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.

---

Дж. Джинс остановился на теории Лапласа как на примере, с его точки зрения, принципиально невозможного механизма образования планет. Ну а если планетная система не может образоваться постепенно из туманности, то остается только катастрофа. «Tertium non datur», как говаривали древние римляне. — «Третьего не дано!» И читатель узнаёт из книги Дж. Джинса о такой же встрече Солнца с неизвестной звездой, как это уже было у Ф. Мультона и Т. Чемберлина.

Переходя к описанию своей гипотезы формирования планетной системы, английский астроном с самого начала заявляет, что это событие — чистая случайность, почти чудо. По приблизительной оценке вероятность такой встречи не больше чем один случай на триллион звезд — условие практически невозможного события. То есть в нашей Галактике, насчитывающей всего сто миллиардов звезд, ожидать второй подобной встречи нечего и думать. Впрочем, обстоятельства эти Дж. Джинса нисколько не волновали. «…Звезды очень редко приближаются друг к другу, — говорил он позже, — и почти невероятно редкий случай для двух звезд подойти настолько близко, чтобы родились планеты. Планеты, а также, можно полагать, и жизнь чрезвычайно редки во вселенной. Мы можем рассматривать это с удовлетворением или нет, по нашему выбору».

Солнце, по Дж. Джинсу, сначала было обыкновенной одиночной звездой, которая вполне нормально прошла все стадии своего развития. А потом, несколько миллиардов лет назад, ее путь пересекла другая, наверное, более крупная звезда. Если бы наше Солнце по всей глубине было однородно, оно вытянулось бы, превратившись в эллипсоид. Но поскольку плотность его с глубиной растет, то на поверхности образовались большие приливные горбы, превратившиеся в конические выступы. И когда расстояние между Солнцем и проходящей звездой стало приближаться к пределу Роша, из вершины приливного конуса, как из вулкана, началось бурное извержение солнечного вещества. Гигантская струя по форме должна была напоминать сигару, утолщенную в середине, потому что самое сильное извержение происходило в тот момент, когда звезда была наиболее близко. «Сигара» впоследствии распалась на отдельные сгустки. Причем из толстой средней ее части образовывались планеты-гиганты, а из тонких кончиков — планеты земной группы.

Дж. Джинс все предусмотрел и рассчитал. Момент количества движения планетам был передан проходящей звездой; она же задала им и прямое направление обращения; орбиты их сначала были вытянутыми, эллиптическими, но постепенно под влиянием торможения в остатках первоначальной газовой материи округлились; когда же из газообразного состояния планеты перешли в жидкое, те же приливные силы образовали у каждой из них систему спутников.

Оставались необъясненными лишь кометы и малые планеты — астероиды, — которых в то время было открыто уже достаточно много. Для них Дж. Джинс не стал изобретать ничего нового. Кометы, считал он, захвачены во время их странствий, а астероиды, в основном располагающиеся в пространстве между орбитами Марса и Юпитера, являются осколками некой большой планеты. Когда-то она подошла слишком близко к Юпитеру, и приливные силы разорвали ее тело на части. Правдоподобно? А почему бы и нет? Вспомните работы Э. Роша…

Все было очень хорошо. Гипотеза Дж. Джинса в рекордный срок завоевала умы и сердца современников. Специалистам она нравилась строгостью, можно сказать, математичностью рассуждений; неспециалистам — наглядностью, а также тем, что в ней было немало знакомого и привычного наряду с новым и необыкновенным. Именно такое сочетание, как известно, особенно привлекает, возбуждая любознательность.

Новая гипотеза вошла во все учебники. Ни слова против не сказали и теологи с богословами. Кстати, а почему?

Да потому, что утверждение Дж. Джинсом исключительности образования планетной системы и еще большей исключительности — почти на грани чуда — зарождения на ней жизни лило воду на обветшавшее колесо религии. В общем, святые отцы, утомившись от аплодисментов, потирали ладошки.

Были, конечно, слабые места и в этой работе. Например, процесс образования спутников, а также объяснение вращения планет вокруг оси. Вот как пытался Дж. Джинс решить первую проблему. Согласно гипотезе начальное обращение планет было очень медленным. И когда вновь сформированные планеты в первый раз проходили через перигелий, силы притяжения Солнца вырвали из них часть вещества, превратившегося затем в их спутники.

