Закономерность эволюции планетных систем

УДК 523-52

ЗАКОНОМЕРНОСТЬ ЭВОЛЮЦИИ ПРИЗВЁЗДНЫХ ПЛАНЕТНЫХ СИСТЕМ –
ОТ ОКОЛОЗВЁЗДНЫХ ОРБИТ ДО ПЕРИФЕРИИ

А.В. Горшков 
Старш. преп. каф. ТПС физ. ф.-та ЮУрГУ, каф. физ. МБОУ Лицей №31, г.Челябинск. 454080, Челябинск, ул.Володарского, д.18, лицей.

Аннотация

Обоснована необщепринятая космогоническая гипотеза о закономерности эволюции планетных систем при звёздах – от ближайших окрестностей звезды к периферии системы. Солнечная система тоже не является исключением из этой закономерности. Например, Венера старше Земли, а Марс, пояс астероидов и Юпитер – моложе Земли. Юпитер ожидает взрыв. Следовательно, заселение Марса и Венеры – весьма актуальная задача по спасению человечества от возможной гибели. Объяснена известная закономерность распределения некоторых свойств планет в Солнечной системе.

ВВЕДЕНИЕ

Одной из проблем астрофизики и космологии является выявление и обоснование закономерностей эволюции планетных систем. Применительно к системе Солнца из господствующей ныне астрофизической теории (вероятно, немалую роль в её почти общепринятости играет традиция, идущая от фантастов древнего мира и средневековья) следует, в частности, что Марс старше Земли. Целью настоящей работы является выяснение того, как идёт эволюция планетных систем: то ли исключительно или преимущественно от периферии системы к призвёздным орбитам, то ли исключительно или преимущественно от призвёздных орбит к периферии системы [1], то ли в ином порядке. Задачами работы являются: 1) общефизическое обоснование космогонической гипотезы формирования и эволюции планетных систем «от звезды к периферии», 2) ранжирование планет по убыванию возраста, 3) объяснение известных закономерностей свойств планет Солнечной системы, 3) объяснение и предсказание возникновения систем спутников планет, 4) предсказание будущей эволюции Земли, 5) выдвижение предложений по спасению человечества от ожидаемых в ходе этой эволюции угроз.

Общеизвестны космогонические гипотезы П.-С. Лапласа, О.Ю. Шмидта и др.
Известно, что Венера, Земля, Марс обладают массой одного порядка; Меркурий значительно меньше; оценки массы пояса астероидов расходятся друг с другом значительно; Юпитер, Сатурн, Уран обладают массой намного больше массы Земли; следующие планеты или планетоподобные тела обладают относительно Земли как меньшей, так и большей массами; оценки массы кометного пояса Солнечной системы весьма различны.

Известно, что у планет, ближних к Солнцу, средняя плотность больше, у далёких – меньше.

Известно, что те же закономерности распределения масс и размеров, что и у планет Солнца, прослеживаются у спутников Юпитера. От относительно тяжёлого и плотного Ио с высоким содержанием железа и натрия до относительно лёгких и менее плотных силикатных шаров и «картофелеобразных» глыб.

Известно, что магнитное поле у Марса есть, но оно, в отличие от земного, мультипольно, состоит из большого числа крупных намагниченных «плит».

Известно, что поток энергии теплового излучения от Юпитера значительно превышает падающий на него поток энергии солнечного излучения, то есть Юпитер явно греется преимущественно изнутри (это «недозвезда» – коричневый карлик); Земля тоже отдаёт на приблизительно 30% энергии больше, чем получает от Солнца.

Известно, что во ВНИИТФ (г. Снежинск) рассчитали возможность гравитационного обогащения поверхности ядра Земли изотопами урана и тория, и доказали, что несколько раз в геологической и даже в палеонтологической истории Земли бывали эпохи активного горообразования, вызванные подземной цепной ядерной реакцией – «нейтронной волной деления», распространяющейся со скоростью порядка см/c и длящейся порядка миллиона лет. Ими же доказано, что в недрах землеподобных планет возможны режимы цепных ядерных реакций: и «спокойное равномерное горение», и «взрывное горение», и «периодическое горение», и упомянутая «волна деления».
Известна гипотеза об образовании дейтерия, трития и ближайших неводородных элементов (автохтонного гелия, лития и т.д.) в системе звезды вследствие ядерных реакций, вызванных бомбардировкой исходных лёгких элементов протонами, альфа-частицами и более тяжёлыми адронными кластерами, ионами и нейтральными атомами «солнечного ветра».

