Рождение миров Михаил Петрович Ивановский
Очерк современных представлений о возникновении и развитии солнечной системы.
Михаил Ивановский
РОЖДЕНИЕ МИРОВ
Предисловие редактора
Космогония — наука о происхождении и развитии небесных тел — является важнейшей отраслью астрономии, так как она, соединяя в себе астрофизику (физику небесных тел) и звездную астрономию (науку о строении звездных систем), позволяет единственно правильно диалектически разрешить проблему внутреннего строения планет и звезд и найти источники звездной энергии, одновременно разрешив вопрос о происхождении Земли и о ее начальном состоянии.
В последние десятилетия космогония переживала глубокий кризис, вызванный отказом многих идеалистически настроенных космогонистов от материалистического подхода к проблемам космогонии. Не материальный мир, не данные современной астрофизики и звездной астрономии были положены в основу космогонических исследований, а произвольные гипотезы, не имевшие под собой никаких серьезных оснований. Космогония искусственно обеднялась в отношении ее фактического содержания. Так, например, в гипотезах Чемберлина, Мультона и Джинса рассматривались лишь факты, известные еще во времена Лапласа. Незнание фактического материала и нежелание с ним считаться стало обычным для многих зарубежных космогонистов. Все это не могло не приводить к компрометации не только «космогонических гипотез», но и самой идеи построения научной космогонии, к мысли о бессилии человеческого познания.
Советские астрономы первыми преодолели затянувшийся космогонический кризис и приступили к сведению теории происхождения звезд и планет. Теперь над разработкой этой теории трудятся не одиночки-космогонисты, а целые коллективы. Большие успехи советской космогонии отражены в решениях совещания по вопросам происхождения солнечной системы, созванном в апреле 1951 года отделением физико-математических наук АН СССР. Несмотря на наличие серьезных разногласий среди советских астрономов по ряду вопросов, уже сейчас вырисовываются контуры подлинно научной теории происхождения звезд и планет, обоснованной многочисленными фактами и теоретическими расчетами.
Книга М. П. Ивановского посвящена почти двухвековой борьбе передовых ученых-космогонистов за торжество идеи развития окружающей нас части Вселенной. В ней наряду с твердо установленными фактами и вполне разработанными теориями излагается и ряд гипотез, многие из которых в настоящее время являются лишь смелыми догадками. Без этих гипотез немыслимо дальнейшее развитие космогонии. Некоторые из них со временем превратятся в теории, другие же будут опровергнуты дальнейшим развитием науки. Но все они сыграют свою роль в решении великой задачи изучения развития звездного мира.
Среди научно-популярных книг по астрономии книга М. П. Ивановского является не только первой в советской литературе, полностью посвященной проблемам космогонии, но и единственной книгой, где излагается современное состояние этой науки.
В. А. Крат
Глава первая
ПРЕДВИДЕНИЕ ВАЖНЫХ ОТКРЫТИЙ
Порядок и закономерность
Природа в высшей степени упорна в своих законах, даже в мелочах, которыми мы пренебрегаем. И малейшего не должно приписывать чуду.
М. Ломоносов
Основные сведения об орбитах планет и их спутников ученые приобрели в конце XVII и в XVIII веках. По мере того, как накапливались эти сведения, у астрономов росло убеждение, что в солнечном семействе господствуют не случай и неопределенность, а порядок и закономерность. И астрономы почувствовали себя в положении разведчиков, напавших на след, который обязательно должен привести к важным открытиям.
Дальнейшие исследования подтверждали эту мысль. Чем основательнее, полнее становились знания о Солнце, планетах и лунах, тем больше закономерностей открывалось перед наукой.
Прежде всего выяснилось, что планеты обращаются вокруг Солнца по орбитам, которые по своей форме очень близки к окружностям, только Меркурий движется по орбите, совсем не похожей на окружность. Он обращается по эллипсу, у которого большая ось гораздо длиннее малой. О существовании Плутона, обладающего столь же удлиненной орбитой, в XVIII веке не знали. Таким образом, наибольшими отклонениями орбит от круговой формы отличаются крайние планеты — самая близкая и самая далекая от Солнца.
Все планеты солнечной системы движутся в одном направлении и примерно в одной плоскости.
Направление движения у всех планет одинаковое: они движутся в ту же сторону, в какую вращается вокруг своей оси Солнце. Если посмотреть на солнечный мир со стороны звезд, составляющих созвездие Дракона, то орбитальное движение планет и вращение Солнца будет направлено против часовой стрелки.
Спутники планет, которые были известны ученым в середине XVIII века, соблюдают точно такой же порядок: их орбиты имеют форму окружностей и обращаются они возле своих планет в ту же сторону, в какую вращаются планеты.
Планеты не роятся вокруг Солнца «неорганизованной» стаей, — наоборот, их движения очень упорядочены. Орбиты планет расположены примерно в одной плоскости, то есть так, как будто они плавают на поверхности незримой жидкости. И что особенно замечательно, — плоскость планетных орбит почти совпадает с плоскостью, проведенной через экватор Солнца. Иначе говоря, планеты кружатся возле Солнца, словно прикованные невидимой цепью именно к экваториальному поясу центрального светила.
Наклоны орбит планет невелики.
Наиболее резким образом это единообразие нарушает только далекий Плутон. Его орбита наклонена к плоскости солнечного экватора на 12,1°.
Луны также следуют примеру больших членов солнечной семьи: почти все они обращаются в плоскости экватора своих планет.
Планеты, у которых удалось заметить вращение вокруг осей, вращаются в одну сторону с Солнцем.
Словом, все движения в солнечной системе — вращение Солнца и планет, обращение планет и лун по их орбитам — очень упорядочены и единообразны.
Закон Кеплера
Австрийский астроном Иоганн Кеплер был глубоко убежден, что обращение планет вокруг Солнца подчинено определенным и точным законам. Он мечтал эти законы выявить и изложить их в задуманном им большом астрономическом сочинении под названием «Гармония Мира». Кеплер упорно искал эту гармонию в планетной системе. Он несколько лет отдал вычислениям, желая вскрыть зависимость между временами обращения планет вокруг Солнца и их средними расстояниями от Солнца.
Кеплер перемножал эти величины, возводил их в степень, извлекал квадратные и кубические корни… Работал, не покладая рук. Каждое свое вычисление он не ленился повторять по нескольку раз, чтобы из бежать ошибок. Настойчивость, с какой Кеплер стремился к намеченной цели, его невероятное трудолюбие и усидчивость поражали астрономов, знакомившихся с его рукописями.
Упорство победило. В 1618 году Кеплеру удалось найти ту гармонию, которую он подозревал в движении планет.
Он помножил само на себя время обращения Марса, то есть, иначе говоря, возвел его в квадрат, затем взвел в куб среднее расстояние Марса от Солнца — и в обоих случаях получил одинаковые числа.
Разумеется, все свои расчеты Кеплер вел в соответствующих друг другу единицах: время обращения планет он брал в земных годах, а их средние расстояния от Солнца — в радиусах земной орбиты.
Например, время обращения Марса в земных годах составляет 1,88 года, а среднее расстояние Марса в астрономических единицах[1 - Астрономической единицей называется мера, равная расстоянию Земли от Солнца, приблизительно —150 миллионов километров.] равно 1,524. Произведем действия: первое число возведем в квадрат: 1,88^2^ = 3,5344; второе — в куб: 1,524^3^ = 3,5344.
Но может быть это только совпадение чисел?
Кеплер проделал точно такие же вычисления по отношению к другим планетам и каждый раз получал одно и тоже — квадраты времен обращения планет равнялись кубам их средних расстояний от Солнца.
Это был закон, важный закон природы, который связывает обращение планеты с ее средним расстоянием от Солнца. И выражается этот закон необычайно простой формулой Т^2^ = а^3^.
Восхищенный своим открытием, Кеплер на полях рукописи нарисовал Викторию — богиню Победы. Богиня изображена сидящей в колеснице. Она везет Кеплеру лавровый венок героя.
Рисунок Кеплера, сделанный им на полях рукописи.
Найденная Кеплером зависимость является одним из основных законов движения небесных тел. Все планеты, кометы и астероиды, все спутники звезд, все луны, обращающиеся возле планет, подчиняются этому закону.
Все закономерности, найденные учеными, указывают, что планеты и луны не случайные попутчики, приставшие к Солнцу во время его странствований по бесконечным дорогам Вселенной. Они члены единого целого и составляют организованную систему закономерно связанных между собой небесных тел.
Поэтому за солнечным семейством планет укрепилось название — солнечная система, а в среде ученых сложилось твердое убеждение, что Земля и все остальные планеты являются дочерьми Солнца, а луны — как бы внучатами, и что рождение планет и лун обусловлено действием какого-то неизвестного науке закона природы.
Странное математическое правило
Дальнейшее изучение планетной системы привело к открытию еще одной закономерности. Она выражается так называемым правилом Боде-Тициуса, которому долго не находилось удовлетворительного объяснения.
Напишем ряд дробных чисел: первое — 0,0 и второе 0,3, а все последующие будут вдвое больше предыдущего, то есть — 0,0 0,3 0,6 1,2 2,4 4,8 9,6 19,2. Если прибавить к каждому из этих чисел по 0,4, то получится новый ряд, который довольно хорошо выражает средние расстояния планет от Солнца, измеренные в астрономических единицах.
У астрономов XVIII века, которые изобрели это странное математическое правило, получилась вот такая таблица.
Сходство, как можно заметить, большое. И невольно бросалось в глаза отсутствие планеты на пятом месте от Солнца. По правилу Боде-Тициуса ее среднее расстояние должно равняться 2,8 астрономическим единицам. Однако никакой планеты в промежутке между Марсом и Юпитером астрономы не видели.
Очень многие ученые верили, что планета, предсказанная этим правилом, действительно существует. В конце XVIII века астрономы учредили особое общество для розыска планеты-незнакомки. Но прежде чем общество «небесных сыщиков» успело приступить к работе, неизвестная планета нашлась. Ей дали имя Церера.
Это был первый из астероидов, одна из тех планет-малюток, которых «выловили» затем свыше двух с половиной тысяч.
Наибольшее расстояние Цереры от Солнца оказалось равным 2,767 астрономическим единицам. Оно очень близко к тому, что предсказывало правило Боде-Тициуса. Таким образом, правильность таинственных математических подсчетов, данных непонятным правилом, получила серьезное подтверждение.
В 1846 году благодаря трудам французского математика Леверрье, русского астронома Лексела и англичанина Адамса была найдена еще одна планета — Нептун.
Среднее расстояние Нептуна от Солнца по правилу Боде-Тициуса должно составить: 19,2 х 2 + 0,4 = 38,8.
Действительное расстояние оказалось довольно далеким от этого числа —30,1!
Правило было нарушено. Ученые стали склоняться к мысли о том, что оно объясняется простым совпадением чисел и никакой закономерности не выражает. Интерес к этому правилу, разумеется, сразу же упал.
Девятую планету, названную Плутоном, нашли в 1930 году.
Велико же было удивление астрономов, когда стало известно, что среднее расстояние Плутона от Солнца почти в точности равно тому расстоянию, какое по правилу Боде-Тициуса предназначалось для Нептуна — 39,5!
Девятая планета расположилась на месте восьмой. Восьмая же, таким образом, оказалась на промежуточной орбите, и ее расстояние от Солнца равно средне-арифметическому от расстояний Урана и Плутона: (19,2+39)/2 = 29,35.
Но в чем же дело? Ведь если зависимость между какими-либо величинами или явлениями может быть выражена с помощью математической формулы, то несомненно, что эти величины или явления закономерно связаны между собой. Само существование правила Боде-Тициуса свидетельствует, что расстояния планет от Солнца неслучайны.
Повидимому, правило Боде-Тициуса выражает какой-то закон, который действовал во время образования планет, и именно он заставил их занять нынешние орбиты.
Что это за закон? В чем его сущность? Почему этому закону подчиняются все планеты, кроме Меркурия?
Для Меркурия совершенно произвольно принято число 0,0, тогда как по правилу Боде-Тициуса надлежало взять 0,15. Но 0,15 + 0,4 дает 0,55, что очень непохоже на действительное расстояние Меркурия от Солнца, равное 0,387. Не близость ли Солнца вызвала это отклонение от правила?
Ответа на эти недоуменные вопросы не было до самого последнего времени.
Массы и плотности
Когда ученым стали известны массы и плотности планет, выяснилась еще одна странность. Первые четыре планеты — Меркурий, Венера, Земля с Луной и Марс — и по объему и по массе сравнительно невелики, но они отличаются значительной плотностью вещества, в среднем, она почти вдвое превышает плотность таких горных пород, как гранит, диабаз и т. п.
Следующие четыре планеты — Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун отличаются большими массами и объемами, но плотность их мала — она почти вдвое меньше плотности земных горных пород.
Девятая планета еще очень плохо изучена, о ней трудно сказать что-либо определенное.
Столь удивительная и резкая разница между двумя группами планет также не может быть беспричинным явлением. Но и она, как и другие закономерности, не поддавалась объяснению.
Последнее, что обращает на себя внимание, это резкая разница между массами Солнца и остальных членов солнечной системы. По своим размерам и по массе Солнце исключительно велико. Его поперечник равен 1391 тысяче километров, а масса составляет почти 2 миллиарда квинтиллионов, то есть 210^27^ тонн (квинтиллион — это миллиард миллиардов). Масса Солнца такова, что надо сложить вместе 332 тысячи шаров, подобных земному, и только тогда получится тело, равное по массе Солнцу.
Вокруг Солнца обращается многочисленная свита разнообразных небесных тел. В ее состав входит 9 планет с 30 спутниками, несколько миллиардов астероидов, свыше тысячи комет и метеорных потоков, бесчисленное множество отдельных камешков-метеоритов и облако космической пыли, образующее на нашем небе явление зодиакального света.
Масса Солнца по сравнению с массами планет.
Все эти тела и тельца вместе взятые в 745 раз меньше Солнца по массе. Соотношение между массами Солнца и планет примерно такое же, как между человеком и его мизинцем. Если планеты — дочери Солнца, то упрекнуть Солнце в щедрости нельзя: оно выделило «дочерям» только один «мизинец» вещества.
Примерно такое же соотношение между планетами и их лунами. Луны меньше своих планет в сотни и в тысячи раз. Исключение составляет спутник Земли - Луна, которая по массе меньше земного шара только в 81,5 раза. Это позволяет считать Луну не спутником, а тоже планетой, составляющей вместе с Землей двойную планету.
Глава вторая
ПЕРВЫЕ ПОПЫТКИ ОБЪЯСНЕНИЯ
Закон всемирного тяготения
Дай мне вещество и движение, и мир созиду.
А. Радищев
Однажды жарким летним днем Ньютон со своим другом Стекелеем сидели после обеда в саду и пили чай. Легкий ветерок шевельнул ветви яблони. Одно яблоко сорвалось с дерева и покатилось к ногам Ньютона.
Ньютон обратил внимание Стекелея на упавшее яблоко и сказал, что в дни его юности, почти точно в такой же обстановке, падение яблока навело его на мысль о тяготении. И это было более чем полвека назад — в 1664 году.
Тогда в Англии вспыхнула эпидемия чумы. Страх перед беспощадной болезнью заставлял людей покидать густо населенные города. Ньютон, учившийся в Кембриджском университете, уехал к себе на родину, в селение Вульсторп. Там он жил в полном одиночестве, поглощенный размышлениями о научных вопросах, волновавших ученых того времени. Решение этих вопросов составляло задачу века.
Одной из таких назревших научных проблем было исследование удивительной зависимости между временем обращения планет вокруг Солнца и их средним расстоянием. Эта зависимость была установлена Кеплером в 1618 —19 годах, но какого-либо объяснения она тогда не получила. Кеплер предполагал, что от Солнца исходит некая сила, управляющая движениями планет по орбитам. Что она собой представляет, Кеплер не знал. Не знали этого и современники Ньютона. Многие из них подозревали, что загадочная «солнечная сила» родственна или подобна тяжести. Однако обосновать это предположение никто не мог.
Ньютон, поселившись в годы чумы на своей ферме, настойчиво искал пути к решению задачи. Его мысли были обращены к Луне. Ньютон старался понять, что заставляет нашего спутника подчиняться закону Кеплера и описывать возле Земли нескончаемые круги, почему Луна не может ни удалиться от Земли, ни упасть на нее.
И вот как-то раз, когда Ньютон сидел погруженный в свои мысли, его внимание привлекло яблоко, сорвавшееся с ветки.
- Почему яблоки, а также и все остальные предметы, падают всегда отвесно? — подумал Ньютон. — Почему не куда-либо в сторону, а только по направлению к центру Земли?
Значит, действительно, существует какая-то притягательная сила, присущая материи и сосредоточенная в центре Земли. А если эта сила свойственна всякой материи, то, очевидно, она должна соответствовать ее количеству. Чем массивнее, чем тяжелее тот или иной предмет, то есть чем больше содержится в нем частичек материи, тем сильнее будет его притяжение.
И Земля и яблоко состоят из материи. Следовательно, Земля притягивает к себе яблоко, а яблоко притягивает Землю — притяжение взаимно. Но Земля огромна, и ее притяжение велико, а яблоко мало, и его притяжение незаметно. И поэтому яблоко падает на Землю, повинуясь ее могучему притяжению.
То, что мы называем тяжестью тел или их весомостью, есть не что иное, как следствие тяготения Земли. Это тяготение пропорционально количеству частиц материи, заключенных в телах, или, иначе говоря, пропорционально массе тел.
Найдя правильный путь решения задачи. Ньютон продолжал свои рассуждения.
- Яблоко, сорвавшееся с ветки, упало на Землю. Точно так же оно упадет и с кровли дома, и с высокой башни, и с обрыва горы. Повинуясь тяготению, с гор скатываются камни и сбегают ручьи, из туч выпадает град, снег, дождь. Значит тяготение Земли распространяется выше всех башен, гор, выше туч.
Конечно, чем дальше от Земли, тем ее тяготение должно становиться все слабее и слабее, оно несомненно убывает с расстоянием, но нигде не исчезает совсем. Хотя Луна далека, но тяготение Земли безусловно достигает ее, и именно оно удерживает Луну на ее орбите!
Если это предположение правильно, то оно может быть проверено вычислением. Сила тяжести на поверхности Земли известна. Известно было во времена Ньютона и расстояние до Луны — оно равняется 60 земным радиусам. Но о величине земного радиуса в распоряжении ученых тогда не было надежных и проверенных данных. Ньютон воспользовался результатами весьма неточных измерений Земли, выполненных в 1635 году, и принял земной радиус равным 5500 километрам.[2 - В настоящее время эти величины измерены с большой точностью, расстояние до Луны равно 384 400 км или 60,37 земных радиуса, а средний земной радиус, по определению советских ученых, равен 6 367 554 метрам.] Он погрузился в вычисления, с тем чтобы определить, чему равна сила земной тяжести на расстоянии Луны, и узнать, достаточна ли она, чтобы удерживать Луну на ее орбите.
