Требуется немало тяжелых элементов, или металлов, как именуют астрономы все элементы тяжелее гелия и водорода. Эти тяжелые элементы не берутся из ниоткуда. Они являются результатом синтеза внутри звезд, а в космос их выбрасывают взрывы сверхновых . Для того, чтобы собрать материал, достаточный для образования Солнечной системы , многие звезды должны умереть. Но все же сколько материала надо для образования планеты и когда во Вселенной его набралось достаточно?

Земля родилась из материала, собравшегося в протопланетный диск около молодого Солнца 4.54 миллиарда лет назад. Довольно давно, но по сравнению с возрастом Вселенной - не очень. Насколько раньше Земли могла сформироваться первая планета? Недавно считалось, что процесс образования тяжелых элементов в звездах очень медленный, и звездная алхимия превращения элементов не могла дать достаточно материала до 6-7 миллиардов лет после Большого взрыва . Это предположение подтверждалось находками экзопланет, все звезды которых имели столько же или больше металлов, как и Солнце, а значит, были моложе нашей звезды . Однако дело здесь было отнюдь не в фундаментальных законах, которым подчиняется Вселенная. Наш метод наблюдения диктовал результат. До запуска телескопа Кеплер в 2009 году практически все экзопланеты находились по их гравитационному воздействию на звезду. Разумеется, с таким методом часто попадались газовые гиганты на низких орбитах. Запуск орбитального телескопа, предназначенного для поиска экзопланет, изменил ситуацию. На его счету уже более 2300 кандидатов, найденных методом прохода. Треть находимых Кеплером планет - небольшие, твердые миры, гиганты размером с Юпитер или больше составляют 11% от общего числа.

«Мы обнаружили, что существование малых планет около звезд не так сильно зависит от содержания тяжелых элементов в них, как в случае газовых гигантов», - говорит Ларс Бухаве, сотрудник Института Нильса Бора Университета Копенгагена . Бухаве - руководитель группы астрономов, изучившей спектры 150 звезд, вокруг которых обращается 226 кандидатов в планеты. «На первый взгляд может показаться странным, что газовые гиганты содержат больше металлов, чем твердые планеты», - говорит соавтор исследования Андерс Йохансен из Лундской обсерватории. Но все проясняется, если обратиться не к составу планет, а к процессам их образования. Понемногу небольшие частички слипаются, разрастаясь, как снежный ком. Если речь идет о газовом гиганте, то может ли он так сформироваться прямо из облака газа около звезды, или же ему нужно ядро, которое будет притягивать летучие элементы? Тенденция находить гиганты около звезд, богатых металлом, говорит в пользу второй гипотезы. Сначала образуется огромное ядро, в десятки раз более тяжелое, чем Земля. Его гравитационное поле способно притянуть значительные объемы газа до того, как тот рассеется в космосе. Если же тяжелых элементов мало, то и ядра получаются небольшие, неспособные захватить много газа.

Системы звезд с малым содержанием металлов могут оказаться удачным местом для поисков жизни , так как отсутствие газовых гигантов дает ей дополнительные шансы. Большая часть газовых гигантов относятся к горячим Юпитерам - очень близким к звездам планетам. Образуются, однако, такие планеты заметно дальше, а потом медленно мигрируют ближе к звезде. Это создает возмущения в планетарной системе, и то возмущение, которое гиганта неспешно тянет к центру, меньшую планету, на которой может существовать жизнь, быстро выкидывает в межзвездное пространство. Это соображение приводит к выводу, что жизнь чаще встречалась в молодой Вселенной, когда тяжелых элементов было мало и потому почти не было газовых гигантов. Впрочем, процессы образования гигантов могут оказаться не такими, как их представляют астрономы. Сотрудники в 2019 году нашли гигантскую планету около очень старой звезды HIP 13044, а в этом году еще более древнюю звезду HIP 11952, родившуюся 12.8 миллиарда лет назад, но имеющую газового гиганта. Содержание тяжелых элементов в этих звездах очень мало, но иногда и его хватает для газового гиганта. Выше мы уже упомянули, что твердая планета в таких условиях появиться могла тем более. Одновременно расширяется зона поиска обитаемых планет для каждой галактики. В центрах много металлов, но зато много газовых гигантов и взрывов сверхновых. На задворках же металлов меньше, но зато и соседи спокойнее. Потенциально обитаемая зона галактик расширяется.

