Происхождение и возраст Земли - М. Субботин

Открытые в 1877 году спутники Марса создали затруднения другого рода. Из гипотезы Лапласа следует, что время обращения каждого спутника вокруг планеты должно быть таким же, как время обращения кольца, породившего этого спутника. Но ведь после того как от планеты отделилось кольцо, она продолжала сжиматься, и, следовательно, время её вращения продолжало уменьшаться (потому что угловая скорость вращения увеличивалась). Таким образом, время обращения спутника должно быть всегда больше, нежели время вращения планеты вокруг оси. Однако, для Фобоса — ближайшего из двух спутников Марса, который обращается вокруг планеты в 7 час. 39 мин., — это не имеет места, так как Марс делает полный оборот вокруг своей оси в 24 час. 37 мин. 23 сек.

Кольцо Сатурна, которое Лаплас считал лучшим подтверждением своей гипотезы, представляет аналогичное явление. Когда спектральный анализ позволил определить скорости движения частиц, составляющих кольцо (это было сделано А. А. Белопольским при помощи 30-дюймового рефрактора Пулковской обсерватории), то оказалось, что период обращения внутреннего края кольца равен всего восьми часам, тогда как Сатурн делает полный оборот вокруг оси в 10 час. 14 мин. 24 сек.

Все эти факты могли быть согласованы с гипотезой Лапласа лишь путём различных дополнительных, более или менее искусственных предположений. Например, для объяснения того, что Фобос в своём быстром движении обгоняет поверхность Марса, можно допустить, что когда- то Марс вращался много быстрее — период его вращения был меньше периода обращения Фобоса, — но потом, под действием приливов (производившихся на ещё незастывшем Марсе притяжением Солнца) вращение Марса замедлилось. Однако, тут возникают новые затруднения. Вычисления показывают, что время, нужное для того, чтобы приливы замедлили вращение Марса на требуемую величину, слишком велико.

Ещё труднее объяснить приливами замедление вращения Сатурна, потому что на Сатурне, который отстоит примерно в шесть раз дальше от Солнца, приливы в 250 раз меньше, чем на Марсе.

Не менее серьёзные возражения вызвала гипотеза Лапласа и с теоретической стороны, когда стали пытаться проверить её при помощи точных расчётов. Уже в середине прошлого столетия исследования Роша показали, что процесс отделения колец, даже рассматриваемый только как чисто механический, гораздо сложнее, чем это думали первоначально. Ещё большие трудности возникают, если этот процесс рассматривать как физический, т. е. учитывать не только движение вещества, образующего туманность, но и его физическое состояние.

Допустим, что кольцо так или иначе отделилось. Может ли это кольцо собраться в одно целое и образовать планету? Джине показал, что такое превращение кольца в планету возможно только при совершенно исключительных условиях, выполнения которых нельзя ожидать. Ещё раньше исследования Роша обнаружили, что кольца Сатурна, служившие всегда как бы наглядным доказательством гипотезы Лапласа, не могут образовать спутника. Напротив, их приходится рассматривать скорее как остатки спутника, слишком близко подошедшего к планете и разорванного на части её притяжением.

Несмотря на многочисленные поправки и дополнения, которые приходилось вносить в гипотезу Лапласа по мере открытия несогласовавшихся с ней фактов, в течение всего XIX века наука не отваживалась заменить эту гипотезу другой. Вопрос о такой замене встал только на рубеже XX века, когда была вполне осознана одна весьма важная особенность строения солнечной системы, которую так и не удалось согласовать с гипотезой Лапласа. Эта особенность заключается в том, что почти всё количество вращения, которым обладает солнечная система, связано с орбитальным движением четырёх наиболее массивных планет — Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна. Легко подсчитать, что на долю этих планет приходится больше чем 98 процентов общего количества вращения. Таким образом, на долю Солнца, масса которого в 700 раз превышает массу всех планет, вместе взятых, приходится менее двух процентов общего количества вращения. Такое распределение количества вращения (получающееся вследствие очень больших размеров планетных орбит и очень медленного вращения Солнца) никак не согласуется с гипотезой Лапласа.

