Онлайн библиотека PLAM.RU

Загрузка...



  • Планетезимали Ф. Мультона и Т. Чемберлина
  • «Сигара» Джемса Джинса
  • Дополнения Гарольда Джеффриса и крах «катастрофической» концепции
  • В поисках новых путей
  • Солнечная система, какой мы ее знаем сегодня…
  • Планетная космогония

    Планетезимали Ф. Мультона и Т. Чемберлина



    В 1905 году американский астроном профессор Ф. Мультон вместе с коллегой, тоже профессором Чикагского университета, только геологом, Т. Чемберлином опубликовали новую гипотезу происхождения солнечной системы. Они предположили, что некогда наше Солнце, еще не имевшее планетной свиты, встретилось с другой одинокой звездой. Чужое светило прошло настолько близко от нашего, что из недр Солнца поднялась громадная приливная волна раскаленных сжатых газов. Она устремилась вслед за пришелицей. Впоследствии из этой материи образовались большие планеты.

    С противоположной стороны Солнца, где приливные силы были значительно меньше, извержения были слабее. Массы газа, удержанные полем притяжения Солнца, не смогли улететь далеко и образовали близко расположенные малые планеты земной группы.

    Механизм образования планет из раскаленного солнечного вещества Ф. Мультон и Т. Чемберлин видели таким. Сначала путем конденсации из клубов газа образовались бесчисленные тела небольших размеров, — создатели новой гипотезы назвали их «планетезималями». Планетезимали быстро охладились и затвердели. Часть из них, отделившись от первоначальной компании, ушла в самостоятельный полет по собственным орбитам. Остальные, сохранив привязанности, остались в составе больших роев, которые постепенно под действием сил тяготения собрались в твердые ядра — зародыши будущих планет. Ядра облетали Солнце в гуще образовавшихся планетезималей по довольно вытянутым орбитам. Это означало, что скорости их на одних участках пути были больше, на других меньше. Пролетая через безбрежное море планетезималей, ядра собирали их и увеличивались в размерах. И конечно, каждый захваченный обломок либо притормаживал ядро, если оно двигалось быстрее его, либо, наоборот, подгонял, если ядро двигалось медленнее обломка. В соответствии с выравниванием скоростей менялись и формы орбит ядер. Они становились менее вытянутыми.



    Гипотеза Мультона — Чемберлина устраняла трудность в объяснении распределения моментов количества движения. Кроме того, прилетевшая со стороны звезда связывала как-то наше Солнце с остальным звездным миром и включала его в историю общей жизни Галактики. Но были в ней и определенные недостатки. Прежде всего трудно было понять, какие силы, кроме притяжения, помогли выбросу массы газов из Солнца. Может быть, удастся приспособить к этой роли световое давление, открытое русским физиком П. Лебедевым?

    По мнению большинства специалистов, силы лучистого отталкивания вполне способны конкурировать с ньютоновским тяготением. Однако после расчетов надежды, возрожденные тонким экспериментом П. Лебедева, сменились разочарованием. Предположения были правильны, но… только для тел микроскопических размеров. Астрономы подсчитали, что всего огромного потока излучения Солнца едва хватит на то, чтобы удержать против сил тяготения массу астероида диаметром едва ли в 15 километров.

    Необъяснимо было и предположение Ф. Мультона и Т. Чемберлина, что газовые массы вылетели из Солнца не сплошной непрерывной струей, а отдельными клубами, как бы в результате серии взрывов. Были и другие критические замечания в адрес гипотезы американских профессоров.

    Кое-кто начинал понимать, что объяснить столь грандиозное и сложное явление, как образование солнечной системы, с помощью одних только сил тяготения скорее всего не удастся. И тогда скандинавский физик К. Биркеланд занялся исследованием «возможности вытекания заряженных частиц из Солнца и образования из них колец, радиусы которых зависят от отношения электрического заряда частиц к их массе».

    Выводы К. Биркеланда убедительными не получились. Слишком велик был еще разрыв между теориями электромагнитного и гравитационного полей, чтобы можно было сразу надеяться на успех такого нового подхода к проблеме.

    «Сигара» Джемса Джинса

    В 1917 году в Англии вышел из печати труд молодого астронома Дж. Джинса, озаглавленный «Движение масс, находящихся под действием приливных сил, с дальнейшим приложением к космогоническим теориям».

    А спустя два года появляется и его фундаментальное сочинение «Проблемы космогонии и звездной динамики». В этой работе Дж. Джинс обобщил весь опыт, достигнутый небесной механикой. И как некогда П. Лаплас начинал свой трактат с критики гипотезы Бюффона, так и Дж. Джинс начинает с критики П. Лапласа.

    Читатель может вознегодовать, «почему опять с П. Лапласа? Почему не с Ф. Мультона и Т. Чемберлина? Неужели каждый раз мы будем начинать от Адама?». Дело в том, что к планетезимальной гипотезе американцев Дж. Джинс относился не слишком серьезно. Она не давала объяснения происхождению спутников. Не объясняла, почему орбиты большинства спутников мало наклонены к орбитам самих планет. Кроме того, являясь специалистом в области газовой динамики, Дж. Джинс был твердо уверен, что выброшенные газовые массы ни в коем случае не могли самостоятельно сконденсироваться в плотные планетезимали. Вот рассеяться в пространстве они могли, потому что у облака газа размером в планетезималь масса слишком мала, чтобы силы взаимного притяжения превысили обычное газовое давление. Вывод важный. Он еще понадобится нам в будущем, и потому стоит его запомнить.

