Анатолий Томилин - Занимательно о космогонии
Из состава науки о происхождении и развитии небесных тел и их систем выделилась звездная космогония, опирающаяся на успехи астрофизики и радиоастрономии. Родилось в ее недрах новое направление — космогония галактик. Даже планетная космогония отчетливо стала ветвиться на направления, каждое из которых требовало нового подхода. Так, одно из них решало проблему: откуда и как появилось возле Солнца вещество, из которого образовались планеты, и в каком состоянии это вещество находилось? Второе направление касалось выяснения процесса образования планет из первичного вещества. Третье интересовалось первоначальным состоянием Земли. А ведь были еще спутники, были кометы и астероиды.
Чтобы строить новые космогонические гипотезы, мало было отказаться от классической формы космогонических исследований. Отныне любая вновь выдвинутая теория не могла ограничиваться объяснением свойства одной лишь солнечной системы. Ее выводы должны быть справедливы для миллиардов других звезд Млечного Пути и объяснять зарождение и существование множества других планетных систем. Сделать это было, пожалуй, труднее всего. Потому что хоть и существует мнение о том, что такие планетные системы весьма распространены в Галактике, пока их еще никто не наблюдал. Значит, трудно говорить, какие из особенностей нашей солнечной системы являются фундаментальными и обязательными для планетных систем вообще, а какие носят частный характер.
К середине XX столетия все известные раньше трудности возросли. Помните, мы сформулировали условие задачи для «точного» расчета планетных движений: «Дано: 18 небесных тел, положения и движения которых в данный момент известны…» и так далее. Затем, получив систему уравнений с двумястами шестнадцатью неизвестными, мы пришли к выводу, что для решения она, пожалуй, трудновата. Это относилось к временам двухсотлетней давности.
Сегодня же, в XX веке, число «законных» членов солнечной системы, без учета влияния которых нельзя и думать о «точном» решении задачи их движения, перевалило за 2 тысячи… Это означало, что количество неизвестных в уравнениях стало больше 24 тысяч! А к этому еще нужно добавить условия деформации, влияние приливов, дефекты массы Солнца и прибавление в весе планет. Необходимо учесть роль межпланетной среды, электромагнитные силы и так далее и тому подобное. Так что сейчас, пожалуй, действительно любая попытка разрешения этой проблемы таким способом была бы безнадежной.
Надо было срочно искать выход из тупика.
Солнечная система, какой мы ее знаем сегодня…
А теперь, прежде чем переходить к рассказу о гипотезах планетной космогонии последних лет, стоит подвести некоторый предварительный итог тому, что мы знаем сегодня о нашей солнечной системе. Накопились новые факты. Изменились методы исследований. Пополнился и список особенностей, сформулированных некогда П. Лапласом. Обо всем этом стоит рассказать хотя бы для того, чтобы иметь возможность составить собственный критерий оценки будущих гипотез.
Семейное положение Солнца и состав семьи. Сначала автор порывался написать коротко и ясно: «Солнце — многодетно!» Но потом остановился. Приняв на вооружение принцип объективного рассказа об эволюции взглядов на космогонию солнечной системы, правильно ли будет такое заявление? А если наше центральное светило и все планеты, спутники планет и астероиды, кометы и целые рои метеорных тел произошли одновременно из одного облака? Какие же они в таком случае «отцы и дети»?
И тогда пришлось остановиться на более осторожном определении: «Солнечное семейство многочисленно и разнообразно. Кроме самого Солнца — рядовой звезды, — система состоит из большого числа поименованных выше холодных тел, которые с завидным постоянством обращаются вокруг друг друга и центрального тела. Общее число их неизвестно, общая масса вычислена приблизительно и составляет десятые доли процента от массы солнечной. Кроме того, не исключено, что по сей день еще не все члены солнечного семейства зарегистрированы в „учетной книге“ земной астрономии».
Таким образом, на вопрос о составе семьи (как и на вопрос о семейном положении) можно дать пока ответ весьма неопределенный.
Где граница солнечной системы? К сожалению, и на этот вопрос однозначный ответ дать трудно. Казалось бы, наиболее правильно таковой считать орбиту Плутона, самой далекой планеты. Среднее расстояние от Солнца до него примерно 40 астрономических единиц — а. е. (напомним, что 1 а. е. равна 149 миллионам 504 тысячам километров). Но титул «последней планеты» у Плутона вовсе не раз навсегда установленный. Не исключено, что за его орбитой на прочной цепи солнечного притяжения гуляет еще планета, а то и планеты. Обнаружить их пока невозможно. Кроме того, мы уже знаем, что в семейство Солнца входят кометы. А по расчетам, самые дальние точки их орбит — афелии — лежат на расстояниях около 150 тысяч астрономических единиц от нашего светила. Это существенно раздвигает границы солнечной системы, но тоже не дает ее предела. На какое же расстояние простирается влияние Солнца? Вопрос не такой простой. Ведь нужно учитывать еще и влияние всех 100 миллиардов звезд нашей Галактики.
