1.4. НАПРАВЛЯЮЩИЕ ПРОЦЕССЫ ОТДЕЛЬНЫХ ЭТАПОВ ЭВОЛЮЦИИ

Каждый из пяти основных этапов, последовательно рассмотренных выше, характеризовался физическими и химическими процессами, которые мы опишем последовательно.

1.4.1. ПОСТАККРЕЦИОННАЯ ЭВОЛЮЦИЯ; ДЕЙСТВИЕ ПРИЛИВОВ И РЕЗОНАНСОВ

Самым поразительным результатом исследования этого этапа, который длился около 4 млрд. лет, является то, что в продолжение его почти ничего не изменилось. Вследствие приливных явлений эволюционировали системы Земля — Луна и Нептун — Тритон, но в остальном системы первичных — вторичных тел проявили высокую степень устойчивости. Высокая степень устойчивости наблюдается не только в динамическом состоянии планет и спутников, но и в определенном строении пояса астероидов и колец Сатурна. Вероятно, основной причиной такой устойчивости является сложный вид резонансного взаимодействия тел Солнечной системы.

Исключение составляют кометы и метеорные тела, претерпевающие быстрые изменения. Сведения об изменениях в семействах этих тел можно получить, исследуя их орбитальные характеристики и, в некоторой степени, строение и историю облучения метеоритов и лунного вещества. В поясе астероидов также происходит эволюционный процесс, хотя значительно более медленный. Он приводит к изменению струйных потоков и семейств астероидов.

1.4.2. АККРЕЦИОННАЯ ЭВОЛЮЦИЯ; КЕПЛЕРОВСКОЕ ДВИЖЕНИЕ, ВОЗМУЩАЕМОЕ ВЯЗКОСТЬЮ, И ЭВОЛЮЦИЯ ПРОТОСПУТНИКОВ И ПРОТОПЛАНЕТ ИЗ СТРУЙНЫХ ПОТОКОВ

Планеты, а тем более спутники, слишком малы для того, чтобы их образование могло быть вызвано гравитационным коллапсом. Поэтому единственным возможным способом их происхождения является аккреция планетезималей, т. е. планеты и спутники образовались в результате аккреции малых тел (планетезималей, а первоначально — отдельных пылевых частиц). В тех областях космического пространства, где возникали планеты или спутники, на некоторой стадии эволюции условия должны были быть сходны с современным состоянием пояса астероидов. Поэтому исследования современной области астероидов дают сведения о процессах, приводящих к аккреции спутников и планет. Изохронность вращений астероидов и планет является сильным аргументом в пользу планетезимальной модели, из которой вытекает многообещающая теория вращения.

Важнейшим явлением аккреции планет и спутников оказывается кеплеровское движение, возмущаемое вязкостью (взаимными столкновениями тел). Удивительно, что во всех прежних космогонических теориях основные свойства такого типа движения понимались неверно. Предполагалось, что скопление взаимно сталкивающихся пылевых частиц обязательно рассеится в большем

объеме. Но это неверно. Поскольку столкновения являются существенно неупругими, а частота столкновений меньше орбитальной частоты, то рассеяние семейства, движущегося по кеплеровским орбитам, является отрицательным, а это означает, что элементы орбит частиц постепенно становятся более близкими.

Эта отрицательная диффузия приводит к образованию струйных потоков — самофокусирующихся потоков тел, находящихся на орбитах вокруг центрального притягивающего тела. По-видимому, такие струйные потоки должны являться промежуточной стадией в процессе аккреции небесных тел.

Фокусированные потоки, наблюдаемые в настоящее время в поясе астероидов и в метеорных потоках, могут сохраняться по той же причине. Если это подтвердится, то изучение основных свойств струйных потоков в условиях, существующих в настоящее время, могло бы уменьшить спекулятивный элемент гетегонных теорий.

1.4.3. ПРОЦЕССЫ, СВЯЗАННЫЕ С ПЕРЕНОСОМ МОМЕНТА КОЛИЧЕСТВА ДВИЖЕНИЯ И РАСПОЛОЖЕНИЕМ ЧАСТИЦ

Очевидно, что исследование дисперсной среды в условиях космического пространства невозможно без использования в качестве основы законов магнитной гидродинамики и физики плазмы. Чтобы при решении проблем газовой динамики можно было пренебречь электромагнитными явлениями, необходимо, чтобы величина магнитогидродинамического параметра [определяемого в уравнении (15.1.1)] была гораздо меньше единицы. В космических задачах, включающих межпланетные и межзвездные явления, обычно порядка В слое планетных ионосфер достигает единицы. Единственными областями во Вселенной, в которых можно пренебречь магнитогидродинамическими взаимодействиями жидкости, являются атмосферы и гидросферы планет.

