Откуда взялась Земля?

Человеку свойственно интересоваться происхождением вещей, их прошлым. С древнейших времен до нас дошли полуфантастические и просто фантастические версии о возникновении Мира. Это были умозрительные идеи, не подкрепленные какими-либо фактическими данными. Только к XVIII в. естествознание достигло такого уровня, при котором стала возможной научная космогония - раздел астрономии, изучающий происхождение и эволюцию космических тел.

Идея развития природы была четко выражена великим русским ученым Михаилом Васильевичем Ломоносовым (1711-1765) в его сочинении "О слоях земных". Еще за сто лет до этого французский философ Рене Декарт (1596-1650) высказал идею о происхождении небесных тел из первичного хаоса, который он мыслил как совокупность некоторых "вихрей". Однако после открытия Ньютоном закона всемирного тяготения физическое обоснование "вихрей" потеряло основание. Мысли же М. В. Ломоносова основывались на фактах исторической геологии.

С тех пор и до наших дней сохранилось несколько десятков гипотез, пытающихся объяснить происхождение Земли и планет. Из них кратко охарактеризуем лишь самые главные.

В 1748 г. французский естествоиспытатель Жорж Бюффон (1707- 1788) в многотомном труде "Естественная история" предположил, что планетная система родилась в результате катастрофического столкновения кометы с Солнцем. В то время пометы считали весьма массивными телами, и поэтому удар кометы о Солнце мог, по мнению Бюффона, "разбрызгать" солнечное вещество и из этих "брызг" затем возникли планеты. Произошло это, как полагал Бюффон, всего лишь десятки тысяч лет назад, что, впрочем, расходилось с библейской хронологией и навлекло на Бюффона преследование со стороны католической церкви.

С современной точки зрения гипотеза Бюффона, разумеется, наивна, но она положила начало ряду "катастрофических" гипотез, в которых рождение планетной системы приписывается какой-нибудь катастрофе. Иная мысль была высказана знаменитым немецким философом Иммануилом Кантом (1724-1804). В 1755 г. увидела свет его книга "Всеобщая естественная история и теория неба", где Кант старается объяснить возникновение небесных тел на основе закона тяготения. По его мнению, Солнечная система возникла из огромного облака твердой пыли, частицы которой взаимно притягивали друг друга. В подобном облаке, по Канту, рано или поздно должны были возникнуть сгущения, самое большое из которых стало Солнцем, а остальные - планетами. Кант не подкрепил свою гипотезу какими-нибудь расчетами, но основная его идея - конденсация планет из холодного распыленного вещества - оказалась весьма плодотворной.

Спустя четыре десятилетия, в 1796 г., французский математик и механик Пьер Лаплас (1749-1827), ничего не знавший о космогонических работах Канта, предложил иную гипотезу. По мнению Лапласа, Солнечная система образовалась из раскаленной вращающейся газовой туманности. Туманность остывала, сжималась, и при сжатии скорость ее вращения увеличивалась. На каком-то этапе от экватора туманности стали отделяться газовые кольца, которые потом сгустились в планеты. Центральный же газовый сгусток постепенно превратился в современное Солнце.

На протяжении почти полутора веков гипотезы Канта и Лапласа пользовались большим успехом. Их даже порой ошибочно смешивали и говорили о легендарной гипотезе Канта - Лапласа.

Одно время (30-е годы текущего века) полагали, что планетная система образовалась "по Джинсу". Этот известный английский астроном предположил, что когда-то вблизи Солнца пролетала другая звезда. Своим тяготением она вырвала из Солнца исполинскую газовую струю, которая потом сгустилась в планеты. Но в 1943 г. известный советский астроном Н. Н. Парийский доказал, что таким путем возникнуть планеты не могли.

Удивляться смене гипотез нет оснований. Ф. Энгельс полагал, что гипотеза является формой развития естествознания. В конце концов постепенное усовершенствование гипотез неизбежно приводит к установлению закона. Большим шагом на пути к научной истине стала гипотеза, высказанная в 1944 г. знаменитым полярным исследователем, академиком Отто Юльевичем Шмидтом (1891-1956).

По гипотезе Шмидта, наше Солнце много миллиардов лет назад было окружено колоссальным "про-топланетным" облаком, состоящим не только из холодной пыли, как у Кванта, но и из частичек замерзших Цзов. Составляющие облако частицы вещества обращались вокруг Солнца. Их было много, они часто сталкивались, и при столкновении некоторая доля их энергии излучалась безвозвратно. В конце концов, теряя энергию и испытывая взаимное тяготение, частицы, падая друг на друга, как бы "слипались", образуя постепенно растущие сгущения - зародыши будущих планет. При этом "протопланетное" облако постепенно сплющивалось, а конденсирующиеся "протопланеты" приобретали все более и более круговые орбиты. Последний процесс был вызван тем, что при "слипании" частиц "протопланетного" облака элементы их орбит (величины, характеризующие форму, размеры орбит и их положение в пространстве) осреднялись, поэтому чем крупнее получалась планета, тем больше ее орбита походила на окружность. Прошло очень много времени, прежде чем "протопланетное" облако "сгустилось" в современные планеты (рис. 91).

