Текст книги "Рождение миров"
Автор книги: Михаил Ивановский
сообщить о нарушении
Текущая страница: 12 (всего у книги 25 страниц)
Похищение атомов гелия
Общая масса воздушной оболочки земного шара равняется 5,3·1015 тонн, то есть атмосфера составляет только одну миллионную долю массы Земли. Для такой планеты, как наша, эта атмосфера немного маловата. Земля по своей силе тяготения может удерживать больше воздуха.
Атмосфера непрерывно питается притоком газов из недр. Много газов выбрасывают вулканы, грязевые сопки и гейзеры. Газы подымаются со дна морей, озер и болот. Растения снабжают атмосферу кислородом. Много газов дают природные месторождения. Эти месторождения широко используются в народном хозяйстве Советского Союза. В 1951 году в СССР было добыто почти 9 кубических километров природного газа.
Крупным поставщиком газов являются промышленность и транспорт. Любой металлургический завод по количеству выбрасываемых в атмосферу газов не уступит среднему вулкану.
Приток газов в атмосферу велик, но она почему-то до сих пор не увеличивается.
В одном из древнейших напластований земной коры геологи нашли любопытную окаменелость – кусок песчаника со следами дождевых капель.
Видимо, в этой местности 70 миллионов лет назад собирался дождь. Упали первые капли, они выбили в мелком песке характерные луночки-углубления, но ветер пронес тучу стороной, луночки, оставленные дождевыми каплями, подсохли, их затянуло пылью, сверху отложились наносные породы. Грунтовые воды пропитали песок минеральными веществами, он окаменел и пролежал в земных недрах до 1950 года, когда этот кусок песчаника откопали.
Геологи и геофизики измерили глубину и ширину луночек, сравнили их с теми луночками, какие получаются в таком же песке в наши дни, и убедились, что за 70 миллионов лет плотность нашей атмосферы существенным образом не изменилась, так как капли доисторического дождя по своим размерам ничем не отличаются от современных дождевых капель. Значит Земля всегда имела такую же атмосферу, как и сейчас.
Объяснить неполный объем воздушной оболочки горячим состоянием Земли не удается. За три-четыре миллиарда лет из недр планеты могло выделиться газов гораздо больше, чем нужно для пополнения атмосферы.
Не все поддается объяснению и в составе газов нашего воздуха. Воздух содержит 75,51 % азота, 23,01 % кислорода, 1,28 % аргона, 0,04 % углекислого газа, 0,0012 % неона, 0,0003 % криптона, а гелия только 0,00007 %. Кроме того в ничтожнейших количествах к воздуху примешаны ксенон, радон, аммиак, окиси азота, водород, пары ртути и йода. Странным кажется необычайная бедность атмосферы гелием.
Радиоактивные элементы: уран, радий, торий, актиний, присутствующие в земной коре, распадаясь, выделяют гелий. Каждый атом урана порождает 8 атомов гелия, а атом тория дает 7 атомов гелия. Гелий непрерывно поступает в атмосферу, он просачивается сквозь почву, выделяется при вулканических извержениях; казалось бы, гелий должен непрерывно накапливаться в атмосфере. Как показывают расчеты, в воздухе должно содержаться гелия раз в 12 больше, чем его имеется сейчас. Но он не накапливается, а куда-то исчезает, повидимому, гелий уходит из атмосферы в межпланетное пространство.
Чтобы покинуть земной шар и вылететь в межпланетное пространство, космическому кораблю или отдельному атому надо развить скорость не меньше, чем в 11 200 метров в секунду. Это так называемая «скорость ускользания». На высоте в 1000 километров скорость ускользания меньше, чем у поверхности Земли, там она составляет 8300 метров в секунду.
Атомы гелия при температуре в 15° движутся со скоростью в 1235 метров в секунду. Но это их средняя скорость. Отдельные атомы могут двигаться раз в 5 быстрее, то есть их скорость достигает 6200 метров в секунду. Но это все же меньше скорости ускользания. Значит атомы гелия сами по себе покидать Землю не могут. Их что-то похищает или им что-то помогает улетучиваться в межпланетное пространство.
На границе земной атмосферы
Уже много лет подряд геофизики и метеорологи посылают разведчиков в верхние слои атмосферы. Для этой цели служат небольшие воздушные шары. Они подымают в заоблачную высь самопишущие приборы-автоматы или маленькие радиосигнальные станции, изобретенные советским метеорологом П. А. Молчановым. С помощью воздушных шаров ученые исследовали атмосферу до высоты в 40 километров. Выше эти шары подыматься не могут. Для разведки более высоких слоев применены ракеты. Они залетают почти на границу земной атмосферы.