Однако остаётся весьма неясным, почему в составе ближних планет так много тяжёлых элементов, если на поверхности Солнца их доля очень мала, а в составе вещества комет и межзвёздного светоизлучающего вещества – тоже мало. Также физически неясно, почему, в рамках господствующей теории «от периферии к призвёздной области», в области сильного гравитационного возмущения (на призвёздных орбитах) планета, как считают, формируется медленнее, чем в области малого гравитационного возмущения (на периферийных орбитах).

ЗАКОНОМЕРНОСТЬ ЭВОЛЮЦИИ ПЛАНЕТ ОДНОЙ СИСТЕМЫ

Автор поддерживает иную гипотезу – о том, что эволюция планет идёт вблизи звезды преимущественно раньше и быстрее, чем на периферии системы. Представим её, по ходу этого – обоснуём её подробнее в новых этапах (выделены жирным шрифтом), и выведем из неё потенциально наблюдаемые следствия.

Этап 1. Из межзвёздного газа и плазмы – вследствие сил межмолекулярного притяжения, силы Казимира, электростатического притяжения вследствие электростатической поляризации ионами, взаимного затенения молекул при всестороннем облучении фотонами, магнитостатического взаимодействия, гравитационного взаимодействия – образуются кластеры молекул и монокристаллы.

Этап 2. Из газа, плазмы, кластеров и монокристаллов – вследствие тех же причин и вдобавок вследствие электростатического притяжения квазинейтральных тел [2] (от кластеров и более) и неупругих ударов друг о друга формируются поликристаллические и аморфные малые тела («камушки и льдинки», МТ).

Этап 3. Из этих МТ по тем же причинам формируются более крупные тела (КТ) из лёгких элементов (преимущественно твёрдого и жидкого водорода). Назовём их «водородными», или «первичными», кометными телами.

Этап 4. Раннее формирование звезды (вследствие гравитационной неустойчивости, особенно в области малой центробежной силы) ускоряет эволюцию системы. А именно, во-первых, усиливаются гравитационные возмущения, оказываемые звездой на окружающее её относительно холодное облако вещества (ОВ), содержащее, в том числе, МТ и КТ; во-вторых, вследствие бомбардировки частицами «солнечного ветра» ОВ обогащается дейтерием, тритием (гипотеза экс-доц. ЮУрГУ Х.), элементами тяжелее водорода, в первую очередь гелием (в т.ч. He-3) и литием (в т.ч. Li-6), лёгкими изотопами бериллия, бора и т.д. Эти вещества образуют, за достаточно длительное время, не только аморфные массы, но и моно- и поликристаллы. Происходит многократный проход цикла «Этап 1 – Этап 4». (Не исключены и взрывы звезды.)

Этап 5. Из протопланетных КТ, МТ, газа и плазмы, с продолжающимся захватом «солнечного ветра», формируются первичные планеты, то есть преимущественно газовые (водородно-гелиевые) эллипсоиды. Примесь более тяжёлых элементов (в т.ч. изотопов: D, T, Не-3, Li-6, бериллия, бора) опускается к центру планеты.

Этап 6. По мере приближения размера первичной планеты ко критическому (с учётом её состава и возможного перехода диэлектрика в металл при сверхвысоком давлении, и образования сильного магнитного поля вследствие «гидромагнитного динамо» в этом жидком металле) начинает увеличиваться интенсивность ядерных реакций (в т.ч. синтеза) в её глубоких недрах. Первичная планета становится «недозвездой» – «коричневым карликом». Спектр собственного электромагнитного излучения планеты соответственно изменяется.

