Тайна спиральных туманностей

 

Среди звезд, в черной глубине мирового пространства, виднеются светящиеся пятнышки самых различных очертаний – среди них есть облачка клочковатой, неправильной формы, есть и круглые, и овальные, и веретенообразные. Некоторые из этих облачков – такие, как «Водоворот» из созвездия Гончих Псов или туманность М‑33 из созвездия Треугольника, имеют отчетливо‑спиральное строение, – из центрального яркого сгущения исходят ветви, закрутившиеся в стремительном вихревом движении.

Туманность «Водоворот» из созвездия Гончих Псов.

 

Ученые называли неведомые небесные светила туманностями и считали их ближайшими родственниками планетарных туманностей – казалось, велика ли разница – тут завиток, а там колечко.

Но это было ошибкой. Разоблачил ее спектральный анализ.

В конце прошлого века астрономы научились фотографировать спектры звезд и постепенно раскрывали значение каждой спектральной линии. Спектроскоп оказался превосходным разведчиком далеких звездных миров. Световой луч, этот быстролетный посланец небесных светил, попадая в спектроскоп, разворачивался в спектр. Фотопластинка воспринимала спектр и затем служила документом, своего рода звездным паспортом, удостоверяющим химический состав небесного тела, плотность его вещества, температуру и многое другое.

Спектры звезд и туманностей оказались резко различными – звезды давали в спектроскопе сплошную радужную полоску, пересеченную темными, а иногда и яркими линиями; туманности – только отдельные яркие и большей частью зеленоватые линии на черном фоне.

Спектроскоп убедительно показывал, что звезды светят, как массивные, сравнительно плотные раскаленные тела, а туманности – это только легкие и холодные облака сильно разреженных газов и мелкой пыли.

Многие туманности, издавна известные астрономам и даже получившие собственные имена – такие как туманность Ориона, «Северная Америка», «Сова», «Сатурн», «Хеликс», «Трифид», «Волокнистая» – светят именно как туманности. А загадочные спиральные завитки, вроде «Водоворота» из Гончих Псов или Большой туманности Андромеды дают сплошной, радужный спектр. Они светят, как звезды. И в спектрах нет ничего, что хоть отчасти напоминало бы туманность.

Ученые применяли самые сильные увеличения, на какие только были способны их телескопы, и ничего понять не могли – в телескоп эти странные пятнышки выглядели туманностями.

В 1888 году удалось получить очень четкую фотографию Большой туманности Андромеды. На снимке было хорошо видно, что эта туманность, так же как и «Водоворот» из Гончих Псов, имеет спиральное строение, но только она повернута к нам боком и потому выглядит продолговатой. На самом же деле Большая туманность Андромеды круглая и спиральная.

Ученые терялись в догадках. Наблюдения в телескоп резко противоречили свидетельству спектроскопа. Для телескопических наблюдений это были туманности, а для спектроскопических – звезды.

Авторы и сторонники планетезимальной гипотезы решили спор весьма просто: спиральные облачка светящегося вещества – есть не что иное, как звезды, у которых происходит образование планет. И в самом деле, в «Водовороте» отчетливо видны две струи светящегося вещества, исходящие из центра – струи закручены наподобие часовой пружины, а в струях вырисовываются отдельные сгустки – будущие планеты. Сбоку же сверкает второй клубок светящегося вещества – это может быть и есть встречная звезда, вызвавшая небесную катастрофу.

Объяснение соблазнительное, но оно оказалось неверным.

 

«Сигара» астронома Джинса

 

В 1916 году английский ученый Джинс раскритиковал планетезимальную гипотезу. По его мнению образование на Солнце приливных выпуклостей не могло сопровождаться взрывом газов, сжатых в недрах Солнца. Планеты не могли образоваться из холодных и твердых частиц – планетезималей. Они должны были родиться горячими.

Джинс выдвинул новую гипотезу, но тоже основанную на встрече двух солнц.

Совершенно очевидно, что встречная звезда могла быть и равной Солнцу по массе и объему, и меньше его, и больше. Пройти мимо Солнца она могла и почти вплотную и в отдалении. Джинс вычислил, какое влияние окажут друг на друга две сблизившиеся звезды в зависимости от условий встречи.

Результаты его вычислений показали, что при большом расстоянии между звездой и Солнцем, на обоих небесных телах подымутся приливные волны. Шарообразная форма нарушится. Звезды станут похожи на дыни, но как только они разойдутся, все вернется к прежнему состоянию. Никаких планет не образуется.

Образование планет по гипотезе Джинса.

 

Чтобы вырвать из Солнца часть его вещества, притяжение встречной звезды должно быть достаточно велико. Поднявшийся на Солнце приливной горб оторвется от него только в том случае, если тяготение звезды пересилит притяжение Солнца.

Ясно, что карликовая звезда с малой массой «вреда» Солнцу не причинит. Солнце само разорвет ее своим притяжением, как только она перейдет границу опасной зоны Роша.

Звезда, равная Солнцу, сможет причинить ему ущерб, только коснувшись поверхности Солнца. Произойдет катастрофа, но планет не возникнет.

