Страница 32 из 43
«Холодный» вариант земной биографии
Известный немецкий философ Иммануил Кант (XVIII век) считается создателем первой научной гипотезы о происхождении Солнечной системы. По мнению И. Канта, Солнечная система возникла из огромного облака мелких твердых холодных частиц, взаимно притягивающих друг друга. В этом хаотическом облаке, как считал Кант, должны были рано или поздно образоваться отдельные сгущения, постепенно уплотняющиеся за счет падающих на них новых частиц. Самое большое из сгущений стало Солнцем, а меньшие — планетами.
Гипотеза Канта с современной точки зрения выглядит весьма наивной. Она не могла объяснить различные особенности Солнечной системы, поэтому не получила широкого распространения, хотя ее основная идея — конденсация планет из холодного распыленного вещества — используется и в современной космогонии — разделе естествознания, изучающем происхождение и развитие космических тел.
Гипотезу Канта сменила выдвинутая известным французским ученым Лапласом (XVIII век) гораздо более обоснованная гипотеза. Лаплас предполагал, что Солнце и планеты образовались из огромной раскаленной вращающейся газовой туманности. Под влиянием холода окружающего ее мирового пространства туманность сжималась, при сжатии угловая скорость ее вращения увеличивалась, а сама туманность постепенно сплющивалась. Благодаря большой скорости вращения туманности от нее вдоль ее экватора одно за другим начали отделяться газовые кольца, которые затем сгустились в планеты. Что же касается центрального сгустка туманности, то он постепенно превратился в Солнце. Гипотеза Лапласа просуществовала около полутора веков. Как и гипотеза Канта, она сыграла большую положительную роль в естествознании, так как на ее примере была доказана возможность объяснять происхождение небесных тел без помощи сверхъестественных сил.
В начале XX века гипотеза Лапласа была подвергнута справедливой критике, которая показала ее несостоятельность с точки зрения науки нашего века. В частности, было доказано, что от вращающейся газовой туманности газ будет отделяться непрерывно, а не в виде колец, и если бы даже отделились газовые кольца, то они рассеялись бы в пространстве, а не сгустились в планеты.
После крушения гипотезы Лапласа некоторые зарубежные ученые пытались выдвинуть разнообразные гипотезы о происхождении Земли и планет. Однако все эти гипотезы очень быстро вступали в противоречие с фактами и отвергались как несостоятельные. Лишь с 1943 г. советские ученые начали вносить некоторую ясность в этот очень сложный вопрос. Трудность космогонических проблем обусловлена колоссальной продолжительностью жизни небесных тел, т. е. их пребыванием в характерном для них состоянии. Так, возраст Земли близок к 5 млрд. лет.
Исследование ископаемых растений показало, что излучение Солнца за сотни миллионов лет практически не изменилось. Это значит, что возраст Солнца намного превышает возраст Земли. Так как Солнце еще весьма далеко от погасания и его самосвечение будет продолжаться еще по крайней мере миллиарды лет, продолжительность жизни Солнца и многих звезд должна измеряться многими миллиардами лет.
По сравнению со всеми этими сроками продолжительность жизни не только отдельного человека, но и всего человечества в целом кажется мигом. Телескоп был изобретен всего лишь три с половиной века назад, а ведь только с помощью телескопа стало возможным изучение физической природы небесных тел. Эволюционные изменения небесных тел, несомненно, происходят, но во многих случаях так медленно, что непосредственно заметить их мы не в состоянии. В этом основная трудность космогонических проблем. Есть, однако, и другие затруднения. В частности, планетная система известна нам лишь в единственном экземпляре. Планетные системы других звезд пока недоступны непосредственному наблюдению. Следовательно, сравнить между собой несколько планетных систем, находящихся на разных стадиях развития, и сделать вывод о их происхождении современная космогония не может.
