Текст книги "Происхождение миров"
Автор книги: Поль Лаберенн
сообщить о нарушении
Текущая страница: 7 (всего у книги 17 страниц)
В то самое время, когда гипотеза Лапласа подвергалась видоизменениям, техника, прикладные и так называемые «чистые» пауки переживали исключительно быстрый прогресс. Более глубокие математические и физические теории, более точные астрономические наблюдения способствовали тому, что проблемами космогонии начало интересоваться все большее количество ученых. Девятнадцатый век оказался очень богатым на новые и смелые гипотезы о происхождении миров. Правда, хотя эти гипотезы (в частности, гипотезы Фая, Лигондеса, Аррениуса) нередко способствовали выяснению некоторых сторон проблемы происхождения солнечной системы, в настоящее время они в основном уже оставлены. Те наблюдательные и теоретические сведения, на которые опирались авторы этих гипотез, содержали еще слишком много неуверенного и ошибочного.
Начало XX в. ознаменовалось новыми открытиями (в отношении вращения газовых масс, эволюции звезд и т. д.), которые пробудили самые большие надежды. Представлялось возможным расширить слишком узкие рамки космогонии, ограничивающей себя только солнечной системой и рассмотреть всю проблему эволюции вселенной в целом.
В 1916 г. английский астроном Джинс выдвинул гипотезу, которая, казалось, давала ответ на большинство нерешенных вопросов. В течение 15 лет эта гипотеза пользовалась бесспорным успехом. Ее авторитет был настолько велик, что, несмотря на ее различные ошибки, она оказала значительное влияние на все последующее развитие космогонии. Следовательно, мы не можем на ней не остановиться.
Критика Джинсом гипотезы Лапласа
Прежде всего Джинс установил следующее:
1) если газовое сгущение обладало такой большой скоростью собственного вращения, какую предполагал Лаплас, то от него не могли бы отделяться газовые кольца, а оно просто разлетелось бы в разные стороны подобно разорвавшемуся маховику, и, следовательно, наша планетная система образоваться из него не могла;
2) исходя из фактических данных о скоростях движений в солнечной системе, можно утверждать, что Солнце никак не могло когда-либо обладать этой критической скоростью вращения.
Вместе с тем Джонс считал, что явления, с помощью которых Лаплас объяснял происхождение солнечной системы, имели место во вселенной, но происходили в гораздо более крупном масштабе. А именно, по мнению Джинса, гипотеза Лапласа позволяет понять, как из спиральных туманностей образовались звезды.
От спиральных туманностей к звездам
Джинс начал с детального изучения условий существования небесных тел. Для того чтобы сгущение газовой материи было устойчивым (в случае очень малой плотности сгущения), т. е. для того, чтобы собственное (тепловое) движение молекул не могло преодолеть притяжения всего сгущения в целом и привести к рассеянию газа в межзвездном пространстве, необходимо, чтобы сгущение обладало достаточно большими размерами и массой (тем большими, чем меньше его плотность).
Новейшие астрофизические исследования позволили оценить (конечно, довольно грубо) порядок величины средней плотности вещества в пространстве. Эта плотность, т. е., например, количество массы в граммах на кубический сантиметр при условии, что все небесные тела были бы «размолоты» и рассеяны равномерно во вселенной, исключительно мала.[48]48
В настоящее время принимают, что эта средняя плотность соответствует одному грамму вещества в кубе с длиной ребра от 1000 до 10 000 км. (Перев.)
[Закрыть] Учитывая этот результат, Джинс нашел, что размеры устойчивых сгущений, которые могут образоваться внутри столь разреженной среды, как раз сравнимы с размерами наблюдаемых спиральных туманностей.
Оставляя в стороне вопрос о самом происхождении спиральных туманностей, мы перейдем к изложению точки зрения Джинса на эволюцию одного из таких больших сгущений с массой, превышающей в миллиарды раз массу Солнца.
Согласно Джинсу эти большие сгущения (туманности) имеют сначала примерно сферическую форму. Некоторые отклонения от симметрии в процессе образования туманности приводят к возникновению вращательного движения, которое сообщает туманности форму слегка сплющенного апельсина. В то же самое время туманность сгущается под влиянием сил тяготения, скорость вращения увеличивается и, следовательно, туманность все более сплющивается. Скорость движения молекул вблизи внешней границы туманности может достичь нескольких сот километров в секунду. В экваториальных областях центробежная сила преодолевает силу притяжения, от туманности отделяется вещество, образуя спиральные рукава, окружающие центральное ядро (конечно, туманность не может разлететься в разные стороны по причине своей малой плотности). В свою очередь спиральные рукава распадаются на новые сгущения меньших размеров и большей плотности, превращающиеся в звезды.