    Дж. Джинс остановился на теории Лапласа как на примере, с его точки зрения, принципиально невозможного механизма образования планет. Ну а если планетная система не может образоваться постепенно из туманности, то остается только катастрофа. «Tertium non datur», как говаривали древние римляне. — «Третьего не дано!» И читатель узнаёт из книги Дж. Джинса о такой же встрече Солнца с неизвестной звездой, как это уже было у Ф. Мультона и Т. Чемберлина.

    Переходя к описанию своей гипотезы формирования планетной системы, английский астроном с самого начала заявляет, что это событие — чистая случайность, почти чудо. По приблизительной оценке вероятность такой встречи не больше чем один случай на триллион звезд — условие практически невозможного события. То есть в нашей Галактике, насчитывающей всего сто миллиардов звезд, ожидать второй подобной встречи нечего и думать. Впрочем, обстоятельства эти Дж. Джинса нисколько не волновали. «…Звезды очень редко приближаются друг к другу, — говорил он позже, — и почти невероятно редкий случай для двух звезд подойти настолько близко, чтобы родились планеты. Планеты, а также, можно полагать, и жизнь чрезвычайно редки во вселенной. Мы можем рассматривать это с удовлетворением или нет, по нашему выбору».



    Солнце, по Дж. Джинсу, сначала было обыкновенной одиночной звездой, которая вполне нормально прошла все стадии своего развития. А потом, несколько миллиардов лет назад, ее путь пересекла другая, наверное, более крупная звезда. Если бы наше Солнце по всей глубине было однородно, оно вытянулось бы, превратившись в эллипсоид. Но поскольку плотность его с глубиной растет, то на поверхности образовались большие приливные горбы, превратившиеся в конические выступы. И когда расстояние между Солнцем и проходящей звездой стало приближаться к пределу Роша, из вершины приливного конуса, как из вулкана, началось бурное извержение солнечного вещества. Гигантская струя по форме должна была напоминать сигару, утолщенную в середине, потому что самое сильное извержение происходило в тот момент, когда звезда была наиболее близко. «Сигара» впоследствии распалась на отдельные сгустки. Причем из толстой средней ее части образовывались планеты-гиганты, а из тонких кончиков — планеты земной группы.

    Дж. Джинс все предусмотрел и рассчитал. Момент количества движения планетам был передан проходящей звездой; она же задала им и прямое направление обращения; орбиты их сначала были вытянутыми, эллиптическими, но постепенно под влиянием торможения в остатках первоначальной газовой материи округлились; когда же из газообразного состояния планеты перешли в жидкое, те же приливные силы образовали у каждой из них систему спутников.

    Оставались необъясненными лишь кометы и малые планеты — астероиды, — которых в то время было открыто уже достаточно много. Для них Дж. Джинс не стал изобретать ничего нового. Кометы, считал он, захвачены во время их странствий, а астероиды, в основном располагающиеся в пространстве между орбитами Марса и Юпитера, являются осколками некой большой планеты. Когда-то она подошла слишком близко к Юпитеру, и приливные силы разорвали ее тело на части. Правдоподобно? А почему бы и нет? Вспомните работы Э. Роша…

    Все было очень хорошо. Гипотеза Дж. Джинса в рекордный срок завоевала умы и сердца современников. Специалистам она нравилась строгостью, можно сказать, математичностью рассуждений; неспециалистам — наглядностью, а также тем, что в ней было немало знакомого и привычного наряду с новым и необыкновенным. Именно такое сочетание, как известно, особенно привлекает, возбуждая любознательность.

    Новая гипотеза вошла во все учебники. Ни слова против не сказали и теологи с богословами. Кстати, а почему?

    Да потому, что утверждение Дж. Джинсом исключительности образования планетной системы и еще большей исключительности — почти на грани чуда — зарождения на ней жизни лило воду на обветшавшее колесо религии. В общем, святые отцы, утомившись от аплодисментов, потирали ладошки.

    Были, конечно, слабые места и в этой работе. Например, процесс образования спутников, а также объяснение вращения планет вокруг оси. Вот как пытался Дж. Джинс решить первую проблему. Согласно гипотезе начальное обращение планет было очень медленным. И когда вновь сформированные планеты в первый раз проходили через перигелий, силы притяжения Солнца вырвали из них часть вещества, превратившегося затем в их спутники.

    Однако большинство спутников настолько малы, что если бы они в начальный момент состояли из газа, то тут же рассеялись бы. Ведь сила притяжения в малых массах значительно уступает внутреннему газовому давлению. Читатель помнит, что это вытекало из теории самого Дж. Джинса. Значит, спутники сразу должны были быть либо жидкими, либо твердыми. Ученого не смущал тот факт, что из жидкого тела вырвать множество маленьких спутников невозможно. Самое большее, на что способны приливные силы, это создать один большой спутник, вроде нашей Луны. Твердое же тело при таких обстоятельствах просто все рассыпалось бы на части. Нет, тут что-то было не так…

    Еще хуже обстояли дела с объяснением вращения планет вокруг своей оси. Некогда приливная теория Д. Дарвина приписывала возникновение вращения планет главным образом обратному падению на их поверхности части вещества, исторгнутого при образовании спутников. Но чтобы привести, например, во вращение Юпитер, масса упавшего вещества должна была равняться примерно 1/15 массы всей планеты, что раз в четыреста должно было превышать массу всех его спутников, вместе взятых…

    Так постепенно стали накапливаться скептические замечания и по поводу этой великолепной гипотезы.

