Текст книги "Рождение миров"
Автор книги: Михаил Ивановский
сообщить о нарушении
Текущая страница: 5 (всего у книги 25 страниц)
Полчища крошечных лун
В 1610 году Галилео Галилей первым заметил необычайную форму Сатурна. Однако самодельный телескоп ученого был очень слаб, он увеличивал только в 30 раз. Галилей не мог как следует разглядеть необычную планету, и ему тогда показалось, что по бокам Сатурна плывут две луны. Они словно стояли с двух сторон планеты.
Другие астрономы, наблюдавшие Сатурн, изображали его чем-то вроде сахарницы с двумя ручками. Но к удивлению ученых планета не сохраняла свою странную форму. Иногда она становилась похожей на. круглую шляпу с полями или на шар, лежащий в глубокой тарелке.
Изредка – раз в 15 лет – загадочные придатки исчезали, Сатурн становился самой обыкновенной планетой, такой же, как Юпитер или Марс. Затем придатки появлялись вновь.
Так в старину изображали Сатурн.
Когда телескопы усовершенствовали, Сатурн разглядели получше. Его придатки оказались широким и плоским кольцом, опоясывающим планету по экватору.
Это открытие не уменьшило загадочности Сатурна: оставалось совершенно неясным – что представляет собой его кольцо. Мнения ученых разделились. Одни говорили, что кольцо сплошное и твердое. Оно стоит на экваторе Сатурна, как стена, разгораживающая северное полушарие планеты от южного. Другие считали кольцо жидким и висящим над планетой, постоянно угрожая ей потопом. Третьи думали, что кольца газообразны и составляют часть атмосферы планеты.
Несколько астрономов – таких было меньше всего – пытались доказать, что кольца Сатурна состоят из мелких камешков.
Было замечено, что кольцо Сатурна не сплошное – оно состоит из трех частей – трех колец, вложенных друг в друга.
Очень важные сведения о кольцах Сатурна получили в Пулковской обсерватории.
О. В. Струве – сын великого русского астронома В. Я. Струве – измерил ширину колец. Они оказались весьма большими.
Самое близкое к планете кольцо прозрачно и светится слабо. Его поэтому иногда называют «креповым». Ширина «крепового» кольца 18 000 километров. Среднее, самое яркое кольцо, на 8000 километров шире «крепового». Третье, внешнее кольцо, имеет в ширину 16 000 километров.
Общая ширина колец такова, что земной шар мог бы катиться по ним, как футбольный мяч по садовой дорожке, – диаметр нашей планеты впятеро меньше ширины колец.
О. В. Струве измерил также среднюю скорость обращения колец.
Лаплас считал кольца Сатурна наглядным примером и памятником того, как образовались планеты и луны. По его мысли, кольца отделились от остывающего Сатурна, но в силу какой-то причины не смогли сгуститься в спутника. Кольца – это неудавшаяся луна, спутник, испортившийся при изготовлении, – думал Лаплас.
По его гипотезе, кольца должны вращаться медленнее планеты, но ни в коем случае не быстрее ее. На деле оказалось обратное. Противоречие, обнаруженное астрономами в 1877 году, привлекло к кольцам Сатурна еще большее внимание.
В XVIII и XIX веках не было ни одного астронома, который не заинтересовался бы этой достопримечательностью нашей солнечной системы. О кольцах Сатурна размышляли философы и физики. Над решением задач, возникавших при исследовании колец Сатурна, трудились лучшие математики.
Даже такой далекий от астрономии ученый, как Максвелл, и то увлекся изучением этой небесной диковинки. Максвелл доказал, что кольца не могут быть ни сплошными – твердыми, ни жидкими, ни газообразными. К точно такому же выводу пришла и Софья Васильевна Ковалевская – знаменитая русская женщина-математик. Кольца Сатурна состоят из отдельных мелких камешков.
Была также определена масса колец. Если собрать воедино все камешки, из которых состоят кольца, то образуется спутник, равный, примерно, 1/4 нашей Луны.
Выводы, сделанные математиками о природе колец, подтвердили русский астроном Аристарх Аполлонович Белопольский и американец Килер. Они измерили скорость вращения колец. Ближайший к Сатурну край кольца движется со скоростью в 21,1 километра в секунду, а дальний от планеты край движется со скоростью в 15,5 километра – медленнее внутреннего.