О температуре воздуха на большой высоте приборы-разведчики принесли неожиданные сведения. Раньше думали, что чем дальше от поверхности, тем воздух холоднее. Оказалось не так: похолодание прекращается на высоте в 30–35 километров, затем начинается потепление. В 40 километрах над уровнем моря ультрафиолетовое излучение Солнца нагревает воздух до +30°, а на высоте в 50 километров – уже до +60°!
В еще более высоких и разреженных слоях температура воздуха, то есть, иначе говоря, скорость движения газовых молекул, еще выше. Там она уже превышает скорость ускользания. Молекулы и атомы газов, подгоняемые солнечными лучами, покидают Землю и пускаются в самостоятельное космическое путешествие.
Именно поэтому атмосфера Земли не так велика, как этого можно было бы ожидать. Высокая температура внешних слоев атмосферы не позволяет ей разрастаться сверх определенного предела. Вместе с частицами азота и кислорода и быстрее их улетучиваются легкие и подвижные атомы гелия. Вырвавшись из недр, они подымаются в заоблачную высь и навсегда расстаются с Землей.
Точно так же улетучивается и водород – его молекулы еще легче, еще подвижнее, чем атомы гелия.
Следовательно, нет нужды объяснять почти полное отсутствие водорода и гелия раскаленным состоянием Земли в далеком прошлом. Легкие газы – водород, гелий, азот, кислород, неон – и в наши дни уходят с «холодной» планеты.
Ученые, которые пытаются доказать, что планеты получили свои атмосферы «в приданое» от Солнца и что с тех пор, как Земля остыла, ее атмосфера не менялась, глубоко ошибаются. Они находятся во власти остатков того средневекового мировоззрения, которое господствовало в науке в XVIII веке.
Крах последнего довода
Самым главным доказательством происхождения Земли из вещества Солнца служило сходство химического состава обоих небесных тел.
Ученые проверили, действительно ли он одинаков.
Бесспорно, на Солнце нет особых солнечных веществ, а на Земле – земных. Вещество одинаково, но количество отдельных химических элементов различно. Академик В. Г. Фесенков первым указал, что сравнение химического состава Солнца и Земли дает космогонистам еще одну путеводную нить в далекое прошлое. Например, на Солнце больше всего водорода и гелия, а на Земле из газов больше всего кислорода и хлора.
На Солнце тоже есть кислород, там его примерно вдвое больше, чем азота, а в Земле кислорода в 10 тысяч раз больше, чем азота.
Это удивительное расхождение нельзя объяснить тем, что Земля почему-либо не смогла захватить от Солнца полную норму азота. Точно так же нельзя предположить, что азот якобы был на Земле, но улетучился. Азот по атомному весу почти одинаков с кислородом, покидать Землю они могут только вместе. Следовательно, азота на нашей планете всегда было мало, и свой запас она приобрела не от Солнца.
И вот еще, что важно – такие «земные» газы, как кислород и хлор, химически очень активны, они легко вступают в соединения с металлами и образуют твердые вещества. Вся земная кора в основном состоит из окислов, то есть соединений кислорода с металлами: кремнезем – окись кремния, глинозем – окись алюминия. В глубоких слоях Земли много окислов магния и железа. Точно так же почти весь хлор на Земле связан с металлом натрием и образует мощные залежи поваренной соли.
Земля изобилует теми газами, какие могут входить в состав твердых тел, и бедна летучими газами, которые не способны образовывать твердые соединения. На Земле мало водорода, главное соединение которого – вода, мало азота, который неохотно вступает в химические соединения, почти совсем нет «ленивых» газов – гелия и неона, которые вообще не вступают в химические соединения.
Эта своеобразная и характерная особенность химического состава вещества Земли может быть объяснена только тем, что наша планета образовалась из твердых частиц, а не из газов. Именно поэтому она обладает преимущественно теми газами, какие могут входить в состав твердых частиц.