    Дополнения Гарольда Джеффриса и крах «катастрофической» концепции

    В 1929 году английский геофизик Гарольд Джеффрис предложил небольшое добавление к гипотезе Дж. Джинса, которое снимало затруднение с объяснения осевого вращения планет. Г. Джеффрис предложил считать, что звезда прошла не на далеком расстоянии от Солнца, едва достигнув предела Э. Роша, как это было у Дж. Джинса, а значительно ближе, может быть, даже зацепила наше светило. Произошло «скользящее боковое столкновение», после которого звезда, продолжая свой путь по гиперболической орбите, исчезла в космосе. Из Солнца эта катастрофа вызвала извержение большого количества материи. «Большая ее часть, — пишет Г. Джеффрис, — упала обратно на Солнце; некоторое количество могло последовать за звездою или независимо уйти в пространство; остаток, отклоненный и приведенный в движение притяжением звезды (или толчком при столкновении, если оно было), образовал сырой материал для планет». А возникшее в этих остатках диффузной материи турбулентное — вихревое — движение дало начало вращению будущих планет.

    Все вздохнули с облегчением. Казалось, человечество получило вполне надежную гипотезу возникновения солнечной системы. Добавление английского геофизика было настолько существенным, что с тех пор вся концепция получила название «гипотезы Джинса — Джеффриса». Теперь можно было остановиться — оглянуться. Как вдруг…

    В 1935 году в Принстонском университете (США) работал выдающийся астроном Генри Норрис Рессел. Уже в те годы его называли в астрономии фигурой первой величины. И вот из печати выходит его научно-популярная книжка: «Солнечная система и ее происхождение». Целью ее, как пишет он в предисловии, «было только изложение современного состояния наших знаний о солнечной системе».

    Это замечательно, когда крупный ученый берется за популяризацию своей науки. Наука из первых рук — что может быть лучше! Но только в том случае, когда вышеназванный ученый излагает не тривиальные истины «несвойственным ему простым языком», а дает свою оценку накопившимся фактам, знакомит читателя со своими сомнениями, своим особым мнением. Короче говоря, когда ученому есть что свое сказать по избранному предмету.

    Г. Рессел был настоящим ученым, и потому ему было «что сказать». Обсуждая гипотезу Дж. Джинса, Г. Рессел перечисляет ряд затруднений и останавливается на одном; «Гораздо более серьезная трудность встает, когда мы рассматриваем распределение момента количества движения — на этот раз не полного момента планет, но момента, приходящегося на тонну…» И дальше с помощью самых элементарных расчетов на глазах у читателя он получает удельный момент планет, в среднем раз в десять больший, чем у звезды. И это даже при самых наивыгоднейших, с точки зрения гипотезы Джинса, условиях.

    Автор предвидит возражения читателя: «Опять момент! И опять Дж. Джинс! Ведь мы уже перешли к гипотезе Джинса — Джеффриса!» Совершенно верно. Но, по расчетам Г. Рессела, добавление Г. Джеффриса только ухудшало положение. Чем ближе к Солнцу проходила встречная звезда, тем меньше должен был быть ее удельный момент относительно нашего светила. Следовало либо увеличить расстояние при встрече, что означало вернуться к гипотезе Джинса, либо увеличить массу звезды.

    Что ж, пожалуй, последнее требование выполнить не так трудно… Во сколько? По расчетам, получалось, от ста до пятисот раз!

    Но это же совершенно невозможно! Все астрономы знали, что звезд с массой, более чем в сто раз превышающей массу Солнца, не существует. Да и вообще столкновение (или почти столкновение) Солнца со звездой не могло привести к образованию планет. Судите сами: при такой близкой встрече лента вещества, протянувшаяся между обоими небесными телами, должна состоять, очевидно, наполовину из солнечной материи, наполовину из звездной. При этом, как писал Г. Рессел: «…Середина ленты (состоящая из равных частей солнечного и звездного вещества) оставалась бы в этой точке без движения, одинаково притягиваемая Солнцем и звездою…» Какие уж тут планеты?

    Немало затруднений вызывало и объяснение огромных размеров солнечной системы.

    Короче говоря, после выступления Г. Рессела катастрофическая гипотеза Джинса — Джеффриса неожиданно сама оказалась перед катастрофой. Оба ее автора беспокоились об общем моменте количества движения планет, и тут вроде бы все обстояло благополучно. Но им даже в голову не приходила мысль проверить, как обстоят дела с удельными моментами. А это оказалось роковым…

    Г. Рессел сам пытался спасти их гипотезу, предположив, «что перед встречей Солнце было двойной звездой и имело спутника значительно меньше себя, который вращался вокруг на расстоянии, сравнимом с расстоянием больших планет. Столкновение с проходящей звездой (или, может быть, тесное сближение) разбило этот спутник на осколки, которые развились в теперешние планеты».



    Сам Г. Рессел относился к этой своей гипотезе с достаточной долей скептицизма. Он честно указывал на ряд трудностей, справиться с которыми был не в состоянии. Первая из них заключалась в том, что «…необходимо или допустить, что спутник Солнца имел малую массу (меньше одного процента массы Солнца), или найти способ избавиться от его остатка.

    Я не вижу способа сделать последнее, за исключением фантастического допущения, что проходящая звезда произвела почти центральный удар при столкновении и унесла с собой все, за исключением нескольких брызг».

    Затруднение объяснялось тем, что столь малых звезд, масса которых равнялась бы общей массе планет солнечной системы, никто никогда не наблюдал. В наши дни считается доказанным, что, если небесное тело имеет массу меньше 0,07 солнечной, в недрах его просто не возникнут необходимые реакции, способные превратить холодное небесное тело в звезду.