Твердое тело так вращаться не может. У твердого тела, например у патефонной пластинки, внешний край движется быстрей внутреннего, тут же происходит наоборот. Следовательно, кольца не сплошные – это полчища крошечных лун, и каждая такая луна-камешек обращается вокруг Сатурна как маленький, но совершенно самостоятельный спутник, и его движения определяются законом Кеплера.
Работы А. А. Белопольского продолжили советские ученые. Академик Г. А. Шайн исследовал состав света, отраженного внутренним «креповым» кольцом, и установил, что оно несколько «голубее» самой планеты. А это означает, что кольцо состоит из очень мелких пылинок – только очень мелкая пыль хорошо отражает голубые лучи.
Г. А. Тихов рассматривал кольца через разноцветные стеклышки – светофильтры. Когда лучи Солнца просвечивают сквозь кольца, они кажутся красноватыми, а когда кольца блестят в солнечных лучах, они выглядят слегка фиолетовыми. Это тоже подтверждает заключение Г. А. Шайна – кольца Сатурна состоят из мелкого песка и пыли.
Среднее кольцо, исследованное М. С. Бобровым и В. В. Соболевым, состоит из более крупных тел. Там есть глыбы величиной в несколько метров и даже встречаются более крупные куски, отбрасывающие тени.
Опасная зона Роша
Исследования колец Сатурна, выполненные С. В. Ковалевской, А. А. Белопольским, заставили ученых вспомнить о забытых в свое время трудах французского математика Э. Роша.
Рош доказал, что вокруг каждого небесного тела существует зона, в которую «вход спутникам воспрещен».
Если какая-нибудь луна чересчур приблизится к своей планете, то она будет буквально разорвана ее тяготением. На спутнике подымутся огромные приливные горбы, зашевелятся горы, вспучатся равнины. Вся поверхность спутника придет в движение, и он развалится, как ком глины.
Губительное действие тяготения объясняется третьим законом Кеплера.
Согласно этому закону, та часть спутника, которая находится ближе к планете, должна обращаться вокруг нее быстрее, чем более далекая, «тыльная» сторона. Тяготение заставляет одну часть спутника стремиться вперед, ускоряя свое движение, а другую оно тормозит. Спутник оказывается как бы между жерновами. И чем ближе станет подходить спутник к планете, тем сильнее скажется разламывающее действие тяготения.
Когда усилие, возникающее в теле спутника, преодолеет силы сцепления вещества этого спутника, он развалится на куски.
Конечно, спутник, состоящий из материала, подобного стали, и не очень большой, может приближаться к планете как угодно близко. Самолеты, например, прекрасно летают в зоне Роша земного шара и не разваливаются при этом на части.
Академик В. Г. Фесенков и другие ученые разработали теорию дальше. Губительное действие тяготения сказывается не на всех телах, а только на достаточно крупных. Например, глыба, состоящая из какого-либо непрочного вещества и диаметром до 220 километров, может безнаказанно приближаться к Земле вплоть до ее поверхности. С ней ничего не случится, так как размеры ее невелики. Разница в силе тяготения ближней и дальней части будет настолько незначительной, что катастрофы не произойдет, но глыба диаметром более 220 километров в поперечнике уже не выдержит приливного действия Земли и развалится.
Для сравнительно большой Луны граница опасной зоны лежит на расстоянии, равном 2,87 радиуса Земли или 11 900 километров от поверхности земного шара.
Применив эти расчеты к Сатурну, получим иные числа. Вплотную к поверхности Сатурна может приблизиться твердое тело размером не свыше 60 километров в поперечнике. Оно не развалится, даже если будет состоять из вещества, равного по прочности обыкновенному льду. Для спутника, достаточно крупного и хрупкого, как комок сырого песка, опасность возникает на расстоянии в 2,45 радиуса Сатурна или в 175 тысячах километров от его поверхности.
Кольца Сатурна целиком лежат в пределах зоны, опасной для очень хрупких – сыпучих или жидких – тел. Отсюда Рош сделал вывод: либо одна из лун Сатурна переступила порог этой зоны и ее разрушили приливные силы, либо вещество, из которого образовывались спутники планет, оказавшись внутри губительной зоны, не смогло собраться вместе и превратиться в луну.
