дебелата ѝ част са образувани големите планети, а от краищата – малките. Тази хипотеза предполага, че образуването на планетарни системи около звездите е изключително рядко събитие, тъй като повечето звезди в галактиката никога не преживяват такива близки срещи през цялото си съществуване.

От физическа гледна точка хипотезата на Джийнс се оказва несъстоятелна. Експерименталните данни показват, че специфичният ъглов момент (орбитален момент на движение), съдържащ се в Слънцето, е с порядък по-малък от този на планетите. Изчисленията на Николай Парийски потвърждават, че материята, откъсната от Слънцето, би трябвало или да е паднала обратно върху него, или да е била отнесена от звездата, която я е изхвърлила.

Хипотеза на Шмид

През 1943 г. известният съветски учен Ото Юлиевич Шмид групира всички предложени хипотези и да ги комбинира в три класа. Първият включва теориите, основани на постулатите на формирането на Слънцето, планетите, спътниците и кометите от един материал (мъглявини). Тук попадат известните хипотези на Воиткевич, Кант, Лаплас, наскоро преразгледаната хипотеза на Фесенков, по-късната на Соботович и на други учени. Вторият клас съчетава концепции, според които планетите са се образували директно от Слънцето. Това е хипотезата за произхода на Земята на учените Чембърлейн, Мултон, Й. Дънки, Буфон и др.

Третият клас включва теории, не обединяващи общ произход на Слънцето и планетите. Най-известна от тях е хипотезата на Шмид, който предлага друга алтернатива за образуването на планетите. Слънцето, преминавайки през екваториалната плоскост на Галактиката увлича материята на тъмните облаци (газове и твърди частици). Рояци от частици се движат по елиптични орбити. Центровете на сгъстяване на частиците се превръщат в протопланети. Предполага се, че различните орбитални моменти на движение на планетите се дължат на тяхното отделно формиране (в различни части на облака). Механизмът за загуба на орбитален момент на импулса се предполага като изхвърляне на материя от образуващите се планети. Постепенно роякът придобил плоска форма. Материята първоначално е била студена, а впоследствие се е нагряла от ударите и радиоактивния разпад. При 1000º придобива пластичност. В централните части на Земята температурата е достигнала до 2000 – 3000º. Идеите на Шмид са подкрепени и развити от английския астрофизик Реймънд Литълтън. Въпреки това, както всички предишни, хипотезата на Шмид не може да обясни необяснимо бавното въртене на Слънцето, наклонените орбити на планетите и ретроградното въртене на Уран.

В тази хипотеза, произходът и развитието на Земята са независими от влиянието на „слънчевия вятър“ – слънчева радиация с налягане, която отблъсква леките газови компоненти към периферията на Слънчевата система. По този начин Земята е била формирана като студено тяло. Освен това затопляне, свързано с радиогенен топлина, гравитационното диференциация и други източници на вътрешния енергиен на планетата. големи Изследователите от недостатък на хипотези вярват, че слънцето е много малка вероятност за улавяне на този метеоритен облак.

Хипотези на Фесенков

Академик Василий Фесенков, противник на космогоничната теория на Шмид, разработва няколко хипотези за формирането на Слънчевата система, нито една от които обаче не е разработена подробно.

В една от ранните си хипотези Фесенков предлага, че планетите са се образували от газови маси, отделени от Слънцето по време на неговото въртене. Това предположение е подкрепено от предположението по онова време, че всички звезди се раждат горещи, но с течение на времето отделят част от материала си, намалявайки температурата си, и се движат по главната последователност на диаграмата на Херцшпрунг – Ръсел.

Към средата на 50-те години на миналия век теорията на Шмид, че планетите са се образували от студена газо-прахова среда, става общоприета. Въз основа на това Фесенков предполага, че планетите са се образували от студен газо-прахов облак, обграждащ облака, от който се е образувало Слънцето, който вече притежава излишна ротационна енергия. Изтичането на материя в екваториалната равнина на зараждащото се Слънце е увеличило плътността на газо-праховата среда в тази равнина, позволявайки образуването на планетарни ембриони с плътност приблизително 10⁻⁵ g/cm³. Формирането на планетите трябва да е започнало от периферията на Слънчевата система.

Хипотеза на Соботович

История на земния произход все още вълнува учените. Сравнително наскоро (през 1984 г.) и Емлен Соботович представя своя версия за произхода на планетите и Слънцето. Според тях, инициират процеси в облак газ прах могат да служат като близо свръхнова експлозия. Последващите събития, според изследователите, са както следва:

1. Под действието на взрива започва компресията на мъглявината и формирането на централната част – Слънцето.
2. Слънцето прехвърля планети електромагнитно или с конвективни турбуленции.
3. Започват да се образуват гигантски пръстени, наподобяващи пръстена на Сатурн.
4. В резултат на натрупване на материални пръстени се появяват за първи път протопланети, а след това се оформят в съвременния свят.

Цялата еволюция се извършва много бързо - в рамките на около 600 милиона години.

Вижте също

• Космология