    Вторая трудность, по мнению Г. Рессела, заключалась в том, что «…мы не знаем, могло ли столкновение расколоть одну массу на несколько частей сравнимого размера, да и математическая обработка этой задачи была бы чрезвычайно трудна».

    И «в-третьих, невероятно, чтобы плоскость орбиты первоначального спутника Солнца и плоскость орбиты, пришедшей звезды были хотя бы грубо параллельны. Если же этого не было, то разъединенные обломки спутника стали бы двигаться по орбитам, очень сильно наклонным друг к другу».

    Тем не менее общая мысль, высказанная Г. Ресселом, была подхвачена английским астрономом Р. Литтльтоном. В результате мучительных расчетов он в конце концов доказал, что можно найти такие начальные условия, при которых «проходящая звезда, столкнувшись или почти столкнувшись с первоначальным спутником Солнца, выбросит его за пределы влияния Солнца и сама тоже улетит в бесконечность». В этом случае между проходящей звездой и спутником Солнца могла образовываться струя газового вещества. Часть ее должно было удержать при себе Солнце, и из нее формировались планеты.

    Это усложнение гипотезы привело к еще меньшей вероятности встречи двух звезд, чем то было у Джинса — Джеффриса. Кроме того, если подсчитать баланс энергии, то получится, что на выбрасывание спутника за пределы сферы действия Солнца понадобится энергии раз в сорок меньше, чем на вырывание из него струи вещества. Значит, одновременно эти два явления существовать не могут.

    Между астрономами всех континентов разгорелся ожесточенный спор, в процессе которого в ход пускались всевозможные обвинения.

    С началом второй мировой войны дискуссия потеряла свой международный характер и несколько поутихла. Правда, в 1942 году сам Дж. Джинс еще раз попытался вернуться к своей гипотезе, чтобы сделать ряд добавлений и уточнений. Но опубликованные одновременно расчеты советского астронома Н. Парийского и новые результаты исследований эволюции звезд свели его усилия к нулю.

    Нет, катастрофическая концепция надежд тоже не оправдала. Г. Джеффрис публично отказался от выдвинутой им гипотезы, изъяв ее из нового издания своей книги «Земля, ее происхождение, история и строение». Более того, открывая дискуссию 1958 года на симпозиуме о происхождении Земли и планет, он сказал: «Я думаю, что меня попросили открыть дискуссию потому, что я скептически отношусь ко всем современным гипотезам».

    Это заявление говорит о том, что, отказавшись вслед за небулярной гипотезой от гипотезы катастроф, космогонисты должны были направить свои усилия на поиски новых возможностей.

    В поисках новых путей

    Уже в переходные годы, когда одна космогоническая концепция сдавала свои позиции другой, когда новые открытия ввергли всю физическую науку в состояние глубокого кризиса, на ведущее место в решении принципиальных научных проблем выходят русские, а затем и советские ученые.

    В конце XIX века гипотеза Канта — Лапласа подвергалась всесторонней критике. Однако механизм формирования самой Земли оставался почти не затронутым критикой. По-прежнему считалось, что в результате сжатия допланетных тел температура их повышалась, и они расплавлялись. Затем светящиеся раскаленные тела стали постепенно охлаждаться и покрываться твердой коркой, сохранив внутри огненно-жидкие ядра. Такими представлялись планеты солнечной системы. Убежденность в существовании раскаленного ядра Земли прочно базировалась на многочисленных наблюдениях повышения температуры в шахтах с глубиной. Экстраполируя полученные результаты, геологи вычисляли глубины, на которых минералы должны были находиться в расплавленном состоянии, затем переходить в газообразное состояние… По мнению шведского физика С. Аррениуса, много занимавшегося вопросами космогонии, раскаленные до газообразного состояния недра Земли сжаты настолько сильно, что газы представляют собой фактически твердые тела, способные, однако, при любом изменении давления легко перемещаться.

    С. Аррениус полагал, что толщина земной коры не превышает 40 километров. И что уже на глубине 300 километров температура настолько высока, что все тела находятся в газообразном состоянии. Центр же Земли, по его мнению, заполнен газообразным железом. Шведский ученый считал, что радиус этого ядра равен не меньше чем 80 процентам радиуса Земли, 15 процентов составляет также газообразный слой магмы горных пород, 4 процента — огненно-жидкий слой и только 1 процент земного радиуса занимала в его модели твердая кора.

    Убеждение в том, что Земля сформировалась в результате медленного остывания из расплавленного состояния, было всеобщим, и смена небулярной гипотезы катастрофической на эту точку зрения практически никак не повлияла: раскаленные сгустки солнечного вещества — будущие планеты также остывали, сжимались и покрывались коркой.

    Были, правда, незначительные отступления от «общепринятого мнения». Так, известный шведский полярный исследователь Н. Норденшельд, член Стокгольмской и член-корреспондент Петербургской академий наук, обнаружив в глубинах ледяных пустынь Гренландии «космическую пыль», выступил со своей космогонической гипотезой, предполагающей рождение Земли в результате столкновения метеоритов. Но его точка зрения широкого распространения не нашла.

    Высказывались также предположения, что земная кора обязана своим происхождением космической материи в виде пыли, камней и прочих обломков, выпадавших на нее. Однако геологов весьма смущало то обстоятельство, что вещество недр планеты непохоже на побывавшее в переплаве.