Даже то небольшое количество водорода, каким располагает Земля, могло быть принесено на нашу планету твердыми, металлическими частицами. Многие металлы, особенно такие, как платина и палладий, способны впитывать в себя водород более жадно, чем губка – воду. Например, кусочек палладия, погруженный в банку с водородом, заметно увеличивается в объеме, набухает, становится хрупким и растрескивается. Один кубический сантиметр палладия может вобрать в себя до 900 кубических сантиметров газа. Платина же впитывает водорода меньше – примерно сто объемов.
Удивительное сходство
Химический состав земной коры можно сравнивать не только с Солнцем. В распоряжении ученых есть образцы космического вещества – метеориты. Они более доступны для изучения, чем солнечные вещества. Кусок метеорита можно растолочь в ступке и исследовать по всем правилам лабораторной практики.
Начало химическому анализу метеоритов положил русский ученый И. Мухин. Еще в 1819 году в Петербурге он определил химический состав «палласова железа» – метеорита, привезенного академиком П. С. Палласом из Красноярского края.
Такие исследования делали многие ученые. Были испытаны тысячи образцов. И у всех ученых получились примерно одинаковые результаты.
Вот табличка, составленная академиком А. Е. Ферсманом. Для сравнения приведены также данные о химическом составе Земли.
Сходство химического состава Земли и метеоритов само бросается в глаза. Состав почти одинаков.
Геохимики первыми обратили внимание на любопытнейшую особенность химического состава Земли. Наша планета в основном сложена из четных элементов, то есть из элементов, у которых число Менделеева делится на два, а атомный вес – на четыре.
И химический состав метеоритов отличается тем же самым.
Почему это так, чем можно объяснить изобилие четных элементов, – пока еще неизвестно, это записано в памятную книжку науки как вопрос, над которым должны трудиться будущие поколения ученых.
Замеченный же факт убедительно доказывает родство Земли и метеоритов.
И это родство может быть объяснено только тремя явлениями: первое – метеориты произошли от планеты, похожей по химическому составу на Землю; второе – Земля и метеориты образовались из одного, и того же вещества; третье – Земля образовалась из метеоритов.
Каждый метеорит, яркой искоркой пролетая по небу, прибавляет крупинку к нашей Земле. Земной шар растет, он растет на наших глазах, собирая космический материал и тем увеличивая свою массу.
Не могут ли «падающие звезды» раскрыть нам тайну происхождения Земли.
Быть может Земля не дочь Солнца, а потомок пылинок?
Это заманчивое предположение казалось правдоподобным. И оно заслуживало проверки.
Подвиги трудолюбивых звездочетов
Еще в прошлом столетии добровольные труженики науки, астрономы-любители начали подсчитывать «падающие звезды». Ясной ночью любитель выносил кресло в сад или на балкон, усаживался поудобнее и, опершись затылком на какую-либо подставку, чтобы не утомляться, следил за выбранным им участком неба. Наблюдатель терпеливо подсчитывал, сколько метеоритов блеснет внутри четырехугольника Пегаса, или в ковше Большой Медведицы, или в каком-нибудь другом созвездии.
Побуждаемые любознательностью, добровольцы считали искорки метеоритов и оценивали их блеск, сравнивая его с блеском звезд. Так они подсчитывали метеоры и по вечерам и в предутренние часы, весной и осенью, летом и зимой. Проходили годы. Число наблюдений росло, а вместе с тем росло и значение подсчетов.
Правда, странное занятие «звездочетов» вызывало сначала усмешку у некоторых специалистов-астрономов. Считать «падающие звезды» казалось столь же бессмысленным делом, как и считать ворон. Но «звездочеты», случалось, делали небольшие, но все же существенные открытия. Это привлекало внимание и вызывало уважение к их кропотливому труду.
Так, например, выяснилось, что в предутренние часы метеоров появляется больше, чем в вечерние.
На утреннюю сторону земного шара падают метеориты, летящие навстречу Земле, а на вечернюю – летящие вдогонку. Догоняющих метеоритов меньше, и летят они медленнее, нежели встречные.
Это явление незамедлительно получило объяснение. Земной шар движется по своей орбите вокруг Солнца, и, очевидно, «лобовая» сторона земного шара должна встречать метеоров больше, чем «тыльная». А «лобовой» стороной Земли является как раз ее утренняя сторона. И поэтому под утро падает метеоров больше, чем в начале ночи.
Второе наблюдение показало, что многие метеоры вылетают стайками из определенных участков неба, а другие – по большей части самые мелкие, самые слабые – движутся совершенно беспорядочно. Они прочерчивают свои светящиеся следы-ниточки в произвольных направлениях, появляются в любых созвездиях и явно не подчиняются какому-либо закону.
