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.

---

«Как! Еще одна небулярная гипотеза?» Увы, да! И не последняя, скажем прямо, забежав вперед по времени.

Свою гипотезу П. Лаплас начинает с предположения, что некогда на месте всей солнечной системы существовала раскаленная туманность, вращавшаяся в прямом направлении вокруг оси, проходившей через центр. Естественно, что под действием центробежных сил согласно законам механики туманность сплющивалась в огромную лепешку, края которой заходили далеко за орбиту Урана, последней из известных в то время планет. Постепенно туманность охлаждалась. А охлаждаясь — сжималась. Но поскольку количество движения ее оставалось прежним, то, сжимаясь, она вращалась все быстрее и быстрее. Так конькобежцы-фигуристы, желая ускорить вращение, крепко прижимают руки к груди, и, наоборот, стоит им их раскинуть, как скорость вращения сразу падает.

С увеличением скорости вращения туманности ее области, наиболее удаленные от оси, начинали испытывать все возрастающую центробежную силу. И в некоторый момент эта сила для самого отдаленного слоя туманности оказывалась больше силы притяжения. Тогда от плоского туманного облака отделилось в экваториальной плоскости кольцо. Со временем центральная часть оказалась, как мишень, окруженная целым роем концентрических вращающихся колец. Медленно-медленно, с позиций быстротечной человеческой жизни, из центральной массы образовалось Солнце, а кольца распались на отдельные сгущения, которые притянулись и поглотились наибольшими из них. Так образовались планеты и их спутники.

Иногда, правда, очень редко, считал П. Лаплас, могут возникнуть обстоятельства, когда сгущение молекул газового кольца происходит без распада на отдельные части. Тогда из него образуется сплошное жидкое или твердое кольцо, типа кольца Сатурна, природа которого в те времена была неизвестна.

Нарушали стройные рассуждения кометы, обладающие вытянутыми орбитами с большими эксцентриситетами. Ну что же, кто мешает предположить, что они являются гостями «со стороны», захваченными Солнцем? П. Лаплас так и полагает. Теперь его гипотеза объясняет все особенности солнечной системы.

Не так, правда, благополучно обстояло дело с объяснением прямого направления вращения планет. Согласно третьему закону И. Кеплера в пределах кольца скорость частиц должна быть чем дальше от центра, тем меньше. Получалось, что все образовавшиеся планеты должны вращаться как раз в обратную сторону, а не в прямую. Это особенно легко понять из рисунка, которого, к сожалению, не сделал П. Лаплас. Впрочем, по-видимому, он знал этот изъян гипотезы и поэтому поспешил предположить, что за счет трения частиц внутренняя граница кольца потеряет большую часть скорости, чем внешняя. В результате все кольцо будет вращаться с одинаковой угловой скоростью, будто оно твердое. А это вполне обеспечит прямое вращение будущих планет.

В основе своей гипотеза П. Лапласа полностью идентична гипотезе И. Канта. И потому спустя много лет ее стали называть «гипотезой Канта — Лапласа».

Огромный успех выпал на долю книги «Изложение системы мира». У математика П. Лапласа действительно оказался редкий дар популяризатора. Он сам для себя сыграл ту же роль, которую Ф. Вольтер исполнил для И. Ньютона. И, как это часто случается в истории, мир запомнил его не как создателя великой «Небесной механики», а как автора «Системы мира» и творца небулярной гипотезы. У истории на этот счет какие-то свои критерии. Нам они иногда кажутся несправедливыми.

Почему же все-таки именно небулярная точка зрения привлекла внимание П. Лапласа?

Современником П. Лапласа был Вильям Гершель (1738–1822), прославленный английский астроном-наблюдатель. В. Гершель много внимания уделял туманностям. Составляя каталог туманных небесных объектов, астроном делал много рисунков. Глядя на них, он заметил, что все туманности в своих серединках обладают различной степенью сгущения. Эти центральные яркие ядра В. Гершель считал нарождающимися звездами. Он писал: «Эта точка зрения проливает новый свет на устройство неба. Оно мне теперь представляется великолепным садом, в котором находится масса разнообразнейших растений, посаженных в различные грядки и находящихся в различных стадиях развития».

