- оскільки в той час була відома єдина така система у всьому Всесвіті - наша Сонячна система. В результаті всіх зусиль, які і теоретиками, і спостерігачами прямували на вирішення цієї проблеми, були орієнтовані на єдиний об'єкт у Всесвіті, мешканцями якого ми є.
Перші ідеї про те, як могла сформуватися Сонячна система, були висловлені ще в XVII-XVIII столітті. До сих пір ця загальна ідеологія формування планетної системи часто називається теорією Канта-Лапласа, по імені тих вчених, які вперше більш-менш її чітко сформулювали. Це уявлення про те, що Сонячна система утворилася з газо-пилової диска, який обертався навколо Сонця. І в результаті того, що цей диск ставав все більш плоским, він поступово розбивався на фрагментик, які в свою чергу перетворювалися в планети. У такому вигляді освіту Сонячної системи уявлялося до 50-х років. У 50-ті роки воно з подібною фази перейшла в фазу більш точного, більш чисельного наукового дослідження. Сьогодні ми можемо з гордістю говорити про те, що основоположником сучасних уявлень про освіту планет є радянський вчений Віктор Сергійович Сафронов. І хоча основна ідеологія була сформульована Шмідтом, в науковому плані ці уявлення були розвинені Сафроновим і його учнями.
Згідно з ідеями, висловленими Сафроновим, в газопиловій диску, який оточує молоду зірку, порошинки починають поступово злипатися між собою, перетворюватися в усі більш і більш великі тіла, які досягають спочатку метрових, а потім кілометрових розмірів. На цьому етапі вони набувають спеціальне ім'я - планетезимали. Подальша агломерація планетезималей призводить до того, що в планетарна утворюються гігантські тіла - планети. При цьому протосонячній система по температурному режиму виявляється розділена на дві області: ближче до зірки, там, де досить гаряче через її випромінювання, не можуть конденсуватися льоди, не можуть конденсуватися на тверду речовину вода, аміак, інші гази, тому там можливе утворення тільки кам'яних планет. І, відповідно, ці планети виходять менш масивними, тому що для їх утворення є менше речовини. За сніговою лінією може з'явитися льодів, можливе утворення більш масивних тіл, і там ми маємо потужні планети - планети-гіганти. Ця картина дуже красиво описує Сонячну систему. Мало того, що вона пояснює, чому у нас 4 кам'яних планети і 4 планети-гіганта, вона пояснює ще й хімічний склад пояса астероїдів. Ця межа називається сніговою лінією і в Сонячній системі проходить по поясу астероїдів. І виявляється, що ті астероїди, які знаходяться всередині снігової лінії, дійсно, менш багаті водою, водяним льодом, ніж астероїди, які знаходяться за сніговою лінією, далі від Сонця, ніж це потрібно для конденсації водяної криги.
Дуже логічна і струнка картина існувала до 90-х років, однак саме в цей період було зроблено кілька відкриттів, які прямо або побічно торкалися наше уявлення про освіту планет. По-перше, це відкриття пояса Койпера, по-друге, відкриття перших коричневих карликів, по-третє, початок перших прямих спостережень протопланетних дисків у інших зірок, і, звичайно, найголовніше - це відкриття позасонячних планет.
Основні нововведення, які довелося ввести в уже існуючі до 90-их років теорії, пов'язані з тим, що серед позасонячних планет виявилося дуже велика кількість так званих гарячих юпітерів. Це планети-гіганти, маси яких іноді значно перевищують масу Юпітера і які звертаються на дуже невеликій відстані від своїх зірок. У багатьох з них орбіти знаходяться ближче до їх зірок, ніж в Сонячній системі орбіта Меркурія знаходиться до Сонця. Відповідно до колишніх поясненням, Юпітер повинен утворитися далеко від Сонця, за сніговою лінією. У новій ситуації ми маємо ті ж самі масивні планети, але на відстанях в соті частки астрономічної одиниці від зірки. Традиційні уявлення пояснити дане явище були не в змозі. Ще одна проблема, з якою довелося зіткнутися людям, які займаються вивченням утворення планет, - це виявлене з тих пір дуже короткий час життя протопланетних дисків. Завдяки тому, що ми вміємо вимірювати вік зірок, ми можемо вимірювати вік і протопланетних дисків у цих зірок. І виявляється, що протопланетні диски живуть не більше 10 мільйонів років. Тоді як в стандартному варіанті, в варіанті Сафронова, для утворення планет потрібні сотні мільйонів років. Такого часу у молодої планетної системи немає: планету потрібно утворити за кілька млн. Років, потім диск просто припиняє існувати, розсіюється речовина протопланетного диска.
В даний час є два підходи до утворення планетних систем. Один з них - це розвиток підходу Сафронова, так звана модель акреції на ядро. Відповідно до цієї моделі, спочатку утворюється якась заготовка планети, зародок, кам'яне ядро, на яке потім аккрецируют газ, і утворюється вже планета-гігант на зразок Юпітера, Сатурна або позасонячних планет-гігантів. У цьому випадку існує проблема віку, і люди, які розробляють цю модель, зараз намагаються якимось чином прискорити цей модельний процес, зрозуміти, як він може йти не сотні мільйонів років, а всього кілька мільйонів років.
Другий варіант пов'язаний зі спробами пояснити утворення планет в протопланетному диску тим же механізмом, який призводить і до утворення зірок - гравітаційної нестійкістю. Іншими словами, якщо диск досить масивний і в ньому досить багато речовини, в ньому можуть утворюватися якісь неоднорідності, які будуть стискуватися під дією власної ваги. Якщо вони будуть досить масивні, вони будуть падати всередину себе, коллапсировать і перетворюватися в масивні планети. У такого процесу немає проблеми віку: гравітаційна нестійкість може призводити до того, що планети типу Юпітера будуть утворюватися за тисячу років, за десять тисяч років. Таке час утворення планети - мить навіть у порівнянні з невеликими віками протопланетних дисків. Але поки творцям цієї моделі не вдається пояснити, яким чином стискається речовина встигає охолонути. Справа в тому, що при стисненні речовина розігрівається і цю надлишкову енергію необхідно кудись скидати. Однак поки невідомо, як це скидання енергії може відбуватися так швидко. Саме тому в науковому середовищі перевага зараз має перша, сафроновская теорія утворення планет, згідно з якою освіту планети відбувається в два етапи: утворення кам'яного ядра, яке потім або стає або самостійною планетою земного типу, або запалом для планети-гіганта: потім на нього вже випадає речовина з протопланетного диска і утворюється планета-гігант.
Злипання пилинок на самому ранньому етапі відбувається під впливом фізичних і хімічних сил, тобто, вони просто прилипають один до одного. На цьому ранньому етапі порошинки занадто малі, щоб вони могли гравітаційно впливати друг на друга. Тут є такий цікавий момент: на порошинки в міжзоряному середовищі утворюється крижана мантія, яка складається, в основному, з оксиду вуглецю, води і аміаку. Під впливом випромінювання зірки в цій крижаній мантії можуть відбуватися хімічні реакції, які призводять до утворення більш складних органічних поєднанні, які мають «липкі» властивості. Тобто, пилинки можуть обростати такими органічними мантіями, завдяки чому вони будуть дуже добре прилипати один до одного, і це полегшить освіту майбутньої планети. Коли ці мега-порошинки виростають до розмірів порядку одного кілометра, між ними починає діяти гравітація. Далі порошинки (планетезимали) починають об'єднуватися один з одним за рахунок взаємного тяжіння.
Дмитро Вібе. доктор фізико-математичних наук, завідувач відділу фізики і еволюції зірок Інституту астрономії РАН