Лаплас

Второй группой новооткрытых явлений, не вяжущихся с гипотезой Лапласа, явилось открытие спутников, вращающихся вокруг своей планеты быстрее, чем она сама вращается вокруг оси.

В кольце Сатурна, в котором сам Лаплас видел лучшее подтверждение своей гипотезы, также было открыто, что внутренний край кольца делает один оборот за восемь часов, тогда как сама планета делает его за десять с половиной часов. Это открытие, сделанное в конце прошлого века русским академиком Белопольским, с несомненностью показало, что кольцо Сатурна состоит из отдельных мелких твердых частичек, движущихся по законам Кеплера, так что внутренние из них обегают планету быстрее, чем наружные.

Между тем по гипотезе Лапласа кольца и спутники образовывались, когда скорость вращения была еще невелика, раньше, чем ядро газового сгустка собралось в уплотненную планету. После отделения кольца и спутников сжимающееся ядро – будущая планета – должно было ускориться в своем вращении. Все это противоречит фактам, открытым Холлом и Белопольским.

Критерием истины является практика; роль ее в астрономии играют наблюдения. В эпоху Лапласа изучение туманностей только еще начиналось и лишь лет восемь тому назад природа этих обширных образований выяснилась в достаточной степени. Оказалось, что некоторые из туманных пятен, на которые указывал Лаплас, являются на самом деле далекими звездными системами, но часть туманностей действительно состоит из облаков разреженного газа, существование которых предполагал в своей гипотезе Лаплас. Однако до сих пор не найдено никаких подтверждений существования туманностей, сгущающихся в звезды. Скорее напротив, в тех случаях, когда в середине туманности наблюдается звездочка, можно предположить, что окружающие ее газы удаляются от нее, рассеиваются в пространстве. Среди десятков тысяч туманностей не было открыто таких, известных нам в настоящее время, которые по своему виду напоминали бы ядро, окруженное кольцами, описанными Лапласом. Есть лишь один случай, неизвестный авторам, писавшим когда-либо о гипотезе Лапласа. Одна из так называемых планетарных туманностей, занесенная под номером 6620 в «Новый генеральный каталог» Дрейера, судя по рисунку с ее фотографии, обнаруживает нечто, близко напоминающее картину, воображаемую Лапласом. Маленькая звездочка окружена уплотненным, слегка продолговатым газовым туманом, вокруг которого хорошо заметно тонкое туманное кольцо с отчетливым сгущением в нем, напоминающим узелок. Картина эта настолько удивительна, что автор этой книги попросил для проверки прислать ему вместо рисунка лучший оригинальный снимок этой туманности, полученный в Ликской обсерватории (Америка). На оригинальном снимке сходство туманности с тем, что описывает Лаплас, оказалось еще поразительнее.

Конечно, на основании этого единичного случая еще совершенно преждевременно делать какие-либо выводы. Производить тут сравнение тем более затруднительно, что радиус туманного кольца этой туманности по крайней мере в тысячу раз превышает радиус самой далекой от Солнца планеты. Однако утверждение, что об'екты, напоминающие картину Лапласа, отсутствуют, как мы видим, не совсем верно.

Туманности, называемые планетарными, ничего общего с планетами, вообще говоря, не имеют. Это название они получили лишь потому, что обычно они имеют вид зеленоватых, слабо светящихся кружков, на первый взгляд напоминающих далекие планеты – Уран и Нептун, как они видимы в телескоп средней силы.

Не только по линии новых наблюдений, на гипотезу Лапласа обрушивался один удар за другим и по линии теоретической.

Солнечная система, предоставленная самой себе, без воздействия внешних сил должна всегда обладать одним и тем же суммарным моментом количества вращения.[18] С этой точки зрения теперь видно, что та скорость, которую могла иметь вращающаяся туманность Лапласа, являлась совершенно недостаточной, чтобы в ней развилась центробежная сила, отрывающая от нее кольца. Если же принять, что нужная для отрыва колец скорость вращения существовала в давно прошедшие времена, и предположить, что тогда туманность была однородной и простиралась за орбиту Плутона, получится момент количества вращения, раз в 200 больше современного. Куда же пропало движение, бывшее в системе? Это движение не могло исчезнуть. Мы увидим дальше, как современная наука пытается разрешить эту загадку.