Рис. 91. Образование планет по гипотезе. О. Ю. Шмидта

Таким образом, по гипотезе Шмидта, наша Земля и другие планеты сконденсировались из множества твердых холодных частиц и, следовательно, никогда не были целиком в огненно-жидком, раскаленном состоянии.

Дальнейшая эволюция Земли выразилась в перемещениях масс вещества, составляющих нашу планету. Тяжелые породы опускались к центру Земли, выдавливая на ее поверхность более легкие. Этот процесс перераспределения вещества происходит и сейчас, выражаясь в грозном явлении землетрясений.

В поверхностных слоях Земли, где скопились радиоактивные вещества, выделялась и выделяется (при радиоактивном распаде) значительная энергия. В недрах Земли образуются очаги расплавленного вещества, откуда через жерла вулканов на земную поверхность извергается лава.

Гипотеза Шмидта объясняет основные закономерности Солнечной системы: формы, размеры и расположение планетных орбит, распределение планет в пространстве в связи с их массой и многое другое. В частности, она сумела объяснить разделение планет на две группы: планеты земного типа и планеты-гиганты. Первые образЪвались из близких к Солнцу частей "протопланетного" облака. В этом случае под действием солнечного тепла частички льдов (воды, метана, аммиака), входящих в состав облака, испарились (точнее, сублимировались), и планеты получились небольшие, состоящие в основном из тугоплавких элементов. Вдалеке от Солнца условия благоприятствовали формированию огромных планет, состоящих в основном из легких элементов.

О. Ю. Шмидту удалось теоретически объяснить закон планетных расстояний, т. е. связь радиуса орбиты планеты с ее номером (в порядке удаления от Солнца). По мнению О. Ю. Шмидта, "протопланетное" газово-пылевое облако было захвачено Солнцем при его движении вокруг центра нашей звездной системы. Хотя на частном примере О. Ю. Шмидт показал принципиальную возможность захвата, сама идея о захвате "протопланетного" облака теоретически была плохо обоснована, и эта часть гипотезы Шмидта оказалась самой слабой.

В рамках гипотезы Шмидта плохо разработан вопрос о происхождении спутников планет, например Луны, которая обладает относительно большой массой и вместе с Землей образует двойную планету. Остались необъясненными обратное вращение Венеры, положение оси вращения Урана и ряд других деталей, пусть второстепенных, но требующих все-таки объяснения.

Более существенно то, что осталась непонятной главная особенность Солнечной системы - "неестественное" распределение момента количества движения между Солнцем и планетами. Солнце вращается вокруг оси очень медленно, и потому из общего "запаса движения" (т. е. момента количества движения) Солнечной системы на его долю приходится лишь 2%. Откуда у планет остальные 98% "запаса движения" - не ясно.

Для расслоения Земли на тяжелое ядро и более легкие внешние оболочки требуется, чтобы вязкость первичного ее вещества (а значит, и ее температура) была значительной. Расчеты показывают, что одна радиоактивность такого разогрева дать не может. Последователи О. Ю. Шмидта (в частности, В. С. Сафронов) полагают, что на первичную Землю падали тела астероидных размеров (до 1 000 км в поперечнике) и их удары разогрели внешние слои первичной Земли до 1 500°С.

В гипотезе Шмидта Солнцу отводилась в основном чисто механическая роль - динамического центра Солнечной системы. Между тем в настоящее время почти все космо-гонисты пришли к выводу, что происхождение Земли и планет следует рассматривать в тесной связи с происхождением Солнца. Хотя до сих пор законченной теории происхождения планет не существует, ход событий представляют себе примерно так.

Межзвездное вещество из молекул газа и пыли постепенно уплотнялось, сжималось и в конце концов распалось на ряд сгустков, центральный и самый крупный из которых положил начало будущему Солнцу. Когда масса центрального сгустка достигла десятой доли массы современного Солнца, сгусток стал не прозрачным. Дальнейшее его сжатие и разогрев привели к образованию Протосолнца, причем это произошло очень быстро, не более чем за 100 лет. Протосолнце росло, захватывая межзвездное вещество. Примерно через 100 000 лет его масса стала такой же, как у современного.

Солнца, но радиус был в 100 раз больше. Приток межзвездного вещества прекратился, а вокруг новорожденного Солнца уже существовала газово-пылевая протопланетная туманность в форме диска. Во внешней ее части постепенно сгущались планеты. Газ в туманности был ионизирован, и вращающееся Протосолнце своим магнитным полем быстро закрутило и эти ионы - отсюда большой "запас движения" (момент количества движения) планет. Сгущение планет происходило геологически быстро - Земля "доросла" до современных размеров примерно за 100 млн. лет. Отдельные сгустки (планетозимали) не достигли размеров крупных планет и, падая на планеты, образовывали там кратеры. При столкновении же между собой планетозимали раскалывались, порождая при этом другие малые тела.

В нарисованной картине остается много неясного. Но это и понятно - трудно достоверно узнать, что происходило миллиарды лет назад.