Но неверные исходные данные привели к ошибочному результату. Ньютон отложил свою работу.
Прошло несколько лет. В 1671 году были опубликованы новые, более точные сведения о размерах земного шара. Эти сведения стали известны Ньютону, и он немедля повторил свои вычисления.
Сила тяжести на поверхности Земли такова, что каждое свободно падающее тело проходит в первую секунду 4,89 метра. Луна находится от Земли на расстоянии 60 земных радиусов, то есть она расположена в 60 раз дальше от центра земного шара, чем предметы, лежащие на его поверхности.
Ньютон нашел, что сила тяжести убывает обратно пропорционально квадрату расстояния. Иначе говоря, если увеличить расстояние вдвое, то сила тяжести ослабеет вчетверо, а при увеличении расстояния втрое, она ослабеет в девять раз. Вчетверо дальше — в шестнадцать раз слабее, а в 60 раз дальше — в 3600 раз слабее.
Если это предположение правильно, то на расстоянии Луны свободно падающее на Землю тело пройдет в первую секунду не 489 сантиметров, а в 3600 раз меньше, т. е. 0,1359 сантиметра.
Ньютон вычислил, как велико в действительности ежесекундное отклонение Луны от прямого пути, и у него получилось число, очень близкое к 0,1359. Это доказывало, что земное тяготение и на самом деле убывает обратно пропорционально квадрату расстояния и, достигая Луны, оно удерживает Луну на ее орбите.
Орбиты небесных тел
Не будь тяготения, Луна полетела бы по прямой линии, постепенно удаляясь от Земли. Но Земля и Луна притягиваются друг к другу. Тяготение заставляет Луну «падать» на Землю. Но в каждую секунду своего падения Луна проходит по направлению к Земле ровно столько, на сколько она удалилась бы от нее, двигаясь прямолинейно. В результате сложения двух движений — поступательного и падения — образуется движение по замкнутой кривой линии. И поэтому Луна не может покинуть Землю. Тяготение невидимым канатом приковывает Луну к Земле, заставляя ее обращаться вокруг нашей планеты.
У камня, брошенного человеческой рукой, и у пули, выпущенной из винтовки, в полете тоже происходит сложение двух движений — поступательного и падения. И в результате этого линия полета пули — ее «орбита», или, как принято называть — ее траектория, имеет форму кривой линии. В конце своего полета и камень и пуля падают на землю.
Луна же упасть на Землю не может, так как кривизна ее «траектории» — орбита — почти в точности соответствует кривизне поверхности земного шара. Поэтому Луна, «падая» на Землю, не приближается к ней, — она движется параллельно земной поверхности — и можно сказать, что она «падает не падая».
Под влиянием тяготения Земли Луна отклоняется от прямого пути, но к Земле не приближается, так как лунная орбита почти параллельна земной поверхности.
Мысль о возможности такого своеобразного падения Ньютон пояснил с помощью воображаемого опыта с пушкой.
На вершину холма поставим пушку, ее ствол направим строго горизонтально и вообразим, что Земля имеет форму совершенно правильного шара, что она не вращается вокруг своей оси, что воздух никакого сопротивления нашим снарядам не оказывает, а пушка позволяет применять неограниченно мощные заряды.
Начнем стрелять. При начальной скорости около тысячи метров в секунду и высоте холма в 122,25 метра снаряд пролетит 5 километров и под влиянием земного тяготения упадет на землю.
Следующий выстрел произведем более сильным зарядом, и, очевидно, второй снаряд пролетит дальше первого. Будем постепенно увеличивать пороховые заряды, наращивая с каждым выстрелом скорость снаряда и тем самым увеличивая дальность его полета.
Допустим, что дуло пушки направлено на север — наши снаряды, пролетая все дальше и дальше, рвутся в полярной тундре, среди арктических льдов, они проносятся над Северным полюсом, падают в районе Берингова пролива. Мы продолжаем увеличивать заряды, и снаряды начинают достигать экватора, перелетают через него, проносятся над Южным полюсом…
Опыт с пушкой.
Наконец, при скорости около 7900 метров в секунду снаряд облетит вокруг Земли и ударится о южный склон нашего холма.
Если же мы придадим снаряду скорость, равную 7912 метрам в секунду, то через 1 час 24 минуты и 16 секунд снаряд пролетит мимо пушки и станет вечно летать вокруг Земли, как ее маленький спутник, как ее вторая Луна. При такой скорости путь снаряда получится круговым — в каждую секунду полета снаряд будет падать по направлению к Земле на столько сантиметров, на сколько он удалился бы от нее, двигаясь прямолинейно, то есть он будет «падать не падая».
Продолжим наш опыт, еще более увеличим заряды, и с каждым выстрелом наша планета станет приобретать нового спутника, но орбиты этих искусственных маленьких лун получатся уже не круговые, а овальные, то есть имеющие форму эллипсов. И чем больше будет скорость снарядов, тем сильнее окажется вытянутость этих эллипсов.
Скорость движения Луны по ее орбите как раз такова, что Луна описывает вокруг Земли слабо вытянутый эллипс. Земля и все остальные планеты, астероиды и многие кометы тоже обращаются вокруг Солнца по эллипсам. Это доказывает, что и Солнце обладает силой притяжения, которая убывает с расстоянием и удерживает всех членов солнечной семьи на их орбитах.
Разрезая конус под различными углами к основанию, получают одну из четырех кривых: круг, эллипс, параболу и гиперболу. Цели разрез параллелен основанию, то получается круг; если разрез параллелен образующей конуса — парабола.
Продолжим дальше наш опыт и еще увеличим скорость снарядов. С каждым выстрелом снаряды будут описывать в пространстве около Земли все более и более удлиненные эллипсы, и, наконец, при начальной скорости в 11 200 метров в секунду снаряд покинет Землю и более никогда не вернется на нее. Он полетит уже не по эллипсу, а по кривой линии, которая называется параболой. При еще больших скоростях снаряд будет двигаться по одной из ветвей кривой линии другого вида, называемой гиперболой.
Все небесные тела в зависимости от их скорости движутся по кривым одного из этих видов — по эллипсам, параболам или гиперболам. Орбиты планет — почти круги, орбиты астероидов и многих комет — эллипсы, орбиты некоторых комет — параболы, среди метеоритов, бороздящих ночное небо золотыми искрами, есть такие, которые двигались до своей встречи с Землей по гиперболам.
Величина силы тяготения
Закону тяготения подчиняется каждая частица материи. Благодаря притяжению Земли с гор сбегают ручьи, подброшенные камни падают только вниз, легкий и подвижный воздух не разлетается в пространстве.
Притяжение Луны подымает морские воды двумя огромными валами, и они прокатываются по всем морям и океанам, образуя грозное явление прилива. А притяжение Земли удерживает Луну на ее орбите. Все планеты с их спутниками, хвостатые кометы, малютки-астероиды и мелкие камешки-метеориты обращаются вокруг Солнца. Все в мире скреплено, связано прочными узами взаимного притяжения — оно всюду и везде, и даже далекий Сириус оказывает свое влияние на Землю.
Однако в повседневной жизни мы ощущаем только притяжение Земли, совершенно не замечая притяжения предметов друг к другу. Пешеходы на улице не притягиваются к зданиям, мимо которых они проходят. Автобусы, троллейбусы и трамваи свободно встречаются и разъезжаются, не испытывая никакого притяжения друг к другу. Птицы пролетают возле гор, не притягиваясь к ним.
Силы, возникающие в этих случаях, оказываются слишком незначительными, чтобы их можно было заметить. И это показывает сравнительно простой расчет.
Законом тяготения установлено, что каждые две частицы материи притягиваются друг к другу с силой, пропорциональной их массам и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними. Этот закон может быть выражен в виде математической формулы такого вида: F = K(М^1^М^2^)/r^2^.
Буквой F обозначена искомая сила тяготения. М^1^М^2^ — массы тел, r — расстояние между центрами тяготеющих масс, К — коэффициент, называемый постоянной тяготения.
Канат, способный заменить силу тяготения между Землей и Луной, должен иметь толщину в 500 километров.
Проделав множество опытов, ученые установили, что две частицы, каждая весом по одному грамму, помещенные на расстоянии одного сантиметра друг от друга, притягиваются с силой, равной 1/15 000 000 миллиграмма. Это и есть К — постоянная тяготения.
Пользуясь формулой закона, высчитаем, чему равна сила тяготения между двумя автобусами.
Автобусы весят по 9 тонн, т. е. 9 000 000 граммов. Расстояние между ними 3 метра = 300 сантиметров.
F = K(М^1^М^2^)/r^2^ = 1/15 000 000 x (9 000 000 x 9 000 000)/3002 = 60 мг, то есть 60 миллиграммов.
Сила тяготения, возникающая между двумя автобусами, исключительно ничтожна. Чтобы преодолеть ее, нужно приложить столь же ничтожное усилие. Оно немногим больше того усилия, которое надо приложить к паутине, чтобы разорвать ее. Ясно, что сила притяжения между двумя автобусами совершенно незаметна.
Несколько иной результат получится, когда попробуем наглядно представить себе величину силы тяготения, связывающей Землю и Луну.
Масса Земли — 5,95·10^27^ граммов. Масса Луны — 7,33·10^25^ граммов. Расстояние между Землей и Луной — 3844·10^7^ сантиметров.
Выполнив соответствующие действия, получим, что сила тяготения между Луной и Землей примерно равна 20 миллионам миллиардов тонн. Если мысленно заменить силу тяготения тросом, свитым из капроновых нитей или из стальной проволоки, предназначенной для рояльных струн, то понадобится трос толщиной в 500 километров.
Сила же, удерживающая Землю на ее орбите возле Солнца, еще больше. В этом случае трос должен иметь в толщину 6700 километров! Это половина земного поперечника!
Однако как ни велика эта сила, но она сдвигает Землю по направлению к Солнцу только на 3 миллиметра в секунду, тогда как вдоль по орбите Земля пролетает в одну секунду 30 километров.
30 километров и 3 миллиметра!
Вопрос о первом толчке
Ньютон нашел причину, заставляющую Землю двигаться по направлению к Солнцу со скоростью около 3 миллиметров в секунду — «улиточным шагом».
Но что же заставило Землю помчаться по инерции вокруг Солнца со скоростью 30 километров в секунду? Что подтолкнуло ее?
Так возник вопрос о «первом толчке», о причине, вынудившей планеты обращаться вокруг Солнца. И этот «проклятый» вопрос преследовал ученых на протяжении почти что трех столетий. Астрономы, философы, математики пробовали по-разному отвечать на него и неизменно ошибались.
Настоящее научное решение вопроса о «первом толчке» было найдено только в нашу эпоху, советскими учеными, вооруженными марксистской философией — диалектическим материализмом.
Ньютон его решить не мог, да и не хотел.
В биографии Ньютона есть одна характерная особенность. Все крупнейшие ученые Западной Европы в XVI и XVII веках не могли ладить со служителями церкви. Книги Коперника беспощадно истребляли, Кеплер скитался из города в город, Галилей последние годы жизни провел в заключении, Джордано Бруно сожгли на костре, Роджер Бекон писал свои труды в темнице, сочинения Рене Декарта были запрещены.
Ньютон же по сравнению с другими учеными подвергался только небольшим нападкам со стороны религии. Он жил, окруженный почетом и славой. «Отцы» церкви его не трогали, потому что на вопрос о «первом толчке» Ньютон дал ответ, достойный не великого ученого, а невежественного монаха.
Ньютон решал эту задачу уже на склоне лет, ему изменила ясность мысли, он перестал стремиться к строгим научным доказательствам и удовлетворился простейшим допущением: так сделал бог. Бог дал планетам первый толчок и заставил их кружиться вокруг Солнца.
Ньютон не заметил чудовищного противоречия в своих рассуждениях — он вынудил бога бороться с силой тяготения. Мало того, по мнению Ньютона движение планет по орбитам должно постепенно замедляться, и бог, чтобы не допустить гибели планет, якобы время от времени выходит из своей обители и подталкивает планеты — заводит «пружину» Вселенной, как часовщик заводит часы.
Другие ученые высмеивали эту смешную и нелепую гипотезу. Один из ученых того времени писал: «Ньютон и его приверженцы имеют крайне забавное представление о божественном творении. С их точки зрения бог должен время от времени заводить свои „мировые часы“, — в противном случае они перестанут действовать».
Настоящие ученые согласиться с Ньютоном не могли. Его закон тяготения и законы движения получили всеобщее признание, а гипотеза о «божественном первом толчке» была отвергнута.
Ученые стали искать другого решения.
Судьба гипотезы Бюффона
В начале зимы 1680 года на небе появилась огромная комета. Ее видели днем при ярком свете Солнца, а ночью она соперничала с Луной, заливая Землю зеленоватыми лучами. Сверкающий хвост этой кометы раскинулся на полнеба, пугая невежественных людей. Это была одна из величайших комет, которую только приходилось наблюдать людям.
Русский наблюдатель отметил тогда в летописи: «Лета 7189 декабря в 14 день, в 1 часу ночи, явился на западе от звезды столп велик, кверху широк и высок, светел яко луч видением дневного света образ, и ходила та звезда с сиянием генваря до 31 числа, а ходила за солнцем».
В полдень 18 декабря хвостатая гостья пролетела возле Солнца на расстоянии, равном всего лишь одной трети солнечного радиуса — в тот день она была в 650 раз ближе к Солнцу, чем Земля.
Комета вызвала живейший интерес среди ученых. Она была первой кометой, к которой применили только что установленный закон тяготения. Ньютон вычислил ее орбиту и доказал, что кометы, так же как и планеты, движутся в пространстве, повинуясь притяжению Солнца.
Шестьдесят пять лет спустя зоолог Жорж Бюффон, изучая труды Ньютона, натолкнулся на описание кометы 1680 года. Его поразило, что комета почти вплотную подошла к Солнцу. 1/3 солнечного радиуса составляет примерно 230 тысяч километров. — Это в полтора раза меньше расстояния от Земли до Луны. Еще немного, и комета ударилась бы о Солнце.
Бюффон мысленно нарисовал картину небесной катастрофы.
С каждой секундой ускоряя бег, огромная комета мчится к Солнцу. С невероятной силой она врезается в огненный океан. На Солнце вздымаются гигантские волны. Брызги солнечного вещества, окруженные клубами раскаленных газов, разлетаются в стороны.
Происхождение планет по гипотезе Бюффона.
Солнце, прежде неподвижное, получив удар, направленный вкось, начало вращаться вокруг своей оси.
Вещество, вырванное из Солнца кометой, частично упало обратно, частично рассеялось в пространстве, а самые крупные куски и капли начали обращаться вокруг Солнца в виде огненно-жидких шаров различной величины. Остывая, эти шары стали планетами. Солнце обзавелось семейством спутников.
Бюффон искал подтверждения своей гипотезе. Он накаливал в лабораторной жаровне металлические и каменные шары различного размера, а затем наблюдал, с какой скоростью они остывают. Основываясь на этих опытах, ученый высчитал, что шар величиной с Землю должен был охлаждаться не менее 75 тысяч лет.
Свою гипотезу Бюффон опубликовал в 1745 году. В истории науки это была первая «катастрофическая» гипотеза, то есть гипотеза, рисующая происхождение планет как результат космической катастрофы.
Ученым тогда еще не было известно, что кометы — это не твердые тела, подобные пушечным ядрам, а всего лишь — каменисто-песчаные тучи. Бюффон не знал, что кометы только кажутся огромными, на самом деле их массы ничтожны. Падение кометы на Солнце — происшествие не более грозное, чем гибель ночной бабочки в пламени костра.
Да и вещество Солнца не жидкое, а газообразное. Планеты так, как это предполагал Бюффон, образовываться не могут. Его гипотеза не выдерживает сколько-нибудь серьезной критики.
Однако все эти недостатки нельзя ставить в вину Бюффону. Он жил в середине XVIII века — на рассвете современной астрономии и в эпоху неограниченного владычества церкви.
Брешь в средневековом мировоззрении
Несмотря на ошибочность, гипотеза Бюффона была самой первой попыткой объяснить происхождение планет и определить их возраст. Бюффон первым среди ученых отверг «божественный первый толчок» и изобразил рождение планет как результат действия сил природы.
И это встревожило всех церковников и религиозных ученых.
- Бюффон отрицает день творения! — возмущались церковники. — Он утверждает, что Земля создана не богом, а какой-то кометой. Он осмеливается оспаривать библию, в которой сказано, что Земля сотворена 7260 лет назад. Бюффон — безбожник! Бюффон — еретик!
И они требовали сурового наказания ученому.
С Бюффоном повторилась история Галилея. В 1751 году под угрозой жестоких кар Бюффон подписал отречение от своей гипотезы.
Через четыре года после отречения Бюффона в Германии вышло из печати произведение неизвестного автора под пышным названием: «Всеобщая естественная история и теория неба или исследование об устройстве и механическом происхождении всего мироздания, построенное на основе принципов Ньютона».
На страницах этой книги анонимный автор развернул перед читателями грандиозную картину возникновения, развития и гибели миров.
По его мысли, исходным началом всего существующего был бог. Он сотворил материю и сообщил ей свойство закономерно организовываться и развиваться. После этого бог перестал вмешиваться в дела созданной им материи — «почил от трудов своих». Поэтому в дальнейшем изложении автор считает участие сверхъестественных сил излишним — мир развивался только благодаря присущим ему законам.
Первозданная материя вначале находилась в состоянии хаоса — беспорядочной, неорганизованной и неподвижной массы мельчайших частичек-пылинок, заполнявших огромное пространство Вселенной.
Состояние хаоса длилось только одно мгновение. Сила тяготения привела в движение всю материю Вселенной. Отдельные крупные и плотные частички и комки стали притягивать к себе другие более мелкие и неплотные пылинки.
В Хаосе возникли многочисленные центры сгущения. Вокруг этих центров скапливалось вещество, оно постепенно уплотнялось, и в пространстве образовывались громадные, сильно разреженные шары.
В этом месте своей книги неизвестный автор высказывает весьма важную и ценную мысль. Он пишет, что природа кроме тяготения имеет в запасе еще и другие силы — силы отталкивания. Они, например, обнаруживаются в упругости паров, в рассеивании сильно пахнущих летучих веществ, в расширении всякого рода газов и тому подобных явлениях. И именно в результате «борьбы этих сил с притяжением происходит то движение, в котором заключается длительная жизнь природы», — писал автор «Всеобщей естественной истории».
Действительно, всем явлениям природы свойственны внутренние противоречия, все в мире имеет свои положительные и отрицательные стороны, и всякое развитие порождается борьбой противоположных сил.