Подсчетами метеоров стали заниматься специалисты. Ими было установлено, что часть метеоров движется в межпланетном пространстве стаями, образуя метеорные потоки, которые обращаются вокруг Солнца. Земля пересекает эти потоки в определенное время года, и тогда наблюдается прекраснейшее явление природы: «звездный дождь». Сотни, тысячи золотых искр бороздят черное небо в недосягаемой высоте. Яркие, как звезды, метеоры снопами вылетают из одного какого-либо созвездия. Тонкие стрелки светящихся следов лучами расходятся во все стороны. Небо искрится и сверкает. Одни светлые ниточки тихо гаснут, другие оканчиваются ослепительной яркой капелькой, которая иногда рассыпается мелкими брызгами. Бесшумная звездная метелица иногда длится несколько часов.
Самый первый звездный дождь, о котором сохранилась запись в древних китайских летописях, наблюдался 3720 лет назад. Много звездных дождей отметили и русские летописцы.
Наиболее яркий и обильный звездный дождь произошел 12 ноября 1833 года. Сверкающий ливень длился около шести часов. На нескольких наблюдательных станциях подсчитывали падения метеоров. Их число доходило до 200 тысяч в час.
«Звездный дождь» 12 ноября 1833 года (по рисунку того времени).
Самый многочисленный и регулярный поток встречается Земле ежегодно 12 августа. Это метеоры вылетают из созвездия Персея. Некоторые астрономы называют персеиды «великим метеорным потоком». Его ширина– 110 миллионов километров, и он содержит, примерно, 500 миллиардов тонн вещества, раздробленного на крупинки поменьше булавочной головки – в среднем по 25 миллиграммов каждая.
Кроме персеид, известно еще несколько метеорных потоков: Леониды, которые вылетают из созвездия Льва и появляются ежегодно 16 ноября. Раньше они выпадали особенно сильно раз в 33 года. Сейчас ядро этого потока отодвинулось от Земли, и ноябрьские звездные дожди прекратились.
В апреле, около 21 числа, Земля встречается с лиридами; примерно 4 мая, а затем 28 июля на Землю падают метеоры из созвездия Водолея – аквариды и так далее.
Кроме метеорных потоков, наблюдается много падающих звезд-одиночек.
Эти метеоры, повидимому, отбились от общей стаи или даже никогда ни к каким стаям не принадлежали. Такие одиночные метеоры получили название спорадических.
Когда для наблюдения метеоров применили телескоп, было сделано еще одно важное открытие. Оказалось, что невооруженным глазом видны лишь наиболее яркие метеоры. Большинство же этих небесных камешков настолько мало, что их падение удается наблюдать исключительно с помощью телескопа. Эти метеоры-малютки равны по размерам маленьким песчинкам или крупным пылинкам.
Таких телескопических метеоров Земля встречает очень много, за сутки их выпадает несколько десятков миллиардов штук; на Землю из межпланетного пространства непрерывно, днем и ночью, сыплется дождь мельчайших песчинок. Благодаря нашей атмосфере, задерживающей их полет, песчинки не достигают поверхности Земли – испаряются и не причиняют нам никакого вреда.
Изучение потока космического материала, поступающего на Землю, составляет одну из увлекательных и важных задач науки. Ведь метеоры – это единственные кусочки «чужого» – неземного вещества, которое удается исследовать в лабораториях, это посланцы, несущие нам рассказ о рождении и гибели других миров, рассказ, который пока еще не расшифрован наукой до конца.
Совершенно закономерно, что в Советском Союзе, стране самой передовой науки, исследованию метеоров и метеоритов придают исключительно большое значение. Именно у нас возникла и сложилась особая отрасль астрономии – метеоритика. Ее основы еще в XVIII веке были заложены академиком П. С. Палласом и членом-корреспондентом Академии наук Э. Ф. Хладным. Они доказали, что метеориты – это частицы других миров, прилетевшие на нашу Землю из холодного мрака космического пространства.
Когда зародилось подозрение, что метеориты могли сыграть важную роль в образовании земной коры и в формировании всего земного шара, интерес к ним необычайно возрос. По инициативе академика В. И. Вернадского был создан особый комитет, который объединил ученых, занятых исследованиями метеоритов.
