Советская космогоническая гипотеза

 

 

 

Первая страница биографии

 

Мысленно перенесемся в ту далекую эпоху, когда зарождалось наше Солнце, а руководствоваться на первых шагах этой экспедиции будем исследованиями члена‑корреспондента Академии наук СССР В. А. Амбарцумяна и пулковского астронома В. А. Крата.

Несколько миллиардов лет назад в одной из спиральных ветвей Галактики находилось гигантское газово‑пылевое облако, похожее на туманность Ориона. Когда это облако дозвездных частиц достигло определенной плотности, в нем возникли отдельные центры сгущений – начала зарождаться довольно многочисленная стая звезд – ассоциация.

Звезды этой ассоциации формировались в зависимости от условий, в каких возникали.

Одни начали складываться раньше, другие – позже; одни росли быстрей, другие – медленней. В центре туманности и у ее краев, в плотных частях облака и в более разреженных областях получались различные звезды. Среди них образовывались очень массивные голубые и белые сверхгиганты, двойные, тройные и кратные звездные системы, солнцеподобные звезды и карлики.

Наше Солнце было тогда горячей, ярче., массивнее, чем сейчас, и оно безусловно могло бы стать гигантом или кратной звездой, но, видимо, что‑то помешало ему. То ли оно немного запоздало в развитии, то ли находилось в области, не очень богатой дозвездным веществом – так или иначе, – Солнце осталось одиночной звездой и по массе несколько уступало своим сверстникам.

Сравнительно скромная масса Солнца предопределила его судьбу. Тяготение звезд‑гигантов нарушало движение меньших братьев и вынуждало их покидать ассоциацию. Солнце вместе с остальными звездами малой массы было изгнано из стана своих односельчан и сверстников. Оно рассталось с ассоциацией и отправилось путешествовать по Галактике в одиночку.

Там, где образовывались звезды, в десятки раз превышающие Солнце по массе, «строительных материалов» несомненно имелось в избытке.

Покидая место своего рождения, Солнце вынесло часть того сгустка дозвездного вещества, который служил его колыбелью. Следовательно, Солнце не захватывало облака твердых частиц, оно само в нем возникло. Солнце и планеты образовались из одного и того же вещества. Только на формирование Солнца пошла основная масса облака, а на планеты – остатки.

В первые тысячелетия существования Солнца его окутывала плотная пылевая оболочка.

В этом облаке дозвездных частиц, окружавшем Солнце, начали складываться планеты. Может быть, их зародыши образовались еще раньше, когда Солнце было членом ассоциации. Этого мы не знаем, но возможно, что планетные системы – это только разновидность кратных звезд. Солнце могло формироваться и в других условиях; тогда судьба планет сложилась бы иначе. Юпитер и Сатурн, а может быть и Уран с Нептуном, не остались бы темными, несветящимися телами. Обильный приток дозвездного вещества, увеличивая их массу, возвел бы эти планеты в ранг звезд.

В этом случае обитатели планет Альтаира (если только у этого нашего соседа есть планеты) видели бы на своем небе не одиночное солнце, а кратную звезду.

Однако условий для образования кратной звезды вместо планетной системы не было. Развитие Солнца пошло по иному пути. Зародыши будущих звезд, кружившиеся возле новорожденного Солнца, стали планетами.

На этом заканчивается первая страница истории солнечной системы.

В дальнейшем руководителями нашей экспедиции по пути развития планет будут академик О. Ю. Шмидт и два ленинградских астрофизика Л. Э. Гуревич и А. И. Лебединский, которые разработали теорию формирования планет из облака твердых частиц.

 

Вторая страница биографии

 

Облако, вынесенное Солнцем из первобытной туманности, унаследовало от нее определенный момент количества движения и поэтому медленно вращалось вокруг своей оси.

Тяготение Солнца собрало пылевое вещество облака в огромный, свыше 12 миллиардов километров в поперечнике, шар и настолько уплотнило его, что оно стало непрозрачным. Ни одна искра, ни один луч света не вырывался наружу; облако было совершенно темным, хотя внутри его сияло ослепительно яркое Солнце.

Жаром своих лучей Солнце испаряло все частички, приближавшиеся к его огненной поверхности, а лучевое давление отгоняло прочь мельчайшие пылинки и молекулы газов. В центре облака вокруг Солнца образовалось разреженное и сравнительно свободное от пыли пространство. Солнце тогда напоминало ядро ореха, заключенное в просторную, но очень толстую скорлупу.

Вещество из облака непрерывно поступало в околосолнечную область. Потоки света тормозили движение пылинок, роившихся вблизи Солнца, заставляли их лететь по сворачивающейся спирали, постепенно приближаясь к Солнцу. В таком же положении оказывались частички, двигавшиеся по сильно удлиненным орбитам, и частички, свернувшие со своего пути после столкновений.

Все эти пылинки, приближаясь к Солнцу, попадали под губительное действие его лучей и начинали таять, быстро уменьшаясь в размерах. На очень маленькие пылинки световое давление действует сильнее, чем тяготение. Поэтому, как только пылинка сокращалась ниже определенного предела, солнечные лучи подхватывали ее и мгновенно отбрасывали обратно в облако.

