Защита и крах гипотезы Лапласа

 

 

 

Соединение двух гипотез

 

Успех гипотезы Лапласа встревожил церковников. Опасное учение подрывало основы религии. Оно продолжало дело, начатое Коперником. Во Вселенной не оказывалось места для бога, а бога Лаплас назвал гипотезой, в которой не нуждается наука. Учению Лапласа следовало оказать противодействие. Но что они могли поделать?

Время безраздельного владычества церкви прошло. Книги Лапласа нельзя было запретить и уничтожить, как уничтожали книги Коперника. Ученого нельзя было сжечь на костре, как сожгли Джордано Бруно.

По всей Европе прокатился отзвук победоносной французской революции 1793 года. Восставшие французы без всякого сожаления отправляли на гильотину, вместе с прочими врагами народа, монахов, священников и епископов. Во Франции у церквей и монастырей были отобраны все богатства, власть церкви ослабела чрезвычайно. Французский конвент отменил религиозные праздники, изменил календарь, ввел метрические меры. А в Академии наук возникла новая теория образования Солнца и планет, которая ничего не имела общего с библейским описанием шести дней творения. Она пользовалась поддержкой большинства ученых. На заседании Академии открыто выступали против религии. Лапласа поддерживал астроном Лаланд. А академик Нэжон на одном из заседаний воскликнул:

– Клянусь, что бога нет, и требую, чтобы его имя никогда не упоминалось в этих стенах.

Лаплас и его гипотеза находились под надежной защитой революционного народа Франции. Они были недоступны для черных судей папы римского. Гипотеза быстро распространилась далеко за пределами Франции.

Религиозно настроенные ученые‑идеалисты выдвинули против Лапласа одно возражение.

Лаплас утверждает, – говорили они, – что первобытная туманность вращалась. Но откуда же могло взяться ее вращение, какая сила ее закрутила? Не могла же она завертеться сама, без всякой причины.

Возражения подобного рода часто слыхал Лаплас. Но он никогда на них не отвечал, так как не считал нужным. Материя немыслима без движения, так же как и движение немыслимо без материи. Все в мире движется, развивается, видоизменяется. Движение неотъемлемо от материи. Все, что существует, движется – и мельчайшие частички – атомы или пылинки, и гигантские солнца, и туманности. Даже звезды, на протяжении многих веков казавшиеся неподвижными, на самом деле движутся. Так и туманность, породившая Солнце, – если она существовала, значит она двигалась, вращалась, и никаких посторонних сил, якобы закрутивших ее, не было и быть не могло. Вращение туманности не нуждается в объяснении, как не нуждается в объяснении существование материи, из которой сгустилась эта туманности.

Эта мысль о вечности движения была чужда ученым‑идеалистам, которые стремились видеть мир не таким, какой он есть в действительности, а таким, каким они его воображали.

Их возражения против Лапласа особенного успеха не имели.

В 1843 году физик Плато придумал остроумный опыт для доказательства гипотезы Лапласа. Он смешал воду со спиртом и в банку с этой смесью влил некоторое количество растительного масла. Так как по удельному весу масло и смесь воды со спиртом равны, то масло плавало в состоянии безразличного равновесия – оно собралось в шар и висело в жидкости, не подымаясь и не опускаясь.

Затем Плато проткнул масляный шар палочкой и стал ее крутить. Шар завертелся. Плато постепенно увеличивал скорость вращения – шар сплющивался у полюсов, затем шар превратился в диск, от его экватора оторвались кольца. Эти кольца распались на отдельные мелкие шарики, и они продолжали вращаться вокруг большого масляного шара. Получилась полная и наглядная картина происхождения солнечной системы.

Опыт Плато.

 

Опыт Плато повторяли в академиях и университетах, в школах и в гостиных для забавы гостей. Тогда это стало модным занятием. Каждый хотел видеть, как в банке со спиртом «образуются солнце и планеты». Масляные шары с увлечением крутили везде. Опыт Плато увеличил славу гипотезы и тревогу церковников.

Союзником католической церкви оказались некоторые немецкие ученые. Один из крупнейших немецких естествоиспытателей – Гельмгольц извлек давно забытую гипотезу Канта. Он указал на ее значение для науки и грандиозность картины, обрисованной немецким философом.

Мысль Гельмгольца подхватили. Возник спор о превосходстве немецкой науки над французской. У Канта появилось много сторонников. Они доказывали, что Лаплас развил только одну из частей величественной гипотезы Канта, что Лаплас, сам того не зная, шел по следам Канта.