Впрочем, тут есть пути к упрощению. Если соединить все звезды в одну тяготеющую точку в центре Галактики и рассматривать ее вместе с Солнцем и обращающимся вокруг Солнца телом малой массы — типа космического корабля, то получится вариант задачи трех тел. Он был решен американским математиком Георгом Хиллом. И то максимальное расстояние, на котором может двигаться тело малой массы, оставаясь еще спутником одной из притягивающих масс, называется «сферой Хилла» для этой массы.
Так, космический корабль, выброшенный за пределы всех планетных орбит, будет обращаться вокруг Солнца до тех пор, пока его расстояние от светила не превысит 230 тысяч астрономических единиц. Это и есть радиус «сферы Хилла» для Солнца. За ее пределами большая доля гравитационного влияния на корабль будет принадлежать тяготеющей массе всех звезд Галактики, собранных нами в ее центре в единую точку.
Радиус «сферы Хилла» очень интересная величина. Читатель, склонный к раздумьям, может с удовольствием поразмышлять над ней, имея в виду, что расстояние до ближайшей к Солнцу звезды — альфы Центавра — порядка 280 тысяч астрономических единиц. То есть, она находится чуть-чуть за пределами «сферы Хилла». А если бы не было этого «чуть-чуть»? Впрочем, такие предположения уже выходят за рамки нашей книжки.
Итак, примерная граница солнечной системы установлена. Что еще нужно знать, чтобы начать оценивать космогонические гипотезы?
Особенности солнечной системы. Перечисляя основные особенности солнечной системы, П. Лаплас писал: «Планеты движутся вокруг Солнца в одном направлении и примерно в одной плоскости».
Пожалуй, сегодня эта особенность не должна выглядеть столь категорично. Наклон плоскости орбиты Меркурия к экватору Солнца 7 градусов, а орбита Плутона отклоняется на 17 градусов 8 минут.
Затем П. Лаплас требовал объяснить, почему все спутники движутся вокруг своих планет в том же направлении, что и планеты вокруг Солнца.
С этим пунктом его списка особенностей дела обстоят хуже всего. С тех пор ассортимент спутников планет сильно пополнился. И вот, пожалуйста: четыре спутника Юпитера, не имеющие названий и обозначенные просто римскими цифрами VIII, IX, XI и XII, имеют обратное направление обращения.
Можно, конечно, успокаивать себя тем, что внешние спутники гигантской планеты — астероиды, захваченные ее полем притяжения. Но как быть тогда с Фебой, девятым спутником Сатурна, открытым В. Пикерингом в 1898 году? Феба тоже обращается в обратном направлении, но это наверняка не астероид. Скорее уж это кометное ядро.
Имеют обратное направление обращения и пять спутников Урана. Впрочем, Уран сам сплошная загадка для космогонии. Он один «лежит» на своей орбите, да еще и «головой вниз». Плоскость его экватора составляет угол около 98 градусов с плоскостью орбиты.
Непонятной до сих пор остается и причина, по которой обратное направление имеют обращающиеся вокруг Нептуна спутники Тритон и Нереида.
По мнению П. Лапласа, вращение всех планет и Солнца вокруг своих осей происходит в одну и ту же сторону, а плоскости их экваторов имеют слабый наклон к плоскости их орбит.
Увы, это замечание тоже нуждается в поправках, так как Уран и Венера вращаются в обратную сторону, а о плоскости экватора Урана мы уже говорили.
Эксцентриситеты известных во времена П. Лапласа орбит планет и спутников были очень малы. Но сегодня это утверждение не годится ни для Меркурия, ни для Плутона. Их эксцентриситеты соответственно равны 0,20562 и 0,24864. Если же сравнивать между собой орбиты спутников, то и здесь особого единообразия не наблюдается. Орбиты внешних спутников Юпитера достаточно вытянуты. А уж об орбите Нереиды и говорить нечего — она напоминает собой путь настоящей кометы. Этот спутник приближается к Нептуну на 1 миллион 600 тысяч километров и удаляется от него на 9 миллионов 600 тысяч километров.
