Текст книги "Рождение миров"
Автор книги: Михаил Ивановский
сообщить о нарушении
Текущая страница: 14 (всего у книги 25 страниц)
Млечный Путь – Галактика
Первые измерения, сделанные с помощью маяков Вселенной, показали, что окружающий нас мир звезд хотя и велик, но не безграничен. Звезды рассеяны в пространстве не равномерно, а собраны в огромное облако.
Это скопление звезд по форме похоже на спортивный диск или на две мелкие тарелки, сложенные краями – оно круглое и сплющенное.
В бесконечном просторе Вселенной наше звездное облако, как остров среди океана, а звезды, его составляющие, по сравнению с самим облаком, подобны ничтожно-малым светящимся пылинкам. Одну из этих пылинок мы называем своим Солнцем.
Солнце, и мы вместе с ним, находится в звездном облаке и поэтому видеть его мы можем только изнутри. Как зритель на трибуне стадиона, оглядевшись вокруг, видит множество зрителей, сплошной стеной опоясавших стадион, так и наш взгляд встречает по направлению к краям облака мириады звезд, сгустившихся возле центральной плоскости звездного облака.
Мы наблюдаем это сгущение звезд на нашем небе и называем его Млечным Путем. Он охватывает небо сплошной серебристо-жемчужной лентой, как бы сотканной из мельчайшей звездной пыли. Но это не пыль, это звезды не менее яркие, чем наше Солнце. Они только выглядят мелкими, потому что находятся далеко.
И скученность их кажущаяся. Как ряд придорожных столбов виден редким вблизи и частым вдали, так и звезды Млечною пути – они расположены на больших расстояниях друг от друга, а впечатление тесноты в Млечном Пути создает перспектива.
В действительности же такой скученности там нет. И Млечный Путь – не путь и ничего не имеет общего с молоком. Это старинное название возникло в глубокой древности, когда поэтическое воображение первых наблюдателей сравнивало далекие звездочки с мельчайшими брызгами молока.
Ученые сохранили старинное название, оно послужило им основой для нового термина Галактика (галактос – молоко). Галактикой назвали то гигантское скопление звезд, в котором находится наше Солнце.
С открытием Галактики астрономы почувствовали себя путешественниками, попавшими в совершении незнакомый город, причем выяснилось, что они вовсе не путешественники, а в этом городе они родились, в нем жили всегда, никуда из него не уезжали, но только не знали о существовании этого звездного города.
Понятно, что свое многолетнее заблуждение астрономы постарались исправить как можно скорей. И они настойчиво изучали планировку своей Галактики, знакомились с ее достопримечательностями и с ее обитателями и старались определить свое местоположение в ней.
Галактика велика. Ее поперечник составляет, примерно, 85 тысяч световых лет, а толщина равна 10 тысячам световых лет.
Солнце расположено не в центре этого звездного города, а почти что на его окраине. От центра мы находимся в 27 тысячах лет полета светового луча и в 15 тысячах световых лет от ближайшего к нам края.
Ближний край Галактики нам, жителям северного полушария Земли, не виден – она находится по направлению созвездия Кормы Корабля на небе южного полушария.
Схемы, изображающие нашу Галактику. С – Солнце.
Центральная область Галактики расположена по направлению к созвездию Стрельца и тоже нам не видна – но уже по другой причине: она заслонена большими облаками темной космической пыли, которые растянулись по всей средней плоскости Галактики. Эти облака чернеют на фоне Млечного Пути и в созвездиях Лебедя и Стрельца разделяют его на два рукава.
К великой досаде астрономов Солнце помещается близ средней плоскости Галактики, то есть там, где скопилось больше всего космической пыли. Мы вынуждены наблюдать Галактику не только с краю, но и из наиболее запыленной ее части.
Астрономы имеют все основания быть недовольными местоположением Солнца: видимость плохая. Окажись Солнце на несколько сот световых лет ниже или выше средней плоскости Галактики, изучать наш звездный город было бы гораздо удобнее.
Наша Галактика вращается, как гигантская карусель, а Солнце и все остальные звезды летят по своим орбитам вокруг галактического центра.
Скорости звезд неодинаковы. Одни движутся быстрее своих соседей и обгоняют их. Другие – неторопливы и постепенно отстают.
Если известно, что расстояние между Солнцем и Вегой сокращается в каждую секунду на 14 километров, то это еще не значит, что Солнце и Вега летят друг другу навстречу. И Солнце и Вега движутся в одну сторону. Но наша скорость больше, и мы настигаем Вегу. Когда-нибудь, через много миллиардов лет, Солнце обгонит Вегу, как обгоняют друг друга автомобили на шоссе.