Между гипотезами стали находить «поразительное» сходство, хотя сходство было чисто внешнее. Первобытная туманность Канта была холодной, пылевой и неподвижной. У Лапласа она была горячей, газовой и вращающейся. У Канта прямолинейное движение волшебным образом превращалось в круговое, а у Лапласа отслаивались кольца, и так далее.

Этот спор дал лазейку религиозно настроенным ученым.

Ведь Кант называл Вселенную не иначе, как «пространство божеского пребывания»; Кант видел в мироздании доказательство бесконечной премудрости творца. И эти ученые нашли способ, как с помощью Канта обезвредить антирелигиозный характер гипотезы Лапласа. Воспользовавшись внешним сходством гипотез, их слили в одну.

От Канта взяли отнюдь не то, что составляет ее главную ценность – не идею развития мира в результате борьбы сил тяготения и сил отталкивания, не кантовское объяснение роли морских приливов, а только его упоминания о боге, как о творце первобытного хаоса. От Лапласа взяли все остальное.

Гипотеза Канта – Лапласа приобрела библейское начало: вначале был бог, он создал туманность, нагрел ее, привел во вращательное движение и дал материи свойство организовываться и упорядочиваться. Туманность стала сжиматься, расслаиваться и т. д.

В таком обезвреженном виде ее допустили в школьные программы, в учебники, в популярные книжки.

Но передовые ученые никогда не соглашались с насильственным слиянием этих гипотез. Например, один из наиболее любимых русским студенчеством профессоров, Сергей Павлович Глазенап, в своих лекциях по астрономии, – поскольку это было возможно в дореволюционной России,[4] – неизменно указывал на различие гипотез Канта и Лапласа.

 

Факты атакуют гипотезу

 

Еще при жизни Лапласа, в 1797 году астроном В. Гершель сообщил, что два спутника Урана, наперекор общему порядку, вращаются в обратную сторону.

Затем было замечено, что и сам Уран вращается не так, как все планеты. Его ось наклонена столь сильно, что Уран вертится, как бы «лежа на боку».

Лаплас знал об этих открытиях, но не дал им объяснения – он считал, что отдельные отклонения от общего порядка могут быть вызваны какими‑либо случайными причинами.

Но таких «случайных» отклонений оказывалось слишком много.

В 1846 году астроном Лассель открыл существование Тритона, спутника Нептуна, и оказалось, что Тритон также имеет обратное движение.

В 1851 году тот же Лассель нашел у Урана еще двух спутников, и они вращались в обратном направлении. Кроме того плоскость обращения всех четырех спутников Урана не совпадает с плоскостью его орбиты. Она почти перпендикулярна к ней, что противоречит гипотезе Лапласа.

Ученые обратили внимание на то, что Луна, по сравнению с Землей, чересчур велика. Все спутники Юпитера вместе взятые в пять тысяч раз меньше своей планеты по массе, а Луна меньше Земли только в 81,5 раза. Трудно представить себе, что возле сравнительно маленькой Земли могло образоваться такое несоразмерно массивное газовое кольцо, превратившееся впоследствии в Луну. Существование Луны также противоречит гипотезе Лапласа.

В 1877 году астроном Холл открыл у Марса двух спутников. Из них ближний – Фобос оказался необычайно торопливым. Он обегает планету быстрее, чем она вращается вокруг оси.

Несколько лет спустя американец Килер и русский астроном А. А. Белопольский, изучая кольца Сатурна, доказали, что внутреннее кольцо обращается вокруг планеты, обгоняя ее. Скорость движения внутреннего края кольца составляет 21,5 километра в секунду, тогда как скорость вращения планеты на экваторе немногим больше 10 километров в секунду. По гипотезе Лапласа спутники и кольца, рожденные планетой, не могут двигаться быстрей планеты.

В 1898 году Пикеринг увидел девятого спутника Сатурна, Фебу, которая обращалась навстречу остальным.

Был также опровергнут опыт Плато. Между вращением масляного шара в смеси воды и спирта и вращением газовой туманности в безвоздушном пространстве нет ничего общего. В одном случае действуют силы молекулярного сцепления, в другом случае действует сила тяготения. Опыт Плато доказательством для гипотезы Лапласа служить ни в коем случае не может.

Наблюдения и открытия, противоречащие гипотезе Лапласа, следовали вереницей. Ей приходилось выдерживать тяжелые атаки, но защитники гипотезы очень энергично ее отстаивали.

