М. Субботин - Происхождение и возраст Земли
При этих условиях, т. е. при полной невозможности изучать в настоящее время другие планетные системы, приходится основываться только на том, что нам может дать внимательное исследование свойств нашей солнечной системы, и итти путём построения космогонических гипотез.
За полтораста лет, прошедших со времени появления небулярной гипотезы Лапласа, было предложено много космогонических гипотез. Как ни убедительно выглядели некоторые из этих гипотез при своём появлении, ни одна из них не выдержала продолжительной научной критики. Новые открытия наблюдательной астрономии, с одной стороны, детальный теоретический разбор — с другой, ещё и ещё раз показывали, что стоящая перед ними проблема очень сложна и что мы хотя и приближаемся к её решению, но своей цели ещё не достигли.
Конечно, работа, затрачиваемая на создание космогонических гипотез и на критический анализ этих гипотез, не пропадает даром. Даже отвергнутые наукой гипотезы всё же почти всегда правильно освещали какую-нибудь сторону вопроса, и потому от них остаются отдельные части, которыми наука может воспользоваться в своём дальнейшем развитии. С полной уверенностью можно сказать, что наука в вопросе о происхождении Земли находится на правильном пути, что часть этого пути, быть может, труднейшая, уже пройдена и что мы всё время продвигаемся вперёд.
В настоящее время наука пробует идти двумя разными путями. Возможно, что эти пути в будущем сольются, но пока каждый из них имеет своих сторонников.
Один путь ведёт свое начало от небулярной гипотезы Лапласа, или, вернее, от заложенной в ней мысли, что планеты являются продуктом внутренних процессов, сопутствующих нормальному развитию звезды. Другой путь, напротив, связывает происхождение планет с воздействием на развитие звезды внешних обстоятельств.
В основе первого пути лежит убеждение, что процесс образования планет нельзя рассматривать изолированно, — его надо изучать как часть неизмеримо более грандиозного процесса образования звёзд и тех гигантских 24 звёздных систем, известных под названием галактик, изучение которых теперь только начинается. Только поняв процесс развития этих звёздных систем, поняв процесс возникновения и развития отдельных звёзд, образующих эти системы, мы можем, согласно этой точки зрения, узнать, как около звёзд могли возникнуть планетные системы, как могла возникнуть наша солнечная система с присущими ей характерными особенностями и как, наконец, среди других планет могла образоваться наша Земля, имеющая также свои индивидуальные особенности.
Не следует думать, что такое расширение задачи делает её обязательно более трудной. Часто бывает, что общий процесс понять легче, нежели отдельную часть этого процесса, рассматриваемую вне связи с целым.
Во всяком случае, для изучения процесса развития звезды у нас есть богатейший фактический материл, так как мы имеем возможность изучать огромное количество звёзд, находящихся на самых разнообразных ступенях своего развития. Это позволяет как бы видеть весь путь развития звезды. Ведь для того, чтобы изучить развитие дуба, необязательно посадить желудь и ждать несколько столетий, пока выросший из желудя дуб разовьётся, начнёт дряхлеть и, наконец, обратится в гниющий пень. Вместо этого можно отправиться в лес, где имеются дубы всех возрастов — от чуть пробивающихся ростков до завершающих свой жизненный цикл деревьев. Вот этим-то путём и идёт наука, изучая развитие звёзд.
Мы знаем, что все звёзды состоят из одних и тех же химических элементов — тех самых, из которых состоит и наша Земля. Но физическое состояние вещества на различных звёздах совершенно различно. Есть очень горячие звёзды, у которых температура наружных слоёв превышает 30 000°. Есть и сравнительно холодные звёзды, излучающие тепло, как тело, нагретое примерно до 2 000°. Наше Солнце имеет промежуточную температуру: его внешние слои нагреты примерно до 6 000°. По направлению к центру Солнца температура быстро возрастает. Теоретические расчёты показывают, что в центре она должна достигать 20 миллионов градусов. Подобное возрастание температуры к центру имеет место во всех звёздах.