«Развитие есть „борьба“ противоположностей», — писал В. И. Ленин.
Опираясь на мысль о возможности борьбы между притяжением и отталкиванием, автор космогонической гипотезы предположил, что частицы, падавшие к центру сгущения, встречали на своем пути другие частицы, сталкивались с ними, отскакивали в сторону, отклонялись от прямолинейного движения. Таким образом их отвесное падение преобразовывалось в круговое движение, охватывавшее центр падения.
В конце концов большинство частиц упало на ядро сгущения, а остатки начали обращаться вокруг этого ядра. Их пути в пространстве перекрещивались, и частицы постоянно сталкивались между собой. Бесчисленные соударения неминуемо выравнивали и округляли их орбиты. И в результате — часть пылинок отсеялась и попала на комок центрального тела, а остальные выровняли свои орбиты так, что перестали мешать друг другу, они получили возможность двигаться по параллельным, круговым путям.
Среди частиц, летавших вокруг ядра, имелись и более крупные и более плотные частицы. Мелкие падали или прилипали к крупным, образовывались комки или сгустки вещества. Эти комки послужили ядрами будущих планет. Планеты, образовавшиеся из отдельных пылинок, продолжали двигаться в том же направлении и с той же скоростью, с какой двигались породившие их частицы.
Более далекие от центрального ядра частички, по мнению автора гипотезы, обязательно должны были двигаться быстрее, они как бы забегали вперед, обгоняя частицы, летавшие ближе к ядру — Солнцу. Однако разорваться такой клубок не мог: его скрепляло тяготение, и из сочетания двух движений возникло вращение.
Клубки, кружившиеся вокруг Солнца, стали вращаться вокруг осей в ту же сторону, в какую они двигаются по орбитам.
Эти сгустки первобытного вещества с течением веков превратились в планеты.
Последние остатки вещества, которые не успели присоединиться к планетам и не упали на Солнце, продолжали летать по сильно вытянутым орбитам и стали кометами.
Возле планет роились другие еще более мелкие сгустки вещества. Их пути тоже округлялись и упорядочивались. Эти клубки, уплотнившись, сделались спутниками планет — их лунами.
Около Сатурна мелкие частички не смогли собраться в клубки и не образовали луну. Они остались в виде плоского кольца, украшающего планету.
Автор этой гипотезы думал, что Земля, подобно Сатурну, тоже имела когда-то кольцо. Но состояло оно из капелек воды. Пролетевшая мимо комета разбила водяное кольцо, и на Землю хлынули потоки воды — случился всемирный потоп, о котором рассказывает библейское предание.
Размышляя о судьбах миров, автор пришел к мысли, что все планеты со временем упадут на остывающее Солнце и дадут ему горючий материал для нового воспламенения. Солнце раскалится настолько, что снова рассеется в пространстве и породит новый Хаос, из которого возникнут новое солнце и новые планеты.
«Если мы через всю бесконечность времени и пространства проследим этот феникс природы, который лишь затем сжигает себя, чтобы вновь молодым возродиться из пепла, то дух наш, размышляя об этом, погружается в глубокое удивление», — так писал автор этой величественной и всеобъемлющей гипотезы.
Несколько лет спустя после выхода книги имя автора «Всеобщей истории и теории неба» стало известным. Он оказался домашним учителем из Кенигсберга и начинающим философом — Иммануилом Кантом.
Впоследствии И. Кант стал одним из крупнейших философов-идеалистов, главой многочисленной школы учеников и последователей.
В гипотезе Канта очень много ошибочного, неправильного и даже курьезного. Кант глубоко заблуждался, думая, что материя даже одно мгновение может находиться в покое, то есть быть лишенной движения.
Движение неотъемлемо от материи. Нет и быть не может материи без движения, также не может быть движения без материи. Они неотделимы друг от друга. Недвижущаяся материя — такая же бессмыслица, как белая сажа. Точно также Кант ошибался, думая, что движение может возникнуть из ничего.
Современник Канта, гениальный русский ученый М. В. Ломоносов понимал явления природы гораздо яснее и глубже Канта.
Почти одновременно с кенигсбергским философом Ломоносов открыл и доказал всеобщий закон природы — закон сохранения материи и движения: из ничего не может возникнуть что-то. К этому открытию Ломоносова привело его материалистическое мировоззрение.
Кант был идеалистом. Его мировоззрение, подобно кривому зеркалу, искажало подлинную картину природы. Он не понимал многих простых истин. В заглавии своей книги Кант написал, что его теория построена на основе законов Ньютона. В действительности же он мало придерживался этих законов, потому что не уяснил их сущности.
Ньютон доказал, что «каждое тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения до тех пор, пока какая-либо сила не выведет его из этого состояния». Это положение Ньютона известно под названием закона инерции.
Кант думал иначе, — по его мнению, прямолинейное движение частиц, устремившихся к центру Солнца, могло каким-то неведомым способом превратиться в круговое движение планет по их орбитам.
Ведь в картине, нарисованной Кантом, все частички первобытного Хаоса устремляются к центру падения; все они движутся в одном направлении, если даже скорость их падения будет неодинакова, то столкновения между ними не породят свободного кругового движения.
Высказав правильную мысль о борьбе притяжения и отталкивания, Кант все же не понял, что в данном случае силы отталкивания могли только замедлить падение, но отнюдь не послужить причиной кругового движения планет по их орбитам. При этом совершенно очевидно, что орбитальное движение планет могло оказаться направленным как справа налево, так и слева направо. Но оно почему-то получило направление именно справа налево. Один из древнегреческих философов, Аристотель, объяснял это тем, что движение справа налево более «благородно», но Кант даже такого объяснения не дал. Он заставил свою туманность вращаться справа налево, сам не зная почему.
Еще более необоснована попытка объяснить и подтвердить библейское предание о потопе.
Геологи хорошо изучили напластования земной коры и доказали, что никогда никакого всемирного потопа не было.
Случалось, что отдельные участки суши постепенно опускались ниже уровня моря или же, наоборот, часть морского дна обнажалась, превращаясь в сушу. Такие изменения происходили раньше, происходят они и в настоящее время, например, территория Голландии опускается, Скандинавский и Кольский полуострова, Ленинград и берега Балтийского моря подымаются. Эти обычные явления — результат действия внутренних горообразующих сил.
Случались также годы с необычайно сильными весенними паводками и исключительной многоводностью рек. Например, в 2297 году до начала нашей эры две великие реки Китая, Хуанхэ и Янцзы, разлились так, что их дельты представляли одно целое. Была затоплена огромнейшая территория. В течение многих лет после этого наводнения китайцы рыли каналы, освобождая землю от последствий этого потопа. Такое же многоводье и буйный разлив произошел в Китае в VI веке до нашей эры. В это же столетие наша Аму-Дарья так была полноводна, что, как предполагают некоторые ученые, она вливала свои воды в Каспий.
В 2355 году до нашей эры произошел грандиозный разлив Тигра и Евфрата, и долина, разделяющая эти реки, была затоплена. Это событие и послужило причиной, породившей библейское предание о «всемирном потопе».
Кант считал, что бог «воспламенил» Хаос в одной точке, и его творение, начавшись в этой точке, непрерывно расширяясь, стало постепенно охватывать всю Вселенную. По его гипотезе, сотворение мира не закончилось, оно происходит и в наши дни, но совершается уже где-то очень далеко и постепенно уходит от нас еще дальше. Эту идеалистическую выдумку Канта подхватили и усовершенствовали наиболее реакционные представители буржуазной науки, которые создали гипотезу «расширяющейся Вселенной».
Неверна также фантастическая картина гибели мира, нарисованная Кантом. Планеты упасть на Солнце не могут, так как не существует силы, способной «столкнуть» планеты с их орбит.
Ошибок подобного рода у Канта много.
Но наряду с ними кенигсбергский философ высказал очень ценные мысли. Он указал, что Луна, вызывая на Земле морские приливы, тем самым замедляет вращение земного шара. Приливные валы катятся по поверхности моря навстречу вращению нашей планеты и поэтому действуют подобно тормозным колодкам.
Кант утверждал, что если планеты складываются из частиц, летающих вокруг Солнца по самым различным орбитам, то эти частицы, объединяясь в планеты, одновременно осредняют, округляют свои орбиты. И в результате суммирования разнородных орбит получаются почти круговые орбиты планет.
Все эти идеи Канта вошли затем в другие космогонические гипотезы.
Но не это составляет главное достоинство его гипотезы.
Кант, так же как и Ломоносов, сумел подняться над уровнем тогдашней науки, высказать положения, которые резко противоречили косным, реакционным воззрениям ученых XVIII века.
Фридрих Энгельс, создавший вместе с Карлом Марксом основы современной, подлинно научной материалистической философии, в своем замечательном произведении «Диалектика природы» дал краткий очерк состояния науки в середине XVIII века.
«…что особенно характеризует рассматриваемый период, так это — выработка своеобразного общего мировоззрения, центром которого является представление об абсолютной неизменяемости природы».
Согласно этому взгляду, природа, каким бы путем она сама ни возникла, раз она уже имеется налицо, оставалась всегда неизменной, пока она существует. Планеты и спутники их, однажды приведенные в движение таинственным «первым толчком», продолжали кружиться по предначертанным им эллипсам во веки веков или, во всяком случае, до скончания всех вещей. Звезды покоились навеки неподвижно на своих местах, удерживая друг друга в этом положении посредством «всеобщего тяготения». Земля оставалась от века или со дня своего сотворения (в зависимости от точки зрения) неизменно одинаковой.
«…В природе отрицали всякое изменение, всякое развитие… Для естествоиспытателей рассматриваемого нами периода он (мир — М. И.) был чем-то окостенелым, неизменным, а для большинства чем-то созданным сразу. Наука все еще глубоко увязает в теологии. Она повсюду ищет и находит в качестве последней причины толчок извне, необъяснимый из самой природы».[3 - Ф. Энгельс. Диалектика природы. 1950, стр. 6 и 7.]
И вот в эту сумрачную застойную эпоху вышли из печати произведения Канта и Ломоносова.
Кант своей гипотезой пробил брешь в окостенелом мировоззрении. Он заявил: «Дайте мне материю, и я покажу вам, как из нее должен образоваться мир». Кант первым среди философов стал утверждать, что наша Земля, Солнце и звезды не есть что-то неизменное, существующее в незыблемом виде. Наоборот, мир развивается, изменяется под действием сил и законов природы. Эти изменения происходят не по воле бога-творца, а в силу свойств, присущих материи.
Из гипотезы Канта следовало, что наша планета не всегда была такой, какой мы видим ее в настоящее время.
М. В. Ломоносов в отличие от Канта был последовательным материалистом и в своем произведении «О слоях и внутренностях земных» высказывался об изменяемости природы еще определеннее:
«…твердо помнить должно, что видимые телесные на Земле вещи и весь мир не в таком состоянии были с начала от создания, как ныне находим; но великие происходили в нем перемены…
…напрасно, многие думают, что все как видом сначала творцом создано.
…Таковые рассуждения весьма вредны приращению всех наук, следовательно и натуральному знанию шара земного, а особливо искусству рудного дела, хотя оным умникам и легко быть философами, выучась наизусть три слова: бог так сотворил; и сие дая в ответ вместо всех причин».
Идеи Ломоносова и Канта о непрестанном развитии были чужды тогдашней науке, они резко противоречили устоявшимся понятиям, отвергали окостенелое мировоззрение.
Если бы астрономы, геологи, географы, физики, биологи тогда восприняли основные идеи Ломоносова и Канта, наука не задержалась бы на одном месте почти на целое столетие.
Но, к сожалению, и гипотеза Канта и сочинения Ломоносова остались незамеченными. Сторонники косного ограниченного учения о неизменяемости природы применили сильное орудие — молчание. Никто не выступал против гипотезы Канта, никто не сказал ни одного слова в защиту ее. Книги похоронили на дальних полках библиотек. Гипотеза Канта пробыла в безвестности около ста лет.
Первый русский космогонист
В 1797 году в Петербургскую Академию наук поступила рукопись, называвшаяся «История о происхождении Вселенной». Это было самое первое в России сочинение по космогонии. Его автор, двадцатилетний юноша, Николай Данилович Ертов служил приказчиком в лавке одного из петербургских купцов и увлекался естественными науками. Отдавая весь свой досуг книгам, Ертов самоучкой достиг основательных познаний. Он прочел многие произведения Ломоносова, Вольтера, Ньютона, Лейбница, Эйлера, Бюффона и др.
Особое его внимание привлекла космогоническая гипотеза Бюффона. Однако астрономические познания Ертова помогли ему очень критически отнестись к умозаключениям Бюффона. Ертов прекрасно понимал, что комета не может «отшибить у Солнца край», она просто упадет на Солнце и утонет в его огненной пучине.
Заинтересовавшись космогонией, Ертов перечитал все, что можно было достать по этому вопросу в Петербурге. Но нигде, ни в одной из книг он не нашел убедительного, правдоподобного объяснения того, как произошла Земля.
Лейбниц считал, что планеты — это погасшие звезды, но он ничего не говорил о том, каким образом бывшие звезды заняли свои места в солнечной системе и почему они стали обращаться вокруг Солнца.
Ньютон объяснял орбитальное движение планет божественным толчком. Ертову, как ревностному почитателю и последователю Ломоносова, было противно подобное объяснение.
О гипотезе Канта Ертов ничего не знал, так как тогда книга Канта еще не была переведена на русский язык, да и в самой Германии никто космогонией Канта всерьез не интересовался.
Гипотезу Бюффона, как совершенно необоснованную, Ертов считал «философическим, прекрасно написанным романом».
Убедившись в бесплодности своих поисков, Ертов решил самостоятельно объяснить происхождение мироздания. В основу своих рассуждений он положил атомистическую теорию Ломоносова и теорию тяготения Ньютона и создал гипотезу, до некоторой степени похожую на гипотезу Канта.
Миры, по представлению Ертова, образовались соединением мельчайших телец-элементов, но это были не кантовские частицы неопределенных размеров и с различными свойствами, а атомы, по сравнению с которыми «пылинки представляются огромными телами». Следуя Ломоносову, Ертов утверждал, что все свойства и особенности небесных тел объясняются свойствами атомов.
Точно так же, вслед за Ломоносовым, Ертов считал, что все видимое нами не остается незыблемым, а непрестанно развивается и изменяется, что законы природы едины во всей Вселенной, и никогда не бывает действия без причины.
Рождение миров, по мысли первого русского космогониста, происходило в борьбе сил притяжения и отталкивания, эта борьба создала все видимое нами разнообразие небесных светил и упорядочила движение планет в солнечной системе.
Академия наук гипотезу Ертова не одобрила и вернула рукопись автору. Это не обескуражило юношу, и он решил издать ее самостоятельно. В течение трех лет Ертов написал и издал весьма обстоятельную энциклопедию астрономических знаний под названием: «Начертания естественных законов происхождения Вселенной». Основную часть этого сочинения составляла космогоническая гипотеза автора.
Произведение Ертова пользовалось успехом у читающей публики, и в 1805 году оно было переиздано в сокращенном и переработанном виде. Ертов самым решительным образом повычеркивал из книги все упоминания о боге. Через 6 лет понадобилось новое издание, а еще через 9 лет, в 1820 году, «Мысли о происхождении и образовании миров» вышли из печати в четвертый раз.
Деятельность Н. Д. Ертова и успех его книг вызвали недовольство царского правительства и в первую очередь министра просвещения. Министром просвещения был тогда А. Н. Голицын, который по словам Пушкина
В угодность господу, себе во утешенье
Усердно задушить старался просвещение.
Голицын распорядился, чтобы цензоры вычеркивали из печатающихся книг всякое упоминание о происхождении мира. Вскоре последовало новое распоряжение: университетским профессорам было запрещено рассказывать в своих лекциях о происхождении и древности земного шара.
На протяжении почти что целого столетия после Ертова в России не появлялось более ни одного самостоятельного и мало-мальски крупного сочинения по космогонии. Нарушить этот запрет осмелился в 1915 году гениальный ученый-самородок Константин Эдуардович Циолковский.
Подлинную и полную свободу научного творчества и возможность разрабатывать плодотворные космогонические гипотезы русские ученые получили только после Великой Октябрьской революции.
Лаплас объясняет мир
В 1768 году Пьер Симон Лаплас, оставив должность учителя математики в школе маленького французского городка Бомона, приехал в Париж попытать счастья.
Скромный, по-провинциальному одетый, юноша бродил по улицам огромного города, разыскивая квартиру Даламбера. В кармане Лапласа лежали рекомендательные письма, адресованные этому ученому. Лаплас надеялся найти применение своим недюжинным математическим способностям, и от покровительства Даламбера зависело его будущее. Даламбер был очень влиятельным человеком не только во Франции, но и во всей Европе. С ним переписывалась русская императрица Екатерина II, а к прусскому королю Фридриху II Даламбер ездил запросто погостить. Его научные труды с благоговением читали все ученые. Одно слово Даламбера могло открыть Лапласу двери в науку.
Разыскав дом, в котором жил его будущий покровитель, Лаплас переслал ему рекомендательные письма и тщетно ждал ответа. Даламбер, повидимому, выбросил их в мусорную корзину, не читая.
Лаплас попробовал застать Даламбера в Академии наук, на лекциях или поговорить с ним на улице. Но маститый ученый, встретившись с Лапласом, отстранял его и проходил мимо, явно не желая разговаривать. Даламбер был знаменит. Его постоянно осаждали десятки просителей. Настойчивого юношу он причислял к обычным просителям и избегал его.
Прислуга Даламбера признала Лапласа, и едва открывалась дверь, он слышал неизменный ответ:
- Господина Даламбера нет дома!
Иногда Лапласу, вместе с другими посетителями, удавалось проникнуть в приемную, и он часами сидел, дожидаясь приглашения хозяина. И, не дождавшись, уходил.
Свыше двух недель Лаплас безуспешно пытался поговорить с Даламбером.
Однажды Лаплас просидел в приемной почти целый день, он перебирал в уме всевозможные способы добиться приема, и вдруг ему пришла счастливая мысль. Он сел к столу, взял перо и написал сочинение по механике, в котором излагал свои взгляды на развитие этой науки в будущем. Это сочинение он адресовал Даламберу и ушел.
Письмо Лапласа произвело на Даламбера огромное впечатление. Он понял, что этот странный двадцатилетний юноша из Нормандии, который преследует его две недели, обладает удивительными познаниями, ясной мыслью, широким кругозором, которые подстать только крупному ученому.
На следующий день Лаплас получил ответ:
«Милостивый государь!
Вы имели случай убедиться, как мало я обращаю внимания на рекомендации. Но Вам они совершенно не нужны. Вы зарекомендовали себя сами, и этого мне совершенно достаточно. Моя помощь к Вашим услугам. Приходите же, я жду Вас».