    В 1896 году французский физик А. Беккерель открыл радиоактивность — способность соединений урана испускать невидимые лучи. В 1903 году его соотечественник П. Кюри обнаружил, что в радиоактивных элементах одновременно с распадом атомов происходит и тепловое лучеиспускание. Причем последнее явно зависит от времени и количества распадающихся атомов. Эти работы положили начало новому взгляду на геологическую историю Земли, а следовательно, и на космогонию солнечной системы.

    В 1908 году в Дублине на съезде Британской ассоциации наук выступил профессор минералогии и кристаллографии Дублинского университета Д. Джоли с докладом о геологическом значении радиоактивности. Выводы его были поистине сенсационными. Во-первых, расчеты показывали, что количества тепла, испущенного радиоактивными элементами земной коры, вполне достаточно, чтобы объяснить существование магмы и вулканов, а также смещение континентов и горообразование. Докладчик, правда, не решился опровергнуть мнение, будто природа тепла внутри Земли космического происхождения. Но семя сомнения было брошено.

    По окончании доклада к Д. Джоли подошел один из иностранных гостей съезда и серьезно и искренне сказал, поблагодарив докладчика:

    — Вы мне открыли глаза!

    Этим гостем был недавно избранный экстраординарный член Петербургской академии наук и профессор Московского университета Владимир Иванович Вернадский. Слова его не были ни простой вежливостью гостя, ни преувеличением. В. Вернадский приехал в Дублин с твердыми представлениями менделеевской школы о неизменности химических элементов и неделимости атомов. И вдруг: «…явления радиоактивности связывают материю со временем в том смысле, что элемент материи — атом — имеет строго определенную длительность, конечное существование и неизбежно распадается в ходе времени!» Эти слова, которыми Д. Джоли закончил свой доклад, поразили В. Вернадского.

    Съезд, бесспорно, удался. Один за другим поднимались на трибуну химики и физики — ученые с мировыми именами, широким кругозором и глубокими познаниями. Это они своими экспериментами взламывали устоявшуюся картину мира, открывая новые свойства вещества. Нелегко было В. Вернадскому разобраться в бесчисленных противоречиях новой физики, освоиться с новыми понятиями, согласно которым привычная мертвая и неподвижная материя состояла из атомов, электроны которых находились в непрестанном движении. Однако мощный ум и основательная научная подготовка В. Вернадского позволили ему не только удивиться, но и принять новые революционные идеи, в корне менявшие основы существующего мировоззрения.

    Вернувшись домой, В. Вернадский все чаще задумывается над общей схемой химической истории Земли. Его воображение рисует все более грандиозную картину, в которую наша планета вписывается на равных с остальными небесными телами, объединенными общими законами мироздания.

    Прошел всего год, и, открывая геологическую секцию XII съезда русских врачей и естествоиспытателей, В. Вернадский говорит о новой науке — геохимии. Изучать историю атомов, понимаемых как химические элементы на Земле, от них пролагать путь к познанию космоса — вот задачи, которые ставит он перед новой наукой. Как завороженные смотрят слушатели на стройного человека, стоящего на кафедре. Высокий глуховатый голос его маловыразителен, а доклад длинен. Но три часа собравшихся в зале не отпускает напряжение, ибо то, о чем говорит этот хмурый академик с углубленным взглядом за стеклами очков и непокорным вихром, ново, оригинально и никогда ранее не слышано. Перед присутствующими прямо здесь, в зале, на их глазах, творится Наука.

    С годами В. Вернадский надежно зарекомендовал себя сторонником новой атомистики, поражая коллег необычными выводами и такими широкими обобщениями, что даже они, привыкшие ко всему, только разводили руками.

    Одновременно с занятиями наукой В. Вернадский немало сил отдает общественной и политической деятельности. Нетерпимый к несправедливости, он в составе 124 профессоров и преподавателей Московского университета подал в отставку, протестуя против репрессий, предпринятых царским правительством.

    Приняв революцию, В. Вернадский в 1918 году занимается организацией Украинской академии наук. Он всегда любил Украину. Его предки жили на этой земле. Может быть, потому и стала так скоро столь мощной научной организацией молодая республиканская академия, первым президентом которой был В. Вернадский.

    В 1921 году, вернувшись в Петроград, он вместе со своим учеником В. Хлопиным организует знаменитый Радиевый институт, из которого позже вышла плеяда замечательных советских физиков во главе с И. Курчатовым. И все эти годы он не устает пропагандировать новую точку зрения на геологическую историю Земли. В «Очерках по геохимии», изданных в 1927 году, В. Вернадский пишет: «…атомная радиоактивная теплота, а не остаточная теплота остывающей планеты, как это думали еще совсем недавно, есть основной источник той теплоты, которая объясняет все геологические процессы, идущие на Земле».

    В 1937 году на XVII Международном геологическом конгрессе, состоявшемся в Москве, В. Вернадский окончательно сформулировал свою точку зрения на физико-химическую эволюцию Земли, включив ее в общую космогонию планетной системы. В своем докладе он уверенно говорит, что Земля — тело холодное, сформировавшееся скорее всего также «холодным способом». Даже в самых горячих очагах магмы температура не может подниматься выше 1200 градусов. Причем области высокой температуры скорее всего сосредоточены в земной коре, их мощность не превышает 60 километров, и они не представляют собой сплошного огненно-жидкого слоя. Температура же ядра Земли может оказаться очень низкой, не превышающей температуры метеоритов, попадающих к нам из космического пространства. В. Вернадский был уверен, что геологический состав Земли не остается постоянным. Медленно, атом за атомом, одни химические элементы гибнут, давая жизнь другим. По мнению ученого, в состоянии радиоактивного распада находятся все химические элементы. Люди просто пока не владеют методами, позволяющими это явление обнаружить.