Испарившееся вещество либо оседало на Солнце, увеличивая его массу, либо тоже отлетало прочь.

Частички, отогнанные лучевым давлением, далеко не улетали. Этому препятствовали многие причины. В густой мгле пылевого облака солнечный свет быстро слабел, и давление его лучей падало; в резкой стуже космического пространства на летящую пылинку намерзали молекулы различных газов, в изобилии клубившиеся в облаке, от этого масса пылинки росла, и начинало сильнее сказываться тяготение Солнца; бесчисленные столкновения с частицами, которые попадались навстречу пылинке, постепенно гасили ее скорость. Изгнанницами такие пылинки не становились, и за пределы облака они не проникали.

Общая масса облака поэтому не уменьшалась, и его вещество почти не рассеивалось в пространстве; происходил только перенос массы изнутри облака в более далекие от Солнца области. Плотность облака от этого возрастала.

Пылинки, кружившиеся возле Солнца, постоянно налетали друг на друга. Столкнувшиеся частички отскакивали в разные стороны и при каждом соударении теряли часть своей скорости. В результате их скорости выравнивались, а кинетическая энергия переходила в теплоту. Теплота же излучалась в пространство.

Таким образом, беспрестанные столкновения неумолимо и очень быстро уменьшали запас кинетической энергии облака, тогда как его момент количества движения оставался неизменным. Ведь никакие внутренние силы или явления – ни трение, ни столкновения и ничто иное – не могут уменьшить или увеличить момент количества движения.

Как мы уже знаем, момент количества движения тела, обращающегося по какой‑либо орбите, равен произведению массы тела на скорость его движения по орбите и на радиус этой орбиты. И до тех пор, пока на это тело не подействуют внешние силы или не изменится масса тела, произведение этих трех сомножителей останется неизменным. Таков закон сохранения момента количества движения. Если скорость движения будет падать, то радиус должен увеличиваться. Если радиус уменьшается – скорость возрастает.

Масса вращающегося облака не уменьшалась, так как частички пыли не могли его покидать, скорость же движения частиц падала, потому что ее гасили бесчисленные столкновения, а это приводило к тому, что экваториальный радиус облака увеличивался.

Облако теряло форму шара, сплющивалось у полюсов, утолщалось у экватора и постепенно принимало форму чечевицы или двух тарелок, сложенных краями.

Частицы, изгоняемые лучевым давлением из околосолнечной области, переносили свой момент количества движения к краям облака и тем содействовали его уплощению.

Изменение формы облака увеличивало его плотность. В более плотной среде столкновение пылинок учащалось, потери кинетической энергии возрастали, и облако сжималось все больше и больше. В конце концов оно превратилось в диск или в кольцо, подобное кольцам Сатурна, но имеющее в диаметре свыше двенадцати миллиардов километров.

Пылевые массы, переместившись от полюсов облака к его экватору, обнажили Солнце, оно выглянуло из своей темницы и осветило окружающее пространство. Произошло как бы второе рождение Солнца.

Частицы, из которых состояло околосолнечное кольцо, продолжали сталкиваться между собой.

Однако к этому времени все быстрые частицы успели растерять былой запас кинетической энергии, они стали двигаться так же, как и все. Скорость движения частиц выравнялась, а их орбиты округлились. Взаимные толчки при столкновениях сошли на нет, это уже были не соударения, а спокойные сближения: частицы только касались друг друга.

В таких условиях начали сказываться силы тяготения между пылинками и песчинками. Пылинки получили возможность слипаться, и тогда кольцо стало распадаться на отдельные и рыхлые хлопья.

В плотных частях облака хлопья получались крупные, в разреженных – мелкие.

Происхождение солнечной системы по гипотезе Шмидта.

 

Раньше других и самые большие хлопья образовались в наиболее толстой и плотной части кольца – примерно на расстоянии одного миллиарда километров от Солнца, там, где сейчас находятся планеты‑гиганты – Юпитер и Сатурн.

Пылевые хлопья тоже сталкивались друг с другом. При этом одни из них разваливались, а разлетавшиеся пылинки приставали к другим хлопьям; другие же сливались в одно целое, образуя более плотные и более массивные комки. В кольце возникали зародыши или ядра будущих планет.

Свою теорию образования планет Л. Э. Гуревич и А. И. Лебединский, так же как и О. Ю. Шмидт, обосновали математическими расчетами.

Хотя Л. Э. Гуревич и А. И. Лебединский шли к цели несколько иным путем, чем О. Ю. Шмидт, но выводы у них получились примерно те же самые. Так же, как и О. Ю. Шмидт, они объяснили основные закономерности солнечной системы и обосновали закон планетных расстояний. Числа, найденные ими, довольно точно выражают средние расстояния планет от Солнца.

Самое же главное в исследовании Л. Э. Гуревича и А. И. Лебединского то, что они очень наглядно и убедительно показали, каким путем рой или облако твердых пылевых частиц может превратиться в планетную систему. И это было генеральным сражением, которое принесло решающую победу коллективу советских ученых, создававших новую космогоническую гипотезу.

