Текст книги "Занимательно о космогонии"

Автор книги: Анатолий Томилин

сообщить о нарушении

Текущая страница: 5 (всего у книги 15 страниц)

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.