    «Геохимия, — писал он, — является неразрывной частью космической химии». И это был новый и прогрессивный взгляд, переводящий решение некоторых космогонических проблем из плана умозрительного в область эмпирическую, основанную на исследованиях и новых фактах.

    В 1933 году советский астроном С. Всехсвятский сформулировал свою теорию извержений, согласно которой «малые тела солнечной системы, в частности кометы, возникают в результате эруптивных процессов на поверхностях планет-гигантов». Эруптивными специалисты называют процессы, связанные с извержениями, с вулканизмом.

    В конце 30-х годов в научно-исследовательских институтах, на обсерваториях нашей страны начинало работать новое поколение ученых: молодое, полное смелых идей. Но началась война.

    22 июня 1941 года вторая мировая война перешагнула границы Советского государства и обернулась для нас Великой Отечественной войной. Линии фронтов перегородили страну, разорвали научные связи. Астрономы надели военную форму и занялись делами, весьма отличающимися от наблюдений и теоретических изысканий. В книге известного американского астронома Отто Струве «Астрономия XX века» называется несколько имен замечательных специалистов тех лет. Многие обсерватории и их научные сотрудники были эвакуированы в тыл. Но один из самых известных ученых, профессор астрономии Ленинградского университета К. Огородников, вступил добровольцем в ряды защитников великого города и был там в течение длительной блокады…

    Молодой астроном Г. Страшный (Харьковская обсерватория. — А. Т.), работы которого известны западным ученым, был расстрелян немецкими оккупационными властями. М. Саврон, Ю. Фадеев и А. Раздольский из той же Харьковской обсерватории умерли от голода.

    Астрофизики И. Тимошенко и В. Перцов погибли с оружием в руках. Женщина-астроном Ляля Убийвовк стала руководителем партизанского отряда на Полтавщине; она была схвачена и замучена эсэсовцами…

    Это то немногое, о чем знает американский ученый.

    Для нас мемориальные списки героев, «павших в борьбе за свободу и независимость нашей Родины», значительно длиннее. Поезжайте, посмотрите. Они есть на каждой обсерватории, пережившей войну, разрушенной и восстановленной после победы.

    Послевоенный период показал небывалый подъем интенсивности астрономических работ. Все понимали, что старые «добрые» времена умозрительного построения гипотез и спокойного теоретического истолкования избранной картины прошли навсегда. Вопросы формирования и развития небесных объектов нельзя было больше решать, не зная, что собой данные объекты представляют. И вот закладываются фундаменты новых обсерваторий. Успехи радиолокации военных лет обеспечивают бурное развитие радиоастрономии. Астрономы обретают возможность получать информацию о таких далеких объектах и с таких расстояний, о каких раньше не смели и задумываться.

    Из состава науки о происхождении и развитии небесных тел и их систем выделилась звездная космогония, опирающаяся на успехи астрофизики и радиоастрономии. Родилось в ее недрах новое направление — космогония галактик. Даже планетная космогония отчетливо стала ветвиться на направления, каждое из которых требовало нового подхода. Так, одно из них решало проблему: откуда и как появилось возле Солнца вещество, из которого образовались планеты, и в каком состоянии это вещество находилось? Второе направление касалось выяснения процесса образования планет из первичного вещества. Третье интересовалось первоначальным состоянием Земли. А ведь были еще спутники, были кометы и астероиды.

    Чтобы строить новые космогонические гипотезы, мало было отказаться от классической формы космогонических исследований. Отныне любая вновь выдвинутая теория не могла ограничиваться объяснением свойства одной лишь солнечной системы. Ее выводы должны быть справедливы для миллиардов других звезд Млечного Пути и объяснять зарождение и существование множества других планетных систем. Сделать это было, пожалуй, труднее всего. Потому что хоть и существует мнение о том, что такие планетные системы весьма распространены в Галактике, пока их еще никто не наблюдал. Значит, трудно говорить, какие из особенностей нашей солнечной системы являются фундаментальными и обязательными для планетных систем вообще, а какие носят частный характер.

    К середине XX столетия все известные раньше трудности возросли. Помните, мы сформулировали условие задачи для «точного» расчета планетных движений: «Дано: 18 небесных тел, положения и движения которых в данный момент известны…» и так далее. Затем, получив систему уравнений с двумястами шестнадцатью неизвестными, мы пришли к выводу, что для решения она, пожалуй, трудновата. Это относилось к временам двухсотлетней давности.

    Сегодня же, в XX веке, число «законных» членов солнечной системы, без учета влияния которых нельзя и думать о «точном» решении задачи их движения, перевалило за 2 тысячи… Это означало, что количество неизвестных в уравнениях стало больше 24 тысяч! А к этому еще нужно добавить условия деформации, влияние приливов, дефекты массы Солнца и прибавление в весе планет. Необходимо учесть роль межпланетной среды, электромагнитные силы и так далее и тому подобное. Так что сейчас, пожалуй, действительно любая попытка разрешения этой проблемы таким способом была бы безнадежной.

    Надо было срочно искать выход из тупика.

    Солнечная система, какой мы ее знаем сегодня…

    А теперь, прежде чем переходить к рассказу о гипотезах планетной космогонии последних лет, стоит подвести некоторый предварительный итог тому, что мы знаем сегодня о нашей солнечной системе. Накопились новые факты. Изменились методы исследований. Пополнился и список особенностей, сформулированных некогда П. Лапласом. Обо всем этом стоит рассказать хотя бы для того, чтобы иметь возможность составить собственный критерий оценки будущих гипотез.

