Некоторые особенности образования солнечной системы и планет-спутников

Как известно, Солнце и солнечная система являются одним из множества звёзд, образующих галактику. К настоящему времени известно множество данных о строении и значении большинства основных параметров многих объектов Солнечной системы. Основываясь на некоторых предпосылках и общеизвестных фактах можно попытаться проанализировать возможный ход событий в далёком прошлом и найти объяснение некоторых свойств, которые отличают Солнце от других звёзд. Рассмотрим более подробно гипотезу образования Солнца и Солнечной системы. Основной и главной предпосылкой является положение, согласно которому звёзды, в данном случае Солнце, образовались из вещества, относительно равномерно распределенного в пространстве, путём концентрации под действием силы тяжести. Данное положение является наиболее распространённым, и может быть взято за основу при объяснении многих явлений, в том числе механизма образования звёзд и планет. Попробуем сделать краткий анализ основных моментов – к ним относятся процесс возникновения сгустков вещества, которые можно рассматривать как источники гравитационного поля и особенности распределения вещества внутри звёзд и планет, что является одним из основных факторов, определяющих механизм образования планет-спутников.

Какими же методами нужно пользоваться, чтобы узнать каким же образом возникло состояние Солнца и планет, которое в достаточной степени известно на современном этапе, каков механизм образования планет-спутников Солнца и планет-спутников других планет. Главным и основным, а в некоторых случаях – единственным, методом является создание модели, основанной на известных факторах, либо на достаточно обоснованных предположениях. Под моделью понимается некоторое отображение реальных объектов и процессов доступными методами исследования – такими как логическое описание, математические преобразования, а так же с помощью компьютера. В зависимости от полноты известных данных можно получить модель с различной степенью соответствия реальным процессам и объектам, иногда бывает не достаточно данных для проведения полного анализа предложенной модели, в этом случае рассматривается «предварительная», приближённая модель основанная на допустимых предпосылках. Анализ даже такой модели может быть полезен, и может стать основой для дальнейших, более точных исследований. Однако в этом случае необходимо учитывать, что все рассуждения и выводы относятся только к предложенной модели и в рамках принятых первоначально предпосылок и предположений.

Попробуем провести предварительный анализ процесса развития и формирования звезды. Основные параметры, которые определяют данный процесс будут отдельно выделены, возможно на основании значений этих данных можно будет провести более детальное изучение. Как уже указывалось – основной предпосылкой является положение о том, что звёзды, как космические объекты, сформировались путём «концентрации» межзвёздного вещества. По известным причинам достаточно подробно описать данный процесс не представляется возможным, все же с определёнными допущениями можно выделить несколько этапов. Рассмотрим два основных этапа, это образование звезды как объекта и образование планет-спутников, на примере Солнечной системы.