Этап 7. Рано или поздно, вычерпывая вещество из окружающего пространства и эволюционируя как «недозвезда», первичная планета претерпевает пикноядерный (по Харрисону) или также термоядерный (по Бёте, Гамову и др.) взрыв. Вероятно, условием такого взрыва является опережение увеличения её массы и обогащения изотопами, способствующими цепной разветвлённой реакции синтеза (T, He-3, Li-6), по сравнению с разогревом её недр, препятствующим гравитационному сжатию. Перегрев газовой оболочки и интенсивный её сброс благоприятно (вследствие кумулятивного сферического течения – имплозии) сказывается на интенсивности взрывной реакции в ядре планеты.

Этап 8. Продукты этого взрыва (содержащие элементы, относительно приближенные к железу и даже, в меньшей мере, трансжелезные до урана включительно и, с очень малой примесью, трансурановых элементов) дифференцируются: то, что превысило 2-ю космическую скорость, покидает орбиту бывшей первичной планеты, а остальное – остаётся на ней и вновь проходит через Этапы 1–3, но с тем отличием, что теперь МТ и КТ обогащены относительно тяжёлыми элементами. Это каменные, металлические и каменно-металлические метеориты и астероиды всего спектра размеров, а также «вторичные кометы» (то есть водоледяные, газоледяные, в т.ч. циановые, метановые, аммиачные, углеводородные, и ещё газогидратные тела, а также агломераты всего вышеупомянутого).

Этап 9. Газ, плазма, пыль, метеориты, астероиды и вторичные кометы собираются (преимущественно вследствие гравитационного притяжения, и также по остальным вышеупомянутым причинам) во вторичную планету. Пока это относительно холодный ком силикатов, оксидов, соединений серы и фтора, углерода, железа и т.д., снабжённый едва заметной газовой оболочкой. Магнитное поле её мультипольное – состоит из суммы магнитных полей составляющих её кусков.

Этап 10. Вторичная планета постепенно гравитационно уплотняется и разогревается до плавления недр. Чем крупнее и массивнее вторичная планета, тем быстрее идёт этот процесс. Назовём планету со сформированным расплавленным ядром «третичной». Газы, выделившиеся из расплава третичной планеты, образуют атмосферу из лёгких и иных нетяжёлых газов.

Этап 11. Дифференцирование и стратифицирование расплава: тяжёлые элементы (Fe, Ni, U, Th и др.) утонули в центр планеты («естественное обогащение»), лёгкие поднялись к поверхности расплава, в т.ч. газы сформировали атмосферу. Чем крупнее и массивнее планета (а следовательно, и горячее ядро), тем экспоненциально меньше вязкость вещества её недр, тем быстрее идёт стратификация недр. Тем быстрее ядро обогащается ураном и околоурановыми элементами, тем быстрее идут реакции деления, тем быстрее ядро обогащается железом, лантаном, барием и разогревается. Положительная обратная связь замкнулась.

Этап 12. Вследствие «гидромагнитного динамо» первичное слабонамагниченное вещество образует сильное дипольное магнитное поле ядра. Увеличение доли железа, неодима и т.п. дополнительно усиливает поле. Назовём такую планету «четвертичной».

Этап 13. Из атмосферы убегают лёгкие газы, атмосфера обогащается тяжёлыми газами. Назовём такую планету «умирающей».

Этап 14. В одном из возможных режимов ядерных реакций деления в недрах планеты (см. выше) возможен ядерный взрыв (деления) ядра планеты. Эволюция её возвращается на Этап 8.

СВОЙСТВА ПЛАНЕТ, СЛЕДУЮЩИЕ ИЗ ЭТОЙ ЗАКОНОМЕРНОСТИ.

Самая старшая (от времени образования) планета – Меркурий, затем Земля, Марс, пояс астероидов, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и т.д.

Меркурию с массой «не повезло»: почти всё сброшенное взрывом Этапа-7 у него отобрало Солнце. Его малые размеры не позволили разогреться недрам, и он должен состоять из гигантских комов силикатов, оксидов, сульфидов и железо-никелевых продуктов ядерной реакции. Магнитное поле его должно быть мультипольное. Это всего лишь вторичная планета, переходящая сразу в умирающую.