Вскоре по ходатайству Даламбера Лапласа назначили профессором математики в Парижскую военную школу.
Лаплас много и упорно трудился. Его сочинения были глубоки и содержательны.
Через несколько лет Лапласа избрали действительным членом Парижской Академии наук.
Лаплас стал непосредственным преемником Ньютона. Все его основные труды развивали и углубляли открытия Ньютона.
Так же как и Ньютон, Лаплас избегал гипотез, догадок, предположений. Он признавал только наблюдения, опыты, точные факты и математическую обработку этих фактов. И не допускал никакой фантазии. Всякие гипотезы казались Лапласу излишними.
История пошутила с Лапласом. Всемирную славу принесла Лапласу именно гипотеза — единственная гипотеза, которую он создал за всю свою жизнь.
Гипотеза Лапласа изложена им без всяких доказательств и математических вычислений и помещена как бы «на задворках» книги — в седьмом и последнем примечании ко второму тому большого астрономического сочинения Лапласа, которое вышло из. печати в 1796 году и называется «Изложение системы мира».
Ученый не придавал большого значения своей гипотезе, но люди не согласились с автором. Они почувствовали в ней большую научную правду. Ведь в смелой фактической догадке оказывается иногда больше истины, чем в томах трудолюбивых вычислений.
Свою нелюбовь к гипотезам Лаплас высказывал очень часто.
Однажды «Изложением системы мира» заинтересовался будущий император, а тогда первый консул Франции, Наполеон. Как рассказывают, между ними произошел такой разговор.
- Господин Лаплас, — сказал Наполеон. — Ньютон в своей книге говорит о боге, в Вашей же книге, которую я успел просмотреть, не встречал ни разу имени бога.
- Господин первый консул, — ответил Лаплас, — в этой гипотезе я не нуждался!
В гордом ответе Лапласа сказалась его нелюбовь к гипотезам, а идея верховного существа — бога-творца — тоже гипотеза — самая вздорная, самая беспочвенная из всех гипотез, когда-либо созданных людьми. Лаплас был решительным противником религии.
Мальчиком, он учился в бомонской школе, которой руководили монахи-бенедиктинцы. Лаплас хорошо изучил богословские хитросплетения и казуистические приемы, которыми монахи доказывали существование бога и его всемогущество.
Ясный, математический ум Лапласа не мог мириться с библейскими сказками.
Тайком от своих наставников Лаплас перечитал все сочинения французских философов-материалистов XVIII века — Гельвеция, Гольбаха, Дидро. Он быстро понял пустоту и нелепость богословских рассуждений и всю жизнь оставался безбожником.
Поэтому и в его картине мироздания не нашлось места для бога.
Лаплас обрисовал происхождение солнечной системы как естественный процесс, протекавший на основании законов природы, без вмешательства каких-либо случайных или божественных сил.
Лаплас не задавался целью, как Кант, объяснить весь мир и изложить происхождение Вселенной. Он понимал нелепость подобного замысла. Вселенная бесконечна. Она существовала и будет существовать всегда. Толковать о происхождении Вселенной — бессмысленное дело. Лаплас поставил себе более скромную задачу — объяснить, как возникли Солнце и планеты.
Планетарная туманность видимая в созвездии Лиры.
К концу XVIII века астрономические наблюдения доставили людям много сведений о туманностях, которые виднеются в пространстве среди звезд. Одни туманности похожи на светящиеся облачка неопределенной формы, другие — обладают более правильными очертаниями — кружков, колец или причудливо изогнутых спиральных завитков. В центре таких туманностей светится либо звездочка, либо более плотное и яркое сгущение туманного вещества.
Некоторые же звезды кажутся закутанными в туманное вещество.
Астроном В. Гершель, открывший много таких туманностей, считал, что звезды образуются из туманностей.
Наблюдения Гершеля и других астрономов послужили Лапласу основой его гипотезы.
По мысли Лапласа, вначале существовала огромная туманность. Она состояла из раскаленных паров и газов. По своим размерам эта туманность в несколько раз превышала солнечную систему и медленно вращалась.
Под влиянием тяготения частицы постепенно стягивались к центру туманности. Она уплотнялась, и в ее центре образовывалось раскаленное ядро, ставшее впоследствии нашим Солнцем.
Внешние области туманности понемногу остывали, а остывая — сжимались. Туманность уменьшалась, а скорость ее вращения возрастала.
Когда вращающееся тело уменьшается в объеме, скорость его вращения должна увеличиваться — так утверждают законы механики. Это и понятно, если какая-либо частица сначала мчится по большой окружности, а затем ее заставить лететь по окружности меньшего размера, то она, сохранив свой запас движения, будет проделывать меньший путь с большей скоростью.
Проходили тысячелетия. Туманность, уменьшаясь, вращалась все быстрей и быстрей. Под влиянием центробежной силы она сплющивалась у полюсов и принимала форму чечевицы или спортивного диска.
Чем быстрей вращалась туманность, тем больше становилась центробежная сила. И это продолжалось до тех пор, пока центробежная сила в экваториальном поясе туманности не поравнялась с тяготением. Так как туманность попрежнему сжималась, то она отделилась от своего экваториального пояса так же, как подсохшее ядро ореха отстает от скорлупы.
Экваториальный пояс остался возле туманности в виде гигантского кольца или обруча.
Прошло еще несколько миллионов лет. Процесс повторился. Туманность, остывая, уменьшалась, а скорость ее вращения соответственно возрастала. Центробежная сила на экваторе гуманности опять поравнялась с тяготением, и отслоилось второе кольцо.
За вторым кольцом образовалось третье, за третьим последовало четвертое, затем — пятое, шестое и т. д. Солнце стало похожим на планету Сатурн — оно вращалось в центре нескольких вложенных друг в друга колец.
Кольца из раскаленного газообразного вещества были не однородны. В некоторых местах, как предполагал Лаплас, имелись отдельные сгустки уплотнения.
Образование солнечной системы по гипотезе Лапласа.
Вещество колец сравнительно быстро остывало и под влиянием тяготения собиралось вокруг сгустков, образуя большие шары — будущие планеты.
Не все кольца собрались в планеты. Одно из них — пятое по счету от Солнца — распалось на отдельные комки, которые стали астероидами.
Шары из раскаленных паров и газов повторяли историю Солнца. Они остывали, уменьшались в объеме, скорость их вращения возрастала. Они сплющивались и расслаивались на отдельные кольца.
Загадочные придатки планетной туманности «Сатурн» из созвездия Водолея. Как возникли эти придатки и что они собой представляют, еще не раскрыто наукой.
Вещество колец, окружавших планеты, тоже собиралось в комки, которые затем превратились в спутников планет. У Сатурна одно из колец почему-то не смогло сгуститься, и оно осталось как бы памятником, напоминающим о происхождении солнечной системы.
Кометы Лаплас считал чужеродными светилами — пришельцами из межзвездного пространства, которые блуждают из одной солнечной системы в другую.
Гипотеза Лапласа просто и наглядно объяснила все основные закономерности солнечной системы — почему планеты обращаются по круговым орбитам и почему их орбиты лежат в плоскости солнечного экватора, а орбиты спутников — в плоскости экватора планет; почему Солнце и планеты вращаются в одну сторону.
Лаплас не привел доказательств, подкрепляющих его гипотезу, но астрономы видели эти доказательства на небе — там светились почти круглые туманности с яркой звездочкой в центре, сверкали кольца Сатурна, кометы появлялись из тьмы окружающего пространства и туда же уходили.
Никто не подозревал, что они видят не то, что есть в действительности.
Глава третья
ЗАЩИТА И КРАХ ГИПОТЕЗЫ ЛАПЛАСА
Соединение двух гипотез
Успех гипотезы Лапласа встревожил церковников. Опасное учение подрывало основы религии. Оно продолжало дело, начатое Коперником. Во Вселенной не оказывалось места для бога, а бога Лаплас назвал гипотезой, в которой не нуждается наука. Учению Лапласа следовало оказать противодействие. Но что они могли поделать?
Время безраздельного владычества церкви прошло. Книги Лапласа нельзя было запретить и уничтожить, как уничтожали книги Коперника. Ученого нельзя было сжечь на костре, как сожгли Джордано Бруно.
По всей Европе прокатился отзвук победоносной французской революции 1793 года. Восставшие французы без всякого сожаления отправляли на гильотину, вместе с прочими врагами народа, монахов, священников и епископов. Во Франции у церквей и монастырей были отобраны все богатства, власть церкви ослабела чрезвычайно. Французский конвент отменил религиозные праздники, изменил календарь, ввел метрические меры. А в Академии наук возникла новая теория образования Солнца и планет, которая ничего не имела общего с библейским описанием шести дней творения. Она пользовалась поддержкой большинства ученых. На заседании Академии открыто выступали против религии. Лапласа поддерживал астроном Лаланд. А академик Нэжон на одном из заседаний воскликнул:
- Клянусь, что бога нет, и требую, чтобы его имя никогда не упоминалось в этих стенах.
Лаплас и его гипотеза находились под надежной защитой революционного народа Франции. Они были недоступны для черных судей папы римского. Гипотеза быстро распространилась далеко за пределами Франции.
Религиозно настроенные ученые-идеалисты выдвинули против Лапласа одно возражение.
Лаплас утверждает, — говорили они, — что первобытная туманность вращалась. Но откуда же могло взяться ее вращение, какая сила ее закрутила? Не могла же она завертеться сама, без всякой причины.
Возражения подобного рода часто слыхал Лаплас. Но он никогда на них не отвечал, так как не считал нужным. Материя немыслима без движения, так же как и движение немыслимо без материи. Все в мире движется, развивается, видоизменяется. Движение неотъемлемо от материи. Все, что существует, движется — и мельчайшие частички — атомы или пылинки, и гигантские солнца, и туманности. Даже звезды, на протяжении многих веков казавшиеся неподвижными, на самом деле движутся. Так и туманность, породившая Солнце, — если она существовала, значит она двигалась, вращалась, и никаких посторонних сил, якобы закрутивших ее, не было и быть не могло. Вращение туманности не нуждается в объяснении, как не нуждается в объяснении существование материи, из которой сгустилась эта туманности.
Эта мысль о вечности движения была чужда ученым-идеалистам, которые стремились видеть мир не таким, какой он есть в действительности, а таким, каким они его воображали.
Их возражения против Лапласа особенного успеха не имели.
В 1843 году физик Плато придумал остроумный опыт для доказательства гипотезы Лапласа. Он смешал воду со спиртом и в банку с этой смесью влил некоторое количество растительного масла. Так как по удельному весу масло и смесь воды со спиртом равны, то масло плавало в состоянии безразличного равновесия — оно собралось в шар и висело в жидкости, не подымаясь и не опускаясь.
Затем Плато проткнул масляный шар палочкой и стал ее крутить. Шар завертелся. Плато постепенно увеличивал скорость вращения — шар сплющивался у полюсов, затем шар превратился в диск, от его экватора оторвались кольца. Эти кольца распались на отдельные мелкие шарики, и они продолжали вращаться вокруг большого масляного шара. Получилась полная и наглядная картина происхождения солнечной системы.
Опыт Плато.
Опыт Плато повторяли в академиях и университетах, в школах и в гостиных для забавы гостей. Тогда это стало модным занятием. Каждый хотел видеть, как в банке со спиртом «образуются солнце и планеты». Масляные шары с увлечением крутили везде. Опыт Плато увеличил славу гипотезы и тревогу церковников.
Союзником католической церкви оказались некоторые немецкие ученые. Один из крупнейших немецких естествоиспытателей — Гельмгольц извлек давно забытую гипотезу Канта. Он указал на ее значение для науки и грандиозность картины, обрисованной немецким философом.
Мысль Гельмгольца подхватили. Возник спор о превосходстве немецкой науки над французской. У Канта появилось много сторонников. Они доказывали, что Лаплас развил только одну из частей величественной гипотезы Канта, что Лаплас, сам того не зная, шел по следам Канта.
Между гипотезами стали находить «поразительное» сходство, хотя сходство было чисто внешнее. Первобытная туманность Канта была холодной, пылевой и неподвижной. У Лапласа она была горячей, газовой и вращающейся. У Канта прямолинейное движение волшебным образом превращалось в круговое, а у Лапласа отслаивались кольца, и так далее.
Этот спор дал лазейку религиозно настроенным ученым.
Ведь Кант называл Вселенную не иначе, как «пространство божеского пребывания»; Кант видел в мироздании доказательство бесконечной премудрости творца. И эти ученые нашли способ, как с помощью Канта обезвредить антирелигиозный характер гипотезы Лапласа. Воспользовавшись внешним сходством гипотез, их слили в одну.
От Канта взяли отнюдь не то, что составляет ее главную ценность — не идею развития мира в результате борьбы сил тяготения и сил отталкивания, не кантовское объяснение роли морских приливов, а только его упоминания о боге, как о творце первобытного хаоса. От Лапласа взяли все остальное.
Гипотеза Канта — Лапласа приобрела библейское начало: вначале был бог, он создал туманность, нагрел ее, привел во вращательное движение и дал материи свойство организовываться и упорядочиваться. Туманность стала сжиматься, расслаиваться и т. д.
В таком обезвреженном виде ее допустили в школьные программы, в учебники, в популярные книжки.
Но передовые ученые никогда не соглашались с насильственным слиянием этих гипотез. Например, один из наиболее любимых русским студенчеством профессоров, Сергей Павлович Глазенап, в своих лекциях по астрономии, — поскольку это было возможно в дореволюционной России,[4 - Распоряжением Министерства просвещения, изданным в 1820 году, в России было запрещено упоминать в университетских лекциях о происхождении Земли и солнечной системы.] — неизменно указывал на различие гипотез Канта и Лапласа.
Факты атакуют гипотезу
Еще при жизни Лапласа, в 1797 году астроном В. Гершель сообщил, что два спутника Урана, наперекор общему порядку, вращаются в обратную сторону.
Затем было замечено, что и сам Уран вращается не так, как все планеты. Его ось наклонена столь сильно, что Уран вертится, как бы «лежа на боку».
Лаплас знал об этих открытиях, но не дал им объяснения — он считал, что отдельные отклонения от общего порядка могут быть вызваны какими-либо случайными причинами.
Но таких «случайных» отклонений оказывалось слишком много.
В 1846 году астроном Лассель открыл существование Тритона, спутника Нептуна, и оказалось, что Тритон также имеет обратное движение.
В 1851 году тот же Лассель нашел у Урана еще двух спутников, и они вращались в обратном направлении. Кроме того плоскость обращения всех четырех спутников Урана не совпадает с плоскостью его орбиты. Она почти перпендикулярна к ней, что противоречит гипотезе Лапласа.
Ученые обратили внимание на то, что Луна, по сравнению с Землей, чересчур велика. Все спутники Юпитера вместе взятые в пять тысяч раз меньше своей планеты по массе, а Луна меньше Земли только в 81,5 раза. Трудно представить себе, что возле сравнительно маленькой Земли могло образоваться такое несоразмерно массивное газовое кольцо, превратившееся впоследствии в Луну. Существование Луны также противоречит гипотезе Лапласа.
В 1877 году астроном Холл открыл у Марса двух спутников. Из них ближний — Фобос оказался необычайно торопливым. Он обегает планету быстрее, чем она вращается вокруг оси.
Несколько лет спустя американец Килер и русский астроном А. А. Белопольский, изучая кольца Сатурна, доказали, что внутреннее кольцо обращается вокруг планеты, обгоняя ее. Скорость движения внутреннего края кольца составляет 21,5 километра в секунду, тогда как скорость вращения планеты на экваторе немногим больше 10 километров в секунду. По гипотезе Лапласа спутники и кольца, рожденные планетой, не могут двигаться быстрей планеты.
В 1898 году Пикеринг увидел девятого спутника Сатурна, Фебу, которая обращалась навстречу остальным.
Был также опровергнут опыт Плато. Между вращением масляного шара в смеси воды и спирта и вращением газовой туманности в безвоздушном пространстве нет ничего общего. В одном случае действуют силы молекулярного сцепления, в другом случае действует сила тяготения. Опыт Плато доказательством для гипотезы Лапласа служить ни в коем случае не может.
Наблюдения и открытия, противоречащие гипотезе Лапласа, следовали вереницей. Ей приходилось выдерживать тяжелые атаки, но защитники гипотезы очень энергично ее отстаивали.
«Имеем ли мы право думать, — говорили сторонники гипотезы Лапласа, — что солнечная система остается неизменной. Неужели со времени ее возникновения не произошло никаких перемен. В мире все течет, все изменяется. Даже малая сила, действуя непрерывно в течение веков, совершит большие дела. И „капли долбят камень, действуя не столько весом, сколько повторяемостью“».
Те несообразности, которые найдены в движениях спутников и планет, могли накопиться постепенно.
А люди, глядя на них сейчас, почему-то воображают, что так и было. Это неверно.
Старое окостенелое мировоззрение о неизменности всего существующего разбито соединенными усилиями всех передовых ученых. Изменяется все: и очертание материков, и виды животных, и орбиты планет, и состав атмосферы. Несомненно, изменяется и вся солнечная система.
Важно узнать, сколь велик промежуток времени, который отделяет нашу эпоху от момента рождения Земли и остальных планет.
Сколько лет Земле?
Все ученые, задумывавшиеся над происхождением Земли, старались найти в природе что-либо, указывающее на возраст земного шара.
Ученые повторяли опыты Бюффона с раскаленными шарами и тоже пришли к выводу, что Земле не менее 75 тысяч лет.
Астроном Галлей предположил, что воды океанов и морей в первые века существования Земли были пресными. Ведь по гипотезе Лапласа земной шар был огненно-жидким телом. Вся вода на раскаленной планете находилась в парообразном состоянии. Над поверхностью Земли клубились тяжелые тучи, освещенные снизу заревом расплавленной магмы.
Потом, когда Земля остыла, тучи пролились дождем, вода заполнила впадины и образовала первобытный океан. С гор побежали ручьи и реки. Они размывали горные породы, выщелачивали из них соль и несли ее в океан. Океан, следовательно, «посолили» реки. Солнечные лучи и внутренняя теплота Земли испаряли воду в морях, а соль оставалась растворенной и постепенно накапливалась. Соленость воды возрастала.
Можно подсчитать, сколько соли накопилось в океанской воде — ее соленость в среднем составляет 3 1/2 %[5 - Объем мирового океана: 130 тыс. куб. километров.] —и сколько соли ежегодно выносят реки.
Затем разделить одно число на другое, и в частном получим возраст океана, а океан, несомненно, немногим моложе земной коры. Такое вычисление было сделано. Оказалось, что океану от роду по меньшей мере 150 миллионов лет.
К сожалению, «соляная метрика» океана ненадежный документ: ведь не вся соль остается растворенной, некоторая ее часть кристаллизуется и выпадает на дно, и никому неизвестно, сколько соли откладывалось в прошлые века на морском дне и сколько соли несли реки раньше.