Рис. 11. Большая спиральная туманность М31 в созвездии Андромеды, находящаяся на расстоянии 1 700 000 световых лет от нас. В ясные ночи ее можно наблюдать невооруженным глазом в виде маленького светлого пятна
На всю совокупность этих процессов требуется согласно Джинсу исключительно большое время, измеряемое по крайней мере триллионами лет.
Двойные звезды
По поводу происхождения двойных звезд Джинс высказал очень смелую гипотезу, рискованность которой он сам признает. Согласно этой гипотезе звезды каждой пары имеют общее происхождение и должны, по-видимому, образоваться из одной звезды.
Рис. 12. Спиральная туманность NGG 4596, видимая почти «с ребра»
Джинс предполагает, что вещество большинства, если не всех, звезд находится в таком состоянии, что оно обладает свойствами жидкости (гипотеза «жидких звезд»). Далее он старается обосновать, что жидкая масса, обладающая быстрым вращением, может разделиться на два отдельных тела. Объяснив таким образом происхождение двойных звезд, Джинс рассматривает дальнейшую их эволюцию с учетом действия тяготения, приливных сил и потери массы за счет излучения.[49]49
Заметим, что некоторые астрономы (например, Дж. Дарвин), высказывали мнение о том, что подобные процессы могли также привести к рождению Луны путем ее отделения от Земли.
[Закрыть] Между прочим, он приходит к выводу, что звезды пары должны постепенно удаляться одна от другой. Наконец, некоторые звезды пары делятся в свою очередь, благодаря чему образуются «подсистемы», т. е. кратные системы, состоящие из трех и большего числа звезд.
Происхождение планетной системы
Согласно Джинсу процесс формирования планетной системы представляет в жизни звезды гораздо более редкое явление, чем деление одной звезды на две. Он объясняет образование планет солнечной системы следующим образом.
В начале Солнце было звездой, которая нормально проходила первые стадии своей эволюции. Однако несколько миллиардов лет назад вблизи Солнца прошла очень близко другая, по-видимому, более крупная звезда. Джинс уточняет, что она должна была приблизиться к Солнцу на расстояние, меньшее трех солнечных диаметров. Такое сближение привело к возникновению на обеих звездах гигантских приливных выступов, с которыми наши приливы на Земле не могут идти ни в какое сравнение.
Огромные горы раскаленного вещества, образовавшиеся таким образом на Солнце, все больше росли по мере приближения возмущающей звезды и, наконец, от Солнца оторвался длинный газовый «рукав». Эта струя материи продолжала обращаться вокруг Солнца под влиянием притяжения к нему, в то время как звезда, вызвавшая это явление, продолжала свой путь и удалилась (в настоящее время уже невозможно найти на небе эту звезду).
Можно заметить, что эта гипотеза не очень сильно отличается от гипотезы Бюффона, который предполагал столкновение между Солнцем и кометой… Правда, Джинс не хочет рассматривать случай настоящего столкновения двух звезд по причине крайне малой вероятности подобного события. Однако, если учесть, что расстояния между звездами измеряются вообще триллионами километров, то и такое сближение, какое предполагает Джинс, является чрезвычайно редким событием.
Струя отделившейся от Солнца материи не могла быть устойчивой. Она распалась на отдельные сгущения, причем самые маленькие притягивались и поглощались самыми крупными. Таким путем и образовались планеты, обращающиеся вокруг Солнца в том же направлении, в каком обращалась первоначальная струя материи. Это направление и есть прямое. Собственное вращение планет происходило сначала в обратном направлении и изменение направления вращения в большинстве случаев обязано действию приливных сил.
Что касается спутников, то Джинс предполагает, что они отделились от планет таким же образом, каким отделились от Солнца сами планеты. Приливное воздействие Солнца на каждую планету приводило к извержению из планеты струи материи.
Остается объяснить (здесь мы сталкиваемся с теми же возражениями, какие были сделаны Лапласом Бюффону), почему орбиты планет вокруг Солнца и орбиты спутников вокруг планет близки к кругам. Действительно, согласно законам механики орбиты тел, образованных описанным образом вследствие воздействия на Солнце проходящей звезды, должны были бы быть вытянутыми. Однако Джинс предполагает, что сгущение в планеты вещества, выброшенного из Солнца, произошло не сразу. Таким образом, планеты (и спутники) сначала двигались сквозь остатки пыли и газа, оказывающие некоторое сопротивление их движению. В результате этого сопротивления орбиты планет постепенно приняли нынешнюю форму, мало отличающуюся от круговой.