Остается определить предел наличия металлов для образования Земли и время, когда он был достигнут. К примеру, если бы Солнце имело в десять раз меньше тяжелых элементов, Земля точно не смогла бы образоваться. Впрочем, прирост количества тяжелых элементов в молодой Вселенной шел быстро. Звезды рождались и умирали с огромной частотой, некоторые оценки показывают звездообразование в 4000 солнечных масс в год через миллиард лет после Большого взрыва. Для Млечного пути сейчас это число составляет около десятка. Хоть каждая звезда молодой Вселенной была бедна тяжелыми элементами и производила немного, общий вклад был огромным. Поэтому неудивительно, что в старой галактике, которую мы видим такой, какой она была 12 миллиардов лет назад, было найдено содержание тяжелых элементов, аналогичное солнечному. Более того, в отличие от Млечного пути, металлов в этой галактике много и на задворках. Это единичный пример, который, скорее всего, объясняется аномально мощным звездообразованием, но он уже доказывает возможность появления Земли очень давно.

История нашей планеты еще хранит в себе немало загадок. Ученые разных областей естествознания вложили свою лепту в изучение развития жизни на Земле.

Считается, что возраст нашей планеты составляет около 4,54 миллиарда лет. Весь этот временной промежуток принято делить на два основных этапа: фанерозой и докембрий. Эти этапы называются эонами или эонотемой. Эоны в свою очередь делятся на несколько периодов, каждый из которых отличается совокупностью изменений, происходивших в геологическом, биологическом, атмосферном состоянии планеты.

1. Докембрий, или криптозой — это эон (временной промежуток развития Земли), охватывающий около 3,8 миллиардов лет. То есть, докембрий — это развитие планеты от момента образования, формирования земной коры, протоокеана и возникновения жизни на Земле. К концу докембрия на планете уже были широко распространены высокоорганизованные организмы с развитым скелетом.

Эон включает в себя еще две эонотемы — катархей и архей. Последний, в свою очередь, включает в себя 4 эры.

1. Катархей — это время образования Земли, но не было еще ни ядра, ни земной коры. Планета была еще холодным космическим телом. Ученые предполагают, что в этот период на Земле уже была вода. Катархей длился около 600 млн. лет.

2. Архей охватывает период в 1,5 млрд лет. В этот период на Земле еще не было кислорода, происходило формирование залежей серы, железа, графита, никеля. Гидросфера и атмосфера представляли собой единую парогазовую оболочку, которая плотным облаком окутывала земной шар. Солнечные лучи сквозь эту завесу практически не проникали, поэтому на планете царил мрак.2.1 2.1. Эоархей — это первая геологическая эра, которая длилась около 400 млн.лет. Важнейшее событие эоархея — формирование гидросферы. Но воды было еще мало, водоемы существовали отдельно друг от друга и пока не сливались в мировой океан. В это же время земная кора становится твердой, хотя астероиды еще бомбят Землю. На исходе эоархея образуется первый в истории планеты суперконтинент — Ваальбара.

2.2 Палеоархей — следующая эра, которая также длилась приблизительно 400 млн.лет. В этот период формируется ядро Земли, возрастает напряженность магнитного поля. Сутки на планете длились всего 15 часов. Зато повышается содержание кислорода в атмосфере за счет деятельности появившихся бактерий. Остатки этих первых форм палеоархейской эры жизни были найдены в Западной Австралии.