Венера легче Земли, она отстала от Земли в разогреве, расплавлении материала и утонутии тяжёлых элементов в ядро. Магнитное поле у неё должно быть мультипольное. Это третичная планета, вероятно, переходящая сразу в умирающую, минуя четверичный этап. Впрочем, если Венера в будущем успеет разогреться, стратифицироваться и обрести своё магнитное поле, то у неё возможен и четвертичный этап.

Земля – типичная четверичная планета. Но ей не миновать и этап умирания, атмосфера её будет приближаться к венерианской по своему элементному составу. Геологическая история глубоких недр Венеры и Марса будет спокойнее, чем у более тяжёлой быстро развивающейся Земли. Земля рискует повторениями бурных геологических эпох.

Марс легче Земли, он отстал от Земли в разогреве, расплавлении материала и утонутии тяжёлых элементов в ядро. Магнитное поле у него пока ещё мультипольное. Это вторичная (или третичная) планета, далёкая от умирания. Ему предстоит эволюционный переход в четвертичное состояние (возможно, что продолжится и существенный набор массы). Из недр Марса (и из падающих первичных и вторичных комет) в будущем выделятся азот, углекислый газ, циан, аммиак, метан, угарный газ, углеводороды, вода, и всё пойдёт по плану Земли, но с большим отставанием от неё.

Пояс астероидов и вторичных комет («Фаэтон») соберётся в три (с учётом боковых точек либрации) протопланеты, которые образуют (через миллиарды лет) единую (или со спутниками наподобие Луны) вторичную планету. Если Юпитер не отобрал у пояса астероидов слишком много массы, то эволюция «нового Фаэтона» пойдёт по плану Земли.

Юпитер – типичная первичная планета – взорвётся (Этап 7), удивив детишек ночным солнцем и озаботив взрослых, сделав трудной космонавтику, сбросит свою роскошную водородно-гелиевую шубу и останется не просто голым, а станет разлетающимся во все стороны клубом железо-никелевой, углеродной, силикатной, урановой и проч. пыли, камушков, астероидов и «вторичных комет», которая перейдёт к этапу 8. Трудно сказать, где безопаснее при этом жить людям – на Земле, Венере или Марсе. Лучше всего – везде. Потому что при этом кто-нибудь где-нибудь да останется в живых. Получившийся «Юпитерианский пояс астероидов», как и «Фаэтонский», даст вторичную планету с массой того же порядка, что и Венера, Земля, Марс. Потому, что взрыв (Этап 7) произойдёт при приблизительно том же критическом размере первичной планеты.

Этим и объясняется близость масс, размеров и средних плотностей Венеры, Земли, Марса.

Следовательно, того же порядка, что и эти планеты, должна быть и суммарная масса пояса астероидов и вторичных комет (за вычетом того, что было отобрано Юпитером).
Сатурн в будущем накопит массу и пойдёт тем же путём эволюции, что и Юпитер. Взрыв соседней планеты (Юпитера) также снабдит Сатурн массой (частью останков Юпитера).

Уран – то же самое, после Сатурна.

Нептун – то же самое, после Урана.

Именно этим и объясняется убывание массы в ряду «Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун».

Облако первичных комет Солнечной системы должно постепенно образовывать, одну за другой, занептуновые планеты.

Весьма вероятно, что Ио и иные спутники Юпитера образовались из материала останков «Фаэтона». Поэтому доля железа, натрия и серы на спутниках Юпитера необычно велика по сравнению с атмосферой Юпитера. Если описываемая закономерность верна, то ожидается меньшая (по сравнению со спутниками Юпитера) доля тяжёлых элементов в составе спутников Сатурна.

Если описываемая закономерность верна, то в большинстве планетных систем должно наблюдаться (отсчитывая от звезды), в среднем, сначала увеличение массы, затем (после резкого скачка массы у ближайшей первичной планеты) уменьшение. Если описываемая закономерность верна, то все эти аналогичные закономерности наблюдаемы и в планетных системах иных звёзд.

