Номер 5, страница 264 - гдз по физике 11 класс учебник Касьянов

Вопросы. § 72. Эволюция планет-гигантов. Глава 9. Эволюция Вселенной - номер 5, страница 264.

5. Какова примерная хронология образования Солнечной системы?

Современная научная теория, объясняющая происхождение Солнечной системы, — небулярная гипотеза. Согласно ей, формирование нашей системы было длительным процессом, который можно разделить на несколько ключевых хронологических этапов.

1. Коллапс молекулярного облака и образование Солнечной небулы

Все началось примерно $4,6$ миллиарда лет назад. Часть огромного межзвездного молекулярного облака, состоявшего из газа (преимущественно водорода и гелия) и пыли, под действием гравитации начала сжиматься. Вероятной причиной коллапса послужила ударная волна от взрыва сверхновой неподалеку. В процессе сжатия из-за сохранения углового момента облако стало вращаться быстрее и сплющиваться, превращаясь в гигантский газопылевой диск, известный как Солнечная небула или протопланетный диск.

Ответ: Начальный этап, датируемый примерно $4,6$ млрд лет назад, заключался в гравитационном коллапсе части молекулярного облака и формировании вращающегося протопланетного диска (Солнечной небулы).

2. Формирование Протосолнца

В течение первых $100\ 000$ лет более $99\%$ всего вещества небулы сконцентрировалось в ее центре. Гравитационное сжатие привело к колоссальному росту плотности и температуры в этом центральном сгустке, который превратился в Протосолнце. На этом этапе оно еще не было звездой в полном смысле, так как термоядерные реакции в его ядре не начались. Оно светилось исключительно за счет выделения тепла от гравитационного сжатия.

Ответ: В центре диска в первые $100$ тысяч лет сформировалось горячее и плотное Протосолнце, аккумулировавшее подавляющую часть массы небулы.

3. Образование планетезималей

В то время как в центре диска формировалось Протосолнце, на его периферии твердые частицы (пылинки, кристаллы льда) начали слипаться. Первоначально их соединяли электростатические силы, а по мере увеличения размеров главным фактором стало гравитационное притяжение. За несколько миллионов лет из этих микроскопических частиц выросли объекты размером до нескольких километров — планетезимали. Их состав зависел от расстояния до центра: вблизи Протосолнца могли существовать только тугоплавкие силикатные и металлические частицы, а за так называемой "линией льда" — также и замерзшие газы (вода, метан, аммиак).

Ответ: В течение первых нескольких миллионов лет в диске путем слипания пылинок и ледяных частиц образовались километровые тела — планетезимали.

4. Формирование протопланет и планет-гигантов

Планетезимали продолжали сталкиваться и объединяться в более крупные тела в процессе, называемом аккрецией. Крупнейшие объекты, обладавшие самой сильной гравитацией, росли быстрее всего, притягивая к себе более мелкие. Этот процесс привел к появлению десятков протопланет, сопоставимых по размерам с Луной или Марсом. Во внешней части Солнечной системы, за "линией льда", протопланеты достигли массы около $10$ земных масс, что позволило им захватить своей гравитацией огромные объемы водорода и гелия из окружающего диска. Так в течение первых $10$ миллионов лет сформировались газовые гиганты Юпитер и Сатурн, а позже и ледяные гиганты Уран и Нептун.

Ответ: В период до $10$ млн лет после начала коллапса путем аккреции планетезималей сформировались протопланеты, а во внешней части системы — планеты-гиганты, захватившие газ из диска.

5. Запуск Солнца и формирование планет земной группы

Примерно через $50$ миллионов лет после начала коллапса температура и давление в ядре Протосолнца достигли критических значений, и в нем запустились термоядерные реакции превращения водорода в гелий. Протосолнце стало полноценной звездой — Солнцем. Мощный звездный ветер, исходящий от молодого светила, очистил систему от остатков газа и мелкой пыли. В то же время во внутренней части системы продолжался хаотичный процесс столкновений и слияний протопланет. В течение периода до $100$ миллионов лет это привело к образованию четырех планет земной группы: Меркурия, Венеры, Земли и Марса. Формирование Луны, как считается, стало результатом гигантского столкновения прото-Земли с телом размером с Марс (гипотетической планетой Тейя) примерно $4,51$ миллиарда лет назад.

Ответ: Около $4,55$ млрд лет назад Солнце зажглось как звезда, а планеты земной группы сформировались в течение последующих десятков миллионов лет в результате гигантских столкновений протопланет.

6. Поздняя тяжелая бомбардировка и окончательное формирование системы

После формирования планет Солнечная система все еще была наполнена множеством "строительного мусора" — оставшихся планетезималей и их обломков. Примерно с $4,1$ до $3,8$ миллиарда лет назад, вероятно, из-за гравитационных возмущений от мигрирующих планет-гигантов, орбиты этих малых тел были дестабилизированы. Это вызвало период интенсивных ударов астероидов и комет по планетам внутренней системы, известный как "поздняя тяжелая бомбардировка". Со временем оставшиеся обломки были либо выброшены за пределы системы, либо поглощены планетами, либо заняли стабильные орбиты, сформировав современные Пояс астероидов, Пояс Койпера и гипотетическое Облако Оорта.

Ответ: Около $3,8-4,1$ млрд лет назад система пережила период интенсивной бомбардировки, после чего постепенно пришла в то относительно стабильное состояние, которое мы наблюдаем сегодня.