Вывод Лапласа о необходимости прямого вращения планет и прямого обращения спутников также подвергается большому сомнению. Если массу какой-либо современной планеты распределить равномерно вдоль ее орбиты в виде кольца, шириной хотя бы в несколько диаметров планеты, то увидим, что полученная степень разрежения газа будет очень велика. Частички газа будут так далеки друг от друга, что они не смогут достаточно сильно друг друга притягивать и выравнять взаимные скорости настолько, чтобы кольцо стало вращаться, как твердое тело. Скорее можно ожидать, что частички будут обращаться вокруг Солнца независимо друг от друга. Следовательно, они будут подчиняться законам Кеплера, и внутренние частички будут иметь и угловую и линейную скорость больше, чем внешние, в противоположность тому, что думал Лаплас; значит, если в таком кольце станет сгущаться планета, то будет забегать вперед ее край, более близкий к Солнцу, и ее вращение около оси получится не прямым, а обратным. Если это так, то гипотезе Лапласа противоречат не обратные вращения планет вокруг оси, а более часто наблюдаемые прямые вращения. Спутники, образующиеся из колец, отделяемых такой не сгустившейся еще планетой с обратным вращением, тоже будут иметь обратное движение.

Мы видим, что в смысле направления вращения планет возражения, делавшиеся против гипотезы Лапласа, стали рассматриваться как подтверждения его гипотезы; зато большинство вращений, рассматривавшихся как подтверждения гипотезы, теперь надо признать противоречащими ей.

Замечательно, что сторонники гипотезы Лапласа более или менее удачно оправились почти со всеми возражениями, которые против нее выставлялись. Некоторые из попыток улучшить или спасти гипотезу Лапласа противоречат друг другу или дополняют, а то и видоизменяют ее первоначальный вид, но во всех этих попытках основные идеи Лапласа остаются все-таки в силе. Поэтому, так или иначе, гипотеза Лапласа продержалась среди научных достижений вплоть до нашего столетия.

В сороковых годах XIX века Рош математически разработал гипотезу Лапласа, поскольку это вообще было возможно, и убедился, что в своих основных выводах Лаплас был прав. Кроме того, Рош детальнее разобрал механизм образования колец, которого Лаплас подробно не касался.

Соображения и расчеты Роша полвека спустя проверил третий выдающийся французский механик, Пуанкаре. Очень интересна, хотя и мало вероятна, найденная Рошем возможность образования в туманности, помимо внешних, особых «внутренних колец», как он их называет. У этих «внутренних колец» скорость вращения должна быть больше, чем у ядра туманности, и Рош думал, что из них должны были образоваться быстрые спутники Марса и внутренняя часть кольца Сатурна – явления, противоречившие гипотезе Лапласа в той форме, как он ее высказал сам.

Вопрос о происхождении в солнечной системе вращений, обратных тем, которые должны быть по Лапласу, мог быть улажен путем учета так называемого приливного трения. Это явилось некоторым добавлением к творению Лапласа, основанном на развитии теории приливов. Приливное трение, которому очень большое внимание уделил Фридрих Энгельс в своей «Диалектике природы», затрагивалось еще Кантом, но особенно блестяще оно было разработано трудами Джорджа Дарвина, сына знаменитого естествоиспытателя Чарльза Дарвина.

Если вблизи некоторого жидкого или газообразного тела, способного изменить свою форму, находится другое массивное тело, то оно притягивает к себе сильнее более близкую часть поверхности первого тела. Поэтому на теле, скажем, на планете, в этом месте получается выступ, направленный к притягивающему телу, – получается приливная волна. Такие приливные волны или водяные горбы создают на нашей Земле Луна и Солнце. В реальных жидкостях существует внутреннее трение, препятствующее, хотя и слабо, движению жидкости. Чем больше вязкость жидкости, тем сильнее в ней эти явления.

18

Суммой произведений из масс частиц на их скорость и на расстояние от оси вращения.