История астрономии. Планетная космогония

Еще в XVIII в. в рамках гравитационной ньютоновской картины мира возникло два направления в объяснении происхождения Солнечной системы: как чрезвычайно редкого, почти случайного (Бюффон), или как закономерного, почти неизбежного (Кант, Лаплас), процесса. Несмотря на выяснившуюся позже несостоятельность обеих концепций в существенных деталях, каждая содержала отдельные плодотворные идеи, которые не раз использовались в дальнейшем и вновь используются в наши дни. О первой вспомнили, когда столкнулись в конце XIX в. с неустранимым на основе механики пороком гипотез Канта и Лапласа: распределение в Солнечной системе момента количества движения, обратное распределению в ней масс, необъяснимо в этих механических гипотезах, что делало идею о единой родительской туманности Солнца и планет противоречащей одному из основных принципов механики.

Противоречие снималось идеей взаимодействия Солнца с внешним телом. Эта идея получила воплощение в ряде вариантов предполагавшегося приливного воздействия на Солнце (теперь уже считавшегося раскаленным газовым шаром) прошедшей вблизи него звезды. Она развивалась в гипотезах Э. Фая (1884), Т. Чемберлина и Ф. Мультона (1900, 1916), Дж. Джинса и X. Джеффриса (1917, 1916). Согласно первой, вырванное из Солнца вещество закручивается спиралью около него и разбивается на большие фрагменты, сгущающиеся в планеты. Вторая допускала, что вырванное вещество быстро остывает, собирается в мелкие «хлопья» — планетезимали, которые холодным образом слипаются при неупругих ударах в крупные тела — планеты и спутники.

Последние два автора, под давлением тогдашних геологических данных о прохождении планет через жидкую, расплавленную стадию, вновь допускали, что раскаленное вырванное вещество Солнца дает начало планетам, не успев остыть. Таким образом, в некоторых приливных гипотезах на новой, гравитационной основе возрождалась идея вихревого движения. Наиболее оригинальную мысль в связи с этим высказывал Джинс, допускавший одно время, что в центрах космических вихрей — спиралей происходит «втекание» в нашу Вселенную из неведомых нам пространств потока материи, которая и рождает видимый вихрь (спираль).

Так уже в первые десятилетия XX в. в астрономическую картину мира вновь вошло представление о существовании в космосе «сингулярностей» — областей, не подчиняющихся известным законам физики. Идея вихрей используется некоторыми крупными астрономами и в наши дни — для описания процессов в центрах активных галактик и квазаров и даже при описании возникновения крупномасштабной ячеистой структуры Вселенной. Приливные гипотезы были полностью оставлены в 30-е годы — и как провозглашавшие уникальность, чрезвычайную редкость образования планетных систем, и, главное, как не сумевшие преодолеть пресловутый парадокс, связанный с моментом количества движения. Это показал относительно гипотезы Джинса — Джеффриса Г. Н. Рессел, 1938 г. и, окончательно,— Н. Н. Парийский, 1943 г.

Наиболее ценным результатом развития этих гипотез было возрождение и значительно более четкая, чем у Канта, формулировка идеи «промежуточных» тел — планетезималей в гипотезе Чемберлина — Мультона и идея холодного крайне медленного слипания планетезималей. Первая объясняла недостаток на Земле легких летучих элементов, а вторая — большой возраст Земли (приближавшийся уже по тогдашним оценкам геологов к миллиарду лет). Надо сказать, что у Канта эта идея холодного образования планет оказывалась само собой разумеющейся: формирующееся одновременно с планетами Солнце разогревалось, по его концепции, лишь после завершения своего формирования.

Из кризисного состояния, когда все гипотезы были отвергнуты, планетную космогонию вывел выдающийся советский математик, геофизик, географ академик О. Ю. Шмидт (1891—1956). Прежде всего он осуществил синтез обоих направлений в космогонии. В 1944 г. Шмидт выдвинул свою «метеоритную гипотезу» образования планетной системы опять-таки при взаимодействии двух независимых (т. е. каждый со своим моментом количества движения) объектов: Солнца и «роя тел», захваченного им при прохождении через экваториальную зону Галактики, где подобной мелкодисперсной (метеорной) материи весьма много. Последнее обстоятельство делало подобную встречу существенно более вероятной, чем у Джинса.

Хотя в острых дискуссиях с астрономами Шмидт сумел доказать возможность подобного захвата (эта идея была затем развита советским астрономом-математиком Г. Ф. Хильми), эту часть концепции, в целом вынужденную, Шмидт в дальнейшем оставил. В таком подходе вообще отпала нужда, когда шведский астрофизик и физик X. О. Альвен создал свою знаменитую теперь концепцию «вмороженных» в плазму магнитных полей и показал, что момент количества движения Солнца мог быть значительно уменьшен в результате передачи части его через магнитное поле Солнца окружающей протопланетной туманности. В дальнейшем Шмидт, его последователи и авторы подобных гипотез — об образовании планет в околосолнечном газово-пылевом облаке (именно к газово-пылевому от чисто метеорного облака перешел в развитии своей гипотезы Шмидт)— рассматривали протопланетное облако как генетически связанное со звездой (Солнцем). Эта мысль в наши дни находит подтверждение в открытии вокруг молодых звезд (например, типа Т Тельца) холодных (10—80 К) «молекулярных облаков» из газа сложного химического состава и пыли (в основном силикатной).

Впервые в истории космогонии (и астрономии в целом) Шмидт объяснил знаменитый, найденный в свое время как эмпирическое правило закон планетных расстояний Тициуса — Боде, а также вычислил астрономическим путем, исходя из своей теории, возраст Земли (найденное для этой величины число хорошо согласуется с результатами вычислений возраста земной коры по составу радиоактивных изотопов в горных породах — около 4,5 млрд. лет). Развитая Шмидтом теория холодного формирования планет из газово-пылевого облака составляет основное ядро его космогонической концепции и содержит наиболее ценные результаты. Она оказала чрезвычайно большое влияние на все дальнейшее развитие планетной космогонии и легла в основу современных, практически ставших общепризнанными, представлений.

Наконец, третья группа вопросов, рассмотренных в космогонии О. Ю. Шмидта, относится к проблеме термической истории и — более широко — эволюции Земли как планеты после завершения в основном процесса ее формирования из газово-пылевой материи. Исходным пунктом здесь явился общий вывод Шмидта об отсутствии в развитии планет и Земли огненно-жидкой стадии всей планеты в целом. Этот вывод позволяет предположить гораздо более раннее возникновение гидросферы Земли и, следовательно, дает возможность отнести возникновение жизни на Земле к эпохе на миллиарды лет более ранней, чем при допущении огненно-жидкого начального состояния Земли. Разогревание Земли и частичное расплавление ее центральных областей, согласно Шмидту, происходило уже потом, постепенно, в результате накопления внутри нее тепла не только в результате сжатия протопланеты, но главным образом за счет распада радиоактивных элементов (урана, тория и др.). Такая идея еще раньше была выдвинута и защищалась В. И. Вернадским.

Главная страница раздела