Геологи попробовали определить возраст Земли по напластованиям глин, песков, известняков и других осадочных пород, которые лежат в Земле, как страницы гигантской геологической летописи.
Как страницы великой летописи лежат напластования земной коры.
Суша, на которой мы сейчас живем, в прошлые геологические эпохи несколько раз то подымалась, то снова опускалась ниже уровня моря, воды заливали ее и откладывали слои осадочных пород.
В Москве перед Великой Отечественной войной пробурили всю толщу осадочных пластов, оказалось, что они достигают 1247 метров. Но это у геологов считается тонким слоем — есть места, где толщина наносных отложений исчисляется десятками километров.
Сколько же лет копились на дне моря эти отложения? По предварительным расчетам геологов возраст этих напластований должен быть определен не менее как в 500 миллионов лет.
Но и такой геологический способ исчисления возраста Земли весьма не точен. Не всегда отложения откладывались равномерно и с одинаковой скоростью.
Чем больше геологи изучали возраст Земли, тем старше она оказывалась. Так было установлено, что самые нижние слои синей кембрийской глины, на которой как на фундаменте стоит Ленинград, откладывались свыше 500 миллионов лет назад.
Иные, более надежные способы определения возраста Земли (о которых речь будет идти впереди) ученым прошлого столетия были неизвестны, но их предварительные подсчеты показывали, что возраст солнечной системы исчисляется даже не сотнями миллионов лет, а миллиардами.
Поэтому защитники гипотезы Лапласа с полным основанием утверждали, что за столь огромный промежуток времени в солнечной системе могли накопиться значительные изменения. И была найдена причина, вызывающая эти постепенные изменения.
Тормоз земного шара
Закон всемирного тяготения помог разработать теорию движения Луны по ее орбите, а это позволило с большей точностью, чем прежде, определять момент наступления солнечных затмений и находить место, куда упадет тень Луны.
Астрономы почти на 300 лет вперед вычислили все предстоящие затмения. Такую же работу они проделали и по отношению к затмениям, происходившим в прошлых веках.
Друг Ньютона, астроном Галлей догадался сопоставить записи летописцев о солнечных затмениях со своими вычислениями. И заметил между ними несомненное расхождение. Летописцы и историки почему-то указывали не то место затмений, где оно должно было быть по подсчетам астрономов.
Например, древнегреческий историк Плутарх сообщает, что 20 марта 71 года он наблюдал в городе Херонее солнечное затмение. По расчетам Галлея получалось, что в Херонее Плутарх видеть затмение не мог. Полоса лунной тени должна была пройти западнее этого города.
Будь такое расхождение между расчетами астронома и записью историка одно-единственное, на него не обратили бы внимания. Решили бы, что Плутарх ошибся — наблюдал затмение где-нибудь в другом месте, но о своей поездке забыл упомянуть и получилось, что он видел его дома.
Однако такое расхождение было не одно. Почти каждая старинная запись показывала, что полоса лунной тени падала на Землю не там, где ей надлежало падать по вычислениям астрономов. И чем древней была запись наблюдателя, тем больше получалась неувязка.
Астрономы, определяя место падения тени Луны, считали, что земной шар вращается вокруг оси совершенно равномерно и Луна также закономерно движется по своей орбите. Это предположение, повидимому, не соответствует действительности. Сверка старинных записей невольно наводила на мысль, что либо Земля замедляет вращение, либо Луна торопится и ускоряет свой бег по орбите.
Что происходит на самом деле, — астрономы не знали. Загадка Луны ожидала решения.
Кант, опережая выводы науки, догадался, что Земля замедляет свое вращение, и виновником этого является Луна, вернее — те приливные волны, которые подымаются в океане под влиянием ее притяжения.
В те далекие времена, когда еще не были изобретены часы, указателями времени для людей служили днем — солнце, ночью — звезды и пение петухов, а жителям океанского побережья — приливы.
Дважды в сутки море надвигается на берег. Вода заливает отмели и низины, шумит и пенится на прибрежных камнях, яростно бьется у скалистых утесов. 6 часов и 13 минут длится наступление моря. Затем море успокаивается и тихо откатывается назад, чтобы через следующие 6 часов и 13 минут снова ринуться на берег. Так происходит всегда — каждый день и каждую ночь. Из года в год — на протяжении веков и тысячелетий прилив и отлив сменяют друг друга.
Дважды в сутки море затопляет берега.
Кроме лунных приливов по Земле движутся также и солнечные приливы. Но Солнце дальше от Земли, чем Луна. Солнечные приливы меньше, слабее лунных. Следуют они друг за другом через каждые 6 часов, а не через 6 часов 13 минут, как лунные. Поэтому солнечные приливы иногда ослабляют влияние Луны, а иногда усиливают его. Наиболее высокие приливы бывают, когда Луна, Земля и Солнце оказываются на одной прямой линии. Тогда Луна и Солнце «тянут» вдвоем и их приливообразующие силы складываются.
В замкнутых, внутренних морях, таких, как Черное, Балтийское или Средиземное, приливы невелики и и еле заметны. На океанском побережье они грозны. Когда приливная волна устремляется через проливы Курильских островов из Тихого океана в Охотское море, вода в теснине подымается тринадцатиметровым бушующим валом. Особенно грандиозны приливы в устьях Хуанхе в Китае и Амазонки в Бразилии. Приливная волна, встречаясь с могучим течением рек, подымается почти отвесной стеной и с ревом водопада обрушивается на берега.
Очень велики, но спокойны приливы в узких заливах Мурманского побережья.
Самый высокий прилив наблюдается в заливе Ноэль в Канаде — сжатый тесными берегами прилив подымается валом более высоким, чем пятиэтажный дом — до 16 1/2 метров высотой.
И дважды в сутки море откатывается назад.
То, что приливы зависят от Луны, жители океанского побережья заметили еще в незапамятные времена. Самые высокие приливы бывают в полнолуние и новолуние, самые низкие — в первой и третьей четверти.
Приливная волна прокатывается по всем океанам земного шара с востока на запад — вслед за Луной, и лишь слегка отставая от нее. Зависимость приливов от Луны объяснил закон тяготения. Приливные волны подымает притяжение Луны, причем одна приливная волна образуется на той стороне Земли, которая обращена к Луне, другая — на противоположной. Когда Луна стоит над Индийским океаном, прилив шумит у берегов Индии и Цейлона и в то же время вторая волна заливает побережье Калифорнии.
Многим людям непонятно, почему и на противоположной стороне Земли образуется второй приливной вал. Ведь там Луны нет и ничто, казалось бы, воду не притягивает.
Образование приливов.
Именно в этом-то и кроется причина возникновения второй приливной волны — там притяжение Луны слабее, чем на подлунной стороне. Если Луна светит над Цейлоном, то от Луны до поверхности Индийского океана будет 378 тысяч километров, а до берегов Калифорнии 390,7 тысяч километров. Разница составляет 12,7 тысяч километров, то есть она равна величине диаметра земного шара.
Больше расстояние, — меньше притяжение. Вода, испытывая меньшее притяжение, отстает, отодвигается от Земли и образует второй приливной вал. Это явление можно пояснить таким примером: допустим, три железнодорожных вагона стоят, вплотную прижавшись друг к другу буферами. Подошел паровоз и потянул вагоны. Первый вагон, повинуясь тяге паровоза, отодвинется от второго, второй пойдет за первым, а третий отстанет от второго — вагоны разойдутся на длину сцепных крюков. Паровоз — Луна, первый вагон — Индийский океан, второй — твердая часть земного шара, а третий — воды Тихого океана. И этот «третий вагон» «отстает» от Земли, так как тяготение Луны сказывается на нем слабее всего.
Вслед за Луной приливные волны непрерывно прокатываются: по всем океанам земного шара. Они движутся с востока на запад — навстречу вращению Земли. Трение воды о морское дно, удары прилива о крутые берега противодействуют вращению Земли.
После Ньютона очень многие ученые исследовали особенности движения приливных волн. Ломоносов изобрел особый прибор и с его помощью наблюдал изменение силы тяжести на Земле под влиянием Луны. Лаплас установил строгое соответствие между теорией тяготения и приливами. Он доказал зависимость между положением Луны и высотой прилива. Изучал приливы один из энергичных последователей Ньютона и Лапласа математик Рош.
Удлинение суток и месяца
Уже в наше время советский астроном А. Я. Орлов обстоятельно изучил влияние приливообразующей силы на земную поверхность.
Было установлено, что, повинуясь тяготению Луны, на Земле подымаются не только воды океанов, но и суша. Когда на небе встает Луна, почва под нашими ногами, мы сами и все, что нас окружает — поля, леса и горы — плавно, незаметно приподымаются, а когда Луна заходит — они также плавно опускаются. Получается как бы «сухопутный» прилив. Высота его невелика, около 25 сантиметров.
В конце прошлого столетия явлением приливов занялся сын известного естествоиспытателя Чарльза Дарвина — Джордж Дарвин.
Для наблюдения сухопутного прилива Дарвин построил особо чувствительный маятник. На двух длинных и почти параллельных нитях он подвесил латунный цилиндр, к которому было прикреплено маленькое зеркальце. Небольшой фонарь бросал луч света на это зеркальце, а «зайчик», отраженный зеркалом, падал на шкалу прибора. Самое ничтожное отклонение маятника от отвесного положения поворачивало зеркальце, и «зайчик» бежал по шкале.
Свой маятник Дарвин установил на гранитной глыбе весом в одну тонну. От влияния перемены температуры воздуха установку предохранял футляр, между стенками которого находилась вода, а камень был окружен рвом с водой.
Чувствительность маятника превзошла ожидания ученого. Когда человек стоял в пяти метрах от прибора и переминался с ноги на ногу, то прибор воспринимал колебания почвы, вызванные движениями человека, и «зайчик» начинал перемещаться по шкале вправо и влево. Поэтому наблюдения за показаниями прибора Дарвин производил издалека, с помощью подзорной трубы.
А когда на небе подымалась Луна, «зайчик», отраженный зеркалом, бежал по шкале, показывая, что под влиянием тяготения Луны почва приподымается и по земле движется волна прилива.
Джордж Дарвин доказал, что приливное трение действительно тормозит вращение Земли и, следовательно, наши сутки постепенно удлиняются. Величина удлинения суток незначительна. Она равна, примерно, полутора тысячным долям секунды в столетие.
Во времена Плутарха земной шар вращался немного быстрее, чем сейчас. За 1900 лет разница в длине суток накопилась; ее-то и заметил Галлей, когда сравнивал свои вычисления солнечных затмений с записями древних историков.
Тяготение Луны и сейчас продолжает тормозить Землю и удлинять наши сутки. Пройдут века, земные сутки будут содержать не 24 нынешних часа, а 25… 26… 27… И это будет продолжаться до тех пор, пока сутки не уравняются с месяцем.
Луна постепенно удаляется от Земли.
Пагубное влияние Луны на продолжительность наших суток не проходит для нее безнаказанно. Притяжение взаимно. Луна притягивает к себе сушу и воду Земли, образуя приливные горбы, а те, в свою очередь, притягивают к себе Луну. Так как Земля вращается, то она увлекает в своем движении приливные выступы, они оказываются не точно под Луной, не на прямой линии, соединяющей центры Земли и Луны, а в стороне от нее. В конечном счете это приводит к ослаблению тяготения Земли. Луна, получая некоторую свободу, отходит от Земли и занимает более широкую орбиту. Словом, Луна «мешает» Земле вращаться, а Земля, как бы защищаясь, отодвигает «беспокойного соседа» прочь от себя.
В результате такого сложного взаимодействия двух небесных тел удлиняются и сутки и месяц.
Когда Луна удалится на расстояние, равное 615 тысячам километров, — а это случится очень и очень не скоро, — сутки и месяц сравняются, они будут содержать по 55 нынешних суток. Земля тогда повернется к Луне одной стороной, и обе планеты станут вращаться так, как будто они скованы цепью.
Возможно, что и Луна когда-то тоже вращалась вокруг своей оси, но могучее притяжение Земли вызывало на ней огромные приливные волны. Они катились навстречу вращению Луны и быстро ее затормозили. Лунные сутки уже сравнялись с месяцем, и Луна застыла, повернутая к нам одной стороной. Прилив, поднятый Землей на Луне, тоже застыл. Он исказил форму Луны, и она стала более похожей на дыню или на яйцо, чем на правильный шар.
Открытие приливного взаимодействия между небесными телами объяснило, почему Меркурий обращается возле Солнца, повернувшись к нему одним боком. Его вращение заторможено солнечными приливами.
В этом же, повидимому, кроется причина очень медленного вращения Венеры вокруг оси. Земля и Марс тоже, наверно, вращались раньше быстрее, чем сейчас.
Приливная теория удачно объяснила некоторые расхождения между действительностью и гипотезой Лапласа. Многие возражения отпали.
Из приливной теории следует, что раньше планеты были немного ближе к Солнцу. Так же как Земля постепенно отодвигает Луну, так и Солнце отодвинуло Меркурия и заставляет удаляться Венеру и Землю. Но это влияние Солнца на размеры орбит невелико, а на дальних планетах оно и вовсе незаметно.
Луны, которые обращаются вокруг своих планет медленнее, чем вращаются сами планеты, тоже постепенно удаляются и переходят на более далекие орбиты. Все эти перемены происходят очень медленно. Нужны сотни миллиардов лет, чтобы приливные силы могли внести в планетную систему сколько-нибудь значительные изменения.
Разрыв грушевидного тела
Сутки удлиняются. Месяц тоже удлиняется. Луна отходит от Земли.
Следовательно, много миллионов лет назад сутки были короче, чем сейчас. Месяц содержал не 27 1/3 суток, а меньше. Луна находилась ближе к Земле.
Зная зависимость между длиной суток, длиной месяца и расстоянием до Луны, можно попытаться восстановить картину прошлого — проследить шаг за шагом, что было раньше.
Джордж Дарвин стал мысленно отступать в глубь веков, вычисляя, какой длины были сутки и месяц один, два, пять, десять, двести… пятьсот миллионов лет назад. Он смотрел космическую историю Земли и Луны, как киноленту, которую механик заправил в аппарат другим концом, отчего все события на экране пошли в обратном порядке.
Чем дальше отступал ученый в прошлое, тем короче становились сутки и месяц, и ближе к Земле была Луна.
«А не могло ли быть в далеком прошлом, — подумал ученый, — так, что обе планеты обращались, почти касаясь друг друга поверхностями? Не составляли ли Земля и Луна одно грушевидное тело, бешено вращавшееся вокруг оси?»
Может быть и в самом деле Луна оторвалась от Земли в результате слишком быстрого вращения.
И Дарвин нарисовал себе картину рождения Луны.
Когда-то очень давно новорожденная Земля была одинокой. Она представляла собой огненно-жидкий раскаленный шар, окутанный густой атмосферой из паров легких металлов и горячих газов.
Понемногу Земля остывала, уплотнялась. С уменьшением ее объема скорость вращения возрастала.
По Земле прокатывались волны солнечного прилива. Они раскачивали нашу планету, которая и без того была неустойчива от слишком быстрого вращения.
Огненно-жидкая Земля начала пульсировать. Ее правильная форма сплющенного шара нарушалась. Сначала она стала похожей на яйцо, потом на грушу.
Русский академик А. М. Ляпунов доказал, что вращающееся жидкое тело грушевидной формы неустойчиво. Оно должно либо вернуться к форме шара, либо разорваться на две неравные части.
Так как Земля вращалась с ускорением, она не могла вернуть себе форму шара и разорвалась. Часть отторгнутого вещества рассеялась в пространстве, а часть образовала Луну.
Земля обзавелась спутником и… тормозом.
По Земле и по новорожденной Луне покатились огромные валы приливов. Лунные приливы были тогда очень велики, потому что Луна находилась близко от Земли и проносилась, как огненный смерч, вдоль самой поверхности Земли.
Мощные приливы в вязкой массе раскаленной Земли сравнительно быстро замедлили ее вращение, и Луна отошла от Земли на значительное расстояние.
Земные приливы на Луне еще быстрее затормозили ее вращение, так как масса Луны невелика.
Образование Луны по гипотезе Дж. Дарвина.
Совершенно очевидно, — думал Дарвин, — что в расплавленном веществе Земли все наиболее тяжелые минералы и металлы опустились к центру планеты, образовав плотное и тяжелое ядро, а легкие вещества всплыли на поверхность.
Когда Луна отделялась от Земли, то на ее образование могли пойти только внешние, самые легкие слои Земли.
И действительно, средняя плотность вещества Земли равна 5,52. Плотность же вещества Луны — 3,33. Она почти в точности равна плотности базальтовых горных пород, которые залегают в земной коре под слоями осадочных отложений. В этом совпадении Дарвин увидел важное доказательство, подтверждающее его догадку.
Он решил проверить гипотезу вычислением и стал решать две математических задачи:
Первая: в течение какого срока Луна должна обращаться вокруг Земли в случае, если их поверхности почти соприкасаются?
Дарвин принял во внимание, что и Земля и Луна были тогда раскалены. Следовательно, они имели большие объемы и диаметры нежели теперешние.
В результате вычислений получилось, что Луна тотчас после своего рождения обращалась возле Земли за трое или четверо, а самое большее — за пять суток.
Вторая: сколько времени понадобилось Луне, оторвавшейся от Земли, для того, чтобы удалиться от нее на 384 400 километров? Или, что тоже самое, сколько лет существует Луна?
На вторую задачу Джордж Дарвин не получил правильного ответа. Его работу продолжали другие ученые. Они установили, что Луна могла удалиться от Земли на нынешнее расстояние самое меньшее за 3,5 -4 миллиарда лет.
Это число лет — ориентировочный возраст Луны.
Земля же, очевидно, не на много старше Луны.
3,5 -4 миллиарда лет — это также и возраст Земли.
Гипотеза образования Луны и Земли в результате раздвоения первобытной планеты удачно объяснила несоразмерную, по сравнению с лунами других планет, величину нашего спутника.
Гипотеза Джорджа Дарвина понравилась ученым своей смелостью. Тогда еще не были заметны ошибки, допущенные Дарвиным. Казалось, что его гипотеза, верна: ведь Луна действительно отделяется от Земли, и наши сутки удлиняются.
Однако дальнейшее развитие науки заставило отказаться от этой гипотезы.
Первое возражение против нее нашли ученые, исследовавшие строение колец Сатурна.
Полчища крошечных лун
В 1610 году Галилео Галилей первым заметил необычайную форму Сатурна. Однако самодельный телескоп ученого был очень слаб, он увеличивал только в 30 раз. Галилей не мог как следует разглядеть необычную планету, и ему тогда показалось, что по бокам Сатурна плывут две луны. Они словно стояли с двух сторон планеты.