Итак рассмотрим некоторую (абстрактную, отвлечённую) модель: имеем определенное пространство, например часть галактики, равномерно заполненную веществом (межзвёздная пыль). В результате последствий какого либо процесса происходит нарушение равномерности, то есть в некоторых областях возникает (возможно первоначально незначительное) изменение плотности вещества. В дальнейшем данные области становятся центром формирования таких объектов как звёзды. Попытаемся рассмотреть процесс развития одной такой области. Главным определяющим фактором в данном процессе является гравитация. Гравитация – свойство взаимодействия вещества, выражающееся в том, что частицы вещества воздействуют на другие частицы вещества с силой, которая может определяться как сила притяжения. Сила притяжения в классической механике определяется как сила взаимодействия двух объектов («физических тел») и пропорциональна произведению масс этих тел и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Взаимодействие множества элементов происходит посредством гравитационного поля. Гравитационное поле характеризует силу воздействия сил притяжения в данной конкретной точке, и является важнейшей и определяющей характеристикой, позволяющей понять и определить закономерности взаимодействия вещества, в данном случае процесс развития космических объектов. Основное свойство гравитационного поля, то, что его значение является суммарной величиной воздействия всех элементов (принцип суперпозиции), в каждой конкретной области, в том числе и внутри звёзд и планет. Возможно данный принцип не применим в галактических масштабах, для пространства в пределах одной звёздной системы можно считать его одним из основных физических законов, и соответственно одной из предпосылок для данной модели. Суммарное гравитационное поле воздействует на все частицы вещества, в данном случае молекулы газа и частицы пыли, с силой притяжения, под действием этой силы происходит движение в сторону воздействия. В общем случае для частиц, движущихся с некоторой скоростью, не совпадающей с направлением силы, будет происходить изменение направления скорости. Кроме того в случае воздействия силы притяжения на «несвободные частицы», например элементарный объём жидкости, либо твердого тела, будет происходить передача усилия на соседние частицы с соответствующим увеличением давления. Рассматривая изменения состояния вещества в рамках предложенной модели и учитывая, что под действием гравитационного поля происходит движение вещества, необходимо отметить ещё некоторые физические параметры, к ним можно отнести суммарную массу частичек вещества и суммарную кинетическую энергию данной массы. Под суммарной массой можно понимать массу всех элементов самой звезды и всей звёздной системы. Кинетическая энергия образуется в результате движения массы вещества, до момента образования «жидкого центра» увеличивается, в дальнейшем частично преобразуется в тепловую (внутреннею) энергию самой звезды и наряду с потенциальной энергией давления является основной характеристикой энергетического состояния всей звёздной системы. При движении частиц вещества к определённому центру, в результате концентрации неизбежно происходит уплотнение вещества до жидкого состояния, то есть возникновению звезды как объекта.

Подводя некоторый итог и возможно несколько забегая вперёд можно сделать заключение о том, что для данной модели в результате дальнейшего развития получим «идеальный» вариант, то есть звезду с ярко выраженными свойствами центральной симметрии, крайне незначительным вращением, отсутствием планет-спутников. Возможно среди реальных объектов имеются звёзды с похожими параметрами, однако для большинства из них представляются более вероятными другие характеристики. Для более детального анализа приходиться учитывать ещё одно обстоятельство – то, что может быть несколько центров уплотнений и то что они взаимодействуют между собой. Рассмотрим вкратце несколько основных вариантов и более детально один. Для дальнейших рассуждений необходимо уточнить некоторые понятия, одно из которых – «сгусток» вещества. Под сгустком следует понимать некоторое уплотнение вещества по сравнению с окружающим, главное свойство это, то что его можно рассматривать как источник гравитационного поля. Для более корректного использования этого понятия в качестве элемента модели необходимо ввести несколько условных терминов – это центр сгустка и масса сгустка. Центр сгустка – условная точа (область) которая позволяет оперировать такими понятиями как расстояние, размер, координата. Масса сгустка – условная характеристика, может быть определена как масса вещества в определённом объёме вокруг центра, например в условной сфере, сопоставимой с размером звезды. В данном случае масса сгустка величина переменная и характеризует величину гравитационного поля за пределами сгустка. Можно также сделать предпосылку, что масса сгустка пропорциональна времени с момента его образования.

Некоторые варианты формирования звёзд, в зависимости от размеров сгустков и расстояния между ними. Если расстояние велико - независимо от массы формируются и развиваются как независимые объекты. Если расстояние незначительное – происходит слияние на раннем этапе, когда масса незначительна. Если расстояние позволяет увеличить массу до момента взаимодействия, должна возникнуть звёздная система с планетой-спутником либо двойная звезда, если сгустки имеют различную массу. Вопрос о том, как реагируют сгустки одинаковой и значительной массы, требует отдельного рассмотрения, в общем случае последствия непредсказуемы. В случае взаимодействия множества сгустков – результат трудно прогнозировать, возможно образование звёздной системы с планетами-спутниками. Одним из самых интересных является результат взаимодействия трёх сгустков различной массы.