Первое предложение, очевидно, неправильно: на том расстоянии, на каком находятся кольца Сатурна, его приливное действие неспособно разорвать твердое тело. Со вторым предположением согласны многие ученые. Кольца Сатурна – это остатки того вещества, из которого формировались планеты и их спутники.
Кольца Сатурна расположены за пределами зоны Роша для твердых тел.
Все спутники остальных планет расположились вне предела Роша. Только у Юпитера его ближайшая луна – безымянная малютка – находится возле самой границы опасной зоны. Но этот спутник мал, он может безбоязненно приближаться к Юпитеру, ведь его диаметр равен всего лишь 150 километрам.
Так же как и наша Луна, главные спутники Юпитера не приближаются к своей планете, а удаляются от нее, следовательно, ни нам, ни нашим потомкам не суждено увидеть рождение первого кольца Юпитера. Иное дело Тритон, спутник Нептуна, он обращается навстречу вращению планеты, и приливные силы постепенно подтягивают его к Нептуну. Наши далекие потомки через несколько миллионов лет будут наблюдать гибель Тритона.
Существование опасной зоны Роша делает невозможным рождение Луны тем путем, каким изобразил его Дарвин.
Луна, отделяясь от Земли, неминуемо должна была пройти через зону Роша.
По предположению Лапласа, и Земля и Луна были огненно-жидкими телами. Расплавленное вещество новорожденной, еще не окрепшей, неустойчивой Луны никак не могло противостоять разламывающему действию земного тяготения. Луна развалилась бы в первое же мгновение своего существования, и возле Земли возникло бы кольцо, такое же, как у Сатурна, но не было бы Луны.
Тем путем, какой нарисовал Дарвин, может быть, могли образоваться кольца, но отнюдь не луны. Следовательно, Луна никогда не находилась в зоне Роша. Она не отрывалась от Земли и возникла на расстоянии не меньшем, чем 18 300 километров от центра земного шара. Формирование Луны могло происходить только за пределами опасной зоны. Луна не дочь Земли, а только ее сосед.
Ценность работы Дарвина заключается в том, что она указала, какое значение имеет приливное трение в развитии солнечной системы; позволила заглянуть в прошлое нашей двойной планеты и дала первую научно обоснованную и правдоподобную оценку возраста Луны. Луна не может быть моложе 3,5–4 миллиардов лет. Примерно за этот промежуток времени Луна отодвинулась на расстояние в 384 400 километров.
Есть основание думать, что Земля не старше и не моложе Луны, они образовались примерно в одну эпоху.
Ученые защищают гипотезу
Существование у планет спутников с обратным движением, по мнению сторонников гипотезы Лапласа, ни в коем случае не могло ее опровергнуть.
В самом деле, и Феба Сатурна и три обратных спутника Юпитера существенно отличаются от всех остальных лун. Прежде всего бросается в глаза то, что они занимают только крайние, наиболее далекие от планет, орбиты. Похоже, что спутники с обратным движением появились возле планет после всех – ведь опоздавшим всегда достаются последние места.
Сатурн и его спутники.
Затем, орбиты крайних спутников сильно вытянуты. Они значительно отличаются от правильных, почти круговых, орбит остальных спутников.
Наконец, спутники, движущиеся навстречу общему потоку, обладают исключительно малыми «астероидными» размерами.
Вот список четырех нарушителей порядка солнечной системы. Для сравнения даны также сведения об Ио – одной из «нормальных» лун Юпитера.
Разве можно причислять этих малюток к «настоящим» лунам? Это, повидимому, астероиды, каким-то образом попавшие в положение лун.
По современным представлениям, все планеты образовались в одну эпоху с Землей и Луной. Разница в возрасте не может быть значительной. Им всем, примерно, по 3,5–4 миллиарда лет.
А это срок огромный. Миллиард – невообразимо большое число.
Говорят что звезд, видимых на небе невооруженным глазом, бесчисленное множество. Действительно, их много, но не миллиард, а в триста тысяч раз меньше миллиарда. Если бы все небо сплошь усыпать звездами, то все равно их было бы меньше миллиарда.
Миллиард листов писчей бумаги, уложенных стопкой, подымутся ввысь колонной высотой в 90 тысяч метров.
В два миллиарда минут укладывается история человечества, начиная от Древнего царства в Египте до наших дней.
Так велик миллиард!