«Имеем ли мы право думать, – говорили сторонники гипотезы Лапласа, – что солнечная система остается неизменной. Неужели со времени ее возникновения не произошло никаких перемен. В мире все течет, все изменяется. Даже малая сила, действуя непрерывно в течение веков, совершит большие дела. И „капли долбят камень, действуя не столько весом, сколько повторяемостью“».

Те несообразности, которые найдены в движениях спутников и планет, могли накопиться постепенно.

А люди, глядя на них сейчас, почему‑то воображают, что так и было. Это неверно.

Старое окостенелое мировоззрение о неизменности всего существующего разбито соединенными усилиями всех передовых ученых. Изменяется все: и очертание материков, и виды животных, и орбиты планет, и состав атмосферы. Несомненно, изменяется и вся солнечная система.

Важно узнать, сколь велик промежуток времени, который отделяет нашу эпоху от момента рождения Земли и остальных планет.

 

Сколько лет Земле?

 

Все ученые, задумывавшиеся над происхождением Земли, старались найти в природе что‑либо, указывающее на возраст земного шара.

Ученые повторяли опыты Бюффона с раскаленными шарами и тоже пришли к выводу, что Земле не менее 75 тысяч лет.

Астроном Галлей предположил, что воды океанов и морей в первые века существования Земли были пресными. Ведь по гипотезе Лапласа земной шар был огненно‑жидким телом. Вся вода на раскаленной планете находилась в парообразном состоянии. Над поверхностью Земли клубились тяжелые тучи, освещенные снизу заревом расплавленной магмы.

Потом, когда Земля остыла, тучи пролились дождем, вода заполнила впадины и образовала первобытный океан. С гор побежали ручьи и реки. Они размывали горные породы, выщелачивали из них соль и несли ее в океан. Океан, следовательно, «посолили» реки. Солнечные лучи и внутренняя теплота Земли испаряли воду в морях, а соль оставалась растворенной и постепенно накапливалась. Соленость воды возрастала.

Можно подсчитать, сколько соли накопилось в океанской воде – ее соленость в среднем составляет 3 1/2 %[5] –и сколько соли ежегодно выносят реки.

Затем разделить одно число на другое, и в частном получим возраст океана, а океан, несомненно, немногим моложе земной коры. Такое вычисление было сделано. Оказалось, что океану от роду по меньшей мере 150 миллионов лет.

К сожалению, «соляная метрика» океана ненадежный документ: ведь не вся соль остается растворенной, некоторая ее часть кристаллизуется и выпадает на дно, и никому неизвестно, сколько соли откладывалось в прошлые века на морском дне и сколько соли несли реки раньше.

Геологи попробовали определить возраст Земли по напластованиям глин, песков, известняков и других осадочных пород, которые лежат в Земле, как страницы гигантской геологической летописи.

Как страницы великой летописи лежат напластования земной коры.

 

Суша, на которой мы сейчас живем, в прошлые геологические эпохи несколько раз то подымалась, то снова опускалась ниже уровня моря, воды заливали ее и откладывали слои осадочных пород.

В Москве перед Великой Отечественной войной пробурили всю толщу осадочных пластов, оказалось, что они достигают 1247 метров. Но это у геологов считается тонким слоем – есть места, где толщина наносных отложений исчисляется десятками километров.

Сколько же лет копились на дне моря эти отложения? По предварительным расчетам геологов возраст этих напластований должен быть определен не менее как в 500 миллионов лет.

Но и такой геологический способ исчисления возраста Земли весьма не точен. Не всегда отложения откладывались равномерно и с одинаковой скоростью.

Чем больше геологи изучали возраст Земли, тем старше она оказывалась. Так было установлено, что самые нижние слои синей кембрийской глины, на которой как на фундаменте стоит Ленинград, откладывались свыше 500 миллионов лет назад.

Иные, более надежные способы определения возраста Земли (о которых речь будет идти впереди) ученым прошлого столетия были неизвестны, но их предварительные подсчеты показывали, что возраст солнечной системы исчисляется даже не сотнями миллионов лет, а миллиардами.

Поэтому защитники гипотезы Лапласа с полным основанием утверждали, что за столь огромный промежуток времени в солнечной системе могли накопиться значительные изменения. И была найдена причина, вызывающая эти постепенные изменения.

 

Тормоз земного шара

 

Закон всемирного тяготения помог разработать теорию движения Луны по ее орбите, а это позволило с большей точностью, чем прежде, определять момент наступления солнечных затмений и находить место, куда упадет тень Луны.