Рассматривая современное состояние Солнечной системы как результат сложного развития множества элементов, можно сделать предположение, что характерное расположение планет является результатом взаимодействия трёх сгустков вещества значительной массы на раннем этапе развития. Рассмотрим более подробно этот процесс. 

Итак, имеем некоторую модель пространства в котором через некоторые незначительные (относительно) интервалы времени образовались три области уплотнения вещества, в которых в виде сгустков начался процесс нарастания массы. Уже на самом раннем этапе, когда в процессе взаимного притяжения этих сгустков началось их сближение, гравитационное поле окружающего пространства начало меняться характерным образом. Значение суммарного гравитационного поля начало нарастать и наибольшие значения его расположились в плоскости проходящей через эти сгустки. Таким образом движение вещества приводит к значительной концентрации именно в этой плоскости, впоследствии ставшей плоскостью расположения всех планет Солнечной системы – плоскости эклиптики. Одновременно с нарастанием массы сгустков и концентрацией вещества в плоскости их расположения происходит взаимное сближение сгустков. Главной отличительной особенностью движения вещества в каждом сгустке, то что под действием гравитационного поля соседних объектов происходит движение по спирали, и по мере нарастания массы этот эффект всё больше усиливается. При приближении сгустков, также возникает эффект закручивания вещества, с постепенным образованием общей оси вращения, расположенной вблизи сгустка максимальной массы. При образовании «жидкого ядра» в самом массивном сгустке и значительным увеличением гравитационного поля, круговое движение происходит вокруг него с очень интенсивным нарастанием массы и соответственно силы притяжения. Происходит слияние всех сгустков в один основной, который становится основой будущей звезды. Таки образом, происходит завершение определённого этапа развития звёздной системы, с образованием одного «плотного сгустка». Дальнейший процесс носит более сложный характер, требует отдельного рассмотрения за рамками данной модели. Можно отметить основные особенности данного этапа, которые в дальнейшем стали определяющим фактором дальнейшего развития. К ним относится наличие двух достаточно крупных «образований» внутри основного «плотного сгустка» и очень значительная кинетическая энергия части вещества определяемая вращательным движением этих элементов и всей системы в целом. Можно даже полагать, что в данном случае реализована ситуация, когда суммарная кинетическая энергия части вещества достигает максимально возможных значений и находится на грани устойчивости. В некоторой степени это проявляется и на современном этапе развития Солнечной системы.

Как же образовались планеты и планеты-спутники планет? Реальный процесс образования планет носит сложный характер и определяется множеством факторов определённое значение которых вряд ли когда ни будь будет выяснено наверняка. Возможно, при создании достаточно сложной модели имитирующей этот процесс можно будет прояснить определённые детали, однако в этом случае должны быть известны многие параметры, необходимые для анализа. Часть таких данных можно получить при исследовании различных космических объектов, а также недр Земли и планет. Наиболее доступный источник – исследование современного состояния Солнечной системы с последующим анализом, который позволит определить предположительный механизм многих сложных процессов, в том числе и образования планет.

Попытаемся описать процесс развития модели Солнечной системы на этапе образования планет-спутников. Одним из основных терминов для анализа на данном этапе является понятие «плотный сгусток» вещества. Под плотным сгустком можно понимать уплотнение вещества значительной массы, часть которого находиться в жидком состоянии. Основное свойство источник гравитационного поля и основа для формирования крупных космических объектов – звёзд и планет. Плотный сгусток не имеет определённых границ, определённой оси вращения и достаточно определённой траектории (орбиты). Для более детальной оценки параметров можно ввести некоторые условные характеристики например: условное положение центра, расчетный радиус, эквивалентная масса. К сожалению подробный анализ выходит за рамки данной статьи, ограничимся рассмотрением процессов, происходящих внутри плотного сгустка.