Скорость движения Солнца по галактической орбите составляет около 250 километров в секунду.
Скорость значительная, но и Галактика тоже велика. Чтобы облететь ее, нужен большой срок.
Галактический год, то есть время одного обращения Солнца вокруг центра Галактики, равняется, примерно, 200 миллионам лет.
Земля существует 3,5–4 миллиарда лет. Следовательно, со времени образования земного шара прошло всего лишь 17 или 20 галактических лет! Наша планета вовсе не так стара, если считать ее возраст не солнечными годами, а галактическими.
Итак, в распоряжении ученых оказалось еще несколько важных фактов. Наше Солнце является членом гигантского звездного облака Галактики. Оно находится недалеко от средней плоскости Галактики среди облаков темной космической пыли. Солнце движется по своей галактической орбите и со времени рождения Земли успело совершить около двадцати оборотов.
Все это ценные сведения, которые пригодились советским ученым для создания новой космогонической гипотезы.
Дружба звезд и туманностей
Связь между светлыми туманностями и яркими белыми звездами ученые заметили очень давно. Еще в XVIII веке в астрономическом сочинении, которое перевел с латыни на русский язык племянник М. В. Ломоносова, Михаил Головин, сказано: «Туманная звезда Ориона достойнее примечания всех туманных звезд. Она имеет вид неправильной, продолговатой, и изогнутой; ее белизна кажется сквозь трубу явственно – там в бледной, но равномерной ясности примечают седмь небольших звезд».
Старинное название этих светил – туманные звезды – в науке не сохранилось. Какие же это звезды, если они прозрачны и сквозь них просвечивают настоящие звезды?
Природу светлых туманностей неправильной формы астрономы разгадали сравнительно легко – это большие и светящиеся облака мелкой пыли и разреженных газов; а вот звезды, видимые внутри туманностей, долго оставались загадкой. По сути дела она и до сих пор не разрешена до конца.
В самом деле, как попали в «бледную, но равномерную ясность» туманности Ориона ее «седмь небольших звезд»? Какова их роль? Может быть они родились в туманности и теперь выглядывают из нее, как из колыбели? А может быть, странствуя по бесконечным дорогам Вселенной, эти звезды влетели в туманность, как пушечные ядра в легкое облачко?
Звезд, просвечивающих из туманностей, довольно много. Не только в созвездии Ориона, но и на многих других участках неба есть звезды, укутанные в туманное вещество, словно в вату.
Сначала ученые думали, что яркие белые звезды только временные постояльцы в туманности, ее попутчики. С течением веков звезда уйдет, а туманность, лишенная освещения, померкнет и перестанет быть видимой. Она превратится в обычную темную туманность.
Темные и светлые туманности отличаются друг от друга только тем, что одни из них освещены, а другие нет. Сами по себе они светиться не могут – это ведь только облака холодной космической пыли.
Размеры туманностей велики – есть облака, имеющие в поперечнике от 10 до 30 световых лет, то есть луч света далекой звезды, чтобы пролететь от края и до края такой туманности, должен лететь от 10 до 30 лет.
Встреча звезды со столь протяженным космическим образованием не может быть редким явлением.
Звезды могут встречаться с туманностями, могут проходить сквозь них.
Может быть и Солнце когда-либо встретилось с туманностью?
Глава восьмая
ГИПОТЕЗА О. Ю. ШМИДТА
Искать, дерзать и пробовать – должен человек.
Д. Менделеев
Солнце – член Галактики
Глава американской астрономической науки Генри Ресселл в самом начале своей книги о происхождении солнечной системы писал: «Первым характерным свойством нашей системы является ее крайняя изолированность».
В этом суждении, как в зеркале, отразилась философия ученого, воспитанного буржуазным обществом. В Америке и в Западной Европе все – школа, семья, религия, весь уклад жизни – учит человека мыслить о себе не в связи с обществом, с природой, а, наоборот, – противопоставляя себя обществу, природе, окружающим условиям. В буржуазных странах каждый человек, даже живущий в центре густонаселенного города, чувствует себя Робинзоном, который должен полагаться только на самого себя, на свои силы. И это миропонимание перенесено в науку.
По мнению буржуазных астрономов Солнце тоже подобно Робинзону, оно расположилось в необитаемом пространстве, а связь его с окружающим звездным миром исчезающе мала. Буржуазные ученые рассматривают солнечную систему, как нечто обособленное, самодовлеющее и ни от чего не зависимое, они пытаются доказать ее изолированность, и эту изолированность даже выдают как ее свойство.