Другие астрономы, наблюдавшие Сатурн, изображали его чем-то вроде сахарницы с двумя ручками. Но к удивлению ученых планета не сохраняла свою странную форму. Иногда она становилась похожей на. круглую шляпу с полями или на шар, лежащий в глубокой тарелке.
Изредка — раз в 15 лет — загадочные придатки исчезали, Сатурн становился самой обыкновенной планетой, такой же, как Юпитер или Марс. Затем придатки появлялись вновь.
Так в старину изображали Сатурн.
Когда телескопы усовершенствовали, Сатурн разглядели получше. Его придатки оказались широким и плоским кольцом, опоясывающим планету по экватору.
Это открытие не уменьшило загадочности Сатурна: оставалось совершенно неясным — что представляет собой его кольцо. Мнения ученых разделились. Одни говорили, что кольцо сплошное и твердое. Оно стоит на экваторе Сатурна, как стена, разгораживающая северное полушарие планеты от южного. Другие считали кольцо жидким и висящим над планетой, постоянно угрожая ей потопом. Третьи думали, что кольца газообразны и составляют часть атмосферы планеты.
Несколько астрономов — таких было меньше всего — пытались доказать, что кольца Сатурна состоят из мелких камешков.
Было замечено, что кольцо Сатурна не сплошное — оно состоит из трех частей — трех колец, вложенных друг в друга.
Очень важные сведения о кольцах Сатурна получили в Пулковской обсерватории.
О. В. Струве — сын великого русского астронома В. Я. Струве — измерил ширину колец. Они оказались весьма большими.
Самое близкое к планете кольцо прозрачно и светится слабо. Его поэтому иногда называют «креповым». Ширина «крепового» кольца 18 000 километров. Среднее, самое яркое кольцо, на 8000 километров шире «крепового». Третье, внешнее кольцо, имеет в ширину 16 000 километров.
Общая ширина колец такова, что земной шар мог бы катиться по ним, как футбольный мяч по садовой дорожке, — диаметр нашей планеты впятеро меньше ширины колец.
О. В. Струве измерил также среднюю скорость обращения колец.
Лаплас считал кольца Сатурна наглядным примером и памятником того, как образовались планеты и луны. По его мысли, кольца отделились от остывающего Сатурна, но в силу какой-то причины не смогли сгуститься в спутника. Кольца — это неудавшаяся луна, спутник, испортившийся при изготовлении, — думал Лаплас.
По его гипотезе, кольца должны вращаться медленнее планеты, но ни в коем случае не быстрее ее. На деле оказалось обратное. Противоречие, обнаруженное астрономами в 1877 году, привлекло к кольцам Сатурна еще большее внимание.
В XVIII и XIX веках не было ни одного астронома, который не заинтересовался бы этой достопримечательностью нашей солнечной системы. О кольцах Сатурна размышляли философы и физики. Над решением задач, возникавших при исследовании колец Сатурна, трудились лучшие математики.
Даже такой далекий от астрономии ученый, как Максвелл, и то увлекся изучением этой небесной диковинки. Максвелл доказал, что кольца не могут быть ни сплошными — твердыми, ни жидкими, ни газообразными. К точно такому же выводу пришла и Софья Васильевна Ковалевская — знаменитая русская женщина-математик. Кольца Сатурна состоят из отдельных мелких камешков.
Была также определена масса колец. Если собрать воедино все камешки, из которых состоят кольца, то образуется спутник, равный, примерно, 1/4 нашей Луны.
Выводы, сделанные математиками о природе колец, подтвердили русский астроном Аристарх Аполлонович Белопольский и американец Килер. Они измерили скорость вращения колец. Ближайший к Сатурну край кольца движется со скоростью в 21,1 километра в секунду, а дальний от планеты край движется со скоростью в 15,5 километра — медленнее внутреннего.
Твердое тело так вращаться не может. У твердого тела, например у патефонной пластинки, внешний край движется быстрей внутреннего, тут же происходит наоборот. Следовательно, кольца не сплошные — это полчища крошечных лун, и каждая такая луна-камешек обращается вокруг Сатурна как маленький, но совершенно самостоятельный спутник, и его движения определяются законом Кеплера.
Работы А. А. Белопольского продолжили советские ученые. Академик Г. А. Шайн исследовал состав света, отраженного внутренним «креповым» кольцом, и установил, что оно несколько «голубее» самой планеты. А это означает, что кольцо состоит из очень мелких пылинок — только очень мелкая пыль хорошо отражает голубые лучи.
Г. А. Тихов рассматривал кольца через разноцветные стеклышки — светофильтры. Когда лучи Солнца просвечивают сквозь кольца, они кажутся красноватыми, а когда кольца блестят в солнечных лучах, они выглядят слегка фиолетовыми. Это тоже подтверждает заключение Г. А. Шайна — кольца Сатурна состоят из мелкого песка и пыли.
Среднее кольцо, исследованное М. С. Бобровым и В. В. Соболевым, состоит из более крупных тел. Там есть глыбы величиной в несколько метров и даже встречаются более крупные куски, отбрасывающие тени.
Опасная зона Роша
Исследования колец Сатурна, выполненные С. В. Ковалевской, А. А. Белопольским, заставили ученых вспомнить о забытых в свое время трудах французского математика Э. Роша.
Рош доказал, что вокруг каждого небесного тела существует зона, в которую «вход спутникам воспрещен».
Если какая-нибудь луна чересчур приблизится к своей планете, то она будет буквально разорвана ее тяготением. На спутнике подымутся огромные приливные горбы, зашевелятся горы, вспучатся равнины. Вся поверхность спутника придет в движение, и он развалится, как ком глины.
Губительное действие тяготения объясняется третьим законом Кеплера.
Согласно этому закону, та часть спутника, которая находится ближе к планете, должна обращаться вокруг нее быстрее, чем более далекая, «тыльная» сторона. Тяготение заставляет одну часть спутника стремиться вперед, ускоряя свое движение, а другую оно тормозит. Спутник оказывается как бы между жерновами. И чем ближе станет подходить спутник к планете, тем сильнее скажется разламывающее действие тяготения.
Когда усилие, возникающее в теле спутника, преодолеет силы сцепления вещества этого спутника, он развалится на куски.
Конечно, спутник, состоящий из материала, подобного стали, и не очень большой, может приближаться к планете как угодно близко. Самолеты, например, прекрасно летают в зоне Роша земного шара и не разваливаются при этом на части.
Академик В. Г. Фесенков и другие ученые разработали теорию дальше. Губительное действие тяготения сказывается не на всех телах, а только на достаточно крупных. Например, глыба, состоящая из какого-либо непрочного вещества и диаметром до 220 километров, может безнаказанно приближаться к Земле вплоть до ее поверхности. С ней ничего не случится, так как размеры ее невелики. Разница в силе тяготения ближней и дальней части будет настолько незначительной, что катастрофы не произойдет, но глыба диаметром более 220 километров в поперечнике уже не выдержит приливного действия Земли и развалится.
Для сравнительно большой Луны граница опасной зоны лежит на расстоянии, равном 2,87 радиуса Земли или 11 900 километров от поверхности земного шара.
Применив эти расчеты к Сатурну, получим иные числа. Вплотную к поверхности Сатурна может приблизиться твердое тело размером не свыше 60 километров в поперечнике. Оно не развалится, даже если будет состоять из вещества, равного по прочности обыкновенному льду. Для спутника, достаточно крупного и хрупкого, как комок сырого песка, опасность возникает на расстоянии в 2,45 радиуса Сатурна или в 175 тысячах километров от его поверхности.
Кольца Сатурна целиком лежат в пределах зоны, опасной для очень хрупких — сыпучих или жидких — тел. Отсюда Рош сделал вывод: либо одна из лун Сатурна переступила порог этой зоны и ее разрушили приливные силы, либо вещество, из которого образовывались спутники планет, оказавшись внутри губительной зоны, не смогло собраться вместе и превратиться в луну.
Первое предложение, очевидно, неправильно: на том расстоянии, на каком находятся кольца Сатурна, его приливное действие неспособно разорвать твердое тело. Со вторым предположением согласны многие ученые. Кольца Сатурна — это остатки того вещества, из которого формировались планеты и их спутники.
Кольца Сатурна расположены за пределами зоны Роша для твердых тел.
Все спутники остальных планет расположились вне предела Роша. Только у Юпитера его ближайшая луна — безымянная малютка — находится возле самой границы опасной зоны. Но этот спутник мал, он может безбоязненно приближаться к Юпитеру, ведь его диаметр равен всего лишь 150 километрам.
Так же как и наша Луна, главные спутники Юпитера не приближаются к своей планете, а удаляются от нее, следовательно, ни нам, ни нашим потомкам не суждено увидеть рождение первого кольца Юпитера. Иное дело Тритон, спутник Нептуна, он обращается навстречу вращению планеты, и приливные силы постепенно подтягивают его к Нептуну. Наши далекие потомки через несколько миллионов лет будут наблюдать гибель Тритона.
Существование опасной зоны Роша делает невозможным рождение Луны тем путем, каким изобразил его Дарвин.
Луна, отделяясь от Земли, неминуемо должна была пройти через зону Роша.
По предположению Лапласа, и Земля и Луна были огненно-жидкими телами. Расплавленное вещество новорожденной, еще не окрепшей, неустойчивой Луны никак не могло противостоять разламывающему действию земного тяготения. Луна развалилась бы в первое же мгновение своего существования, и возле Земли возникло бы кольцо, такое же, как у Сатурна, но не было бы Луны.
Тем путем, какой нарисовал Дарвин, может быть, могли образоваться кольца, но отнюдь не луны. Следовательно, Луна никогда не находилась в зоне Роша. Она не отрывалась от Земли и возникла на расстоянии не меньшем, чем 18 300 километров от центра земного шара. Формирование Луны могло происходить только за пределами опасной зоны. Луна не дочь Земли, а только ее сосед.
Ценность работы Дарвина заключается в том, что она указала, какое значение имеет приливное трение в развитии солнечной системы; позволила заглянуть в прошлое нашей двойной планеты и дала первую научно обоснованную и правдоподобную оценку возраста Луны. Луна не может быть моложе 3,5 -4 миллиардов лет. Примерно за этот промежуток времени Луна отодвинулась на расстояние в 384 400 километров.
Есть основание думать, что Земля не старше и не моложе Луны, они образовались примерно в одну эпоху.
Ученые защищают гипотезу
Существование у планет спутников с обратным движением, по мнению сторонников гипотезы Лапласа, ни в коем случае не могло ее опровергнуть.
В самом деле, и Феба Сатурна и три обратных спутника Юпитера существенно отличаются от всех остальных лун. Прежде всего бросается в глаза то, что они занимают только крайние, наиболее далекие от планет, орбиты. Похоже, что спутники с обратным движением появились возле планет после всех — ведь опоздавшим всегда достаются последние места.
Сатурн и его спутники.
Затем, орбиты крайних спутников сильно вытянуты. Они значительно отличаются от правильных, почти круговых, орбит остальных спутников.
Наконец, спутники, движущиеся навстречу общему потоку, обладают исключительно малыми «астероидными» размерами.
Вот список четырех нарушителей порядка солнечной системы. Для сравнения даны также сведения об Ио — одной из «нормальных» лун Юпитера.
Разве можно причислять этих малюток к «настоящим» лунам? Это, повидимому, астероиды, каким-то образом попавшие в положение лун.
По современным представлениям, все планеты образовались в одну эпоху с Землей и Луной. Разница в возрасте не может быть значительной. Им всем, примерно, по 3,5 -4 миллиарда лет.
А это срок огромный. Миллиард — невообразимо большое число.
Говорят что звезд, видимых на небе невооруженным глазом, бесчисленное множество. Действительно, их много, но не миллиард, а в триста тысяч раз меньше миллиарда. Если бы все небо сплошь усыпать звездами, то все равно их было бы меньше миллиарда.
Миллиард листов писчей бумаги, уложенных стопкой, подымутся ввысь колонной высотой в 90 тысяч метров.
В два миллиарда минут укладывается история человечества, начиная от Древнего царства в Египте до наших дней.
Так велик миллиард!
Солнечная система существует 3,5 -4 миллиарда лет. За это время могло случиться так, что какой-нибудь астероид или обломок кометы, пролетая мимо планет-великанов, попал к ним в плен.
Нет ничего невозможного, — говорили защитники гипотезы Лапласа, — что несколько астероидов или обломков короткопериодических комет были пойманы могучим притяжением Юпитера и Сатурна и превратились в их спутников.
Существование спутников с обратным движением не опровергает гипотезу Лапласа: они, по всей вероятности, не коренные члены солнечной семьи, а пришельцы, нашедшие у нас приют уже после образования планет.
Расчеты, сделанные астрономами, показали, что любое тело, захваченное планетой и превращенное ею в своего спутника, может обладать только обратным движением и ни в коем случае не прямым.
Против гипотезы Лапласа было выдвинуто еще несколько возражений. Например, спрашивали, каким путем могли образоваться в солнечной системе астероиды с очень вытянутыми, эллиптическими орбитами, которым астрономы условились давать мужские имена. Следуя гипотезе Лапласа, орбиты всех спутников Солнца — планет и астероидов — обязательно должны быть круговыми — ведь они возникли из колец!
Защитники гипотезы отвечали: наблюдения ясно показывают родство астероидов с кометами. Есть и астероиды с кометными орбитами. Есть и кометы, похожие на астероидов.
Почему надо думать, что все астероиды образовались одновременно с планетами? Возможно, что Аполлон, Гермес, Адонис и другие астероиды с эллиптическими и сильно наклоненными орбитами — позднейшее приобретение нашей солнечной системы. Это тоже пришельцы из межзвездного пространства, захваченные Солнцем во время его движения по бесконечным дорогам Вселенной.
Нельзя думать, что в солнечной системе ничто не прибывает и не убывает и все сохраняется таким же, каким оно было вначале.
Впоследствии выяснилось, что обе стороны неправы. Астероиды с мужскими именами тоже коренные жители солнечной системы, а не пришельцы со стороны. А их кометообразные орбиты есть результат и следствие тех событий и изменений, какие происходят в солнечной системе.
Было выдвинуто третье возражение, более забавное, чем серьезное. Противники гипотезы указывали, что нельзя объяснить существование плоского светящегося облака, которое окружает Солнце и распространяется за пределы орбиты Земли. Края этого облака удается наблюдать в южных широтах вскоре после захода Солнца. Оно поднимается над горизонтом белесоватым конусом, за которым укрепилось название зодиакального света.
Защитники гипотезы совершенно справедливо говорили: из чего бы это облако ни состояло — из пыли или газов, — все равно оно не долговечно. Ни пыль, ни газы не могут сохраняться возле раскаленного Солнца неопределенно долгое время, это не планеты. Несомненно, что облако либо пополняется веществом извне, либо его порождает Солнце. Оно — подвижное образование, и нельзя требовать от гипотезы Лапласа, чтобы она объясняла все, что происходит на наших глазах.
Зодиакальный свет виден в южных широтах после захода Солнца.
Впоследствии, как это мы увидим из дальнейшего исследования, академик В. Г. Фесенков полностью подтвердил правоту сторонников гипотезы Лапласа. Облако, образующее зодиакальный свет, пылевое, и его состав непрерывно обновляется.
Эти возражения против гипотезы Лапласа есть остатки тех взглядов, будто бы все однажды возникшее сохраняется навеки неизменным.
Такие возражения изобретали религиозно настроенные ученые, стремившиеся опорочить и уничтожить ненавистную им гипотезу. Они старались нагромоздить как можно больше надуманных противоречий, рассчитывая поколебать гипотезу Лапласа. Но мертвого, застывшего, неизменного в природе нет. Солнечная система устойчива, но не мертва. Она развивается, как и все существующее. То, что мы видим сейчас в пределах солнечной системы, было не таким в эпоху ее возникновения. В ней непрерывно что-то отмирает, исчезает, разрушается и одновременно нарастает, развивается новое.
Сторонники гипотезы Лапласа понимали этот основной закон развития материального мира. На все возражения реакционных поповствующих ученых, которые воображали, что солнечная система создана богом и в ней ничего не изменяется, они находили удовлетворительные ответы. Все ложные атаки были отражены.
В конце ХIХ века гипотезе Лапласа исполнилось 100 лет со дня опубликования. К этому времени появилось несколько новых космогонических предположений, однако старушка-гипотеза, несмотря на морщины, выглядела все еще бодрее своих молодых соперниц.
На рубеже XIX и XX веков положение изменилось.
Крушение великой гипотезы
К началу XX века ученые основательно усовершенствовали приемы математического анализа. Математики смогли ставить перед собой более сложные задачи и с успехом решали их. Астрономы сделали много новых и важных открытий.
Против гипотезы Лапласа выдвинулись более доказательные и подлинно научные возражения. Они основывались не на представлении о неизменности мира, а на более глубоком знании законов движения материи.
Представим себе, что существует огромная, вращающаяся газовая туманность. Под влиянием тяготения она действительно будет сжиматься, а сжимаясь — ускорять свое вращение.
Быстрое вращение заставит туманность сплющиваться. Она станет похожей на две тарелки, сложенные краями. При достаточно большой скорости вращения центробежная сила в экваториальной области туманности безусловно уравновесит тяготение, поэтому туманность, сжимаясь, отделит часть своего вещества, но отнюдь не в виде кольца.
Под влиянием большой центробежной силы частицы газов начнут покидать экваториальную область туманности и попросту рассеиваться в пространстве. Никаких колец не получится. Это ошибка гипотезы.
Но допустим, что лапласовские кольца все-таки образовались. Эти кольца состоят из раскаленных паров и газов. Всякий газ стремится занять наибольший объем. Это его основное свойство. Следовательно, вещество газового кольца никоим образом не может сгуститься и образовать планеты. Оно способно только на одно: без остатка рассеяться в пространстве.
Газовое облако будет сгущаться только при определенных условиях: оно должно иметь шарообразную форму и быть достаточно массивными плотным. Газовые шары вроде нашего Солнца или звезд не рассеиваются в пространстве, потому что они велики. Большая масса — большое тяготение, и оно удерживает частицы газов, не позволяя им улетучиваться.
Небольшое газовое облако обречено на гибель.
Следовательно, газовое кольцо, чтобы не рассеяться, должно быть несоразмерно большим — с массой в несколько сот и. даже тысяч солнц. Однако кольца, которые чуть ли не больше самой туманности, образоваться не могли, а меньшие — должны были рассеяться.
Допустим, что кольца все-таки не рассеялись и планеты из них начинают формироваться. По третьему закону Кеплера кольца должны обращаться вокруг породившей их туманности так же, как обращаются кольца Сатурна, а там ближайший к планете край кольца движется быстрее, стремится вперед, дальний — движется медленнее, отстает.