2.3 Мезоархей также длился около 400 млн.лет. В мезоархейскую эру нашу планету покрывал неглубокий океан. Участки суши представляли собой небольшие вулканические острова. Но уже в этот период начинается формирование литосферы и запускается механизм тектоники плит. В конце мезоархея наблюдается первый ледниковый период, во время которого на Земле впервые образуются снег и лед. Биологические виды по-прежнему пока представлены бактериями и микробными формами жизни.

2.4 Неоархей — завершающая эра архейского эона, длительность которой составляет около 300 млн. лет. Колонии бактерий в это время формирует первые на Земле строматолиты (известняковые отложения). Важнейшее событие неоархея - образование кислородного фотосинтеза.

II. Протерозой — один из длиннейших временных отрезков истории Земли, который принято делить на три эры. Во время протерозоя впервые появляется озоновый слой, мировой океан достигает практически современного объема. А после длительнейшего гуронского оледенения на Земле появляются первые многоклеточные формы жизни - грибы и губки. Протерозой принято делить на три эры, каждая их которых содержала по несколько периодов.

3.1 Палео-протерозой — первая эра протерозоя, которая началась 2,5 млрд. лет назад. В это время полностью формируется литосфера. А вот прежние формы жизни вследствие увеличения содержания кислорода практически вымерли. Этот период получил название кислородной катастрофы. К концу эры на Земле появляются первые эукариоты.

3.2 Мезо-протерозой длился приблизительно 600 млн.лет. Важнейшие события этой эры: формирование континентальных масс, образование суперконтинента Родиния и эволюция полового размножения.

3.3 Нео-протерозой . Во время этой эры Родиния распадается примерно на 8 частей, суперокеан Мировия прекращает свое существование, а на исходе эры Земля практически до экватора покрывается льдами. В неопротерозойскую эру живые организмы впервые начинают приобретать твердую оболочку, что в дальнейшем послужит основой скелета.

III. Палеозой — первая эра фанерозойского эона, начавшаяся приблизительно 541 млн. лет назад и длившаяся около 289 млн. лет. Это эпоха появления древней жизни. Суперконтинент Гондвана объединяет южные материки, чуть позже к нему присоединяются остальные части суши и появляется Пангея. Начинают формироваться климатические пояса, а флора и фауна представлена, в основном, морскими видами. Только к концу палеозоя начинается освоение суши, и появляются первые позвоночные.

Палеозойскую эру условно делят на 6 периодов.

1. Кембрийский период длился 56 млн. лет. В этот период формируются основные горные породы, у живых организмов появляется минеральный скелет. А важнейшим событием кембрия является возникновение первых членистоногих.

2. Ордовикский период — второй период палеозоя, длившийся 42 млн. лет. Это эпоха образования осадочных пород, фосфоритов и горючих сланцев. Органический мир ордовика представлен морскими беспозвоночными и сине-зелеными водорослями.

3. Силурийский период охватывает следующие 24 млн. лет. В это время вымирают практически 60% живых организмов, существовавших прежде. Зато появляются первые в истории планеты хрящекостные и костные рыбы. На суше силур знаменуется возникновением сосудистых растений. Суперконтинеты сближаются и образуют Лавразию. К концу периода отмечено таяние льдов, уровень моря повысился, а климат стал мягче.

4. Девонский период отличается бурным развитием разнообразных форм жизни и освоением новых экологических ниш. Девон охватывает временной промежуток в 60 млн. лет. Появляются первые наземные позвоночные, пауки, насекомые. У животных суши формируются легкие. Хотя, по-прежнему, преобладают рыбы. Царство флоры этого периода представлено пропапоротниками, хвощевидными, плаунами и госеменными.

5. Каменноугольный период часто называют карбоном. В это время Лавразия сталкивается с Гондваной и появляется новый суперконтинент Пангея. Образовывается и новый океан — Тетис. Это время появления первых земноводных и рептилий.