Однако большинство спутников настолько малы, что если бы они в начальный момент состояли из газа, то тут же рассеялись бы. Ведь сила притяжения в малых массах значительно уступает внутреннему газовому давлению. Читатель помнит, что это вытекало из теории самого Дж. Джинса. Значит, спутники сразу должны были быть либо жидкими, либо твердыми. Ученого не смущал тот факт, что из жидкого тела вырвать множество маленьких спутников невозможно. Самое большее, на что способны приливные силы, это создать один большой спутник, вроде нашей Луны. Твердое же тело при таких обстоятельствах просто все рассыпалось бы на части. Нет, тут что-то было не так…

Еще хуже обстояли дела с объяснением вращения планет вокруг своей оси. Некогда приливная теория Д. Дарвина приписывала возникновение вращения планет главным образом обратному падению на их поверхности части вещества, исторгнутого при образовании спутников. Но чтобы привести, например, во вращение Юпитер, масса упавшего вещества должна была равняться примерно 1/15 массы всей планеты, что раз в четыреста должно было превышать массу всех его спутников, вместе взятых…

Так постепенно стали накапливаться скептические замечания и по поводу этой великолепной гипотезы.

Дополнения Гарольда Джеффриса и крах «катастрофической» концепции

В 1929 году английский геофизик Гарольд Джеффрис предложил небольшое добавление к гипотезе Дж. Джинса, которое снимало затруднение с объяснения осевого вращения планет. Г. Джеффрис предложил считать, что звезда прошла не на далеком расстоянии от Солнца, едва достигнув предела Э. Роша, как это было у Дж. Джинса, а значительно ближе, может быть, даже зацепила наше светило. Произошло «скользящее боковое столкновение», после которого звезда, продолжая свой путь по гиперболической орбите, исчезла в космосе. Из Солнца эта катастрофа вызвала извержение большого количества материи. «Большая ее часть, — пишет Г. Джеффрис, — упала обратно на Солнце; некоторое количество могло последовать за звездою или независимо уйти в пространство; остаток, отклоненный и приведенный в движение притяжением звезды (или толчком при столкновении, если оно было), образовал сырой материал для планет». А возникшее в этих остатках диффузной материи турбулентное — вихревое — движение дало начало вращению будущих планет.

Все вздохнули с облегчением. Казалось, человечество получило вполне надежную гипотезу возникновения солнечной системы. Добавление английского геофизика было настолько существенным, что с тех пор вся концепция получила название «гипотезы Джинса — Джеффриса». Теперь можно было остановиться — оглянуться. Как вдруг…

В 1935 году в Принстонском университете (США) работал выдающийся астроном Генри Норрис Рессел. Уже в те годы его называли в астрономии фигурой первой величины. И вот из печати выходит его научно-популярная книжка: «Солнечная система и ее происхождение». Целью ее, как пишет он в предисловии, «было только изложение современного состояния наших знаний о солнечной системе».

Это замечательно, когда крупный ученый берется за популяризацию своей науки. Наука из первых рук — что может быть лучше! Но только в том случае, когда вышеназванный ученый излагает не тривиальные истины «несвойственным ему простым языком», а дает свою оценку накопившимся фактам, знакомит читателя со своими сомнениями, своим особым мнением. Короче говоря, когда ученому есть что свое сказать по избранному предмету.

Г. Рессел был настоящим ученым, и потому ему было «что сказать». Обсуждая гипотезу Дж. Джинса, Г. Рессел перечисляет ряд затруднений и останавливается на одном; «Гораздо более серьезная трудность встает, когда мы рассматриваем распределение момента количества движения — на этот раз не полного момента планет, но момента, приходящегося на тонну…» И дальше с помощью самых элементарных расчетов на глазах у читателя он получает удельный момент планет, в среднем раз в десять больший, чем у звезды. И это даже при самых наивыгоднейших, с точки зрения гипотезы Джинса, условиях.

Автор предвидит возражения читателя: «Опять момент! И опять Дж. Джинс! Ведь мы уже перешли к гипотезе Джинса — Джеффриса!» Совершенно верно. Но, по расчетам Г. Рессела, добавление Г. Джеффриса только ухудшало положение. Чем ближе к Солнцу проходила встречная звезда, тем меньше должен был быть ее удельный момент относительно нашего светила. Следовало либо увеличить расстояние при встрече, что означало вернуться к гипотезе Джинса, либо увеличить массу звезды.