Кажется, будто метеоры потока вылетают из одной точки небосвода. Но это только следствие перспективы. В действительности они летят все в одном направлении.
Основные наблюдения метеоров сосредоточены в южных обсерваториях СССР, где летние ночи темны и погода редко бывает пасмурной. Для изучения метеоритов привлекли современную технику; батареи фотографических аппаратов с автоматическими затворами – так называемые патрульные камеры – неусыпно следят за небом. Расставленные на значительном удалении друг от друга, фотоаппараты нацелены на определенные участки неба. Поэтому один и тот же метеор фотографируют несколько аппаратов. Это позволяет определять высоту, на которой появился метеор. Остроумные приспособления с вращающимися зеркалами или фотоаппараты с мигающими затворами помогают измерять скорость движения метеоров. Спектроскопы определяют их химический состав.
Один из подлинных энтузиастов науки – профессор И. С. Астапович со своими сотрудниками свыше тысячи ночей отдали наблюдениям и подсчетам метеоров. И. С. Астапович приспособил радиоприемник для того, чтобы не только видеть метеоры, но и слышать их полет. Метеориты, пролетая в атмосфере, излучают электромагнитные колебания.
В 1946 году московский астроном Б. Ю. Левин впервые в мире применил для изучения метеоров электромагнитные колебания. Это позволило наблюдать и регистрировать падение метеоров не только ночью, но и днем и в пасмурную погоду.
Профессор А. Г. Калашников изобрел особый электромагнитный прибор для учета метеоров; огромная катушка этого прибора имеет в поперечнике около ста метров. Прибор А. Г. Калашникова отмечает появление каждого даже очень маленького метеора, влетевшего в нашу атмосферу.
Достаточно крупные и, особенно, медленно летящие метеоры не сгорают полностью в атмосфере, а достигают земной поверхности и их удается находить вскоре после падения. Маленькие метеориты падают на Землю медленно. Известен случай, когда метеорит попал в корыто женщины, стиравшей белье. Метеориты иногда находят на льду озер, на снегу.
Большие метеориты сохраняют часть своей космической скорости и могут причинить большие разрушения.
Величайший из метеоритов упал 30 июня 1908 года. Этот метеорит, прозванный Тунгусским, появился, примерно, над Байкалом, летел с юго-востока на северо-запад и упал в Енисейской тайге недалеко от поселка Вановара.
Если бы встреча земного шара с Тунгусским метеоритом произошла, примерно, на 5 часов раньше, пострадал бы город Выборг или северные пригороды Петербурга.
Измерение высоты метеора наблюдателями из двух удаленных друг от друга пунктов.
Падение Тунгусского метеорита и его взрыв при ударе о поверхность Земли вызвали сильное землетрясение. На 500–600 километров вокруг шатались дома, раскачивались подвешенные предметы, дребезжали и лопались стекла в окнах, валились с ног лошади. Все сейсмические станции Европы, Азии и даже Америки отметили это необычайное землетрясение.
На тысячу километров от места взрыва был слышен грохот и глухой гул, а столб дыма поднялся на двадцать километров.
Километров на сорок вокруг места падения таежный лес был повален и обожжен. Деревья, как скошенные, легли рядами, вершинами в сторону, противоположную взрыву.
Академия наук СССР снаряжала в тайгу четыре экспедиции, которыми руководил Л. А. Кулик. Ученые обследовали место падения. Они нашли несколько щепоток раздробленных горных пород с примесью никелистого метеорного железа. Никаких иных остатков метеорита подобрать не удалось.
Дело в том, что падение «Тунгусского дива» произошло в дореволюционные годы. Исследование места катастрофы началось только в советское время – через 19 лет после падения, а упал метеорит в болотистое место. Его остатки рассеялись, смешались с илом, утонули, окислились и погибли для науки.
По подсчетам профессора И. С. Астаповича этот метеорит весил около 50 тысяч тонн и, как предполагают некоторые ученые, он был ядром небольшой кометы.
Второй по величине крупнейший метеорит упал тоже в нашей стране 12 февраля 1947 года. Розыски этого метеорита были предприняты немедленно после падения.
Этот метеорит взорвался в воздухе и рассыпался на тысячи осколков. В отрогах Сихотэ-алиньского хребта экспедиция под руководством академика В. Г. Фесенкова собрала, примерно, 37 тонн метеорного вещества.
В музеях Советского Союза хранится несколько тысяч метеоритов общим весом около сорока тонн.