Тем не менее все еще широко распространено заблуждение, что если космическое облако является достаточно «холодным» и излучение звезды поглощается в его внешнем слое, то правомерен немагнитогидродинамический подход. Во внутренних областях холодного темного облака параметр конечно, значительно меньше, чем в большинстве других областей в космосе, но ионизация, вызванная космической радиацией, естественной радиоактивностью и особенно токами, связанными с вихревыми магнитными полями, оказывается достаточной для того, чтобы сделать его значительно больше единицы. Возможно, что в таких условиях не превышает но все-таки, пренебрегая магнитогидродинамическими процессами, мы пренебрегаем явлениями, параметр которых на много порядков больше, чем у рассматриваемых явлений.

Если предположить, что облако, из которого образовалась Солнечная система, было в целом таким же, как наблюдаемые в

настоящее время темные облака, то из наблюдений можно получить данные о минимальной совокупности возможных магнитогидродинамических и плазменных процессов в гетегонной туманности. Полученные недавно результаты наблюдений сильных магнитных полей и радиоизлучения сложных молекул в некоторых темных облаках позволяют сделать определенные выводы о состоянии вещества в этих облаках.

В первичной туманности магнитогидродинамические явления должны были быть еще более существенными, так как в соответствии со всеми теориями диспергированное вещество рассеяло большое количество энергии. Очевидно, что теория происхождения Солнечной системы лишена всякого смысла, если она не будет основана на современной физике плазмы и магнитной гидродинамике.

Наше исследование показывает, что направляющими факторами в размещении вещества и передаче момента количества движения внешним областям Солнечной системы были следующие.

1. Критическая скорость — явление, наблюдаемое в плазме, которое подробно изучено в лабораторных условиях, а также исследовано теоретически. Оно определяет условия, при которых нейтральный газ, падающий на намагниченное центральное тело, ионизуется и прекращает движение. Это явление достаточно хорошо исследовано из-за признания его роли в космических процессах.

Применяя понятие критической скорости, можно понять распределение массы в планетной системе, а также в системах спутников. Далее, оно объясняет некоторые процессы химической дифференциации, о которой можно судить по общим свойствам планет и спутников и на основе изучения межзвездной среды.

2. Частичная коротация — состояние вращения плазмы, окружающей вращающееся намагниченное тело. Подробное исследование строения колец Сатурна и пояса астероидов позволило получить доказательства фундаментальной роли частичной коротации в процессах переноса момента количества движения в изначальных планетных и солнечной туманностях.

Передача момента количества движения от центрального тела окружающей среде является фундаментальным процессом в образовании вторичных тел, обращающихся вокруг центрального тела. Этот процесс можно изучить путем экстраполяции наблюдаемых в настоящее время условий в магнитосфере и в солнечной атмосфере. Фактически теперь известно, что система электрических токов в зоне полярнда сияний является механизмом того же типа, который необходим для переноса момента количества движения от центрального намагниченного тела к окружающей плазме. Следовательно, эти изначальные процессы можно вывести из процессов, изучаемых в наше время с помощью космических ракет.

3. Образование пылевых частиц и захват их плазмой. Твердые частицы в Солнечной системе могли быть образованы в результате

конденсации из плазменной туманности, расположенной в околосолнечной области. Однако возможно также, что большая часть твердого вещества является межзвездной пылью, конденсировавшейся в других областях.

Приток таких ранее существовавших пылевых частиц мог оказаться важным источником вещества на начальных стадиях существования системы. В настоящее время это подтверждается распределением пыли в темных облаках в межзвездном пространстве и, возможно, некоторыми химическими свойствами вещества, сохранившегося в метеоритах. Пылевые частицы в космическом пространстве обязательно приобретают электростатический заряд. Поэтому небольшие пылевые частицы межпланетного происхождения, которые обнаруживаются теперь в телах, находящихся на почти круговых кеплеровских орбитах, вероятно, должны были быть вовлечены в состояние коротации с вращающейся намагниченной плазмой в околосолнечной и околопланетных областях.

1.4.4. ПРОИСХОЖДЕНИЕ СОЛНЦА

Очевидно, что теории происхождения Солнца и других звезд должны быть также основаны на физике плазмы и магнитной гидродинамике. Совсем недавно такие теории носили слишком спекулятивный характер, так как имелось очень мало достоверных сведений об условиях в тех межзвездных облаках, которые, по-видимому, были колыбелью звезд и планетных систем. Вследствие этого в большей части настоящего исследования происхождения Солнечной системы мы не полагаемся ни на какие начальные предположения, касающиеся первичного Солнца или его истории. Считаем лишь, что во время гетегонной эры оно существовало и было окружено плазмой. Однако из нашего исследования Солнечной системы мы можем сделать определенные выводы о прото-Солнце: его масса была примерно такой же, как и сейчас, но момент количества движения и магнитное поле были существенно большими.

Недавний прогресс в инфракрасной и микроволновой астрономии дал нам так много информации об условиях в темных межзвездных облаках, что теперь уже можно перейти к непосредственному исследованию первичного Солнца и облака, послужившего источником вещества для образования планет.