    Семейное положение Солнца и состав семьи. Сначала автор порывался написать коротко и ясно: «Солнце — многодетно!» Но потом остановился. Приняв на вооружение принцип объективного рассказа об эволюции взглядов на космогонию солнечной системы, правильно ли будет такое заявление? А если наше центральное светило и все планеты, спутники планет и астероиды, кометы и целые рои метеорных тел произошли одновременно из одного облака? Какие же они в таком случае «отцы и дети»?

    И тогда пришлось остановиться на более осторожном определении: «Солнечное семейство многочисленно и разнообразно. Кроме самого Солнца — рядовой звезды, — система состоит из большого числа поименованных выше холодных тел, которые с завидным постоянством обращаются вокруг друг друга и центрального тела. Общее число их неизвестно, общая масса вычислена приблизительно и составляет десятые доли процента от массы солнечной. Кроме того, не исключено, что по сей день еще не все члены солнечного семейства зарегистрированы в „учетной книге“ земной астрономии».

    Таким образом, на вопрос о составе семьи (как и на вопрос о семейном положении) можно дать пока ответ весьма неопределенный.

    Где граница солнечной системы? К сожалению, и на этот вопрос однозначный ответ дать трудно. Казалось бы, наиболее правильно таковой считать орбиту Плутона, самой далекой планеты. Среднее расстояние от Солнца до него примерно 40 астрономических единиц — а. е. (напомним, что 1 а. е. равна 149 миллионам 504 тысячам километров). Но титул «последней планеты» у Плутона вовсе не раз навсегда установленный. Не исключено, что за его орбитой на прочной цепи солнечного притяжения гуляет еще планета, а то и планеты. Обнаружить их пока невозможно. Кроме того, мы уже знаем, что в семейство Солнца входят кометы. А по расчетам, самые дальние точки их орбит — афелии — лежат на расстояниях около 150 тысяч астрономических единиц от нашего светила. Это существенно раздвигает границы солнечной системы, но тоже не дает ее предела. На какое же расстояние простирается влияние Солнца? Вопрос не такой простой. Ведь нужно учитывать еще и влияние всех 100 миллиардов звезд нашей Галактики.

    Впрочем, тут есть пути к упрощению. Если соединить все звезды в одну тяготеющую точку в центре Галактики и рассматривать ее вместе с Солнцем и обращающимся вокруг Солнца телом малой массы — типа космического корабля, то получится вариант задачи трех тел. Он был решен американским математиком Георгом Хиллом. И то максимальное расстояние, на котором может двигаться тело малой массы, оставаясь еще спутником одной из притягивающих масс, называется «сферой Хилла» для этой массы.

    Так, космический корабль, выброшенный за пределы всех планетных орбит, будет обращаться вокруг Солнца до тех пор, пока его расстояние от светила не превысит 230 тысяч астрономических единиц. Это и есть радиус «сферы Хилла» для Солнца. За ее пределами большая доля гравитационного влияния на корабль будет принадлежать тяготеющей массе всех звезд Галактики, собранных нами в ее центре в единую точку.



    Радиус «сферы Хилла» очень интересная величина. Читатель, склонный к раздумьям, может с удовольствием поразмышлять над ней, имея в виду, что расстояние до ближайшей к Солнцу звезды — альфы Центавра — порядка 280 тысяч астрономических единиц. То есть, она находится чуть-чуть за пределами «сферы Хилла». А если бы не было этого «чуть-чуть»? Впрочем, такие предположения уже выходят за рамки нашей книжки.

    Итак, примерная граница солнечной системы установлена. Что еще нужно знать, чтобы начать оценивать космогонические гипотезы?

    Особенности солнечной системы. Перечисляя основные особенности солнечной системы, П. Лаплас писал: «Планеты движутся вокруг Солнца в одном направлении и примерно в одной плоскости».

    Пожалуй, сегодня эта особенность не должна выглядеть столь категорично. Наклон плоскости орбиты Меркурия к экватору Солнца 7 градусов, а орбита Плутона отклоняется на 17 градусов 8 минут.

    Затем П. Лаплас требовал объяснить, почему все спутники движутся вокруг своих планет в том же направлении, что и планеты вокруг Солнца.

    С этим пунктом его списка особенностей дела обстоят хуже всего. С тех пор ассортимент спутников планет сильно пополнился. И вот, пожалуйста: четыре спутника Юпитера, не имеющие названий и обозначенные просто римскими цифрами VIII, IX, XI и XII, имеют обратное направление обращения.

    Можно, конечно, успокаивать себя тем, что внешние спутники гигантской планеты — астероиды, захваченные ее полем притяжения. Но как быть тогда с Фебой, девятым спутником Сатурна, открытым В. Пикерингом в 1898 году? Феба тоже обращается в обратном направлении, но это наверняка не астероид. Скорее уж это кометное ядро.

    Имеют обратное направление обращения и пять спутников Урана. Впрочем, Уран сам сплошная загадка для космогонии. Он один «лежит» на своей орбите, да еще и «головой вниз». Плоскость его экватора составляет угол около 98 градусов с плоскостью орбиты.

    Непонятной до сих пор остается и причина, по которой обратное направление имеют обращающиеся вокруг Нептуна спутники Тритон и Нереида.