Астрономы почти на 300 лет вперед вычислили все предстоящие затмения. Такую же работу они проделали и по отношению к затмениям, происходившим в прошлых веках.

Друг Ньютона, астроном Галлей догадался сопоставить записи летописцев о солнечных затмениях со своими вычислениями. И заметил между ними несомненное расхождение. Летописцы и историки почему‑то указывали не то место затмений, где оно должно было быть по подсчетам астрономов.

Например, древнегреческий историк Плутарх сообщает, что 20 марта 71 года он наблюдал в городе Херонее солнечное затмение. По расчетам Галлея получалось, что в Херонее Плутарх видеть затмение не мог. Полоса лунной тени должна была пройти западнее этого города.

Будь такое расхождение между расчетами астронома и записью историка одно‑единственное, на него не обратили бы внимания. Решили бы, что Плутарх ошибся – наблюдал затмение где‑нибудь в другом месте, но о своей поездке забыл упомянуть и получилось, что он видел его дома.

Однако такое расхождение было не одно. Почти каждая старинная запись показывала, что полоса лунной тени падала на Землю не там, где ей надлежало падать по вычислениям астрономов. И чем древней была запись наблюдателя, тем больше получалась неувязка.

Астрономы, определяя место падения тени Луны, считали, что земной шар вращается вокруг оси совершенно равномерно и Луна также закономерно движется по своей орбите. Это предположение, повидимому, не соответствует действительности. Сверка старинных записей невольно наводила на мысль, что либо Земля замедляет вращение, либо Луна торопится и ускоряет свой бег по орбите.

Что происходит на самом деле, – астрономы не знали. Загадка Луны ожидала решения.

Кант, опережая выводы науки, догадался, что Земля замедляет свое вращение, и виновником этого является Луна, вернее – те приливные волны, которые подымаются в океане под влиянием ее притяжения.

В те далекие времена, когда еще не были изобретены часы, указателями времени для людей служили днем – солнце, ночью – звезды и пение петухов, а жителям океанского побережья – приливы.

Дважды в сутки море надвигается на берег. Вода заливает отмели и низины, шумит и пенится на прибрежных камнях, яростно бьется у скалистых утесов. 6 часов и 13 минут длится наступление моря. Затем море успокаивается и тихо откатывается назад, чтобы через следующие 6 часов и 13 минут снова ринуться на берег. Так происходит всегда – каждый день и каждую ночь. Из года в год – на протяжении веков и тысячелетий прилив и отлив сменяют друг друга.

Дважды в сутки море затопляет берега.

 

Кроме лунных приливов по Земле движутся также и солнечные приливы. Но Солнце дальше от Земли, чем Луна. Солнечные приливы меньше, слабее лунных. Следуют они друг за другом через каждые 6 часов, а не через 6 часов 13 минут, как лунные. Поэтому солнечные приливы иногда ослабляют влияние Луны, а иногда усиливают его. Наиболее высокие приливы бывают, когда Луна, Земля и Солнце оказываются на одной прямой линии. Тогда Луна и Солнце «тянут» вдвоем и их приливообразующие силы складываются.

В замкнутых, внутренних морях, таких, как Черное, Балтийское или Средиземное, приливы невелики и и еле заметны. На океанском побережье они грозны. Когда приливная волна устремляется через проливы Курильских островов из Тихого океана в Охотское море, вода в теснине подымается тринадцатиметровым бушующим валом. Особенно грандиозны приливы в устьях Хуанхе в Китае и Амазонки в Бразилии. Приливная волна, встречаясь с могучим течением рек, подымается почти отвесной стеной и с ревом водопада обрушивается на берега.

Очень велики, но спокойны приливы в узких заливах Мурманского побережья.

Самый высокий прилив наблюдается в заливе Ноэль в Канаде – сжатый тесными берегами прилив подымается валом более высоким, чем пятиэтажный дом – до 16 1/2 метров высотой.

И дважды в сутки море откатывается назад.

 

То, что приливы зависят от Луны, жители океанского побережья заметили еще в незапамятные времена. Самые высокие приливы бывают в полнолуние и новолуние, самые низкие – в первой и третьей четверти.