Рассмотрим простейшую условную модель: имеем плотный сгусток с условным радиусом и центром, считаем, что внутри вещество находиться в жидком состоянии, снаружи в газообразном. Также считаем, что всё пространство можно (условно) разделить на определённые «участки» (элементарный объём), каждый из которых расположен в некоторой «зоне» (координата) и в каждом из которых вещество определённой плотности (элементарная масса). Основные физические характеристики для каждого участка – это сила тяжести, плотность, давление, температура, кинетическая энергия. Совокупность этих параметров и их изменение на каждом участке может характеризовать основные свойства и процессы данного объекта. Даже для простой модели имеем набор достаточно сложных взаимозависимых характеристик. Основными факторами, характеризующими процессы, происходящие внутри плотного сгустка, на данном этапе, являются движение под действием силы тяжести и разделение вещества по составу и плотности. Возможно влияние давления и температуры можно будет учесть при более детальном анализе, в общем случае можно считать, что с ростом давления плотность увеличивается. Влияние кинетической энергии для данного случая, приводит к возникновению центробежной силы, особенно для участков расположенных достаточно далеко от центра. Определение гравитационного поля в различных участках и зонах производится как суммарное действие элементов всего объема на каждый участок. Предварительно, для сферического объекта, можно считать, что его значение максимально у наружной поверхности и близко к нулю в центральной зоне. Под действием силы тяжести происходит неизбежное разделение вещества по плотности и составу, то есть более плотное вещество вытесняет менее плотное, происходит концентрация вещества в определённых участках. Учитывая то что в центральной области суммарная сила тяжести незначительна и то, что процесс уплотнения происходит неравномерно в связи с наличием сгустков большей плотности, а также учитывая центробежную силу можно полагать, что наиболее плотное вещество будет концентрироваться именно вокруг этих новых центров. Дальнейший процесс приводит к тому, что происходит изменение гравитационного поля всей внутренней области сгустка таким образом, что в центральной зоне суммарная сила притяжения меняет знак и становиться направленной наружу (!). Это явление заслуживает отдельного рассмотрения, ниже к нему вернёмся. Учитывая это обстоятельство, а также то, что процесс нарастания массы внутренней части далеко не завершён, и большая часть вещества находиться снаружи и соответственно влияет на суммарное гравитационное поле, этот «новый центр» оказывает всё большее влияние на дальнейшее развитие. Одной из решающих характеристик на данном этапе является соотношение «минимальной» (понятие условное - для данного случая близкое с среднему значение) и максимальной плотности в различных зонах. При увеличении этого значения выше некоторого порога вся система становится неустойчивой и происходит разделение части вещества, с образованием нового плотного сгустка, который в дальнейшем образует планету-спутник. Безусловно этот процесс является одним из важнейших этапов в развитии звезды требует более детального анализа и исследования. В рамках простой модели можно описать данное явления только в самых общих чертах, тем не менее сам механизм образования и его важнейшие особенности могут стать основой для дальнейшего исследования.

Некоторые особенности данного процесса. Основной особенностью является то, что он является следствием изменения многих взаимосвязанных параметров, которые необходимо учитывать в комплексе при создании более сложной модели, учитывающей эти факторы. Одним из наиболее значимых можно считать наличие и изменение кинетической энергии различных участков, влияние которой, естественно, не ограничивается созданием центробежной силы. Также необходимо учитывать и то, что процесс увеличения массы внутренней части далеко не завершён и большая часть вещества находиться за её пределами. Одним из основных следствий данного процесса является то, что отделившаяся часть вещества имеет большую (максимальную!) плотность и это обстоятельство играет решающую роль для дальнейшего развития. Кроме того для различных звёзд могут быть свои особенности, связанные с различными факторами, в первую очередь с количеством и величиной сгустков (газовых) на раннем этапе развития.