    По мнению П. Лапласа, вращение всех планет и Солнца вокруг своих осей происходит в одну и ту же сторону, а плоскости их экваторов имеют слабый наклон к плоскости их орбит.

    Увы, это замечание тоже нуждается в поправках, так как Уран и Венера вращаются в обратную сторону, а о плоскости экватора Урана мы уже говорили.

    Эксцентриситеты известных во времена П. Лапласа орбит планет и спутников были очень малы. Но сегодня это утверждение не годится ни для Меркурия, ни для Плутона. Их эксцентриситеты соответственно равны 0,20562 и 0,24864. Если же сравнивать между собой орбиты спутников, то и здесь особого единообразия не наблюдается. Орбиты внешних спутников Юпитера достаточно вытянуты. А уж об орбите Нереиды и говорить нечего — она напоминает собой путь настоящей кометы. Этот спутник приближается к Нептуну на 1 миллион 600 тысяч километров и удаляется от него на 9 миллионов 600 тысяч километров.

    Лишь последняя особенность, сформулированная П. Лапласом, остается в неприкосновенности: «Орбиты комет имеют большие эксцентриситеты и любые углы наклона к плоскостям планетных орбит». Ее объяснению посвящены специальные гипотезы.

    Особенности особенностей. Космогонисты давно ощущали потребность в создании перечня фундаментальных фактов, объяснение которых имело бы значение не только для происхождения одного солнечного семейства, но и для планетных систем любых других звезд. Задача эта сложности невероятной. Ведь пока известна-то всего одна планетная система. И кто может гарантировать, что ее особенности явятся законом для других систем? Тем не менее, в 1948 году голландский астроном Д. Тер Хаар опубликовал один из таких перечней, разделив все известные факты на четыре группы.

    В первую входили вопросы, касающиеся закономерностей орбит. Например, почему направления обращений планет и Солнца одинаковы? Почему у орбит планет и их спутников такие малые эксцентриситеты? Наконец, почему плоскости планетных орбит так близко совпадают с экваториальной плоскостью Солнца?

    Ко второй группе фактов Д. Тер Хаар отнес закономерности изменения расстояния планет от Солнца. Этим требованием он откликнулся на давние усилия многих астрономов подвести теоретическую базу под любопытный чисто эмпирический закон Тициуса — Боде. Это известное правило гласит, что расстояние от Солнца до любой планеты в астрономических единицах можно приближенно найти по формуле Rn = 0,4 + 0,0752n, где n — порядковый номер планеты.

    Третья группа фактов включала в себя вопросы, касающиеся причин деления планет на две группы: планеты земного типа и планеты-гиганты. Почему небесные тела обеих групп так резко отличаются друг от друга?

    И наконец, четвертая группа фактов касалась рокового распределения момента количества движения: у планет — 98 процентов, у Солнца — 2 процента.

    Не все специалисты согласились со списком Д. Тер Хаара. Советские астрономы В. Фесенков и Б. Крат предложили расширить опубликованный перечень фактов, добавив в него новые пункты.

    Однако никакой, даже самый подробный, список не в состоянии перечислить все загадочные особенности, нуждающиеся в объяснении. Начавшаяся запуском искусственного спутника Земли в 1957 году эра исследования космоса с помощью спутников и межпланетных кораблей каждый день приносит новую информацию. Сегодня космогонические гипотезы должны суметь объяснить не только отличие физических особенностей планет земной группы от планет-гигантов, но и объяснить особенности в их движениях. Почему, например, Меркурий и Венера вращаются так медленно, тогда как Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун крутятся чрезвычайно быстро?



    Не нашел пока удовлетворительного объяснения и факт обилия астероидов и метеорных тел в пределах солнечной системы. Что это — остатки «строительного мусора» или осколки некогда существовавшей и разлетевшейся на осколки планеты Астероидии? Обе гипотезы имеют своих сторонников и противников.

    Рядом стоит и загадка колец Сатурна. Как и в результате каких действий удалось природе создать это уникальное явление?

    Впрочем, чтобы отыскать особенности и загадки, не нужно даже особенно напрягать зрение. Уж, кажется, Луна известна всем и каждому. Там побывали даже люди. Но вот что такое Луна — спутник или самостоятельное небесное тело, пока не известно никому. Ведь система Луна — Земля уникальна. Такого относительно крупного спутника нет больше ни у одного из «родственников» Земли. Как же представить себе тайну его происхождения?

    Фактов множество. Из них можно, наверное, составить целую книгу, назвав ее в духе прошедшего века — «Загадки и нерешенные вопросы планетной системы» или, наоборот, в современном стиле — «Солнечная система вчера, сегодня, завтра».

    Сейчас исследование солнечной системы вступило в новую фазу — фазу непосредственного изучения. Открыты радиационные пояса Земли и неожиданные подробности строения атмосфер Венеры и Марса. Радиоволны принесли на Землю новую информацию о Меркурии и Юпитере. Приборы, установленные на космическом аппарате, позволили уточнить массу Юпитера и подтвердили то, что эта планета излучает примерно в 2,5 раза больше тепловой энергии, чем получает ее от Солнца.

    Все это должно быть учтено космогоническими гипотезами. Однако получается, что новая информация пока не столько способствует созданию новых гипотез, сколько разрушает старые. Одну за другой, одну за другой…

    Вот, пожалуй, описанию именно этого процесса и будут посвящены следующие разделы планетной космогонии.










    Главная | Контакты | Нашёл ошибку | Прислать материал | Добавить в избранное

    Все материалы представлены для ознакомления и принадлежат их авторам.