Естественно возник взгляд, что то огромное количество вращения, которым обладают планеты по сравнению с Солнцем, было внесено в солнечную систему извне. Этот взгляд лёг в основу новых космогонических гипотез, сменивших в XX веке гипотезу Лапласа. Все они исходят из предположения, что планеты образовались из той материи, которая была выброшена из Солнца или при столкновении его с другой звездой, или при очень близком прохождении другой звезды.

Из таких гипотез, известных под общим наименованием катастрофических, наибольшее распространение получила гипотеза Джинса.

Джинс рассматривает случай тесного сближения Солнца с другой звездой. Благодаря притяжению этой звезды от поверхности Солнца оторвётся в виде струи огромная масса вещества, которая затем будет вращаться вокруг Солнца. Часть этого вещества рассеется и образует газовую туманность чечевицеобразной формы, окружающую Солнце. Но более плотные, более массивные части этой струи образуют сгустки, которые обратятся потом в планеты.

При движении вокруг Солнца сгустки будут собирать своим притяжением рассеянную материю. Вместе с тем, под влиянием испытываемого ими со стороны этой рассеянной материи сопротивления, их орбиты, первоначально сильно вытянутые, будут становиться всё более и более близкими к окружностям, т. е. такими, какие мы наблюдаем у планет.

Эта гипотеза, подробно развитая Джинсом и Джефрейсом, лучше объясняла многие основные черты строения нашей планетной системы, нежели гипотеза Лапласа. Но и она скоро встретилась с трудностями, которые не удалось преодолеть.

Прежде всего, чем точнее делали подсчёты (они были весьма сложны), тем более убеждались, что количество вращения, которым будут обладать образующиеся планеты, всё же значительно меньше того, какое мы имеем в действительности. Оказалось, что ни при каких предположениях относительно условий встречи Солнца со звездой не получаются такие большие орбиты планет, какие мы наблюдаем. Особенно большие затруднения встретились при рассмотрении физической стороны процесса образования планет. Оторванный от поверхности Солнца сгусток вещества будет иметь такую высокую температуру и будет так медленно охлаждаться, что рискует рассеяться в пространстве раньше, чем он успеет образовать планету.

Таким образом, ни небулярную (такое название происходит от латинского слова небула — туманность) гипотезу Лапласа, рассматривающую Солнце вместе со всей планетной системой, как результат закономерного развития вращающейся туманности, ни катастрофические гипотезы, рассматривающие планеты как продукт столкновения (или почти столкновения) двух уже сформировавшихся звёзд, не удалось согласовать с наблюдаемыми фактами.

6. Что же можно сказать в настоящее время о происхождении Земли?

Изложенная нами вкратце история попыток раскрыть тайну происхождения Земли показывает, насколько труден этот вопрос. Мы видели, что приступить сколько- нибудь успешно к его решению стало возможным лишь после того, как в течение тысячелетий была проделана огромная предварительная работа. Только в последнее время накопленные наукой знания позволили сделать первые серьёзные попытки выяснить хотя бы общий характер процесса, приведшего к образованию планет, а в их числе и нашей Земли.

Когда мощность наших телескопов возрастёт в несколько сот раз (а что это со временем осуществится — сомневаться не приходится), то наша задача сильно упростится. Тогда мы сможем видеть планетные системы, окружающие ближайшие звёзды. Изучение этих систем, сравнение их между собой, сравнение их с нашей солнечной системой даст, без сомнения, очень много для выяснения процесса образования и развития планетных систем.

Но в настоящее время техника не даёт ещё возможности видеть другие планетные системы. Самое большее, на что сейчас можем рассчитывать, — это доказать, что такие планетные системы действительно существуют, что наше Солнце не является исключением. Кое-что в этом направлении уже сделано. За последние годы удалось установить, что некоторые из числа ближайших к нам звёзд испытывают очень небольшие периодические смещения. Такие смещения можно объяснить только притяжением небольших невидимых спутников, обращающихся около этих звёзд. Нужно только заметить, что во всех хорошо изученных случаях эти невидимые спутники оказывались значительно больше наших планет. Их масса оказывалась не меньше чем в 2–3 процента массы звезды, тогда как масса Юпитера — самой большой из наших планет—не составляет и одной десятой процента массы Солнца. Таким образом, пока удалось установить существование систем, ещё не совсем похожих на нашу, хотя, возможно, и не отличающихся от неё принципиально.