Малые планеты и кометы
Джинс, как и Лаплас, предполагал, что кометы во время их движения в небесном пространстве были притянуты и затем захвачены солнечной системой. Что касается малых планет, из которых почти все располагаются между орбитами Марса и Юпитера, то Джинс также принял прежнюю гипотезу и утверждал, что они представляют собой осколки распавшейся большой планеты. Эта планета некогда прошла очень близко около Юпитера, и его приливные силы разорвали ее на тысячи кусков. Джинс опирался в этом вопросе на работы французского астронома Роша, согласно исследованиям которого (1850) для каждой планеты существует так называемое критическое расстояние. Любой спутник или любое небесное тело, приблизившееся к более массивной планете ближе, чем на это критическое расстояние, должны, если они более или менее затвердели, разрушиться под действием приливных сил. Рош, в частности, объяснял таким образом происхождение знаменитого кольца Сатурна.
Крушение гипотезы Джинса
Для того чтобы увидеть, что почти все предположения, из которых исходил Джинс, противоречат наблюдаемым фактам, достаточно сослаться на материал главы II.
а) Противоречия в отношении эволюции галактик. Первые затруднения возникают в связи с вопросом об эволюции галактик. С трудом поддавалось объяснению существование спиральных рукавов, и этот вопрос тревожил Джинса настолько, что он однажды высказал предположение, что эти рукава могли быть вызваны проникновением в наше пространство материи из некоторого непознаваемого для нас «внешнего мира» (обладающего, например, дополнительным измерением)!
С другой стороны, тяжелый удар был нанесен теории Джинса более точными оценками возраста спиральных туманностей. Действительно, как мы уже видели (стр. 55), в настоящее время галактикам (и в том числе нашему Млечному Пути) приписывают возраст в сотни и тысячи раз меньший того, который выводил Джинс на основании своих ошибочных статистических подсчетов.
Шведский ученый Линдблад и другие астрономы пытались построить математическую теорию, лучше объясняющую истечение материи в спиральные рукава. Согласно этой теории истечение имеет колебательный характер с очень длинным периодом и происходит как бы последовательными волнами. По мнению этих ученых, именно поэтому образовались довольно правильно расположенные уплотнения, наблюдаемые в спиральных рукавах многих галактик.
Рис. 13. Спиральная туманность М51 в созвездии Гончих Псов
Гипотеза Линдблада имела то преимущество, что допускала более быструю эволюцию галактик.
Но даже после таких видоизменений гипотеза Джинса об эволюции спиральных туманностей была оставлена, как только обнаружили, что сферические галактики не являются газовыми, а состоят из очень большого числа звезд и что они, по-видимому, соответствуют конечной, а не начальной стадии развития. Действительно, если вначале галактики обладают неправильной формой, и если на последнем этапе они приобретают значительную плотность и сферическую форму (в соответствии с принятой сейчас точкой зрения), то соображения Джинса об эволюции спиральных туманностей не имеют под собой никаких оснований.
б) Противоречия в отношении двойных звезд. Гипотезе образования двойных звезд путем деления одной звезды посчастливилось не в большей мере. Все последние данные о внутреннем строении звезд показали, что гипотеза Джинса, т. е. гипотеза «жидких звезд», мало обоснована. Более того, на основании данных о скорости собственного вращения звезд в двойных системах было установлено, что звезда – «прародительница» должна была бы иметь во многих случаях такую скорость вращения, которая никогда не наблюдается в действительности. Напомним, наконец, что В. А. Амбарцумян показал, что все оценки Джинсом возраста двойных систем преувеличены в тысячу раз (стр. 55).
в) Противоречия в отношении планетных систем. В этом пункте идеи Джинса вступили в наиболее резкое противоречие с фактами. Джинс торжественно утверждал в 1929 г. не без некоторого намеренного преувеличения: «Для продолжительности существования в несколько триллионов лет эта вероятность (того, что звезда обладает системой планет. – Я. Л.) не более 1: 100 000».[50]50
J. Jeans, L'Univers, 1930.
[Закрыть]
И вот первые результаты, полученные после 1943 г. при изучении неправильностей в движениях двойных звезд, привели к мысли о том, что, возможно, каждая десятая звезда окружена планетами. Теория извержения струи материи под влиянием притяжения возмущающей звезды совершенно неспособна объяснить такую распространенность планетных систем.