Солнечная система существует 3,5–4 миллиарда лет. За это время могло случиться так, что какой-нибудь астероид или обломок кометы, пролетая мимо планет-великанов, попал к ним в плен.
Нет ничего невозможного, – говорили защитники гипотезы Лапласа, – что несколько астероидов или обломков короткопериодических комет были пойманы могучим притяжением Юпитера и Сатурна и превратились в их спутников.
Существование спутников с обратным движением не опровергает гипотезу Лапласа: они, по всей вероятности, не коренные члены солнечной семьи, а пришельцы, нашедшие у нас приют уже после образования планет.
Расчеты, сделанные астрономами, показали, что любое тело, захваченное планетой и превращенное ею в своего спутника, может обладать только обратным движением и ни в коем случае не прямым.
Против гипотезы Лапласа было выдвинуто еще несколько возражений. Например, спрашивали, каким путем могли образоваться в солнечной системе астероиды с очень вытянутыми, эллиптическими орбитами, которым астрономы условились давать мужские имена. Следуя гипотезе Лапласа, орбиты всех спутников Солнца – планет и астероидов – обязательно должны быть круговыми – ведь они возникли из колец!
Защитники гипотезы отвечали: наблюдения ясно показывают родство астероидов с кометами. Есть и астероиды с кометными орбитами. Есть и кометы, похожие на астероидов.
Почему надо думать, что все астероиды образовались одновременно с планетами? Возможно, что Аполлон, Гермес, Адонис и другие астероиды с эллиптическими и сильно наклоненными орбитами – позднейшее приобретение нашей солнечной системы. Это тоже пришельцы из межзвездного пространства, захваченные Солнцем во время его движения по бесконечным дорогам Вселенной.
Нельзя думать, что в солнечной системе ничто не прибывает и не убывает и все сохраняется таким же, каким оно было вначале.
Впоследствии выяснилось, что обе стороны неправы. Астероиды с мужскими именами тоже коренные жители солнечной системы, а не пришельцы со стороны. А их кометообразные орбиты есть результат и следствие тех событий и изменений, какие происходят в солнечной системе.
Было выдвинуто третье возражение, более забавное, чем серьезное. Противники гипотезы указывали, что нельзя объяснить существование плоского светящегося облака, которое окружает Солнце и распространяется за пределы орбиты Земли. Края этого облака удается наблюдать в южных широтах вскоре после захода Солнца. Оно поднимается над горизонтом белесоватым конусом, за которым укрепилось название зодиакального света.
Защитники гипотезы совершенно справедливо говорили: из чего бы это облако ни состояло – из пыли или газов, – все равно оно не долговечно. Ни пыль, ни газы не могут сохраняться возле раскаленного Солнца неопределенно долгое время, это не планеты. Несомненно, что облако либо пополняется веществом извне, либо его порождает Солнце. Оно – подвижное образование, и нельзя требовать от гипотезы Лапласа, чтобы она объясняла все, что происходит на наших глазах.
Зодиакальный свет виден в южных широтах после захода Солнца.
Впоследствии, как это мы увидим из дальнейшего исследования, академик В. Г. Фесенков полностью подтвердил правоту сторонников гипотезы Лапласа. Облако, образующее зодиакальный свет, пылевое, и его состав непрерывно обновляется.
Эти возражения против гипотезы Лапласа есть остатки тех взглядов, будто бы все однажды возникшее сохраняется навеки неизменным.
Такие возражения изобретали религиозно настроенные ученые, стремившиеся опорочить и уничтожить ненавистную им гипотезу. Они старались нагромоздить как можно больше надуманных противоречий, рассчитывая поколебать гипотезу Лапласа. Но мертвого, застывшего, неизменного в природе нет. Солнечная система устойчива, но не мертва. Она развивается, как и все существующее. То, что мы видим сейчас в пределах солнечной системы, было не таким в эпоху ее возникновения. В ней непрерывно что-то отмирает, исчезает, разрушается и одновременно нарастает, развивается новое.
Сторонники гипотезы Лапласа понимали этот основной закон развития материального мира. На все возражения реакционных поповствующих ученых, которые воображали, что солнечная система создана богом и в ней ничего не изменяется, они находили удовлетворительные ответы. Все ложные атаки были отражены.