П. Лаплас хорошо знал труды В. Гершеля и не имел оснований сомневаться в достоверности его наблюдений. Выводы английского астронома-наблюдателя оказали большое влияние на взгляды французского астронома-теоретика. Но поскольку верил материалист П. Лаплас все же только тому, что можно было сначала рассчитать, а потом проверить по наблюдениям, то гипотезу свою он оформил лишь в виде «догадок и сомнений». Делом последователей было подвести под нее фундамент фактов и расчетов. И последователи нашлись.

В середине XIX века французский математик Эдвард Рош показал, что туманность П. Лапласа, охлаждаясь, действительно должна вращаться все быстрее и быстрее. При этом она обязательно сплющится под действием центробежной силы и приобретет чечевицеобразную форму. При дальнейшем вращении с ребра «чечевицы» может начаться отрыв и отделение вещества. Однако, если представить себе оторвавшееся от туманности кольцо как сплошной газовый диск, то плотность его окажется столь незначительной, что причин собираться диффузному веществу в более плотное образование — планету — нет никаких. Сила притяжения между рассеянными частицами слишком мала.

Э. Рош был хорошим математиком и глубоко уважал П. Лапласа. Чтобы обойти возникшее затруднение, он предположил, что отделение вещества происходило отдельными узкими «внутренними» кольцами. Мысль была превосходной не только потому, что снимала указанное затруднение, но и впервые более или менее удовлетворительно объясняла прямое вращение планет.

Впрочем, в мемуаре содержалось и существенное противоречие П. Лапласу. Э. Рош утверждал, что кольцо Сатурна не остаток первоначальной туманности, доказывающей правильность общей идеи, а скорее бывший спутник, неосторожно приблизившийся к поверхности планеты и «разорванный» ее силами тяготения. Э. Рош вывел даже минимальное расстояние, на которое может подойти жидкий спутник к планете без опасения быть разорванным приливообразующими силами.

Сближаясь с планетой, спутник постепенно начинает деформироваться. В экваториальной области у него образуются приливные «выпуклости», расположенные в направлении прямой, соединяющей центры спутника и планеты. После того как спутник пересечет границу «безопасности» и войдет в зону Роша, приливные выпуклости превратятся в огромные приливные горбы, бегущие вследствие вращения спутника по его поверхности. Все на нем — горы и долины придут в движение. И в конце концов небесное тело рассыплется. Работа Э. Роша пережила саму гипотезу, для которой должна была служить лишь некоторым подспорьем, хотя в свое время была несправедливо забыта.

Долгие годы гипотеза II. Лапласа пользовалась исключительной популярностью. Но чем более популярна идея, тем большее внимание критики она к себе привлекает.

Падение небулярной гипотезы

Начало штурма

Помните, рассуждения П. Лапласа начинались с перечисления особенностей солнечной системы. Затем он построил гипотезу, наилучшим образом, как ему казалось, объясняющую все указанные особенности. Но именно с них начались у небулярной гипотезы неприятности.

Еще при жизни П. Лапласа В. Гершель обнаружил, что два спутника открытого им Урана обращаются вокруг своей планеты в обратном направлении, а плоскости их орбит почти перпендикулярны плоскости орбиты самой планеты. Это явно противоречило условиям Лапласа. Однако творец небулярной гипотезы, готовя книгу к переизданиям — а надо отметить, что только при его жизни она переиздавалась пять раз, — не счел нужным обратить внимание на досадную новость. А между тем обратным движением обладали и другие, вновь открытые спутники планет. Более того, сам Уран летел по орбите «лежа ка боку и чуть-чуть вниз головой». А значит тоже обладал обратным вращением. Такое же подозрение высказывали наблюдатели по поводу Нептуна.

Это уже был скандал. А тут еще выяснилось, что кольцо Сатурна не сплошное, а составное, и внутренние его части вращаются быстрее самой планеты. Спутник Марса — малыш Фобос — тоже обгонял свою планету. Этого механизм образования солнечной системы, предложенный П. Лапласом, выдержать не мог.

В конце концов в орбиту яростных дискуссий оказались втянуты не только вопросы, касающиеся небесной механики, но и астрофизики. Короче говоря, небулярную гипотезу следовало спасать! Для этого много было предпринято героических попыток. Сегодня расположить их все в хронологическом порядке почти невозможно, настолько они переплелись. Но на главных стоит остановиться. Очень уж они интересны.