Все это в корне неверно «…диалектика рассматривает природу не как случайное скопление предметов, явлений, оторванных друг от друга, изолированных друг от друга и независимых друг от друга, – а как связное, единое целое, где предметы, явления органически связаны друг с другом, зависят друг от друга и обусловливают друг друга.
Поэтому диалектический метод считает, что ни одно явление в природе не может быть понято, если взять его в изолированном виде, вне связи с окружающими явлениями, ибо любое явление в любой области природы может быть превращено в бессмыслицу, если его рассматривать вне связи с окружающими условиями, в отрыве от них, и, наоборот, любое явление может быть понято и обосновано, если оно рассматривается в его неразрывной связи с окружающими явлениями, в его обусловленности от окружающих его явлений»[16]16
И. Сталин. Вопросы ленинизма, XI изд., стр 536.
[Закрыть].
Советские ученые понимают, что если рассматривать солнечную систему вне связи со всем звездным миром, с Галактикой, членом которой она является, если не учитывать историю развития Солнца и звезд, то нельзя создать подлинно-научную космогоническую гипотезу.
Чтобы найти решение вопроса – как образовалась Земля, пытливая человеческая мысль должна охватить весь окружающий нас звездный мир, его прошлое и настоящее, а буржуазное учение об изолированности отбросить, как ненужный и вредный хлам.
Против буржуазной ограниченности в астрономии подняли свой голос передовые советские ученые, и первым среди них был Герой Советского Союза академик Отто Юльевич Шмидт.
В 1944 году он, продолжая дело, начатое еще Ф. А. Бредихиным и В. И. Вернадским, выдвинул новую гипотезу об образовании Земли из твердых частиц. А основанием этой гипотезы послужила идея о связи между Галактикой и Солнцем.
Захват пылевого облака
По гипотезе О. Ю. Шмидта Солнце вначале было одиночной звездой, почти столь же яркой, как сейчас. Оно мчалось по своей галактической орбите, которая, как это установлено учеными, расположена очень близко от средней плоскости Галактики.
И в этой же плоскости сосредоточены также крупные массы темной космической пыли.
Примерно 6 или 7 миллиардов лет назад Солнце нагнало одну из таких туманностей и пролетело сквозь нее, как бы пробивая в ней туннель.
Средние размеры пылевых облаков составляют, примерно, 10 световых лет, то есть они имеют в поперечнике около 95·1012 километров. Возможно, что скорость Солнца по сравнению со скоростью туманности равнялась, примерно, 30 километрам в секунду или 950 миллионам километров в год.
При такой скорости путешествие Солнца внутри туманности длилось около ста тысяч лет.
Пролетая сквозь газово-пылевое облако, Солнце своими лучами отметало прочь самую мелкую пыль и молекулы газов, а более крупные частицы-песчинки своим тяготением захватывало «в плен» и заставляло обращаться вокруг себя.
Этим сразу объясняется коренное противоречие солнечной системы – странное распределение моментов количества движения между планетами и Солнцем.
Момент количества движения, которым владеют в настоящее время планеты, принесен в солнечную систему роем твердых частиц, захваченных Солнцем. Он заимствован из того запаса, которым обладает Галактика.
Частицы, плененные Солнцем, обращались возле него по самым различным и, конечно, очень вытянутым «кометным» орбитам. Но направление движения у подавляющего большинства этих частиц было одинаковым, потому что все они принадлежали одному облаку и унаследовали от него свое движение.
Если какие-либо частицы двигались в противном направлении, то они неизбежно сталкивались со встречными песчинками и камешками, разбивались, теряли скорость и гибли, падая на Солнце.
Точно так же большинство частиц, пойманных тяготением Солнца, держалось в основном той плоскости, в какой двигалось все облако. Эта плоскость приблизительно совпадала с плоскостью солнечного экватора.
Пути пылинок, кружившихся вокруг Солнца, пересекались. Пылинки постоянно сталкивались между собой, некоторые из них отскакивали друг от друга, другие слипались вместе, но так или иначе после каждого столкновения пути частиц изменялись.
В результате непрестанных соударений частицы, летавшие по пересекающимся орбитам, постепенно выходили из строя или же вливались в общий круговой поток, двигавшийся вокруг Солнца. Песчинки, державшиеся в одной – центральной плоскости, сохранились, а число их увеличивалось за счет песчинок, свернувших со своего прежнего пути после столкновений.
Беспорядочно роившееся вокруг Солнца скопище понемногу устраивалось – возникало сравнительно организованное, упорядоченное сгущение пылевого вещества, которое охватывало Солнце наподобие кольца Сатурна, но оно было несравненно более толстое.