6. Пермский период — последний период палеозоя, завершившийся 252 млн. лет назад. Предполагают, что в это время на Землю упал крупный астероид, что привело к значительному изменению климата и вымиранию практически 90% всех живых организмов. Большая часть суши покрывается песками, появляются самые обширные пустыни, которые только существовали за всю историю развития Земли.

IV. Мезозой — вторая эра фанерозойского эона, продолжавшаяся почти 186 млн.лет. В это время материки приобретают практически современные очертания. А теплый климат способствует бурному развитию жизни на Земле. Исчезают гигантские папоротники, а им на смену появляются покрытосеменные растения. Мезозой - это эпоха динозавров и появления первых млекопитающих.

В мезозойской эре выделяют три периода: триас, юра и мел.

1. Триасовый период длился чуть более 50 млн. лет. В это время Пангея начинает раскалываться, а внутренние моря постепенно мельчают и высыхают. Климат - мягкий, зоны выражены не ярко. Почти половина растений суши исчезает, так как распространяются пустыни. А в царстве фауны появляются первые теплокровные и сухопутные рептилии, ставшие предками динозавров и птиц.

2. Юрский период охватывает промежуток в 56 млн. лет. На Земле царил влажный и теплый климат. Суша покрывается зарослями папоротников, сосен, пальм, кипарисов. На планете царят динозавры, а многочисленные млекопитающие отличались пока маленьким ростом и густой шерстью.

3. Меловой период — наиболее продолжительный период мезозоя, длившийся почти 79 млн. лет. Практически заканчивается раскол континентов, Атлантический океан значительно увеличивается в объеме, на полюсах формируются ледяные покровы. Увеличение водной массы океанов приводит к образованию парникового эффекта. В конце мелового периода происходит катастрофа, причины которой до сих пор не ясны. В результате вымерли все динозавры и большинство видов рептилий и голосеменных растений.

V. Кайнозой — это эра животных и человека разумного, начавшаяся 66 млн. лет назад. Континенты в это время приобрели свое современное очертание, Антарктида заняла южный полюс Земли, а океаны продолжали увеличиваться. Уцелевшие после катастрофы мелового периода растения и животные оказались в совершенно новом мире. На каждом континенте начали формироваться уникальные сообщества форм жизни.

Кайнозойскую эру делят на три периода: палеоген, неоген и четвертичный.

1. Палеогеновый период закончился приблизительно 23 млн. лет назад. В это время на Земле царил тропический климат, Европа скрывалась под вечнозелеными тропическими лесами, лишь на севере континентов росли листопадные деревья. Именно в период палеогена происходит бурное развитие млекопитающих.

2. Неогеновый период охватывает следующие 20 млн. лет развития планеты. Появляются киты и рукокрылые. И, хотя по земле еще бродят саблезубые тигры и мастодонты, фауна все больше приобретает современные черты.

3. Четвертичный период начался более 2,5 млн. лет назад и продолжается до сих пор. Два важнейших события характеризуют этот временной отрезок: ледниковый период и появление человека. Ледниковая эпоха полностью завершила формирование климата, флоры и фауны континентов. А появление человека ознаменовало начало цивилизации.

24. Формирование планет Солнечной системы

Относительно происхождения и формирования планет Солнечной системы существует немало гипотез. Остановлюсь на одной из них, так как она ближе всего к действительности. Ее высказал советский ученый, академик Василий Григорьевич Фесенков. Он предположил, что планеты могут иметь «солнечное происхождение».

Все верно. Планеты формируются из вещества, выбрасываемого звездой в процессе ее нагрева в результате радиоактивного распада тяжелых химических элементов в ее составе.

Планеты-гиганты отличаются от планет земной группы только огромной толщиной их атмосферы. Под ней должны существовать такие же твердые тела планет, как и планет земной группы.

