IV. Происхождение солнечной системы

Возврат к гипотезе первичной туманности

Мы уже видели, что гипотеза Джинса о происхождении солнечной системы была оставлена после открытия других планетных систем и после теоретических работ различных астрономов (Спитцер, Рессел, Н. Н. Парийский). Крах идей Джинса в этой области немедленно вызвал появление большого числа новых гипотез.

Для того чтобы избежать трудностей, встречающихся в тех гипотезах, согласно которым планеты образуются из материи, вырванной из Солнца, некоторые ученые возвратились, хотя и разными путями, к гипотезе, предполагающей существование первоначальной туманности. Очень разреженное пылевое облако, окружающее Солнце и создающее при освещении его солнечными лучами эффект, известный под названием зодиакального света (видимого после захода Солнца в хорошую погоду), а также метеориты, все время падающие на Землю, имеют согласно этой гипотезе общее происхождение из первоначальной туманности.

Согласно новой гипотезе Земля и планеты образовались в условиях низкой температуры, что противоречит прежним геологическим теориям, но, наоборот, согласуется со многими более поздними работами, выполненными, в частности, В. И. Вернадским в СССР. Дискуссия в 1950 г. на Международной конференции в Санта-Фе, в которой участвовали геологи, геофизики и геохимики, показала большую вероятность того, что Земля находилась первоначально в холодном состоянии. Среди гипотез, основывающихся на этом соображении, мы отметим уже упомянутую гипотезу американского астронома Уипла, германского астронома Вайцзеккера, которая была недавно развита далее голландцем Тер Хааром, и гипотезу советского ученого О. Ю. Шмидта.

Гипотеза Уипла содержит очень серьезные теоретические противоречия; она приводит, между прочим, к такому заключению, противоречащему наблюдениям: самые близкие к Солнцу планеты должны быть также и самыми большими. Гипотеза Вайцзеккера представляется на первый взгляд более удовлетворительной, однако в ней допускается совершенно произвольно, что в первоначальной туманности возникают вихри, характеристики которых кажутся вычисленными априори в предвидении тех результатов, какие необходимо получить.

Гипотеза Шмидта, которую ее автор разрабатывал, начиная с 1944 г., в сотрудничестве с другими советскими учеными, свободна от таких недостатков. К ее изложению мы сейчас и переходим.

Основные черты гипотезы Шмидта

Шмидт сначала предполагает, что Солнце в своем движении в пространстве встретилось с газово-пылевой туманностью и прошло через нее. Заметим, что подобная встреча в настоящих условиях мало вероятна, но не целиком невозможна. Было вычислено, что в среднем она может происходить раз в десять миллионов лет, т. е. Солнце должно было за свою жизнь уже встретиться с сотнями туманностей. Однако не каждая такая встреча заканчивается рождением планет. Необходимо при этом, чтобы Солнце могло благодаря своему притяжению увлечь за собой значительную часть вещества туманности. Подобный же захват возможен лишь при условии, что Солнце двигалось не очень быстро, со скоростью артиллерийского снаряда - порядка 1 км/сек. В настоящее время Солнце перемещается по отношению к ближайшим звездам со скоростью около 20 км/сек и оно не могло бы захватить в случае встречи с туманностью сколько-нибудь значительное количество ее вещества. Следовательно, та встреча, которая привела к появлению планет, относится к весьма отдаленной эпохе.

Облако, состоящее из газа и пыли, увлеченное за собой Солнцем и подверженное силам притяжения к Солнцу, в конце концов принимает форму плоского диска, в котором пылевые частицы собираются в плоскости, перпендикулярной оси собственного вращения диска. Давление солнечных лучей как бы выталкивает пыль из области, близкой к Солнцу, и диск превращается в кольцо. С другой стороны, вследствие нагревания солнечными лучами испаряются легкие частицы внутренней, наиболее близкой к Солнцу части кольца, и содержание здесь легких газов все более и более уменьшается.

Напротив, в более далеких областях температура остается столь низкой, что газы сгущаются и иногда намерзают па твердые частицы. В то же самое время кольцо распадается на десятки миллионов малых сгущений. Эти сгущения затем слипаются друг с другом и образуют твердые тела таких размеров, какие имеют малые планеты, а в конце концов, по истечении очень большого времени (по О. Ю. Шмидту - порядка миллиардов лет), некоторые из этих твердых тел в свою очередь соединяются друг с другом и образуют большие планеты. Образование спутников планет объясняется таким же образом, причем планеты играют в отношении частиц, которые они увлекают в свою сферу притяжения, ту же роль, какую играло Солнце по отношению к захваченному газово-пылевому облаку.

Факты, подтверждающие эту гипотезу

Сразу видно, чем эта гипотеза отличается от гипотезы Лапласа, которую она па первый взгляд напоминает (Солнце не формируется из первоначальной туманности, последняя не раскалена, образуются сгущения, а не кольца и т. д.). Но особенно она отличается тем, что использует все завоевания науки за те сто пятьдесят лет, которые отделяют эту теорию от времен Лапласа, и может дать удовлетворительное объяснение всем основным особенностям солнечной системы, чего не могла сделать до сих пор ни одна гипотеза.^*

^* (Более подробно гипотеза О. Ю. Шмидта изложена в книжке: Б. Ю. Л е в и н, Происхождение Земли и планет, изд. 2-е, Гостехиздат, 1956 г. (Серия "Популярные лекции по астрономии".) (Прим. ред.))