Рассмотрим некоторые особенности развития на примере Солнечной системы. Процесс отделения сгустка, который впоследствии становиться одной из наиболее крупных планет Солнечной системы, происходит не одно-моментно, его можно назвать «периодом нестабильности» при переходе из одного неустойчивого состояния к другому более устойчивому. Если рассматривать с точки зрения распределения вещества, то одним из последствий этого периода является то, что в процессе «перемешивания» вещества возникает множество новых сгустков повышенной плотности различной величины, часть из которых в составе отделившегося сгустка. При дальнейшем развитии происходит увеличение общей массы всей планетной системы за счёт дальнейшей концентрации окружающего вещества и происходят процессы начала формирования плотных сгустков – вероятных спутников данной планеты. Данный процесс имеет свои особенности, главная из которых - значительная масса вещества большой плотности, более точные оценки давать крайне затруднительно, однако можно полагать, что в результате формируется планетная система с множеством спутников-сгустков, некоторые из них в свою очередь образуют планеты. Одновременно с формированием планетной системы происходит наращивание массы основного сгустка, который впоследствии становиться звездой (Солнцем). При наличии внутри сгустка ещё одного уплотнения большой плотности и массы, который является самостоятельным центром притяжения, возникают условия для повторения процесса отделения, к которым можно добавить ещё один фактор – сила притяжения со стороны формирующейся планетной системы. Вновь неустойчивое состояние приводит к возникновению новых самостоятельных сгустков – основы формирования планетной системы. Вновь возникает крайне нестабильная ситуация, главной особенностью которой является взаимодействие всех элементов и в первую очередь двух самых крупных объектов – формирующихся планетных систем. В результате этого процесса, по окончании периода нестабильности, часть сгустков прекращает своё существование а часть не до конца сформировавшихся планет занимает более определённое и устойчивое положение близкое к современному расположению, то есть образуются две планетные системы (планеты-гиганты) со своими спутниками, группа планет расположенных между ними и Солнцем и группа, расположенная на более дальних орбитах. Именно в этот период, в результате взаимодействия формируются основные свойства и характеристики планет и планетных систем, которые являются решающими для их дальнейшего развития. Можно попытаться выделить развитие двух сгустков (или одного двойного), которые в этом процессе нашли устойчивое положение на третьей от Солнца орбите и образовали планетную систему Земля-Луна.

Таким образом можно утверждать, что механизм образования планет-спутников состоит из двух основных этапов – это концентрация вещества внутри сгустка вокруг собственного центра, что приводит к дестабилизации всей системы (условно можно назвать «жидкая фаза») и (если критические значения превышены) последующее отделение, с образованием планетной системы. Этот процесс носит многоуровневый характер, то есть возникают планеты – спутники планет. Это обстоятельство, а также то, что большинство планет и Солнце вращаются в одном направлении и в одной плоскости является следствием (и косвенным подтверждением) данного явления.

Вернёмся к механизму распределения массы внутри планет и звёзд. Значение гравитационного поля в каждой области (для дифференциального исчисления – в каждом элементарном объёме) должно определяться как суммарное значение (интегральная сумма) воздействия масс всех участков (элементарных масс). Эта предпосылка, основанная на принципе сложения сил (принцип суперпозиции), в комплексе с некоторыми другими положениями, позволяет создать модель распределения сил притяжения в каждой области планеты. К сожалению, подробный анализ выходит за рамки данной статьи – ограничимся рассмотрением основных факторов для центральной области. Как уже отмечалось, в результате взаимной компенсации от воздействия элементов, расположенных симметрично, суммарная сила притяжения в центре имеет значения близкие к нулю (для идеального случая – невесомость!). Воздействие элементов, распложенных не симметрично, например в результате «неидеальной формы» планеты и неравномерного распределения вещества, а также учитывая центробежную силу и силу внешнего воздействия (для планет, имеющих спутники) приводит к неизбежному образованию области в которой суммарная сила направлена наружу. Это явление в разной степени проявления характерно для всех звёзд и планет и заслуживает собственного названия, например эффект эксцентрического распределения массы (эффект ЭРМ). Степень влияния этого фактора определяет многие свойства и характеристики планет, и является одним из важнейших свойств, определяющих структуру планет и звёзд. Необходимо заметить, что данное положение противоречит общепринятым представлениям о структуре планет, согласно которым в центральной области находиться «ядро» из наиболее плотного вещества. Возможно дальнейший анализ и исследования помогут устранить эти противоречия, и определить с достаточной степенью достоверности действительную и реальную картину распределения вещества внутри планет и звёзд.