Приливная волна прокатывается по всем океанам земного шара с востока на запад – вслед за Луной, и лишь слегка отставая от нее. Зависимость приливов от Луны объяснил закон тяготения. Приливные волны подымает притяжение Луны, причем одна приливная волна образуется на той стороне Земли, которая обращена к Луне, другая – на противоположной. Когда Луна стоит над Индийским океаном, прилив шумит у берегов Индии и Цейлона и в то же время вторая волна заливает побережье Калифорнии.

Многим людям непонятно, почему и на противоположной стороне Земли образуется второй приливной вал. Ведь там Луны нет и ничто, казалось бы, воду не притягивает.

Образование приливов.

 

Именно в этом‑то и кроется причина возникновения второй приливной волны – там притяжение Луны слабее, чем на подлунной стороне. Если Луна светит над Цейлоном, то от Луны до поверхности Индийского океана будет 378 тысяч километров, а до берегов Калифорнии 390,7 тысяч километров. Разница составляет 12,7 тысяч километров, то есть она равна величине диаметра земного шара.

Больше расстояние, – меньше притяжение. Вода, испытывая меньшее притяжение, отстает, отодвигается от Земли и образует второй приливной вал. Это явление можно пояснить таким примером: допустим, три железнодорожных вагона стоят, вплотную прижавшись друг к другу буферами. Подошел паровоз и потянул вагоны. Первый вагон, повинуясь тяге паровоза, отодвинется от второго, второй пойдет за первым, а третий отстанет от второго– вагоны разойдутся на длину сцепных крюков. Паровоз – Луна, первый вагон – Индийский океан, второй – твердая часть земного шара, а третий – воды Тихого океана. И этот «третий вагон» «отстает» от Земли, так как тяготение Луны сказывается на нем слабее всего.

Вслед за Луной приливные волны непрерывно прокатываются: по всем океанам земного шара. Они движутся с востока на запад – навстречу вращению Земли. Трение воды о морское дно, удары прилива о крутые берега противодействуют вращению Земли.

После Ньютона очень многие ученые исследовали особенности движения приливных волн. Ломоносов изобрел особый прибор и с его помощью наблюдал изменение силы тяжести на Земле под влиянием Луны. Лаплас установил строгое соответствие между теорией тяготения и приливами. Он доказал зависимость между положением Луны и высотой прилива. Изучал приливы один из энергичных последователей Ньютона и Лапласа математик Рош.

 

Удлинение суток и месяца

 

Уже в наше время советский астроном А. Я. Орлов обстоятельно изучил влияние приливообразующей силы на земную поверхность.

Было установлено, что, повинуясь тяготению Луны, на Земле подымаются не только воды океанов, но и суша. Когда на небе встает Луна, почва под нашими ногами, мы сами и все, что нас окружает – поля, леса и горы – плавно, незаметно приподымаются, а когда Луна заходит – они также плавно опускаются. Получается как бы «сухопутный» прилив. Высота его невелика, около 25 сантиметров.

В конце прошлого столетия явлением приливов занялся сын известного естествоиспытателя Чарльза Дарвина – Джордж Дарвин.

Для наблюдения сухопутного прилива Дарвин построил особо чувствительный маятник. На двух длинных и почти параллельных нитях он подвесил латунный цилиндр, к которому было прикреплено маленькое зеркальце. Небольшой фонарь бросал луч света на это зеркальце, а «зайчик», отраженный зеркалом, падал на шкалу прибора. Самое ничтожное отклонение маятника от отвесного положения поворачивало зеркальце, и «зайчик» бежал по шкале.

Свой маятник Дарвин установил на гранитной глыбе весом в одну тонну. От влияния перемены температуры воздуха установку предохранял футляр, между стенками которого находилась вода, а камень был окружен рвом с водой.

Чувствительность маятника превзошла ожидания ученого. Когда человек стоял в пяти метрах от прибора и переминался с ноги на ногу, то прибор воспринимал колебания почвы, вызванные движениями человека, и «зайчик» начинал перемещаться по шкале вправо и влево. Поэтому наблюдения за показаниями прибора Дарвин производил издалека, с помощью подзорной трубы.

А когда на небе подымалась Луна, «зайчик», отраженный зеркалом, бежал по шкале, показывая, что под влиянием тяготения Луны почва приподымается и по земле движется волна прилива.

Джордж Дарвин доказал, что приливное трение действительно тормозит вращение Земли и, следовательно, наши сутки постепенно удлиняются. Величина удлинения суток незначительна. Она равна, примерно, полутора тысячным долям секунды в столетие.