БЛИЖАЙШЕЕ КОСМИЧЕСКОЕ БУДУЩЕЕ ЧЕЛОВЕЧЕСТВА,
НЕОБХОДИМО СЛЕДУЮЩЕЕ ИЗ ЭТОЙ ЗАКОНОМЕРНОСТИ

Заселение спутников Юпитера и астероидов нецелесообразно (за исключением исследовательских и экстремально-спортивных групп людей), т.к. именно Юпитер – ближайший кандидат на взрыв.

Заселение Венеры целесообразно в качестве резерва человечества на случай столь сильного взрыва Юпитера, который может уничтожить человечество не только на Марсе, но и на Земле.

Заселение Марса целесообразно (в особенности после взрыва Юпитера), поскольку Земля в ближайшем планетном будущем перейдёт в состояние умирающей планеты. Для безопасности такого заселения необходимо (если окажется, что сейчас жизни на Марсе нет) разрушить на мелкие части и уронить на Марс его спутники Фобос и Деймос (вероятно, ледяные, газогидратные или твёрдогазовые с примесью камней).
Существенно обезопасить Землю и Марс от неожиданного приближения крупных комет и астероидов можно с помощью «ошейника» – маячка, испускающего специфически модулированное электромагнитное излучение. Маячок можно внедрить в поверхность такого тела с помощью глубинного пенетратора.

ВЫВОДЫ

1. Предложена и обоснована новая закономерность эволюции планет в системе одиночной звезды (в т.ч. Солнца). Её сущность состоит в том, что все планеты в ней эволюционируют в порядке «от звезды к периферии». Более старые планеты – вблизи звезды, более молодые – на периферии системы. (Например, Марс младше Земли). Эволюция планет состоит из 14-ти этапов, описанных в статье.

2. В этой эволюции кометные (легко испаряющиеся) тела поделены на «первичные» (преимущественно жидко- или твёрдо-водородные) и «вторичные» (существенно обогащённые значительно более тяжёлыми элементами вследствие взрывов первичных планет).

3. В этой эволюции планеты поделены на первичные, вторичные, третичные, четвертичные и умирающие.

4. Термоядерный или пикноядерный взрыв первичной планеты – неизбежный этап её эволюции. Этот взрыв в значительной степени обусловлен обогащением её ядра изотопами D, T, He-3, Li-6, B, Be, наработанными в теле планеты или падающих на неё комет «солнечным ветром».

5. Зажелезные элементы (в т.ч. U и Th) в составе непервичных планет – продукт взрыва первичной планеты.

6. Чем крупнее и массивнее (по случайным причинам и вследствие меньших потерь массы на звезду и соседей после взрыва планеты в первичном состоянии) непервичная планета, тем экспоненциально быстрее идёт её эволюция. (Например, поэтому Земля, будучи младше Венеры, обогнала её в развитии.)

7. Объяснена близость масс, размеров и средних плотностей Венеры, Земли, Марса.

8. Обосновано известное предсказание близости к ним суммарной массы «Фаэтона» – пояса астероидов и вторичных комет, за вычетом отобранного Юпитером.

9. Объяснено убывание массы в ряду «Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун» и т.д.

10. Предсказаны: меньшая доля тяжёлых элементов в составе спутников Сатурна по сравнению со спутниками Юпитера; в большинстве планетных систем должно наблюдаться (отсчитывая от звезды), в среднем, сначала увеличение массы, затем (после резкого скачка массы у ближайшей первичной планеты) уменьшение.

11. Предсказано ближайшее астрономическое будущее Земли, Марса, пояса астероидов и вторичных комет, Юпитера.

12. Описано ближайшее космическое будущее человечества, необходимо следующее из закономерности эволюции планетной системы.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЕ ССЫЛКИ:

1. «А.Лексей» (А.В. Горшков) [Электронный ресурс] http://www.kprf.org/showthread.php?t=768&highlight=+++&page=2 – Сообщение #20. – 16.10.2007.

2. Горшков А.В. Электрическое притяжение квазинейтральных тел..// Наука ЮУрГУ: материалы 62-й научной конференции. Секции естественных наук. – Челябинск: Изд. центр ЮУрГУ, 2010. – С.98–102.

(26.02.-11.03.2013)