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.

---

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.

А. Ляпунов посвятил науке всю свою жизнь. О его работоспособности ходили притчи. Большинство коллег знали его как постоянно хмурого, сурового и чрезвычайно замкнутого человека, без друзей, с очень ограниченным кругом знакомых. Его лаконичность была беспредельна. А между тем под этой сухой и такой педантичной оболочкой билось верное, очень нежное сердце и горячий темперамент.

В 1918 году, оказавшись в Одессе один, с умирающей от туберкулеза женой на руках, А. Ляпунов застрелился в день смерти своего единственного друга — жены, оставив в завещании просьбу быть похороненным вместе с нею.

Последний толчок и крах небулярной гипотезы

К 1900 году противоречий в небулярной гипотезе Лапласа накопилось уже столько, что стало очевидно: наступает время ее замены! Однако для окончательного ее падения нужен был толчок. Нужен был такой факт, который, будучи всем абсолютно ясным, не находил бы никакого объяснения в рамках существующей гипотезы. И таким фактом оказалось распределение моментов количества движения в солнечной системе.

Что такое «момент количества движения», он же «кинетический момент», он же «угловой момент»? Прежде всего это одна из важнейших динамических характеристик движения материальной точки или целой механической системы. Особенно важно понятие о «моменте количества движения» при изучении вращения тел. Для планет — это векторное произведение массы небесного тела на скорость его движения по орбите и на расстояние от Солнца. Отсюда произошло и название самой величины: ведь произведение массы на скорость мы называем количеством движения, а векторное произведение количества движения небесного тела на радиус орбиты — момент количества движения.

Если же ни времени, ни охоты к расчетам нет, придется поверить на слово. Примем момент количества движения для Земли за единицу, тогда для Солнца он будет примерно в двадцать раз больше. Запишем: Солнце — 20, Земля — 1.

Дальше моменты количества движения для остальных планет распределяются так:

Меркурий — 0,02

Венера — 0,07

Марс — 0,13

Юпитер — 722,0

Сатурн — 293,0

Уран — 64,0

Нептун — 94,0

Плутон — 1,2.

Всего, если сложить, получается 1174,42!

1174,42 у планет против 20,0 у Солнца? Но как могло получиться, что массивное центральное светило оказалось обладателем менее 2 процентов общего момента количества движения, а более 98 процентов пришлось на долю легковесных планет? Объяснить этот факт небулярная гипотеза Канта — Лапласа никак не смогла, и он оказался ее могильщиком.

Это означало, что от самой идеи постепенной эволюции солнечной системы следовало перейти к какой-то иной.

Но к какой?

Планетная космогония

Планетезимали Ф. Мультона и Т. Чемберлина

В 1905 году американский астроном профессор Ф. Мультон вместе с коллегой, тоже профессором Чикагского университета, только геологом, Т. Чемберлином опубликовали новую гипотезу происхождения солнечной системы. Они предположили, что некогда наше Солнце, еще не имевшее планетной свиты, встретилось с другой одинокой звездой. Чужое светило прошло настолько близко от нашего, что из недр Солнца поднялась громадная приливная волна раскаленных сжатых газов. Она устремилась вслед за пришелицей. Впоследствии из этой материи образовались большие планеты.

С противоположной стороны Солнца, где приливные силы были значительно меньше, извержения были слабее. Массы газа, удержанные полем притяжения Солнца, не смогли улететь далеко и образовали близко расположенные малые планеты земной группы.