Во времена Плутарха земной шар вращался немного быстрее, чем сейчас. За 1900 лет разница в длине суток накопилась; ее‑то и заметил Галлей, когда сравнивал свои вычисления солнечных затмений с записями древних историков.

Тяготение Луны и сейчас продолжает тормозить Землю и удлинять наши сутки. Пройдут века, земные сутки будут содержать не 24 нынешних часа, а 25… 26… 27… И это будет продолжаться до тех пор, пока сутки не уравняются с месяцем.

Луна постепенно удаляется от Земли.

 

Пагубное влияние Луны на продолжительность наших суток не проходит для нее безнаказанно. Притяжение взаимно. Луна притягивает к себе сушу и воду Земли, образуя приливные горбы, а те, в свою очередь, притягивают к себе Луну. Так как Земля вращается, то она увлекает в своем движении приливные выступы, они оказываются не точно под Луной, не на прямой линии, соединяющей центры Земли и Луны, а в стороне от нее. В конечном счете это приводит к ослаблению тяготения Земли. Луна, получая некоторую свободу, отходит от Земли и занимает более широкую орбиту. Словом, Луна «мешает» Земле вращаться, а Земля, как бы защищаясь, отодвигает «беспокойного соседа» прочь от себя.

В результате такого сложного взаимодействия двух небесных тел удлиняются и сутки и месяц.

Когда Луна удалится на расстояние, равное 615 тысячам километров, – а это случится очень и очень не скоро, – сутки и месяц сравняются, они будут содержать по 55 нынешних суток. Земля тогда повернется к Луне одной стороной, и обе планеты станут вращаться так, как будто они скованы цепью.

Возможно, что и Луна когда‑то тоже вращалась вокруг своей оси, но могучее притяжение Земли вызывало на ней огромные приливные волны. Они катились навстречу вращению Луны и быстро ее затормозили. Лунные сутки уже сравнялись с месяцем, и Луна застыла, повернутая к нам одной стороной. Прилив, поднятый Землей на Луне, тоже застыл. Он исказил форму Луны, и она стала более похожей на дыню или на яйцо, чем на правильный шар.

Открытие приливного взаимодействия между небесными телами объяснило, почему Меркурий обращается возле Солнца, повернувшись к нему одним боком. Его вращение заторможено солнечными приливами.

В этом же, повидимому, кроется причина очень медленного вращения Венеры вокруг оси. Земля и Марс тоже, наверно, вращались раньше быстрее, чем сейчас.

Приливная теория удачно объяснила некоторые расхождения между действительностью и гипотезой Лапласа. Многие возражения отпали.

Из приливной теории следует, что раньше планеты были немного ближе к Солнцу. Так же как Земля постепенно отодвигает Луну, так и Солнце отодвинуло Меркурия и заставляет удаляться Венеру и Землю. Но это влияние Солнца на размеры орбит невелико, а на дальних планетах оно и вовсе незаметно.

Луны, которые обращаются вокруг своих планет медленнее, чем вращаются сами планеты, тоже постепенно удаляются и переходят на более далекие орбиты. Все эти перемены происходят очень медленно. Нужны сотни миллиардов лет, чтобы приливные силы могли внести в планетную систему сколько‑нибудь значительные изменения.

 

Разрыв грушевидного тела

 

Сутки удлиняются. Месяц тоже удлиняется. Луна отходит от Земли.

Следовательно, много миллионов лет назад сутки были короче, чем сейчас. Месяц содержал не 27 1/3 суток, а меньше. Луна находилась ближе к Земле.

Зная зависимость между длиной суток, длиной месяца и расстоянием до Луны, можно попытаться восстановить картину прошлого – проследить шаг за шагом, что было раньше.

Джордж Дарвин стал мысленно отступать в глубь веков, вычисляя, какой длины были сутки и месяц один, два, пять, десять, двести… пятьсот миллионов лет назад. Он смотрел космическую историю Земли и Луны, как киноленту, которую механик заправил в аппарат другим концом, отчего все события на экране пошли в обратном порядке.

Чем дальше отступал ученый в прошлое, тем короче становились сутки и месяц, и ближе к Земле была Луна.

«А не могло ли быть в далеком прошлом, – подумал ученый, – так, что обе планеты обращались, почти касаясь друг друга поверхностями? Не составляли ли Земля и Луна одно грушевидное тело, бешено вращавшееся вокруг оси?»

Может быть и в самом деле Луна оторвалась от Земли в результате слишком быстрого вращения.

И Дарвин нарисовал себе картину рождения Луны.