Если некоторые из этих объяснений (в частности, относящиеся к почти круговому движению больших планет) аналогичны тем, которые давались другими астрономами, например Джинсом (см. стр. 107), то другие являются совершенно новыми и дают успешное разрешение вопросам, оставшимся до сих пор неясными.

Рассмотрение процесса сгущения частиц позволяет без помощи дополнительных, специально подобранных гипотез (какие встречаются, например, у Вайцзеккера) получить теоретически значения расстояний больших планет от Солнца, согласующиеся с наблюдениями.

Гипотеза Шмидта объясняет также очень просто (достаточно сослаться на предыдущий параграф) тот факт, почему планеты, более близкие к Солнцу, содержат меньше газов, в частности водорода, а планеты, более удаленные от Солнца, имеют большие размеры (они образуются в областях, более насыщенных пылевыми частицами), обладают меньшей плотностью и содержат много соединений, куда входит водород, в частности аммиак и метан (в жидком или твердом состоянии).

Таким путем объясняется и присутствие метановой атмосферы вокруг Титана (спутника Сатурна), который имеет такие же размеры, как и Луна. Заметим, между прочим, что факт существования подобной атмосферы в нашу эпоху может служить дополнительным подтверждением того, что наша планетная система образовалась в условиях низкой температуры. Действительно, если бы температура Титана в ходе его эволюции превышала некогда 0° Ц, то весь метан на этом спутнике, несомненно, рассеялся бы.

Предположение о захвате Солнцем вещества при прохождении через туманность, встретившуюся на его пути, позволяет Шмидту объяснить, почему наибольшая часть момента количества движения солнечной системы принадлежит планетам, в то время как основная часть массы сосредоточена в Солнце. Этот вопрос не находил разрешения во всех предыдущих гипотезах.

Но, по-видимому, гипотеза Шмидта наиболее оригинальна в той своей части, где указывается на все значение превращения (при столкновениях и при трении) энергии движения пылевых частиц в теплоту, излучаемую затем в пространство^* (принципы, которые управляют этим превращением, будут рассмотрены далее, в гл. VII).

^* (Следует заметить, что уже Энгельс в "Диалектике природы" подчеркивал все значение этого превращения.)

Именно с помощью таких соображений Шмидту удалось, в частности, очень просто объяснить, почему большинство планет вращается в прямом, а не в обратном направлении, как это должно было бы иметь место, если бы действовали лишь факторы чисто механического характера. Это объяснение заменяет то, которое было дано некогда на основании учета приливных сил, когда еще полагали, что планеты образовались в условиях высокой температуры (см. стр. 100).

Гипотеза Шмидта в применении к Земле

Что касается Земли, то добавим, что она также образовалась из холодных частиц, а тот факт, что ее температура в настоящее время намного превышает первоначальную, объясняется главным образом разогревом за счет распада радиоактивных элементов. В некоторых внутренних областях земного шара вследствие этого разогревания породы стали плавиться. Более легкие породы поднялись вверх и образовали постепенно земную кору, а более тяжелые опустились внутрь Земли. Эти процессы внутри Земли связаны с образованием гор и с вулканической деятельностью. Такая точка зрения ставит перед геологами ряд новых проблем.

Будущее гипотезы Шмидта

Ни одна гипотеза не была так изучена и не подвергалась такой критике, как теория Шмидта. Многие советские ученые, как, например, Л. Э. Гуревич и А. И. Лебединский, помогли разрешить вопросы, касающиеся эволюции первоначальной туманности. Конференции в 1948 г.- по идеологическим вопросам астрономии - и в 1951 г. - по космогонии солнечной системы - посвятили рассмотрению гипотезы Шмидта немало часов.

Из дискуссий, которые имели место в СССР, следует, что советские ученые признают большое значение гипотезы Шмидта. Оговорки, сделанные на конференции в 1951 г., относились главным образом к различным деталям, как, например, происхождению комет, которое не получает удовлетворительного объяснения, и проблеме захвата Солнцем облака пыли, которая наталкивается на весьма серьезные теоретические трудности.

Можно также заметить, что встречи между звездами и туманностями, могущие привести к образованию планет, представляются слишком редкими для того, чтобы объяснить большое число планетных систем (если исходить из данных о числе звезд и туманностей, находящихся в настоящее время в Млечном Пути в окрестности Солнца).

Возможно, что достижения звездной космогонии позволят более удовлетворительно объяснить происхождение туманности, из которой образовались планеты, а также ее последующее развитие (в частности, в настоящее время рассматривают возможность одновременного рождения звезды и планетной системы вокруг нее). Когда этот пункт будет выяснен, можно будет наметить всю эволюцию диффузной туманности вплоть до появления звезд и планет.