Причиной рождения планет могло быть приближение звезды более массивной, чем Солнце, и то только в том случае, если расстояние между звездой и Солнцем оказалось бы не очень большим.

По предположению Джинса, планеты образовались так: приближающаяся звезда своим тяготением подняла на Солнце два приливных горба. По мере того, как расстояние сокращалось, приливные горбы росли. При этом приливной горб, обращенный к звезде, увеличивался быстрее своего двойника на противоположной стороне Солнца.

Наконец расстояние, разделяющее Солнце и звезду, уменьшилось до предела. Между их поверхностями осталось два‑три миллиона километров. Приливной горб, поднявшийся на Солнце гигантской выпуклостью, постепенно терял связь с Солнцем. Притяжение звезды сначала уравнялось с солнечным, потом превысило его, и приливной выступ вытянулся по направлению к звезде длинным рукавом или сигарообразной струей.

Второй приливной горб, поднявшийся на противоположной стороне Солнца, отделиться от него, разумеется, не мог.

Сигарообразная струя, вырванная из Солнца, изогнулась вслед за проходившей мимо звездой, вытянулась и стала распадаться на отдельные сгустки.

Маленькие сгустки тут же рассеивались. Их масса была слишком невелика, взаимное притяжение частиц – ничтожно, и они превращались в пыль или застывали в виде крошечных капелек‑метеоритов. Большая часть вещества, исторгнутого из Солнца, рассеялась, образовав вокруг Солнца пылевое и метеоритное облако.

Уцелели только наиболее крупные сгустки. Они были массивны и потому более устойчивы. Эти сгустки приняли шарообразную форму. Они быстро остывали и, уплотняясь, превращались в планеты.

Из средней, наиболее толстой, части сигарообразной струи образовались наиболее крупные планеты – Сатурн и Юпитер. Из тонких концов «сигары» сформировались более мелкие планеты. А из ее кончика, обращенного к Солнцу, получилась самая маленькая планета – Меркурий.

В 1930 году была открыта девятая планета солнечной системы. Джинс увидел в этом важное доказательство в пользу своей гипотезы, так как Плутон, который должен был возникнуть из дальнего конца «сигары», тоже оказался одной из самых маленьких планет.

«Сигара» Джинса.

 

Правилу «сигары» подчиняются не только планеты, но и их спутники. Рождение лун автор гипотезы описывает так: звезда – второй родитель планет – успела отойти достаточно далеко. Ее влияние ослабело.

Планеты продолжали кружиться возле Солнца. Их первоначальные орбиты были удлиненными, эллиптическими. Новорожденные и еще не успевшие остыть планеты тогда подходили очень близко к Солнцу, и Солнце сыграло для них роль встречной звезды: под влиянием его тяготения на планетах подымались приливные горбы, которые вытягивались в сигарообразные струи. Эти струи распадались на сгустки, а сгустки становились лунами.

У больших планет количество оторванного вещества было велико. «Сигары» получались длинными и массивными. Большие планеты обзавелись многочисленными семьями лун.

Размеры спутников тоже сохраняют очертания сигарообразного выступа, их породившего. И у Юпитера и у Сатурна ближайший к планете спутник – маленький. Остальные – побольше. Самые массивные спутники Юпитера, образовавшиеся из наиболее толстой части «сигары», – Ганимед и Каллисто, занимают четвертое и пятое места, а у Сатурна самая крупная луна – Титан – расположилась на шестом месте. Более далекие от планет луны – маленькие.

У небольших планет приливные выступы не могли быть длинными и массивными, а кроме того небольшие планеты остывали гораздо быстрее крупных. Поэтому и число спутников и их масса примерно соответствуют величине планет. Исключение составляет Земля. Она, повидимому, с самого начала сложилась двойной планетой.

Грандиозная катастрофа, разыгравшаяся на Солнце во время встречи со звездой, породила кроме планет бесчисленное множество мельчайших телец – космической пыли, отдельных крупинок, капелек и кусков вещества – метеоритов.

Новорожденным планетам приходилось пробивать себе путь в довольно густом метеоритном облаке, которое окутывало Солнце. Планеты как бы «подметали» пространство, постепенно собирая всю летающую мелочь. Непрерывные и многочисленные столкновения планет с метеоритами округляли их орбиты. Из эллиптических орбиты становились круглыми. Крупные планеты, успевшие собрать много космического материала, округлили свои орбиты. Меркурий, Марс и Плутон, которые не успели «вырасти», сохранили орбиты более эллиптические.

Часть распыленного космического вещества, оставшаяся несобранной планетами, и поныне летает вокруг Солнца в виде комет, метеоритных потоков и отдельных метеоритов.

Кольца Сатурна, по гипотезе Джинса, образовались из спутника, проникшего внутрь зоны Роша и разорванного тяготением планеты.

Астероиды – это обломки разбившейся планеты.

Причину образования обратных спутников, необычайную скорость движения Фобоса – спутника Марса, Джинс вообще никак не объясняет.

Вскоре после опубликования гипотезы ученые сумели определить возраст метеоритов, оказалось, что возраст метеоритов примерно соответствует возрасту Земли!

Сообщение о том, что Земля и метеориты образовались одновременно, было истолковано, как доказательство в пользу Джинса.