Когда‑то очень давно новорожденная Земля была одинокой. Она представляла собой огненно‑жидкий раскаленный шар, окутанный густой атмосферой из паров легких металлов и горячих газов.

Понемногу Земля остывала, уплотнялась. С уменьшением ее объема скорость вращения возрастала.

По Земле прокатывались волны солнечного прилива. Они раскачивали нашу планету, которая и без того была неустойчива от слишком быстрого вращения.

Огненно‑жидкая Земля начала пульсировать. Ее правильная форма сплющенного шара нарушалась. Сначала она стала похожей на яйцо, потом на грушу.

Русский академик А. М. Ляпунов доказал, что вращающееся жидкое тело грушевидной формы неустойчиво. Оно должно либо вернуться к форме шара, либо разорваться на две неравные части.

Так как Земля вращалась с ускорением, она не могла вернуть себе форму шара и разорвалась. Часть отторгнутого вещества рассеялась в пространстве, а часть образовала Луну.

Земля обзавелась спутником и… тормозом.

По Земле и по новорожденной Луне покатились огромные валы приливов. Лунные приливы были тогда очень велики, потому что Луна находилась близко от Земли и проносилась, как огненный смерч, вдоль самой поверхности Земли.

Мощные приливы в вязкой массе раскаленной Земли сравнительно быстро замедлили ее вращение, и Луна отошла от Земли на значительное расстояние.

Земные приливы на Луне еще быстрее затормозили ее вращение, так как масса Луны невелика.

Образование Луны по гипотезе Дж. Дарвина.

 

Совершенно очевидно, – думал Дарвин, – что в расплавленном веществе Земли все наиболее тяжелые минералы и металлы опустились к центру планеты, образовав плотное и тяжелое ядро, а легкие вещества всплыли на поверхность.

Когда Луна отделялась от Земли, то на ее образование могли пойти только внешние, самые легкие слои Земли.

И действительно, средняя плотность вещества Земли равна 5,52. Плотность же вещества Луны – 3,33. Она почти в точности равна плотности базальтовых горных пород, которые залегают в земной коре под слоями осадочных отложений. В этом совпадении Дарвин увидел важное доказательство, подтверждающее его догадку.

Он решил проверить гипотезу вычислением и стал решать две математических задачи:

Первая: в течение какого срока Луна должна обращаться вокруг Земли в случае, если их поверхности почти соприкасаются?

Дарвин принял во внимание, что и Земля и Луна были тогда раскалены. Следовательно, они имели большие объемы и диаметры нежели теперешние.

В результате вычислений получилось, что Луна тотчас после своего рождения обращалась возле Земли за трое или четверо, а самое большее – за пять суток.

Вторая: сколько времени понадобилось Луне, оторвавшейся от Земли, для того, чтобы удалиться от нее на 384 400 километров? Или, что тоже самое, сколько лет существует Луна?

На вторую задачу Джордж Дарвин не получил правильного ответа. Его работу продолжали другие ученые. Они установили, что Луна могла удалиться от Земли на нынешнее расстояние самое меньшее за 3,5–4 миллиарда лет.

Это число лет – ориентировочный возраст Луны.

Земля же, очевидно, не на много старше Луны.

3,5–4 миллиарда лет – это также и возраст Земли.

Гипотеза образования Луны и Земли в результате раздвоения первобытной планеты удачно объяснила несоразмерную, по сравнению с лунами других планет, величину нашего спутника.

Гипотеза Джорджа Дарвина понравилась ученым своей смелостью. Тогда еще не были заметны ошибки, допущенные Дарвиным. Казалось, что его гипотеза, верна: ведь Луна действительно отделяется от Земли, и наши сутки удлиняются.

Однако дальнейшее развитие науки заставило отказаться от этой гипотезы.

Первое возражение против нее нашли ученые, исследовавшие строение колец Сатурна.

 

Полчища крошечных лун

 

В 1610 году Галилео Галилей первым заметил необычайную форму Сатурна. Однако самодельный телескоп ученого был очень слаб, он увеличивал только в 30 раз. Галилей не мог как следует разглядеть необычную планету, и ему тогда показалось, что по бокам Сатурна плывут две луны. Они словно стояли с двух сторон планеты.

Другие астрономы, наблюдавшие Сатурн, изображали его чем‑то вроде сахарницы с двумя ручками. Но к удивлению ученых планета не сохраняла свою странную форму. Иногда она становилась похожей на. круглую шляпу с полями или на шар, лежащий в глубокой тарелке.