Если из такого кольца возникнет планета, она должна будет вращаться по часовой стрелке, а не против нее. Иначе говоря, вращения планет и вращение центрального светила — Солнца должны быть направлены в разные стороны.
Согласно гипотезе Лапласа планеты должны вращаться по часовой стрелке.
А этого в действительности нет. Планеты и Солнце вращаются в одну сторону.
Все эти рассуждения, подкрепленные расчетами лучших математиков мира, нанесли гипотезе Лапласа первый решительный удар. Стало ясно, что гипотеза расходится с основными законами механики. Она неправильно рисует картину происхождения солнечной системы.
Не менее серьезные противоречия обнаружились между гипотезой и астрономическими наблюдениями.
Создавая свою гипотезу, Лаплас опирался на факты, известные ученым в его время. Астрономы видели среди звезд несколько круглых и кольцеобразных туманностей с яркими звездочками в центре. Эти туманности тогда казались ученым неопровержимым доказательством в пользу Лапласа. Им даже дали соответствующее название — планетарные туманности.
Точные измерения, сделанные учеными, показали, что планетарные туманности чересчур велики — самая маленькая в сорок раз больше солнечной системы. Вещество же этих туманностей разлетается в стороны — прочь от центральной звездочки. Оно рассеивается, а не сгущается; туманности не сжимаются, а, наоборот, расширяются.
Наблюдая планетарную туманность, мы видим отнюдь не рождение звезды, а наоборот, — образование туманности звездой.
Действительность не подтверждает гипотезу. В окружающей нас части Вселенной — насколько могут достать современные телескопы — не оказывается ничего, что напоминало бы лапласовскую кольцевую туманность.
Наблюдения, которые послужили Лапласу основой для его гипотезы, были ошибочны.
Третье опровержение выдвинули физики.
Момент количества движения
Каждое вращающееся тело — волчок, камень в праще, Солнце, планета или вся планетная система в целом — обладает определенным моментом количества движения.
Момент количества движения — очень важное понятие. С ним придется встречаться еще много раз.
Когда речь идет о прямолинейном движении, дело обстоит сравнительно просто, каждый знает, что столкнуть с места тяжелый шар труднее, чем легкий. В этом случае усилие, которое приходится прикладывать к телу, зависит только от массы тела и от той скорости, с какой необходимо это тело двигать.
Если же нужно какой-либо предмет заставить вращаться вокруг оси, дело несколько усложняется. Вращение и движение по окружности — явления более сложные, чем обычное поступательное движение.
Опыт убеждает нас, что камень, привязанный к длинной веревке, раскрутить труднее, чем точно такой же камень на короткой веревке. И это понятно: чтобы разогнать камень по большей окружности, требуется соответственно большее усилие.
Значит, заставляя какой-либо предмет вращаться вокруг оси или двигаться по окружности, приходится считаться не только с массой этого предмета и не только с той скоростью, какую мы хотим этому предмету сообщить, но и с расстоянием, которое отделяет предмет от оси вращения. Если тело ближе к оси вращения, раскрутить его легче, если дальше — труднее.
Это подтверждается примерами из повседневной практики. Широкий и плоский волчок вертится лучше, чем шарообразный. Маховые колеса машин всегда делают большого диаметра и с массивным ободом, то есть так, чтобы основная масса маховика располагалась как можно дальше от оси вращения.
Следовательно, понятие — количество движения, применимое для случая прямолинейного движения, не подходит для вращающегося тела, — приходится принимать во внимание радиус тела или радиус той окружности, по которой это тело движется. Для этого в механике введено понятие — момент количества движения.
Момент количества движения тела, обращающегося по какой-либо окружности — орбите, равен произведению трех величин: массы тела, скорости его движения по орбите и радиуса орбиты. Разумеется, сомножители надо брать в соответственных единицах. Например, вычисляя моменты количества движения планет, можно принять за единицу массы — массу земного шара, за единицу скорости — скорость Земли, а за единицу расстояния — радиус земной орбиты.
Известно, что Юпитер расположен в 5,2 раза дальше от Солнца, чем Земля, его масса в 318 раз больше земной массы, а скорость орбитального движения составляет 0,437 скорости Земли. Перемножим эти числа и получим момент количества движения Юпитера — 722,8. Таким же простым способом можно высчитать моменты количества движения любой другой планеты и всей солнечной системы в целом.
Самой существенной особенностью момента количества движения является его неизменность, никакие внутренние силы — трения, расширения или сжатия, химические реакции и т. п. — не могут ни увеличить, ни уменьшить его. Момент количества движения никогда не исчезает и ни во что не преобразуется. Он только передается от тела к телу, то есть перераспределяется между ними или же переходит «по наследству» от одного тела к другому.
В этом заключается коренное различие между моментом количества движения и кинетической энергией движущегося тела. Кинетическая энергия может преобразовываться в теплоту, в свет, в звуковые колебания, она может переходить в любые другие виды энергии. Например, метеорит врезался в земную атмосферу. Он летит и сжимает впереди себя воздух. От этого и сам метеорит и воздушная «подушка» перед ним раскаляются, полет метеорита замедляется, — кинетическая энергия летящего метеорита расходуется на преодоление сопротивления воздуха, она преобразуется в свет и теплоту. Метеорит полностью сгорает, а его кинетическая энергия рассеивается в окружающем пространстве.
Но, несмотря на гибель метеорита, его момент количества движения не исчезает, его «наследует» Земля. На какую-то ничтожно-малую долю миллиметра уменьшается или увеличивается радиус земной орбиты, замедляется или ускоряется ее движение по орбите, удлиняются или укорачиваются сутки, то есть изменяется момент количества движения Земли.
Знаменитый русский ученый, которою В. И. Ленин называл отцом нашей авиации, академик Н. Е. Жуковский, объясняя студентам закон сохранения момента количества движения, показывал опыт с вертящейся скамейкой. Эта скамейка была похожа на табуретку, какой пользуются вагоновожатые и пианисты, — она могла вращаться на вертикальной оси почти без всякого трения.
На скамейку становился человек с двумя тяжелыми гирями в руках, затем скамейку раскручивали, чтобы она завертелась с определенной скоростью, и просили человека развести руки в стороны. И как только он подымал руки, скорость вращения резко замедлялась, а когда он их опускал, прижимая гири к телу, скорость вращения снова возрастала.
Подняв руки, человек, стоящий на скамейке Жуковского, замедляет скорость своего вращения.
Этот опыт наглядно доказывает закон сохранения момента количества движения. Когда человек разводил руки в стороны, он тем самым увеличивал радиус вращающегося тела, и соответственно этому уменьшалась скорость. Наоборот, опуская руки вниз, он укорачивал радиус вращающегося тела, и скорость вращения возрастала.
Человек, стоящий на вращающейся скамейке может делать что угодно: подымать и опускать гири, приседать, становиться на цыпочки, наклоняться, — он не в силах изменить момент количества своего вращения. Каждое его движение, вызывающее изменение радиуса, будет неизбежно сопровождаться изменением скорости, а момент количества движения, то есть произведение массы на расстояние от оси вращения и на скорость, останется неизменным.
Несправедливый дележ
Ученые, исследовавшие распределение момента количества движения в солнечной системе, пришли к весьма странным выводам.
В Солнце сосредоточено 99,87 % всего вещества, имеющегося в солнечной системе. Оно самое массивное тело солнечной системы. Все планеты вместе взятые в 745 раз меньше Солнца. На их долю приходится только 0,13 % общей массы.
Момент количества движения между Солнцем и планетами распределен иначе. Планеты движутся по огромным орбитам. Поперечники орбит исчисляются миллионами и миллиардами километров. Скорости движения планет также велики. Поэтому планеты обладают огромным моментом количества движения — у Юпитера — 722,8, а у Солнца — только 40!
Солнце вращается вокруг оси медленно. Оно делает один оборот примерно в 25 суток. И поэтому, несмотря на огромную массу, Солнце обладает, самое большее, 3,37 % общего момента количества движения. У планет же — все остальное — 96,63 %!
Странное распределение! Почти вся масса у Солнца, почти весь момент у планет.
Согласно гипотезе Лапласа первобытное Солнце, отслаивая кольца, само при этом вращалось все быстрей и быстрей, так как его радиус сокращался. Казалось бы, что Солнце должно было унаследовать от породившей его туманности огромный момент количества движения. Но в действительности же момент количества движения Солнца почему-то очень мал. В чем кроется причина этого явления, — ни гипотеза Лапласа, ни разнообразные дополнения к ней не могли объяснить.
В конечном счете, это был тот же «проклятый» вопрос о «первом толчке». Этот толчок Ньютон приписывал богу, Бюффон — комете, Кант пытался обойти опасное место, придумав неестественное превращение прямолинейного движения в круговое. Лаплас, как известно, не подверг свою гипотезу математической проверке, а его последователи к этому тоже не стремились, так как в гипотезе Лапласа орбитальное движение планет вполне правдоподобно объяснялось вращением первобытной туманности. Но «проклятый» вопрос все-таки всплыл в форме распределения момента количества движения: откуда и каким образом планеты приобрели столь значительный момент количества движения, что заставило их начать свой бесконечный бег по орбитам?
Загадочное неравенство в распределении момента количества движения показалось ученым наиболее убедительным доводом против гипотезы Лапласа. Это было как бы каплей, переполнившей чашу многочисленных возражений.
Великая гипотеза, служившая науке свыше ста лет, была оставлена. Она сдалась под напором новых фактов и ушла из науки, но ушла с честью.
Для прошлых веков это была передовая, революционная гипотеза, энергично штурмовавшая небо. Она выполнила свое назначение: заставила глубже исследовать явления, происходящие в солнечной системе, помогала очищать науку от религиозного средневекового мировоззрения, сокрушала библейскую сказку о сотворении мира богом.
Как будет видно из дальнейшего, советский ученый В. А. Крат нашел простое и убедительное объяснение неравенства моментов количества движения Солнца и планет. Но это уже не могло спасти гипотезу. Многие новые открытия, наблюдения над соседними звездными мирами опровергали ее.
Глава четвертая
ВСТРЕЧА ДВУХ СОЛНЦ
Новая катастрофическая гипотеза
Гипотеза Лапласа погибла.
Круговые орбиты планет, их размещение почти в одной плоскости, близкой к плоскости солнечного экватора, обращение планет, одинаковое по направлению с вращением Солнца, совпадение орбитального движения спутников с вращением планет — все это снова превратилось в загадку.
Кроме того, перед учеными встала другая задача: показать, почему у планет момент количества движения больше, чем у Солнца. Иначе говоря, надо было найти, и откуда взялся материал, из которого образовались планеты, и какая причина закрутила всю эту гигантскую планетную «карусель», имеющую свыше одиннадцати миллиардов километров в поперечнике.
Ученым казалось, что причиной неравномерного распределения момента количества движения между Солнцем и планетами может быть только вмешательство какой-то посторонней силы.
В 1880 году один малоизвестный новозеландский ученый высказал предположение, что планеты могли возникнуть, когда встретились два солнца. Сначала на эту догадку никто особого внимания не обратил — авторитет гипотезы Лапласа был еще достаточно велик. Но потом астрономам пришлось взять ее за основу и начать разрабатывать.
В 1905 году геолог Чемберлин и астроном Мультон выдвинули новую гипотезу и опубликовали ее под названием «планетезимальной». По мысли авторов этой гипотезы наше Солнце несколько миллиардов лет назад встретилось с другой звездой. Два небесных светила едва не столкнулись — они обогнули друг друга на расстоянии всего лишь в несколько миллионов километров.
На близком расстоянии силы тяготения исключительно велики. Под влиянием притяжения звезды на Солнце поднялись два чудовищно-огромных приливных горба. Одновременно притяжение встречной звезды нарушило равновесие в недрах Солнца. Сжатые газы вырвались из приливных горбов и вытянулись наподобие гигантских протуберанцев. Извергнутое вещество образовало две спиральные струи, которые изогнулись вслед за уходящей звездой.
Часть вещества этих струй тут же рассеялась в пространстве, часть упала обратно на Солнце, а остатки сгустились в капли и куски самого различного размера.
Встречная звезда, вызвавшая своим притяжением эту космическую катастрофу, скрылась в глубинах Вселенной и успела затеряться среди звезд Млечного Пути.
Но во время встречи звезда, огибая Солнце, отдала некоторую долю энергии своего движения тем частицам, которые были исторгнуты Солнцем. Именно она заставила их обращаться вокруг Солнца. Тот момент количества движения, каким обладают в настоящее время планеты, заимствован ими со стороны — от проходившей мимо звезды.
Вырванные из Солнца частицы двигались вокруг центрального светила все в одной плоскости, но по самым различным эллиптическим орбитам. Солнце было тогда отчасти похоже на спиральную туманность. Ветви спирали, окружавшей Солнце, состояли из отдельных отвердевших частиц, похожих на нынешние метеориты. Этим частицам авторы гипотезы дали особое название — планетезимали, что значит — зародыши планет. Отсюда и название этой гипотезы — планетезимальная.
Много планетезималей упало на Солнце, остальные продолжали обращаться вокруг него. Среди них были и крупные куски и мельчайшая пыль. Планетезимали часто сталкивались друг с другом, потому что их орбиты пересекались. Мелкие падали на крупные куски, которые стали ядрами будущих планет.
Пространство возле Солнца было как бы пастбищем для растущих планет. Они собирали летающую вокруг них пыль и быстро увеличивались.
Когда планетезимали падали на ядро планеты, они отдавали ему не только свое вещество, но и момент количества движения. А так как у планетезималей были самые различные орбиты, то, собираясь вместе, они могли двигаться только по общей для всех, сглаженной, округленной орбите. Чем больше ядро планеты накапливало материала, тем округленнее становилась его орбита. И, действительно, маленькие планеты, такие, как Меркурий и Марс, не успели собрать большого количества планетезималей, — их орбиты не полностью округлились. Они и до сих пор движутся по орбитам более вытянутым, чем у Земли, Венеры и у других планет.
Меркурий не смог набрать на метеоритном «пастбище» много материала. Он образовался слишком близко к Солнцу. Своим могучим притяжением Солнце само стягивало к себе планетезимали, оставляя Меркурий без строительных материалов.
Венере также досталось вещества меньше, чем Земле и Луне.
Видимо наиболее густая и плотная часть спиральных ветвей, окружавших Солнце, находилась на расстоянии Юпитера. Из нее-то и образовались четыре планеты-гиганта — Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. О существовании Плутона в 1905 году еще не знали.
Юпитер, этот великан солнечной системы, настолько массивен, что его тяготение спорило с солнечным. Соседка Юпитера — пятая по счету от Солнца планета — так и не смогла собраться в одно целое. Ей не хватило материала, а тяготение Юпитера вносило сильные возмущения в движение планетезималей. Они так и остались на пятой орбите роем осколков, которые называются теперь астероидами.
Марс остался обделенным, так как львиная доля «стройматериалов» была захвачена тяготением Юпитера.
Образование спутников шло таким же путем, как и образование планет. Поэтому спутники, ближайшие к планетам, меньше более далеких.
Конечные части струй вещества, отброшенных Солнцем, дали начало кометам с их сильно удлиненными орбитами.
Метеоры, которые золотыми искрами секут ночное небо, — это остатки былого запаса планетезималей, которые и поныне продолжают падать на планеты.
Все сказанное, очевидно, относится и к той звезде, которая, вызвав катастрофу на Солнце, сама пережила такую же катастрофу под влиянием тяготения Солнца и теперь странствует где-то по Вселенной, окруженная свитой планет.
Планетезимальная гипотеза довольно удачно объясняла основные закономерности солнечной системы и указывала, откуда планеты почерпнули свой запас движения.
Ученые подхватили мысль о рождении планет при встрече двух солнц и стали ее развивать.
Над этой гипотезой более 25 лет трудились три крупнейших буржуазных астронома, три признанных главаря идеалистического лагеря Джинс, Джеффрис и Ресселл.
В начале своей научной деятельности, в годы юности, эти ученые сделали много полезного для науки, но затем обстоятельства изменились.
В октябре 1917 года выстрел «Авроры» возвестил миру начало новой эры в истории человечества — эры Великой Октябрьской революции. В России рухнул капиталистический строй. В остальных государствах он стал перед угрозой неминуемого и неизбежного краха. Буржуазным ученым пришлось решать вопросы: с кем быть, с кем идти, за что бороться? Стать ли в ряды представителей передовой материалистической науки — трудиться на благо человечества, исследовать природу, подчиняя ее человеку, или же обратить свои знания на защиту гибнущего капиталистического строя, тормозить развитие науки, превращать ее в служанку религии.
Многие западноевропейские ученые, такие, как Жолио-Кюри, Перрен, Ланжевен, Блеккет, Холдейн остались верны идеям передовой науки.
Джинс, Джеффрис, Ресселл поступили иначе. Они примкнули к реакционному лагерю, и это сказалось на их научном творчестве. Они взяли от планетезимальной гипотезы все наиболее спорное, ошибочное, неправильное и стали совершенствовать ошибки.
В результате получилась гипотеза, которая, подобно гипотезе Канта, охватывала и объясняла происхождение всей Вселенной.
Основанием для новой идеалистической гипотезы послужило неправильное истолкование замечательных астрономических открытий, сделанных в 1912 -1930 годах.
Тайна спиральных туманностей
Среди звезд, в черной глубине мирового пространства, виднеются светящиеся пятнышки самых различных очертаний — среди них есть облачка клочковатой, неправильной формы, есть и круглые, и овальные, и веретенообразные. Некоторые из этих облачков — такие, как «Водоворот» из созвездия Гончих Псов или туманность М-33 из созвездия Треугольника, имеют отчетливо-спиральное строение, — из центрального яркого сгущения исходят ветви, закрутившиеся в стремительном вихревом движении.
Туманность «Водоворот» из созвездия Гончих Псов.
Ученые называли неведомые небесные светила туманностями и считали их ближайшими родственниками планетарных туманностей — казалось, велика ли разница — тут завиток, а там колечко.
Но это было ошибкой. Разоблачил ее спектральный анализ.
В конце прошлого века астрономы научились фотографировать спектры звезд и постепенно раскрывали значение каждой спектральной линии. Спектроскоп оказался превосходным разведчиком далеких звездных миров. Световой луч, этот быстролетный посланец небесных светил, попадая в спектроскоп, разворачивался в спектр. Фотопластинка воспринимала спектр и затем служила документом, своего рода звездным паспортом, удостоверяющим химический состав небесного тела, плотность его вещества, температуру и многое другое.
Спектры звезд и туманностей оказались резко различными — звезды давали в спектроскопе сплошную радужную полоску, пересеченную темными, а иногда и яркими линиями; туманности — только отдельные яркие и большей частью зеленоватые линии на черном фоне.
Спектроскоп убедительно показывал, что звезды светят, как массивные, сравнительно плотные раскаленные тела, а туманности — это только легкие и холодные облака сильно разреженных газов и мелкой пыли.