Несмотря на все эти трудности, научная космогония прогрессивно развивается. Как и всякая наука, она идет от гипотезы к гипотезе, сохраняя все ценное от каждой из них. Характерно, что космогонические гипотезы постепенно усложняются и стремятся объяснить возможно больше наблюдаемых фактов. Нет сомнения, что со временем будут созданы строго и всесторонне обоснованные научные теории, подобные, например, теории эволюции органического мира на Земле.
Начиная с 1943 г. группа советских ученых во главе с акад. О. Ю. Шмидтом разработала стройную космогоническую гипотезу, основанную на новейших достижениях современного естествознания (рис. 29).
Рис. 29. Схема образования планет по гипотезе О. Ю. Шмидта.
По гипотезе Шмидта, наше Солнце много миллиардов лет назад было окружено исполинским «протопланетным» облаком, состоящим из холодной пыли и частичек замерзших газов. Составляющие облако частицы вещества обращались вокруг Солнца. Их было много, они часто сталкивались, и при столкновении часть их энергии безвозвратно излучалась в форме тепла. В конце концов, теряя энергию и испытывая взаимное тяготение, частицы, падая друг на друга, как бы «слипались», образуя постепенно растущие сгущения — зародыши будущих планет. При этом «протопланетное» облако постепенно сплющивалось, а конденсирующиеся «протопланеты» приобретали все более и более круговые орбиты. Последний процесс был вызван тем, что при «слипании» частиц «протопланетного» облака элементы их орбит (величины, характеризующие форму, размеры орбит и их положение в пространстве) осреднялись, поэтому чем крупнее получалась планета, тем больше ее орбита походила на окружность. Прошло очень много времени, прежде чем «протопланетное» облако «сгустилось» в современные планеты.
Таким образом, по гипотезе Шмидта, наша Земля и другие планеты сконденсировались из множества твердых холодных частиц и, следовательно, никогда не были целиком в огненно-жидком, раскаленном состоянии.
Дальнейшая эволюция Земли выразилась в перемещениях составляющих ее масс вещества. Тяжелые массы спускались к центру Земли, выдавливая на ее поверхность более легкие породы. Этот процесс перераспределения масс происходит и сейчас, выражаясь в грозном явлении землетрясений.
В поверхностных слоях Земли, где скопились радиоактивные вещества, выделялось и выделяется (при радиоактивном распаде) значительное количество тепла. В недрах Земли образуются очаги расплавленного вещества, откуда через жерла вулканов на земную поверхность извергается лава.
Гипотеза Шмидта объясняет основные закономерности Солнечной системы — формы, размеры и расположение планетных орбит, распределение планет в пространстве в связи с их массой и многое другое. В частности, она сумела объяснить разделение планет на две группы — планеты земного типа и планеты-гиганты. Первые образовались из близких к Солнцу частей «протопланетного» облака. В этом случае под действием солнечного тепла частички льдов (воды, метана, аммиака), входящих в состав облака, испарились (точнее, сублимировались), и планеты получились небольшие, состоящие в основном из тугоплавких элементов. Вдалеке от Солнца условия благоприятствовали формированию огромных планет, состоящих в основном из легких элементов.
О. Ю. Шмидту удалось теоретически объяснить закон планетных расстояний, т. е. связь радиуса орбиты планеты е ее номером (в порядке удаления от Солнца)[34]. По мнению О. Ю. Шмидта, «протопланетное» газово-пылевое облако было захвачено Солнцем при его движении вокруг центра нашей звездной системы Галактики. Хотя на частном примере О. Ю. Шмидт показал принципиальную возможность захвата, сама идея о захвате «протопланетного» облака теоретически была плохо обоснована, и эта часть гипотезы Шмидта оказалась самой слабой.
В рамках гипотезы Шмидта плохо разработан вопрос о происхождении спутников планет, например Луны, которая обладает относительно большой массой и вместе с Землей образует двойную планету. Остались необъясненными обратное вращение Венеры, положение оси вращения Урана и ряд других деталей, пусть второстепенных, но требующих все-таки объяснения.
34
Подробнее см. в «Избранных трудах» О. Ю. Шмидта (М. Изд- во АН СССР, 1960).