Анатолий Томилин - Занимательно о космогонии

• Название: Занимательно о космогонии
• Автор: Анатолий Томилин
• Издательство: Молодая гвардия
• Жанр: Физика
• Год: 1975

Тайны вселенной властно влекут к себе человека. И одна из них — как произошла и развивается солнечная система и системы других звезд. Предположений на сей счет было немало. Но все они носили умозрительный характер. Лишь в наши дни — дни полетов автоматических межпланетных станций — удается кое-что измерить непосредственно на небесных телах и выдвинуть более достоверные гипотезы. О современном взгляде на факт возникновения нашего мира и о процессах мирообразования рассказывается в настоящей книге.

---

Космогоническая гипотеза Жерве-Огюста-Этьена-Альбы Фаи

Французский астроном, член Парижской академии наук Ж. Фаи был преисполнен намерений укрепить гипотезу соотечественника П. Лапласа. Для этого следовало прежде всего узаконить обратное движение планет. Но он увлекся и вместо простых дополнений к взглядам П. Лапласа выступил со своим вариантом небулярной гипотезы глобального характера.

Прежде всего французский астроном допустил «предвечное существование хаоса» в виде холодной и темной туманности. П. Лапласа вопрос, откуда она взялась, не волновал. Ж. Фаи же решил «попросить у бога, как это сделал Декарт, рассеянную материю и силы ею управляющие». Так писал он сам.

Правда, заявив довольно туманно о своей приверженности к божественному вмешательству, дальше он эту тему развивать не стал. Дальше дело идет само собой. По мере сжатия материя нагревается и в конце концов начинает светиться, как это наблюдается у туманностей. При этом он предполагает, что в процессе сжатия «хаос» пронизывают «потоки летящей материи». Встретившись, одни из них образуют вихри — родоначальники спиральных туманностей, недавно открытых английским наблюдателем В. Парсонсом (лордом Россом); другие вихри являются причиной образования звездных систем. Главным типом таких образований Ж. Фаи считает двойные и кратные системы. Он настаивает, что это исключительная редкость среди звездных миров. Лишь там, где встречные потоки материи прошли стороной, облака «мелких раскаленных телец» постепенно сгущаются, образуя планетные системы.

Ж. Фаи придумывает такой механизм планетообразования, который объясняет прямое вращение Меркурия, Венеры, Земли, Марса и Юпитера с Сатурном, но допускает обратное направление вращения для оставшихся Урана и Нептуна.

Получается это у него так. Начало процесса он видит в постепенном образовании кольцевых сгущений, начиная с внутренней области туманности по направлению к периферии. В медленно вращающемся, как единое целое, облаке скорости движения частиц нормально росли с удалением от центра. И потому родившиеся в густом месиве первозданной туманности первые шесть планет получили нормальное прямое вращение вокруг своих осей. Одновременно с ними или несколько позже сконцентрировалось в центре и будущее Солнце. После чего закон действующих в системе сил должен был измениться. Теперь начинает преобладать центральное притяжение, обратно пропорциональное квадрату расстояния. Оставшиеся частицы движутся теперь не как составные части единого целого, а по кеплеровским орбитам. Скорость их с удалением от центра падает. И потому сформировавшиеся в более позднюю эпоху крайние планеты должны были получить обратное вращение.

Таким образом, Земля и пять ее собратьев оказались старше Солнца, а Уран и Нептун — моложе. Французского космогониста особенно радовало то обстоятельство, что, по библейской легенде, Земля также была сотворена раньше Солнца.

Приведенный пример особенно нагляден в качестве образца спекулятивного мышления. Гипотеза Ж. Фаи не только не смогла освободить небулярный принцип от недостатков Лапласовой теории, но и внесла в него умозрительные допущения и свои трудности. Эпоха качественных рассуждений с помощью придуманных для данного случая логических построений заканчивалась. Наступало время математических моделей.

Дуэль Джорджа Говарда Дарвина и Александра Михайловича Ляпунова

Интересно отметить, что династия Дарвинов возвела служение науке в традицию рода. Первый из них — Эразм Дарвин (1731–1802), известный шотландский поэт, был одновременно и неплохим естествоиспытателем. Младший из клана, Чарлз Дарвин, внук и тезка всемирно известного бородатого джентльмена, который, объехав на корабле «Бигль» земной шар, подарил человечеству теорию видов, по сей день достойно представляет английскую физику.

Работа Джорджа Говарда Дарвина (1845–1912) посвящена вопросам эволюции двойной планеты «Земля — Луна». Он задался целью выяснить космогоническое влияние приливов, порождаемых Луной в недрах Земли, и соответственно тех, что вызывает Земля в Луне. Эти приливные волны, движение которых направлено в сторону, противоположную вращению Земли, тормозят нашу планету, понемногу удлиняя ее сутки. Согласно вычислениям примерно за 100 тысяч лет мы теряем одну секунду. Такое замедление кажется пустяком, но именно торможение за счет внутренних приливов было выдвинуто в качестве одного из средств спасения гипотезы Лапласа. С помощью механизма приливов Д. Дарвин пытался объяснить и изменение направления вращения планет.