Изредка – раз в 15 лет – загадочные придатки исчезали, Сатурн становился самой обыкновенной планетой, такой же, как Юпитер или Марс. Затем придатки появлялись вновь.

Так в старину изображали Сатурн.

 

Когда телескопы усовершенствовали, Сатурн разглядели получше. Его придатки оказались широким и плоским кольцом, опоясывающим планету по экватору.

Это открытие не уменьшило загадочности Сатурна: оставалось совершенно неясным – что представляет собой его кольцо. Мнения ученых разделились. Одни говорили, что кольцо сплошное и твердое. Оно стоит на экваторе Сатурна, как стена, разгораживающая северное полушарие планеты от южного. Другие считали кольцо жидким и висящим над планетой, постоянно угрожая ей потопом. Третьи думали, что кольца газообразны и составляют часть атмосферы планеты.

Несколько астрономов – таких было меньше всего – пытались доказать, что кольца Сатурна состоят из мелких камешков.

Было замечено, что кольцо Сатурна не сплошное – оно состоит из трех частей – трех колец, вложенных друг в друга.

Очень важные сведения о кольцах Сатурна получили в Пулковской обсерватории.

О. В. Струве – сын великого русского астронома В. Я. Струве – измерил ширину колец. Они оказались весьма большими.

Самое близкое к планете кольцо прозрачно и светится слабо. Его поэтому иногда называют «креповым». Ширина «крепового» кольца 18 000 километров. Среднее, самое яркое кольцо, на 8000 километров шире «крепового». Третье, внешнее кольцо, имеет в ширину 16 000 километров.

Общая ширина колец такова, что земной шар мог бы катиться по ним, как футбольный мяч по садовой дорожке, – диаметр нашей планеты впятеро меньше ширины колец.

О. В. Струве измерил также среднюю скорость обращения колец.

Лаплас считал кольца Сатурна наглядным примером и памятником того, как образовались планеты и луны. По его мысли, кольца отделились от остывающего Сатурна, но в силу какой‑то причины не смогли сгуститься в спутника. Кольца – это неудавшаяся луна, спутник, испортившийся при изготовлении, – думал Лаплас.

По его гипотезе, кольца должны вращаться медленнее планеты, но ни в коем случае не быстрее ее. На деле оказалось обратное. Противоречие, обнаруженное астрономами в 1877 году, привлекло к кольцам Сатурна еще большее внимание.

В XVIII и XIX веках не было ни одного астронома, который не заинтересовался бы этой достопримечательностью нашей солнечной системы. О кольцах Сатурна размышляли философы и физики. Над решением задач, возникавших при исследовании колец Сатурна, трудились лучшие математики.

Даже такой далекий от астрономии ученый, как Максвелл, и то увлекся изучением этой небесной диковинки. Максвелл доказал, что кольца не могут быть ни сплошными – твердыми, ни жидкими, ни газообразными. К точно такому же выводу пришла и Софья Васильевна Ковалевская – знаменитая русская женщина‑математик. Кольца Сатурна состоят из отдельных мелких камешков.

Была также определена масса колец. Если собрать воедино все камешки, из которых состоят кольца, то образуется спутник, равный, примерно, 1/4 нашей Луны.

Выводы, сделанные математиками о природе колец, подтвердили русский астроном Аристарх Аполлонович Белопольский и американец Килер. Они измерили скорость вращения колец. Ближайший к Сатурну край кольца движется со скоростью в 21,1 километра в секунду, а дальний от планеты край движется со скоростью в 15,5 километра – медленнее внутреннего.

Твердое тело так вращаться не может. У твердого тела, например у патефонной пластинки, внешний край движется быстрей внутреннего, тут же происходит наоборот. Следовательно, кольца не сплошные – это полчища крошечных лун, и каждая такая луна‑камешек обращается вокруг Сатурна как маленький, но совершенно самостоятельный спутник, и его движения определяются законом Кеплера.

Работы А. А. Белопольского продолжили советские ученые. Академик Г. А. Шайн исследовал состав света, отраженного внутренним «креповым» кольцом, и установил, что оно несколько «голубее» самой планеты. А это означает, что кольцо состоит из очень мелких пылинок – только очень мелкая пыль хорошо отражает голубые лучи.

Г. А. Тихов рассматривал кольца через разноцветные стеклышки – светофильтры. Когда лучи Солнца просвечивают сквозь кольца, они кажутся красноватыми, а когда кольца блестят в солнечных лучах, они <