Планеты земной группы – продукт выброса Солнца в более остывшем состоянии по сравнению с более ранним и более горячим состоянием, когда и произошел выброс вещества «для» планет-гигантов. Более раннее Солнце содержало больше тяжелых элементов. Следовательно, и вещество, из которого сформировались планеты-гиганты, содержало больше тяжелых элементов. Поэтому процессы радиоактивного распада в недрах планет-гигантов шли интенсивнее. В результате чего они накопили больше «энергии» – т. е. разогрелись сильнее. Поэтому их химические элементы находятся в более разреженном агрегатном состоянии.

Планеты земной группы сформировались из вещества, выброшенного Солнцем в более поздние эпохи его существования. Солнце к этому времени уже потеряло значительную часть своих тяжелых химических элементов – источник «энергии» – радиоактивно распавшихся до более легких элементов. Поэтому и вещество планет земной группы было менее богато тяжелыми элементами по сравнению с веществом «для» планет-гигантов. Отсюда – меньшая интенсивность процессов радиоактивного распада в планетах земной группы и меньше накопленной «энергии». И поэтому более плотное агрегатное состояние.

Все планеты нагреваются и остывают одновременно.

Нагреваются за счет высвобождения «энергии» в ходе процессов радиоактивного распада тяжелых элементов. А также за счет получения «энергии», излучаемой звездой в космическое пространство.

Остывают планеты по той же причине, что и все другие небесные объекты – за счет излучения «энергии» в космическое пространство.

Радиус всех планет возрастает к экватору и уменьшается к полюсам. И гравитационное поле к экватору уменьшается, а к полюсам возрастает. Причина – дополнительный нагрев химических элементов за счет «энергии», получаемой от Солнца. Солнечная «энергия» интегрируется в «щели» элементов, приводя к дополнительному экранированию ядер элементов и уменьшению их массы. Уменьшение массы элемента – это возрастание его Силы Притяжения и уменьшение Силы Отталкивания. Вот поэтому ближе к экватору планета сильнее «распухает» и ее гравитационное поле (Сила Притяжения) меньше.

Не только планеты, но и все другие небесные тела нагреваются и остывают одновременно.

Планеты по своему возрасту всегда моложе звезд. Звезды моложе ядер Галактик. Ядра Галактик – ядер Сверхгалактик. Ядра Сверхгалактик – ядер Сверхсверхгалактик. Более древние небесные тела со времен начала своего существования нагреваются сильнее более молодых, так как в их составе было еще много тяжелых химических элементов, которые не успели распасться. Новые тяжелые элементы во Вселенной сейчас уже не создаются. А все существующие возникли одновременно и поэтому начали распадаться одновременно

Процессы радиоактивного распада на Солнце протекают более интенсивно, чем на любом другом небесном теле нашей солнечной системы.

Первоначально, после отделения от ядра Галактики, наша солнечная система представляла собой одно тело. Планет еще не существовало. Это тело вращалось вокруг ядра Галактики по внутренним галактическим орбитам. Это тело – единое тело солнечной системы воспринимало излучения галактического ядра, вызванные происходящими в нем процессами радиоактивного распада. Эти процессы происходят там и сейчас.

Звезды рождаются в ходе вулканической активности в ядрах Галактик, планеты – в ходе вулканической активности в недрах звезд. Ядра Галактик рождаются из ядер Сверхгалактик. Однако луны, вращающиеся вокруг планет, не являются продуктом вулканической активности планет. Они представляют собой выбросы вещества звезд.

Солнце является основным первичным источником «света» в нашей солнечной системе. В недрах Луны процессы радиоактивного распада еще слабы и вся освобождающаяся «энергия» поглощается ее собственными элементами. Поэтому Луна светит отраженным и пропускаемым солнечным «светом».

Глава 8: Преобразование Солнечной системы 8. 1 ИЗМЕНЕНИЯ ГЕЛИОСФЕРЫ Рис. 8.1 Основная структура гелиосферы (с любезного разрешения НАСА)Разрушительные землетрясения, на 400 % чаще, чем раньше (с 1973 года). Вулканы, извергающие пыль, дым и лаву, на 500 % больше, чем в 1875 году. Торнадо