С другой стороны, американский астроном Спитцер теоретически показал, что струя материи, рассматриваемая Джинсом, не могла сгуститься в планеты при тех же условиях, в которых она должна была образоваться.[51]51
Теория Джинса не может также объяснить огромных размеров солнечной системы. На это впервые указал американский астроном Рессел. В самом деле, чтобы вырвать вещество из Солнца, звезда должна была пройти очень близко к нему; но тогда планеты должны обращаться в непосредственной близости от Солнца. Точный расчет, проведенный советским ученым Н. Н. Парийским, подтвердил, что гипотеза Джинса не может объяснить размеров солнечной системы. (Прим. ред.)
[Закрыть]
Таким образом, от гипотезы Джинса о происхождении небесных тел осталась лишь идея о возможности образования планет из газовых сгущений. Но и эта идея требует пересмотра в свете последних открытий.
V. Конец солнечной системыПунктом, который, пожалуй, менее устарел в теориях Дж. Дарвина, Джинса и других ученых той эпохи, является описание конца солнечной системы. В этом вопросе существенным является, с одной стороны, учет приливных сил, объясняющих замедление вращения Земли, и, с другой стороны, учет потери энергии солнечного излучения, позволяющий предвидеть срок гибели всей солнечной системы.
Удлинение земных суток
Как мы уже видели, приливное трение замедляет собственное вращение Земли. Это замедление кажется ничтожным: длина суток (время, необходимое для одного оборота Земли) увеличивается на одну секунду лишь за 100 000 лет. Однако, если учесть, что жизнь небесных тел измеряется миллиардами лет и что величина замедления возрастает со временем, то изменение скорости вращения Земли может оказаться очень значительным. Согласно Дж. Дарвину наступит момент, когда Земля будет делать один оборот вокруг своей оси за то же время, какое необходимо Луне для одного оборота вокруг Земли.
Как отметил Энгельс, первым, кто обратил внимание на все значение этого явления, был Кант, «который, – писал Энгельс, – своей небулярной теорией уже выдвинул положение о возникновении солнечной системы, а открытием замедляющего влияния морских приливов на вращение земли указал на неизбежную гибель этой (солнечной. – П. Л.) системы».[52]52
Ф. Энгельс, Анти-Дюринг, Госполитиздат, 1951, стр. 12.
[Закрыть]
Возвращаясь к этому вопросу в «Диалектике природы», Энгельс уточняет характер действия приливных сил, вполне справедливо замечая, что эти силы, вследствие существования внутренних приливов, воздействуют па все вещество небесных тел, а не только на водную оболочку, как это полагал Кант: «Притяжение луны и солнца действует не только на жидкие массы земного шара или его поверхности, но вообще на всю массу земли, тормозя ее вращение».[53]53
Ф. Энгельс, Диалектика природы, Госполитиздат, 1950, стр. 77.
[Закрыть]
Дж. Дарвин, обращая внимание на относительно большую массу Луны (составляющую 1/80 массы Земли, в то время как для других спутников это отношение гораздо меньше), делает вывод в пользу гипотезы об отделении Луны от Земли под влиянием приливных сил Солнца.
Согласно гипотезе Дж. Дарвина во всех аналогичных системах после деления одной первоначальной массы на две взаимное действие образовавшихся двух небесных тел сначала приводит к их удалению друг от друга и постепенному уравниванию скоростей их собственного вращения, после чего эти небесные тела должны быть обращены друг к другу всегда только одной своей стороной. Колоссальное приливное воздействие, оказываемое некогда Землей на Луну, уже привело к тому, что Луна обращена к Земле всегда одним своим полушарием. В настоящее время приливы, производимые Луной на Земле как в океанах, так и во внутренних частях Земли, тормозят суточное вращение земного шара. В то же время Луна удаляется от Земли и период ее обращения вокруг Земли увеличивается. Эти различные эффекты проявляются, конечно, весьма и весьма медленно, но в конце концов, как мы уже замечали, приобретут очень большое значение.
Правда, дальнейшие исследования показали, что предположение Дарвина о возможности отделения Луны от Земли оказалось неверным: Луна не могла отделиться от Земли. Однако гипотеза Дж. Дарвина осталась в целом приемлемой в той ее части, которая касается объяснения замедления собственного вращения Земли и Луны вследствие существования приливного трения.