В конце ХIХ века гипотезе Лапласа исполнилось 100 лет со дня опубликования. К этому времени появилось несколько новых космогонических предположений, однако старушка-гипотеза, несмотря на морщины, выглядела все еще бодрее своих молодых соперниц.
На рубеже XIX и XX веков положение изменилось.
Крушение великой гипотезы
К началу XX века ученые основательно усовершенствовали приемы математического анализа. Математики смогли ставить перед собой более сложные задачи и с успехом решали их. Астрономы сделали много новых и важных открытий.
Против гипотезы Лапласа выдвинулись более доказательные и подлинно научные возражения. Они основывались не на представлении о неизменности мира, а на более глубоком знании законов движения материи.
Представим себе, что существует огромная, вращающаяся газовая туманность. Под влиянием тяготения она действительно будет сжиматься, а сжимаясь – ускорять свое вращение.
Быстрое вращение заставит туманность сплющиваться. Она станет похожей на две тарелки, сложенные краями. При достаточно большой скорости вращения центробежная сила в экваториальной области туманности безусловно уравновесит тяготение, поэтому туманность, сжимаясь, отделит часть своего вещества, но отнюдь не в виде кольца.
Под влиянием большой центробежной силы частицы газов начнут покидать экваториальную область туманности и попросту рассеиваться в пространстве. Никаких колец не получится. Это ошибка гипотезы.
Но допустим, что лапласовские кольца все-таки образовались. Эти кольца состоят из раскаленных паров и газов. Всякий газ стремится занять наибольший объем. Это его основное свойство. Следовательно, вещество газового кольца никоим образом не может сгуститься и образовать планеты. Оно способно только на одно: без остатка рассеяться в пространстве.
Газовое облако будет сгущаться только при определенных условиях: оно должно иметь шарообразную форму и быть достаточно массивными плотным. Газовые шары вроде нашего Солнца или звезд не рассеиваются в пространстве, потому что они велики. Большая масса – большое тяготение, и оно удерживает частицы газов, не позволяя им улетучиваться.
Небольшое газовое облако обречено на гибель.
Следовательно, газовое кольцо, чтобы не рассеяться, должно быть несоразмерно большим – с массой в несколько сот и. даже тысяч солнц. Однако кольца, которые чуть ли не больше самой туманности, образоваться не могли, а меньшие – должны были рассеяться.
Допустим, что кольца все-таки не рассеялись и планеты из них начинают формироваться. По третьему закону Кеплера кольца должны обращаться вокруг породившей их туманности так же, как обращаются кольца Сатурна, а там ближайший к планете край кольца движется быстрее, стремится вперед, дальний – движется медленнее, отстает.
Если из такого кольца возникнет планета, она должна будет вращаться по часовой стрелке, а не против нее. Иначе говоря, вращения планет и вращение центрального светила – Солнца должны быть направлены в разные стороны.
Согласно гипотезе Лапласа планеты должны вращаться по часовой стрелке.
А этого в действительности нет. Планеты и Солнце вращаются в одну сторону.
Все эти рассуждения, подкрепленные расчетами лучших математиков мира, нанесли гипотезе Лапласа первый решительный удар. Стало ясно, что гипотеза расходится с основными законами механики. Она неправильно рисует картину происхождения солнечной системы.
Не менее серьезные противоречия обнаружились между гипотезой и астрономическими наблюдениями.
Создавая свою гипотезу, Лаплас опирался на факты, известные ученым в его время. Астрономы видели среди звезд несколько круглых и кольцеобразных туманностей с яркими звездочками в центре. Эти туманности тогда казались ученым неопровержимым доказательством в пользу Лапласа. Им даже дали соответствующее название – планетарные туманности.
Точные измерения, сделанные учеными, показали, что планетарные туманности чересчур велики – самая маленькая в сорок раз больше солнечной системы. Вещество же этих туманностей разлетается в стороны – прочь от центральной звездочки. Оно рассеивается, а не сгущается; туманности не сжимаются, а, наоборот, расширяются.
Наблюдая планетарную туманность, мы видим отнюдь не рождение звезды, а наоборот, – образование туманности звездой.
Действительность не подтверждает гипотезу. В окружающей нас части Вселенной – насколько могут достать современные телескопы – не оказывается ничего, что напоминало бы лапласовскую кольцевую туманность.
Наблюдения, которые послужили Лапласу основой для его гипотезы, были ошибочны.
Третье опровержение выдвинули физики.