Механизм образования планет из раскаленного солнечного вещества Ф. Мультон и Т. Чемберлин видели таким. Сначала путем конденсации из клубов газа образовались бесчисленные тела небольших размеров, — создатели новой гипотезы назвали их «планетезималями». Планетезимали быстро охладились и затвердели. Часть из них, отделившись от первоначальной компании, ушла в самостоятельный полет по собственным орбитам. Остальные, сохранив привязанности, остались в составе больших роев, которые постепенно под действием сил тяготения собрались в твердые ядра — зародыши будущих планет. Ядра облетали Солнце в гуще образовавшихся планетезималей по довольно вытянутым орбитам. Это означало, что скорости их на одних участках пути были больше, на других меньше. Пролетая через безбрежное море планетезималей, ядра собирали их и увеличивались в размерах. И конечно, каждый захваченный обломок либо притормаживал ядро, если оно двигалось быстрее его, либо, наоборот, подгонял, если ядро двигалось медленнее обломка. В соответствии с выравниванием скоростей менялись и формы орбит ядер. Они становились менее вытянутыми.

Гипотеза Мультона — Чемберлина устраняла трудность в объяснении распределения моментов количества движения. Кроме того, прилетевшая со стороны звезда связывала как-то наше Солнце с остальным звездным миром и включала его в историю общей жизни Галактики. Но были в ней и определенные недостатки. Прежде всего трудно было понять, какие силы, кроме притяжения, помогли выбросу массы газов из Солнца. Может быть, удастся приспособить к этой роли световое давление, открытое русским физиком П. Лебедевым?

По мнению большинства специалистов, силы лучистого отталкивания вполне способны конкурировать с ньютоновским тяготением. Однако после расчетов надежды, возрожденные тонким экспериментом П. Лебедева, сменились разочарованием. Предположения были правильны, но… только для тел микроскопических размеров. Астрономы подсчитали, что всего огромного потока излучения Солнца едва хватит на то, чтобы удержать против сил тяготения массу астероида диаметром едва ли в 15 километров.

Необъяснимо было и предположение Ф. Мультона и Т. Чемберлина, что газовые массы вылетели из Солнца не сплошной непрерывной струей, а отдельными клубами, как бы в результате серии взрывов. Были и другие критические замечания в адрес гипотезы американских профессоров.

Кое-кто начинал понимать, что объяснить столь грандиозное и сложное явление, как образование солнечной системы, с помощью одних только сил тяготения скорее всего не удастся. И тогда скандинавский физик К. Биркеланд занялся исследованием «возможности вытекания заряженных частиц из Солнца и образования из них колец, радиусы которых зависят от отношения электрического заряда частиц к их массе».

Выводы К. Биркеланда убедительными не получились. Слишком велик был еще разрыв между теориями электромагнитного и гравитационного полей, чтобы можно было сразу надеяться на успех такого нового подхода к проблеме.

«Сигара» Джемса Джинса

В 1917 году в Англии вышел из печати труд молодого астронома Дж. Джинса, озаглавленный «Движение масс, находящихся под действием приливных сил, с дальнейшим приложением к космогоническим теориям».

А спустя два года появляется и его фундаментальное сочинение «Проблемы космогонии и звездной динамики». В этой работе Дж. Джинс обобщил весь опыт, достигнутый небесной механикой. И как некогда П. Лаплас начинал свой трактат с критики гипотезы Бюффона, так и Дж. Джинс начинает с критики П. Лапласа.

Читатель может вознегодовать, «почему опять с П. Лапласа? Почему не с Ф. Мультона и Т. Чемберлина? Неужели каждый раз мы будем начинать от Адама?». Дело в том, что к планетезимальной гипотезе американцев Дж. Джинс относился не слишком серьезно. Она не давала объяснения происхождению спутников. Не объясняла, почему орбиты большинства спутников мало наклонены к орбитам самих планет. Кроме того, являясь специалистом в области газовой динамики, Дж. Джинс был твердо уверен, что выброшенные газовые массы ни в коем случае не могли самостоятельно сконденсироваться в плотные планетезимали. Вот рассеяться в пространстве они могли, потому что у облака газа размером в планетезималь масса слишком мала, чтобы силы взаимного притяжения превысили обычное газовое давление. Вывод важный. Он еще понадобится нам в будущем, и потому стоит его запомнить.