Здесь в этом первобытном скоплении пылинок началось образование зародышей будущих планет. Мелкие пылинки слипались друг с другом, падали на более крупные, и так возникали ядра, вокруг которых сгущалось космическое вещество, давая начало будущим планетам.
Эти зародыши планет первоначально обращались вокруг Солнца по сильно вытянутым эллиптическим орбитам, подобно нынешним кометам. Но на них непрерывным дождем сыпались песчинки. Каждое падение, каждый толчок, который испытывала юная планета, заставлял ее слегка отклоняться от прежнего пути и двигаться по новой орбите.
Закон планетных расстояний
Планеты росли, накапливали вещество и вместе с тем суммировали орбиты всех падающих на них частиц. В результате – эллиптичность их собственных орбит уменьшалась. И чем больше планеты накапливали материала, тем округленнее становились их орбиты.
При этом О. Ю. Шмидт указывает, что зародыши будущих планет могли возникнуть в любом месте пылевого сгущения, но сохранились они только на строго определенных расстояниях от Солнца и друг от друга.
Ядра планет формировались в областях устойчивых орбит, то есть там, где мешающее действие соседних ядер было наименьшим.
Вообразим для примера, что два планетных ядра сложились слишком близко друг от друга. Разумеется, они быстро подберут весь космический материал, находящийся между их орбитами. В дальнейшем им волей-неволей придется довольствоваться частицами со стороны.
Ядро планеты, расположенное ближе к Солнцу, сможет захватывать песчинки, летающие между ним и Солнцем. Более далекое от Солнца ядро будет вынуждено собирать космический материал со своей теневой стороны.
Иначе говоря, ближайшая к Солнцу планета начнет расти за счет частичек, летающих слева от нее, а более далекая планета – за счет частичек, летающих справа от нее.
Непрерывные толчки песчинок и камешков, падающих на поверхность юных планет, приведут к тому, что более близкое к Солнцу планетное ядро отойдет влево, в сторону своего «пастбища» – приблизится к Солнцу, а более далекое отойдет вправо, поближе к своему «пастбищу» – удалится от Солнца. Ядра планет разойдутся и в конце концов займут строго определенные устойчивые орбиты.
Может быть и другой случай. Между двумя планетными ядрами, расположенными на достаточном удалении друг от друга, возникнет третье промежуточное ядро. Это третье – лишнее – ядро быстро исчерпает запас космического материала в окружающем пространстве, останется малорослым «недомерком» и поэтому не сможет округлить свою орбиту Обращаясь вокруг Солнца, оно будет поочередно приближаться то к более близкой от Солнца планете, то к более далекой и, в конце концов, под действием их тяготения развалится, а ее вещество станет добычей соседей.
Таким образом, сам процесс роста молодых планет за счет падающего на них материала заставляет их не только округлять свои орбиты, но и занимать «законные» места в солнечной системе, где можно было бы расти без особых помех.
Академик О. Ю. Шмидт решил вычислить на основе своей гипотезы, каковы должны быть эти «законные» устойчивые орбиты планет, образовавшихся из скопления твердых частиц, летавших возле Солнца. Эта задача поддается математическому решению.
Расчеты О. Ю. Шмидта привели к весьма важному выводу: расстояния между планетами могут быть представлены некоторой математической формулой, в которой как частный случай заключается правило Боде-Тициуса.
Следовательно, таинственное правило Боде-Тициуса, смущавшее всех ученых и казавшееся необъяснимым совпадением чисел, получило простое и естественное объяснение. Планеты могли образоваться на тех орбитах, на каких они сейчас находятся. Планеты-неудачницы, почему-либо возникавшие в неустойчивых зонах, были вынуждены либо развалиться, либо упасть на другие планеты, либо отодвинуться на законное место.
Из этой таблички видно, что числа, полученные О. Ю. Шмидтом, даже больше соответствуют действительности, чем числа, даваемые правилом Боде-Тициуса.
Образование планет-великанов
Марс – последний из четверки планет земной группы. Дальше от Солнца, за роем астероидов, о которых речь будет впереди, находятся четыре планеты-гиганта– Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун.
Почему эти члены солнечной семьи так резко отличаются от планет земной группы, почему их размеры огромны, а плотности малы – не могла объяснить ни одна из прежних гипотез. Это были планеты-загадки. И верно, – наша Земля и ее соседи выглядят самыми нормальными планетами, они сложены из обычных материалов. Плотность Земли – 5,52.
Но как образовался Юпитер и из чего он сложен, если его масса в 318 раз больше массы Земли, объем в 1345 раз больше Земли, а плотность вещества лишь немногим отличается от плотности таких веществ, как глицерин или желатин?