Ещё больше различаются звёзды по своим плотностям. Есть звёзды, средняя плотность которых в 40 000 раз больше плотности воды. Но существуют также звёзды, имеющие среднюю плотность в 100 000 раз меньше плотности воды (приблизительно в сто раз меньше плотности окружающего нас воздуха). Солнце и здесь находится между этими крайностями: его средняя плотность в полтора раза превышает плотность воды.
Чрезвычайное разнообразие физических условий, в которых находится вещество различных звёзд, объясняется, конечно, различием возраста этих звёзд. Но какую же звезду следует считать более молодой и какую более старой? Уверенно ответить на этот вопрос стало возможно только в самые последние годы, когда мы начали понимать те процессы, которые происходят на звёздах и поддерживают их излучение. А это, в свою очередь, стало возможным только после того, как физика открыла нам тайны явлений, происходящих внутри атомов.
Весь процесс развития звезды оказался теснейшим образом связанным с так называемыми ядерными реакциями, т. е. с превращениями атомов одних химических элементов в атомы других. Оказалось, что основным источником того невообразимо огромного количества энергии, которое излучается звёздами (в том числе и нашим Солнцем), является образование атомов гелия из атомов водорода.
Теория ядерных реакций, происходящих в веществе звезды, даёт нам общую картину развития звезды. Академиком В. Г. Фесенковым недавно было указано, что в эту общую картину весьма естественно укладывается и образование у звезды планетной системы. Таким образом, в космогонии открываются совершенно новые возможности объяснить происхождение Земли и планет, если рассматривать их, как продукты нормального развития Солнца, а не как результат катастрофических явлений, вроде столкновения с другой звездой.
Согласно развитой В. Г. Фесенковым теории, жизнь звезды слагается из сравнительно длительных периодов, в течение которых излучение звезды поддерживается ядерной реакцией определённого типа, и промежуточных сравнительно быстрых переходов к ядерной реакции другого типа. В течение такого промежуточного состояния звезда, вследствие быстрого охлаждения, значительно уменьшит свои размеры, а это значит, что её скорость вращения соответственно возрастёт. Но при большом увеличении скорости вращения состояние звезды становится неустойчивым, т. е. таким, которое долго сохраняться не может. Что же будет со звездой?
Сначала, по мере увеличения скорости вращения, звезда будет всё более и более сплющиваться и примет форму, изображённую на рис. 1. Развивая математически гипотезу Лапласа, Рош показал, что при дальнейшем возрастании скорости вращения вдоль экватора звезды образуется острое ребро (рис. 2), из которого начнёт выбрасываться вещество звезды. Для частиц, находящихся на этом ребре, центробежная сила равна силе притяжения.
Рис. 4.Таким образом, эти частицы становятся «невесомыми» и потому теряют связь со звездой. Это выброшенное вещество и составит, по мнению Роша, то кольцо (рис. 3), которое обратится потом в планету. Так предполагает гипотеза Лапласа. На самом деле, как уже было сказано, выделяющиеся частицы будут постепенно рассеиваться в пространстве и не смогут образовать кольцо.
Но мы теперь знаем, что дело будет происходить таким образом только в том случае, когда звезда имеет очень сильное уплотнение в центре. Если же центральное сгущение не очень велико, то при соответствующем увеличении скорости вращения звезда, вместо формы, изображённой на рисунке 3, примет грушевидную форму, показанную на рисунке 4.
Исследования А. М. Ляпунова доказали, что грушевидная форма вращающейся массы неустойчива. Звезда может иметь такую форму лишь самое короткое время и вслед за этим от неё отделится часть массы (рис. 5). После этого звезда (как бы сбросив с себя тот избыток количества вращения, который создавал неустойчивость) станет вращаться медленнее. Теперь она будет уже в устойчивом состоянии — по крайней мере до тех пор, пока дальнейшее сжатие (вызванное дальнейшим охлаждением) не увеличит снова скорость её вращения до критического предела.
Рис. 5.Таким образом, в промежутки времени, разделяющие те периоды, когда температура звезды поддерживается ядерной реакцией на постоянном уровне, от звезды будут отделяться массы, из которых в дальнейшем образуются планеты. Так как отделение масс происходит в то время, когда звезда вращается особенно быстро, то к планетам переходит значительная часть общего количества вращения. Это находится в полном согласии с указанной выше характерной особенностью нашей планетной системы.