Само собой разумеется, что были попытки представить то, что должно произойти в еще более далеком будущем. Проблема является далеко не простой, поскольку нельзя проанализировать со всей точностью детали механизма торможения. Мы приведем данные о промежутках времени и о периодах вращения, которые были получены английским астрономом Джеффрейсом. Конечно, к этим данным следует относиться как к весьма приблизительным.
Согласно вычислениям Джеффрейса через 50 миллиардов лет продолжительность земных суток станет равной периоду обращения Луны вокруг Земли. Такую же продолжительность будет иметь период собственного вращения Луны, удаленной от Земли на значительное расстояние. Земля будет обращена к Луне всегда одним своим полушарием. Продолжительность суток будет тогда в 47 раз больше, чем в наше время. Эти изменения, как можно без труда видеть по приведенным числам, были и будут оставаться совершенно незаметными на протяжении одной человеческой жизни. Только тщательное изучение движения Луны позволяет в настоящее время обнаружить этот факт. Несомненно, что человечество не будет иметь возможности увидеть завершение этих перемен. Если принять результаты Бете, то Солнце перестанет излучать самое большее через 18 миллиардов лет. К этому времени продолжительность суток увеличится всего в 15 раз. Учитывая исключительную медленность этих изменений, кажется вероятным, что научный и технический прогресс поможет человечеству и, возможно, некоторым видам животных приспособиться к такому удлинению суток и связанным с этим большим изменениям климата.
Смерть Солнца
С течением времени Солнце, которое является уже далеко не молодым, будет продолжать расходовать свой водород. Внешняя температура Солнца и его излучение сначала еще будут поддерживаться благодаря ядерным реакциям, происходящим в его недрах, но затем водорода будет становиться все меньше и меньше, и примерно через 15–20 миллиардов лет Солнце, по-видимому, будет находиться на пороге своей смерти. Поверхностная температура Солнца должна резко уменьшиться. О дальнейшем ходе эволюции Солнца можно делать лишь крайне необоснованные предположения.
Будущее человечества
Удлинение суток и, в особенности, изменения температуры Земли приведут к глубоким изменениям условий существования на нашей планете. Джинс предполагает, что человечество может избежать медленной гибели на обледеневшей планете, переселившись на планеты, более близкие к Солнцу. Напротив, если предположить, что Солнце сначала увеличит намного свое излучение, то люди должны будут (к счастью, в срок еще весьма далекий) сначала переселиться на Марс или на еще более далекие планеты… Но несколько миллиардов лет спустя люди должны будут снова приблизиться к Солнцу, еще не погасшему, чтобы на этот раз избежать замерзания. Реализация этих межпланетных путешествий казалась несколько лет назад в высшей степени проблематичной. Недавний прогресс ракетной техники, необъятные возможности, открываемые на пути использования атомной энергии, делают подобные путешествия гораздо менее невероятными.[54]54
В 1957 г. состоится запуск искусственных спутников Земли в Советском Союзе и США. (Прим. ред.)
[Закрыть]
Но в равной мере возможно, что новые источники энергии, используемые человеком, позволят ему успешно противостоять небесным катастрофам, которые ему угрожают, и оставаться таким образом еще более длительное время на Земле. Впрочем, кто знает, какие другие замечательные изобретения будут осуществлены в будущем! И если когда-нибудь, несмотря на все новые открытия, которые можно с полным основанием предвидеть, человечество очутится перед лицом истощения энергии Солнца и обледенения планет, обращающихся вокруг мертвой звезды, почему нельзя иметь в виду, как это сделал Поль Ланжевен,[55]55
Укажем еще в связи с этим на другое любопытное следствие теории относительности, также обнаруженное Ланжевеном. Если межзвездная ракета достигнет скорости, близкой к скорости света, то путешествие, длящееся целые поколения с точки зрения наблюдателя, остающегося на Земле, продлится лишь несколько лет, или даже менее, с точки зрения межзвездного путешественника. (Однако, если такая ракета должна вновь вернуться на Землю, она не будет все время двигаться прямолинейно и равномерно, а либо должна будет остановиться, либо двигаться по замкнутой кривой. Следовательно, она не будет повиноваться частной теории относительности, лишь для которой верно указанное явление. – Прим. ред.)
[Закрыть] долгие межзвездные путешествия (которые могли бы длиться в течение поколений) с целью переселения на другие планетные системы вокруг еще активной звезды.