Что это за вещество и как могла возникнуть эта рыхлая планета-громадина – совершенно неясно.
Гипотеза О. Ю. Шмидта дает объяснение.
Планеты формировались в борьбе двух сил: тяготения Солнца и давления солнечных лучей.
Давление солнечных лучей могло действовать только в той части пылевого облака, которая была прозрачна. Солнечные лучи тормозили пылинки в ближайших окрестностях Солнца и вызывали их падение на Солнце или же отбрасывали их далеко в сторону. Но влияние света по мере удаления от Солнца быстро ослабевало. На некотором расстоянии от Солнца толща пылевого облака оказывалась совершенно непроницаемой для света. Действие лучевого давления и торможения на этом расстоянии полностью прекращалось. Начиналась зона непрозрачности – зона мрака.
Там, где сквозь пылевое облако пробивались световые лучи и самые легкие частицы почти дочиста были выметены, – образовывались небольшие планеты земной группы.
Иное дело, – в зоне непрозрачности. Там во мраке клубились газовые облака, там находилось бесчисленное множество льдинок – замерзшей воды, замерзших газов: углекислоты, аммиака, метана; там на твердых частицах оседали в виде инея все легкие вещества, которые испарялись в околосолнечной области и были изгнаны оттуда солнечными лучами. И, разумеется, в зоне непрозрачности планеты слагались из тех материалов, какие там имелись – из замерзших газов, мелкой пыли и других легких веществ.
Планеты-гиганты – это дети мрака.
Густота облака в зоне непрозрачности, а также то, что Юпитер находился в центре захваченного Солнцем кольца космической пыли, создавали для Юпитера наиболее благоприятные условия. Он рос быстрее всех и вырос больше всех.
Крупная масса Юпитера, в свою очередь, помогала ему собирать вещество – к большой массе и мелочи притягивалось больше. Могучее тяготение Юпитера подчищало пространство на огромном расстоянии от него, а это обездоливало его ближайшего соседа. Марс мог бы стать более массивной планетой, но он не стал ею – помешало тяготение Юпитера.
Сатурн меньше Юпитера. Видимо рой частиц в районе его образования был реже, чем возле Юпитера. Кроме того, большая часть вещества, изгоняемого солнечными лучами из области формирования планет земной группы, рассеивалась в пространстве. Она достигала орбиты Сатурна в сильно разреженном состоянии – ведь Сатурн расположен почти вдвое дальше Юпитера. Все это привело к тому, что Сатурн собрал материала в три с лишним раза меньше, чем Юпитер.
Уран и Нептун – сравнительно небольшие планеты. Уран в 15 раз массивнее Земли, а Нептун массивнее ее в 17 раз.
В районе образования этих планет рой частиц безусловно был гораздо разреженнее, чем возле Сатурна и Юпитера.
Тут столкновения песчинок и камешков зачастую приводили к тому, что песчинка, ударившись о другую песчинку, отскакивала от нее, приобретала повышенную скорость и вырывалась из-под влияния солнечного тяготения. Такие частицы вылетали за пределы роя и навсегда покидали солнечную систему. Рой редел, и окраинным планетам оставалось мало материала.
Кроме того О. Ю. Шмидт предполагает, что вследствие огромных расстояний, которые разделяют окраинные планеты, Уран и Нептун еще не закончили сбор материала. Эти планеты продолжают расти и в наши дни.
Небольшое несоответствие между массами Нептуна и Урана отнюдь не противоречит гипотезе Шмидта. Нельзя представлять себе, что облако, встреченное Солнцем, и рой частиц, захваченный им, были совершенно однородными, несомненно в нем имелись и более плотные сгустки и разреженные места.
Точно также нельзя думать, что ядра всех планет сложились одновременно, как по команде. Несомненно, одни образовались чуть раньше, другие – позже. Те, что возникли раньше, совершенно естественно, использовали первенство и собрали больше материала.
Неоднородностью роя и разновременностью образования ядер планет объясняются их небольшие отклонения от нормы.
На самой границе роя, где вещества было совсем мало, образовался Плутон. Этому обитателю околицы солнечной системы пришлось довольствоваться только остатками строительных материалов. Он вырос такой же маленькой планетой, как и Марс. Его орбита тоже не смогла округлиться, а масса осталась примерно равной массе Марса.
Из гипотезы Шмидта следует, что Плутон – последняя планета солнечной системы. Возможно, что за орбитой Плутона летают небесные тела, подобные астероидам, но для образования настоящей планеты там материала недостаточно. Поэтому десятой крупной планеты в солнечной системе нет и быть не может.
