Происхождение Солнца¶

Солнце — жёлтая звезда главной последовательности спектрального класса G2V, центральное и наиболее массивное тело Солнечной системы. Его формирование датируется примерно 4,567 млрд лет назад и рассматривается в рамках общепринятой модели солнечной туманности.

¶Модель солнечной туманности

Согласно гипотезе солнечной туманности (её авторы — Э. Шапертен, Т. Койпер, а также Г. Н. Куйпер, работавший в США), Солнце и планеты образовались из единого гравитационно связанного облака межзвёздного газа и пыли. Этот подход был сформулирован в 1755 году И. Кантом и в 1796 году П. Лапласом (независимо друг от друга), однако современная версия опирается на данные радиохронологии метеоритов.

Облако состояло преимущественно из водорода (около 74 % по массе) и гелия (около 24 %), а также следовых количеств более тяжёлых элементов — углерода, кислорода, азота, железа. По химическому составу это вещество соответствует современным звёздам населения II, но с обогащением тяжёлыми элементами, что указывает на предшествующую историю переработки газа предыдущими поколениями звёзд.

¶Стадии формирования

¶Возмущение и коллапс

Облако находилось в состоянии гравитационного равновесия, поддерживаемого внутренним давлением. Нарушение равновесия могло быть вызвано ударной волной от взрыва сверхновой вблизи, а также плотностными флуктуациями. По современным представлениям, коллапс мог инициировать сверхновой, всплеск которой зафиксирован в изотопах кальция-60 в морских осадочных породах и ледяных кернах — этот сигнал датируется примерно 7,2 млн лет до начала формирования Солнечной системы.

Коллапс шёл с образованием протозвезды в центре и протопланетного диска вокруг неё. Процесс был относительно быстрым: по оценкам, солнечная туманность схлопнулась за 100–200 тыс. лет. Момент начала коллапса определяется по изотопным соотношениям в хондритах — метеоритах, возраст которых составляет 4,567 млрд лет.

¶Протозвезда и протопланетный диск

В центре облака сформировалась протозвезда — плотное газовое образование, нагревающееся за счёт гравитационной энергии сжатия. Вокруг неё под действием сохранения момента количества движения образовался вращающийся диск — протопланетный, из которого впоследствии сформировались планеты.

На стадии протозвезды объект проходит фазы Т Тельца и, возможно, фазу Фукаса (объект Хербига — Аро). В этот период наблюдается сильный звёздный ветер, который постепенно выдувает остатки газовой оболочки. По современным данным, большая часть газа и пыли диска была удалена в течение первых 3–10 млн лет.

¶Зажигание термоядерного синтеза

В центре протозвезды температура и плотность постепенно росли. Когда температура ядра достигла примерно 10–15 млн кельвинов, начались термоядерные реакции превращения водорода в гелий. Этот момент считается началом существования Солнца как звезды главной последовательности.

Оценки времени начала термоядерного синтеза различаются: по разным данным, от момента начала коллапса до зажигания прошло от 30 до 100 млн лет. Солнце перешло на стабильное горение водорода примерно 4,5 млрд лет назад.

¶Химический состав и изотопные данные

Основным источником информации о начальных условиях формирования Солнечной системы служат хондриты — каменные метеориты, не подвергшиеся плавлению и магматической дифференциации. Изотопный анализ хондритов позволил установить:

• возраст солнечной туманности — 4,567 млрд лет;
• присутствие короткоживущих радиоактивных изотопов (алюминий-26, железо-60), что указывает на близость недавнего взрыва сверхновой;
• обогащение тяжёлыми элементами относительно примитивного газа межзвёздной среды.

¶Эволюция после образования

После зажигания термоядерного синтеза Солнце вошло в стадию главной последовательности, на которой находится и в настоящее время. По мере выгорания водорода в ядре содержание гелия увеличивается, и светимость звезды постепенно растёт — по современным оценкам, за время существования Солнце стало примерно на 30 % ярче, чем на ранних стадиях. Этот рост светимости имеет значение для планетарной обитаемости, в частности для истории воды на Земле.

¶Исследования в России

Изучением происхождения Солнечной системы и солнечной туманности занимаются учёные Института земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн (ИЗМИРАН) РАН, Института астрономии РАН и других организаций. Российские специалисты участвуют в анализе образцов лунного грунта, доставленных советской программой «Луна», а также в подготовке миссии «Луна-25» и последующих проектов.

¶Интересные факты

• Солнце содержит более 99,8 % всей массы Солнечной системы.
• В ядре Солнца за секунду примерно 600 млн тонн водорода превращается в гелий с потерей около 4 млн тонн массы, которая преобразуется в энергию по закону Эйнштейна E = mc².
• Солнечная система находится вблизи рукава Ориона Галактики Млечный Путь, на расстоянии около 26 тыс. световых лет от её центра.

Источники: «Астрономический календарь» (ежегодник, РАН); «Большая Российская энциклопедия» (статья «Солнце»); В. Г. Сурдин «Лекции по общей астрономии»; Г. Н. Куйпер «The Solar System and Its Origin»; Э. Шапертен «Origin of the Solar System».