Первоначально все планеты имели обратное вращение, говорил он. Однако планеты, сконцентрировавшиеся из раскаленного газообразного вещества, первое время находились в жидком состоянии. Тогда приливные процессы происходили в них во много раз сильнее, чем это можно наблюдать сегодня. Приливные волны так тормозили молодые небесные тела, что те в конце концов почти остановились в своем вращении. Теперь, повернувшись одной стороной к Солнцу, они делали один оборот вокруг своей оси за год. Если к этому времени планета охладилась и затвердела, то характер ее движения мог сохраниться на долгое время. Если же процесс охлаждения и сжатия ее продолжался, то по законам механики должна была непрерывно расти и скорость ее вращения. То есть планеты постепенно начинали вращаться в прямую сторону.

Из всего сказанного Д. Дарвин делал вывод; указанный механизм заставил вращаться в прямом направлении ближайшие к Солнцу планеты, тогда как удаленные от него, значительно меньше подвергаемые действию приливных сил, сохранили первичное направление вращения в обратную сторону.

Работа Д. Дарвина была, пожалуй, самой серьезной поддержкой небулярной гипотезы. Многие из его выводов справедливы, особенно для ближайших к Солнцу планет — Меркурия и Венеры.

Рассматривая проблему эволюции системы «Земля — Луна», Д. Дарвин пришел к выводу, что некогда довольно большое раскаленное до жидкого состояния небесное тело, имеющее грушевидную форму и двигающееся по орбите нашей Земли, разорвалось на две части. Большая часть образовала Землю, меньшая — Луну. Согласно этой теории разделение грушевидной фигуры на две части возможно лишь в том случае, если фигура устойчива. В противном случае она должна разлететься вдребезги. Д. Дарвин произвел математический анализ, который показал, что грушевидная фигура устойчива.

Но полностью согласиться с этим анализом трудно, так как расчеты были слишком приближенными. Строгое исследование проблем устойчивости, пригодное для космогонических целей, оказалось чрезвычайно трудоемким, и провести его удалось лишь нашему соотечественнику, замечательному математику Александру Михайловичу Ляпунову (1857–1918).

А. Ляпунову было 27 лет, когда он защитил в Петербургском университете магистерскую диссертацию по теме «Об устойчивости эллипсоидальных форм равновесия вращающейся жидкости».

Работа была посвящена трудной проблеме выяснения устойчивой формы небесных тел. В то время предполагалось, что все твердые небесные тела обязательно прошли через жидкую фазу, и значение мемуара русского математика для космогонии трудно переоценить. К сожалению, работы, написанные на русском языке, с большим трудом находили дорогу к западным читателям. Пребывала в малой известности и диссертация А. Ляпунова.

Примерно в те же годы вопросом, какую форму принимают вращающиеся однородные жидкости, находящиеся в равновесии, занимался выдающийся французский математик Анри Пуанкаре. Он независимо от А. Ляпунова пришел к тому же выводу, который содержался в магистерской диссертации русского коллеги. В отличие от мемуара А. Ляпунова работа А. Пуанкаре не осталась неизвестной. Она произвела огромное впечатление на научный мир. Д. Дарвин был в восторге. Еще бы, мало того, что теория Пуанкаре подтверждала гипотезу, а затем и теорию Д. Дарвина, она позволила английскому астроному выдвинуть еще одно предположение об образовании двойных звезд.

Согласно этой гипотезе однородная, жидкая, вращающаяся вокруг своей оси звезда, охлаждаясь, будет сжиматься и соответственно увеличивать скорость своего вращения, последовательно изменяя форму. При дальнейшем охлаждении вращающееся тело должно разорваться, образовав две звезды.

Последний вывод противоречил результатам А. Ляпунова. Русский математик решил поставленную задачу заново, получив убедительное доказательство, что грушевидная фигура неустойчива. Значит, она не может разделиться на два тела. Александр Михайлович опубликовал свои результаты на французском языке. Между ним и Д. Дарвином завязалась многолетняя полемика. Чтобы убедить мир в своей правоте, А. Ляпунов в одиночку предпринимает гигантскую вычислительную работу, каждый шаг которой тщательно описывает в издаваемых французских мемуарах. К 1914 году титанический труд был успешно закончен и справедливость выводов А. Ляпунова доказана. Увы, ни А. Пуанкаре, ни Д. Дарвина уже не было в живых. Спасти гипотезу Лапласа им не удалось.