При рассмотрении структуры Земли, наиболее доступной для исследования планеты, необходимо также учитывать эффект ЭРМ. Хотя поверхность планеты имеет твёрдую оболочку, есть все основания полагать, что внутри вещество находиться в жидком состоянии. Основные факторы, влияющие на внутреннюю структуру планеты, с точки зрения распределения вещества – это соотношение максимальной и минимальной плотности, скорость вращения и соответственно центробежная сила, а также влияние естественного спутника (Луны) значительной массы. Более детально эти факторы и влияние эффекта эксцентрического распределения массы должны рассматриваются в рамках соответствующей модели, возможно анализ такой модели поможет найти ответы на многие вопросы о внутреннем строении Земли и планет.

Некоторые выводы и обобщения:

1. Главной особенностью и уникальностью развития Солнечной системы является то обстоятельство, что в процессе формирования на самом раннем этапе она развивалась в процессе взаимодействия трёх самостоятельных «центров притяжения», расположившихся характерным образом. Именно это крайне редкое сочетание обстоятельств сыграло решающую роль в процессе формирования планет и явилось главным отличием Солнечной системы от других звёзд. Основным следствие этого обстоятельства явилось то, что в результате движения под действием гравитации часть массы вещества приобрела очень значительную кинетическую энергию – впоследствии энергию движения и вращения планет и Солнца. Кроме того сформировалась общая плоскость вращения Солнца и планет, определяемая расположением этих «центров притяжения». 

2. Одним из этапов образования планет и планетных систем является концентрация наиболее плотного вещества внутри «плотного сгустка», то есть уплотнения вещества в жидком состоянии, явившегося основой формирования звезды, вокруг самостоятельных центров притяжения, которые впоследствии отделились и образовали самостоятельные объекты. В процессе развития Солнца этот этап повторялся несколько раз (минимум дважды) – в результате образовались крупные планетные системы, при взаимодействии которых сформировались все основные объекты, часть из которых впоследствии образовала планеты Солнечной системы.

3. Одним из свойств и особенностей строения планет и звёзд является наличие внутри области в которой сила тяжести направлена наружу, то есть эффекта эксцентрического распределения массы. Для большинства звёзд и планет, вещество внутри которых находиться в жидком состоянии - это один из основных и определяющих факторов развития, характер и величину влияния которого можно оценить по следующим основным характеристикам, это – степень разделения вещества по составу и плотности, скорость вращения и соответственно, центробежная сила, а также влияние внешней силы, при наличии естественных спутников.

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЙ МАТЕРИАЛ

1. Стеняшин А.Н. А цельная ли Земля ?

2. Стеняшин А.Н. Четвертый закон притяжения, продолжение следует…

3. Стеняшин А.Н. Определение силы тяжести и некоторых физических параметров космических объектов интегральным методом. «Интеллектуальные системы в производстве». Периодический научно-практический журнал 2/2005 Ижевск ISSN 1813-7911

Автор: Стеняшин Александр Николаевич

Разместил статью: sansan3
Дата публикации:  11-01-2007, 11:44

html-cсылка на публикацию		⇩ Разместил статью ⇩ Имя не указано  Его публикации  Нужна регистрация Отправить сообщение
BB-cсылка на публикацию
Прямая ссылка на публикацию

Огромное Спасибо за Ваш вклад в развитие отечественной науки и техники!