 

Формирование земного шара

 

Вообразим себя на новорожденной Земле в первые тысячелетия ее существования. Пусть в эту далекую эпоху нас перенесет всемогущая фантазия, она же снабдит нас непробиваемым, но совершенно прозрачным броневым колпаком, из которого удобно наблюдать все происходящее вокруг. Допустим также, что мы снабжены достаточным запасом кислорода, воды и вообще всем необходимым.

Глубокая ночь, но на небе не видно ни одной звездочки, да и самого неба по сути дела нет – Землю окружают облака космической пыли, клубящейся в межпланетном пространстве. Слабенькие лучи звезд не могут пробиться сквозь их толщу.

Над Землей дымится оранжево‑желтая пылевая завеса. Синие и зеленые солнечные лучи не проникают через рой мелких частиц, окружающий Солнце. До орбиты Земли доходят только оранжевые и красные лучи. Они‑то и окрашивают «небо» в столь необычный цвет. Когда между нашей планетой и Солнцем проходит особо густое облако космических частиц, небо темнеет и принимает ржаво‑красный оттенок.

Близок рассвет. На востоке дымка, окутывающая Землю, начинает желтеть. На фоне оранжевой пылевой завесы виден черный конус земной тени. Он медленно клонится к западу.

Ночь тянется очень долго. Маленькая Земля вращается пока еще медленно, она не успела набрать скорость.

На восточной стороне сквозь пыль просвечивают какие‑то не вполне правильной формы клубки самых различных размеров. Некоторые проходят недалеко от Земли – видно, как они сталкиваются друг с другом, сливаются или разваливаются. Загадочные клубки, похожие на бесхвостые кометы – не что иное как неудачные зародыши планет и лун. Им суждено погибнуть, так как они возникли на неустойчивых и пересекающихся орбитах, а устойчивые орбиты уже заняты ядрами настоящих планет.

Напрасно стараться разглядеть среди этих клубков нашу будущую Луну. Она еще слишком мала и далека от Земли.

Почти возле самой поверхности Земли, подобно трассирующим пулям, сверкают метеоры. Их великое множество справа, слева, сверху – всюду светящиеся следы метеоров. Некоторые из них взрываются и рассыпают фонтаны огненных брызг. Их ослепительные вспышки по временам освещают местность.

По броневому куполу то и дело барабанят песчинки, падающие на Землю. Время от времени опускаются довольно густые тучи пыли. Они засыпают наш купол, и его приходится часто очищать. Изредка проносятся более крупные камни. Они ударяются о Землю и бесшумно взрываются, разбрасывая по сторонам тучи пыли и тысячи осколков.

Несмотря на ожесточенную космическую бомбардировку, все вокруг совершается почти в полном безмолвии. Газовая оболочка Земли еще слишком тонка и разрежена. Звуки в ней не возникают и не распространяются. От ударов тяжелых глыб Земля только вздрагивает и слегка гудит.

Наступает утро. Из‑за горизонта подымается Солнце. Сквозь окутывающий его рой частиц оно выглядит багрово‑красным диском.

Лучи Солнца плохо освещают Землю, день немногим светлее ночи. Гораздо больше света дают кратковременные вспышки метеоров.

Даже на глаз видна шарообразность Земли. Горизонт самое большее находится в одном километре. Поверхность Земли гладкая, нет ни гор, ни долин. Только зияют круглые воронки, как от авиабомб. Эти воронки оставлены взорвавшимися метеоритами. Пыль, клубящаяся над Землей, быстро затягивает все неровности.

Беспрестанно падающие частицы раздробили, размололи поверхность Земли. Когда падает крупный метеорит, то от места падения кругами разбегаются волны – пыль, устилающая Землю, настолько мелка, что ведет себя, подобно жидкости.

Солнце неторопливо, гораздо медленнее, чем в наши дни, подымается над горизонтом.

Наблюдая за Солнцем в течение нескольких недель, можно было бы заметить, что видимые размеры его диска меняются. Солнце вначале увеличивается, становится ярче, желтее, а потом, в следующую половину года оно уменьшается, его диск тогда выглядит совсем маленьким кружочком красновато‑коричневого цвета. Земная орбита еще не округлилась, и Земля, обращаясь вокруг Солнца, то приближается к нему, то удаляется почти до нынешней орбиты Марса.

Правильное чередование времен года еще не установилось. Земной шар не приобрел устойчивого наклона оси. Он раскачивается, иногда даже ложится «на бок», так как земная ось под влиянием толчков падающих на Землю тел постоянно меняет свое положение.

Поэтому, когда Земля приближается к Солнцу, то наступает лето, а когда удаляется – зима. И эти времена года наступают одновременно и в северном и в южном полушариях.

Потом, разумеется, все образуется: земная ось займет свое положение, зима и лето станут различными для обоих полушарий.

Во время приближения к Солнцу на Земле становится немного теплее. Но слабенькие лучи тусклого Солнца несут с собой очень мало тепла, и температура на новорожденной Земле держится значительно ниже нуля. Это холодная стадия формирования Земли.