Многие туманности, издавна известные астрономам и даже получившие собственные имена — такие как туманность Ориона, «Северная Америка», «Сова», «Сатурн», «Хеликс», «Трифид», «Волокнистая» — светят именно как туманности. А загадочные спиральные завитки, вроде «Водоворота» из Гончих Псов или Большой туманности Андромеды дают сплошной, радужный спектр. Они светят, как звезды. И в спектрах нет ничего, что хоть отчасти напоминало бы туманность.
Ученые применяли самые сильные увеличения, на какие только были способны их телескопы, и ничего понять не могли — в телескоп эти странные пятнышки выглядели туманностями.
В 1888 году удалось получить очень четкую фотографию Большой туманности Андромеды. На снимке было хорошо видно, что эта туманность, так же как и «Водоворот» из Гончих Псов, имеет спиральное строение, но только она повернута к нам боком и потому выглядит продолговатой. На самом же деле Большая туманность Андромеды круглая и спиральная.
Ученые терялись в догадках. Наблюдения в телескоп резко противоречили свидетельству спектроскопа. Для телескопических наблюдений это были туманности, а для спектроскопических — звезды.
Авторы и сторонники планетезимальной гипотезы решили спор весьма просто: спиральные облачка светящегося вещества — есть не что иное, как звезды, у которых происходит образование планет. И в самом деле, в «Водовороте» отчетливо видны две струи светящегося вещества, исходящие из центра — струи закручены наподобие часовой пружины, а в струях вырисовываются отдельные сгустки — будущие планеты. Сбоку же сверкает второй клубок светящегося вещества — это может быть и есть встречная звезда, вызвавшая небесную катастрофу.
Объяснение соблазнительное, но оно оказалось неверным.
«Сигара» астронома Джинса
В 1916 году английский ученый Джинс раскритиковал планетезимальную гипотезу. По его мнению образование на Солнце приливных выпуклостей не могло сопровождаться взрывом газов, сжатых в недрах Солнца. Планеты не могли образоваться из холодных и твердых частиц — планетезималей. Они должны были родиться горячими.
Джинс выдвинул новую гипотезу, но тоже основанную на встрече двух солнц.
Совершенно очевидно, что встречная звезда могла быть и равной Солнцу по массе и объему, и меньше его, и больше. Пройти мимо Солнца она могла и почти вплотную и в отдалении. Джинс вычислил, какое влияние окажут друг на друга две сблизившиеся звезды в зависимости от условий встречи.
Результаты его вычислений показали, что при большом расстоянии между звездой и Солнцем, на обоих небесных телах подымутся приливные волны. Шарообразная форма нарушится. Звезды станут похожи на дыни, но как только они разойдутся, все вернется к прежнему состоянию. Никаких планет не образуется.
Образование планет по гипотезе Джинса.
Чтобы вырвать из Солнца часть его вещества, притяжение встречной звезды должно быть достаточно велико. Поднявшийся на Солнце приливной горб оторвется от него только в том случае, если тяготение звезды пересилит притяжение Солнца.
Ясно, что карликовая звезда с малой массой «вреда» Солнцу не причинит. Солнце само разорвет ее своим притяжением, как только она перейдет границу опасной зоны Роша.
Звезда, равная Солнцу, сможет причинить ему ущерб, только коснувшись поверхности Солнца. Произойдет катастрофа, но планет не возникнет.
Причиной рождения планет могло быть приближение звезды более массивной, чем Солнце, и то только в том случае, если расстояние между звездой и Солнцем оказалось бы не очень большим.
По предположению Джинса, планеты образовались так: приближающаяся звезда своим тяготением подняла на Солнце два приливных горба. По мере того, как расстояние сокращалось, приливные горбы росли. При этом приливной горб, обращенный к звезде, увеличивался быстрее своего двойника на противоположной стороне Солнца.
Наконец расстояние, разделяющее Солнце и звезду, уменьшилось до предела. Между их поверхностями осталось два-три миллиона километров. Приливной горб, поднявшийся на Солнце гигантской выпуклостью, постепенно терял связь с Солнцем. Притяжение звезды сначала уравнялось с солнечным, потом превысило его, и приливной выступ вытянулся по направлению к звезде длинным рукавом или сигарообразной струей.
Второй приливной горб, поднявшийся на противоположной стороне Солнца, отделиться от него, разумеется, не мог.
Сигарообразная струя, вырванная из Солнца, изогнулась вслед за проходившей мимо звездой, вытянулась и стала распадаться на отдельные сгустки.
Маленькие сгустки тут же рассеивались. Их масса была слишком невелика, взаимное притяжение частиц — ничтожно, и они превращались в пыль или застывали в виде крошечных капелек-метеоритов. Большая часть вещества, исторгнутого из Солнца, рассеялась, образовав вокруг Солнца пылевое и метеоритное облако.
Уцелели только наиболее крупные сгустки. Они были массивны и потому более устойчивы. Эти сгустки приняли шарообразную форму. Они быстро остывали и, уплотняясь, превращались в планеты.
Из средней, наиболее толстой, части сигарообразной струи образовались наиболее крупные планеты — Сатурн и Юпитер. Из тонких концов «сигары» сформировались более мелкие планеты. А из ее кончика, обращенного к Солнцу, получилась самая маленькая планета — Меркурий.
В 1930 году была открыта девятая планета солнечной системы. Джинс увидел в этом важное доказательство в пользу своей гипотезы, так как Плутон, который должен был возникнуть из дальнего конца «сигары», тоже оказался одной из самых маленьких планет.
«Сигара» Джинса.
Правилу «сигары» подчиняются не только планеты, но и их спутники. Рождение лун автор гипотезы описывает так: звезда — второй родитель планет — успела отойти достаточно далеко. Ее влияние ослабело.
Планеты продолжали кружиться возле Солнца. Их первоначальные орбиты были удлиненными, эллиптическими. Новорожденные и еще не успевшие остыть планеты тогда подходили очень близко к Солнцу, и Солнце сыграло для них роль встречной звезды: под влиянием его тяготения на планетах подымались приливные горбы, которые вытягивались в сигарообразные струи. Эти струи распадались на сгустки, а сгустки становились лунами.
У больших планет количество оторванного вещества было велико. «Сигары» получались длинными и массивными. Большие планеты обзавелись многочисленными семьями лун.
Размеры спутников тоже сохраняют очертания сигарообразного выступа, их породившего. И у Юпитера и у Сатурна ближайший к планете спутник — маленький. Остальные — побольше. Самые массивные спутники Юпитера, образовавшиеся из наиболее толстой части «сигары», — Ганимед и Каллисто, занимают четвертое и пятое места, а у Сатурна самая крупная луна — Титан — расположилась на шестом месте. Более далекие от планет луны — маленькие.
У небольших планет приливные выступы не могли быть длинными и массивными, а кроме того небольшие планеты остывали гораздо быстрее крупных. Поэтому и число спутников и их масса примерно соответствуют величине планет. Исключение составляет Земля. Она, повидимому, с самого начала сложилась двойной планетой.
Грандиозная катастрофа, разыгравшаяся на Солнце во время встречи со звездой, породила кроме планет бесчисленное множество мельчайших телец — космической пыли, отдельных крупинок, капелек и кусков вещества — метеоритов.
Новорожденным планетам приходилось пробивать себе путь в довольно густом метеоритном облаке, которое окутывало Солнце. Планеты как бы «подметали» пространство, постепенно собирая всю летающую мелочь. Непрерывные и многочисленные столкновения планет с метеоритами округляли их орбиты. Из эллиптических орбиты становились круглыми. Крупные планеты, успевшие собрать много космического материала, округлили свои орбиты. Меркурий, Марс и Плутон, которые не успели «вырасти», сохранили орбиты более эллиптические.
Часть распыленного космического вещества, оставшаяся несобранной планетами, и поныне летает вокруг Солнца в виде комет, метеоритных потоков и отдельных метеоритов.
Кольца Сатурна, по гипотезе Джинса, образовались из спутника, проникшего внутрь зоны Роша и разорванного тяготением планеты.
Астероиды — это обломки разбившейся планеты.
Причину образования обратных спутников, необычайную скорость движения Фобоса — спутника Марса, Джинс вообще никак не объясняет.
Вскоре после опубликования гипотезы ученые сумели определить возраст метеоритов, оказалось, что возраст метеоритов примерно соответствует возрасту Земли!
Сообщение о том, что Земля и метеориты образовались одновременно, было истолковано, как доказательство в пользу Джинса.
Невероятное совпадение случайностей
Гипотезу Джинса признало большинство ученых, мало кто обратил внимание на то, что гипотеза представляет собой чудовищное нагромождение невероятных случайностей.
Учеными исследовано несколько тысяч звезд — известны их размеры, расстояния, направление движения в пространстве и скорости движения. Вот для примера сведения о четырех ближайших и ярких соседях Солнца:
Сириус и Процион проходят расстояние, равное своему поперечнику, за 34 -33 часа. Толимак и Альтаир — за 18 -15 часов. Трудно назвать такое движение стремительным. Самая ленивая, самая дряхлая черепаха или улитка, по сравнению со звездами, покажется резвым рысаком. Улитка проползает расстояние, равное длине своего тела, за 20 -30 секунд, а звезды делают то же самое за сутки. А расстояния, разделяющие звезды, огромны.
Скорость движения звезд по сравнению с их размерами во много раз уступает скорости улиток.
Представим себе, что по территории европейской части СССР ползает пять маленьких улиток. Одна из них изображает Солнце и находится где-нибудь возле Москвы. Улика, изображающая Сириус, окажется в Витебске, улитка-Процион — в районе Минска, улитка-Толимак — около Бологое, а улитка-Альтаир — в Воркуте. Каждая из них движется со свойственной звездам скоростью — свой диаметр проползает за 15 -30 часов. Ползут они все в разные стороны. Спрашивается, через сколько миллиардов лет какая-нибудь из улиток-звезд встретится с улиткой-Солнцем? Да и возможна ли такая встреча?
Среди всех звезд, известных астрономам, а их число определяется десятками тысяч, нашлась одна-единственная звезда, которая летит, направляясь в сторону Солнца. Сейчас до этой безымянной и слабенькой звездочки 39 световых лет.[6 - Световой год — астрономическая мера длины, она равна расстоянию, которое световой луч пролетает за один год, т. е. 9,4610^12^ километров.]
Наши далекие потомки увидят новую соседку Солнца во всем ее блеске через 500 тысячелетий.
Тогда она станет «проксимой», то есть ближайшей к Солнцу звездой и будет сверкать на небе примерно так же, как сверкает сейчас Сириус.
Звезда пройдет возле Солнца на расстоянии в 1850 миллиардов километров и затем начнет удаляться. Такое далекое сближение звезд, разумеется, нельзя назвать встречей.
При помощи теории вероятности астрономы высчитали, что действительная встреча двух звезд может случиться один раз за сто квадриллионов лет. Следовательно, встреча двух звезд — событие почти невероятное.
И вот такое невероятное событие было положено Джинсом в основу своей гипотезы.
Но допустим, что, невзирая на все возражения теории вероятности, встреча все же произошла.
И оказывается, что джинсовская звезда пролетела мимо Солнца именно на том расстоянии, на каком она могла вызвать образование планет. Промчись она чуть дальше или чуть ближе — ничего не получилось бы. Но звезда «случайно» двигалась так, как хотелось автору гипотезы.
Мало того, вызвать рождение планет могла звезда, более массивная, чем Солнце.
Если описать вокруг Солнца сферу радиусом в 16 световых лет, то внутри этой сферы окажутся 4 звезды, примерно равных Солнцу по массе, — Сириус, Процион, Толимак и Альтаир — и 48 звезд-карликов. Чтобы захватить хотя бы одного гиганта, надо описать сферу радиусом в 33 световых года. Массивных звезд во Вселенной очень мало. Если встреча со звездой-карликом возможна раз в 100 квадриллионов лет, то встреча со звездой-гигантом — событие еще более невероятное.
Большинство ближайших соседей Солнца — звезды-карлики.
Однако по мысли Джинса такая счастливая случайность произошла — встретившаяся звезда была в несколько раз массивнее Солнца и не уступала ему в плотности.
Удивительное совпадение случайностей на этом не прекращается. Согласно гипотезе, струя вещества была вырвана из приливного горба на Солнце потому, что тяготение звезды пересилило тяготение Солнца. Сгусток солнечного вещества двигался по направлению к звезде, он падал на нее, но оказывается, — звезда двигалась с такой скоростью, что этот сгусток не успел догнать звезду и упасть на нее. Он почему-то остался возле Солнца.
Все это — странное, поразительное стечение обстоятельств. Оно невольно заставляет думать, что звезда, послужившая вторым родителем планет, была выбрана и подготовлена к своему предназначению божественным провидением, а образование планет — плод того невероятного совпадения случайностей, которое называется чудом.
Рассказывают, что когда глава римско-католической церкви папа Пий XIV и его приближенные ознакомились с гипотезой Джинса, — один из кардиналов сказал: «Se non e vero e ben trovato» — «если это и неправда, то ловко придумано».
Из гипотезы Джинса следует неизбежный вывод: солнечная система создана чудом и является во всей Вселенной единственным и неповторимым образованием.
Гипотеза получила благословение церкви, поддержку и признание всех идеалистически настроенных ученых. Ее включили все учебники и приняли как достоверную, потому что она оказалась наиболее приемлемой для господствующего в буржуазном обществе религиозного мировоззрения.
Попытки поправить Джинса
Американский астроном Ресселл, желая вырвать честь создания новой космогонической гипотезы из рук английских астрономов, выступил с критическими замечаниями. Он подсчитал, какое количество движения могли заимствовать планеты от проходящей мимо звезды.
Результаты вычислений огорошили ученых. Момент количества движения, которым располагают в настоящее время планеты, раз в десять превышает тот момент, какой они могли получить от звезды.
Возражение, погубившее гипотезу Лапласа, неожиданно обратилось против Джинса.
Ресселл выдвинул новый и очень сложный вариант гипотезы встречи. По его мысли у Солнца имелся спутник. Оно было двойной звездой. Проходившая мимо массивная звезда столкнулась со вторым солнцем. Произошла двойная катастрофа — из Солнца была вырвана струя вещества и разбит спутник. И это привело к образованию планет.
Даже буржуазным астрономам такая двойная катастрофа показалась невероятной. Гипотезу Ресселла не приняли, а на его здравые замечания не обратили внимания.
Другой английский астроном — Джеффрис, дополняя и совершенствуя гипотезу Джинса, пришел к выводу, что причиной образования планет могло быть не сближение Солнца и звезды, а их частичное столкновение. Звезда задела краем Солнце и как бы срезала с него длинную стружку, которая пошла на образование планет солнечной системы.
После этих двух попыток «починить» слабую гипотезу стало ясно, что она боится не только критических замечаний и проверки, но и доброжелательных поправок и дополнений. Гипотеза оказалась построенной по типу карточного домика: «не тронь — рассыплется». Любое дополнение к гипотезе вскрывало ее беспомощность и беспочвенность.
Буржуазные ученые оставили гипотезу Джинса в покое. Пусть существует, какая есть. Она и без поправок прекрасно служила интересам религии, так как подкрепляла церковное учение об исключительном, избранном положении Земли во Вселенной. Она доказывала, что Земля — единственное и неповторимое творение бога. Таким образом буржуазная наука замкнула круг, она снова вернулась к средневековью.
Фридрих Энгельс, характеризуя ту мрачную эпоху, писал: «До того же времени наука была смиренной служанкой церкви, и ей не позволено было выходить за рамки, установленные верой: короче — она была чем угодно, только не наукой. Теперь наука восстала против церкви…»[7 - Карл Маркс. Избранные произведения, 1940, том I, стр. 367.]
Это восстание против мировоззрения, освященного церковью, начал великий польский ученый Николай Коперник. Он доказал, что Земля не является центром Вселенной. «Святая» инквизиция изымала книги Коперника и сжигала их на кострах.
Страстный проповедник нового мировоззрения и один из величайших мыслителей XVI века Джордано Бруно развил и углубил учение Коперника. Он писал: «Существуют бесчисленные солнца, бесчисленные земли, которые кружатся возле своих солнц, подобно тому, как наши семь планет кружатся вокруг нашего Солнца»[8 - Во времена Джордано Бруно ученые знали только семь планет.].
Джордано Бруно отрицал исключительное, привилегированное положение Земли во Вселенной.
«Святая» инквизиция схватила великого мыслителя, угрозами и пытками палачи пытались заставить Бруно отречься от своего учения. Они не смогли сломить могучую волю ученого и приговорили к смерти - «без пролития крови». 18 февраля 1600 года на площади Цветов во Флоренции Джордано Бруно сожгли на костре.
33 года спустя в Риме перед судом кардиналов предстал престарелый Галилео Галилей. Его обвиняли в «коперниканской ереси». Инквизиторы вынудили Галилея дать письменное отречение.
Казни и преследования ученых не укрепили авторитета церкви. Учение Коперника завоевывало мир. Наука, освободившись от оков церковного мракобесия, развивалась самостоятельно и плодотворно. Все передовые ученые XVII и XVIII веков не признавали церковной догмы об избранном положении Земли.
Гениальный Ломоносов писал об окружающем нас звездном мире:
Уста премудрых нам гласят:
Там разных множество светов,
Несчетны солнца там горят,
Народы там и круг веков.
Церковные учреждения энергично боролись против идей Ломоносова. Священный Синод требовал от царского правительства примерного и сурового наказания для Ломоносова, «дабы никто отнюдь ничего писать и печатать как о множестве миров, так и о всем другом вере святой противном… не отваживался».
В XVIII веке никто из передовых людей не сомневался, что у солнц, сверкающих в глубокой синеве мирового пространства, тоже есть планеты, тоже есть земли, населенные разумными существами.
Так было. За три столетия, которые прошли после суда над Галилеем, многое изменилось. Буржуазия утратила свою прогрессивную роль в обществе. Она стала реакционной и консервативной. Вместе с ней стала реакционной и буржуазная наука.
Джинс, Джеффрис, Ресселл оказались преемниками не Коперника, Бруно и Галилея, а тех палачей, которые уничтожали книги Коперника, сожгли Бруно и судили Галилея.
Буржуазные ученые снова превратили науку в служанку религии, и их наука опять стала чем угодно, но только не наукой.
Мир остается без гипотезы
В 1943 году советский ученый профессор Н. Н. Парийский подверг гипотезу Джинса строгому математическому анализу. Парийский предположил, что встреча звезды и Солнца якобы произошла в действительности, а затем исследовал, что случится со сгустком вещества, исторгнутым из Солнца притяжением проходившей мимо звезды.
В зависимости от массы звезды и от расстояния, на котором она огибала Солнце, вещество в струе, вырвавшейся из приливного выступа на Солнце, должно было двигаться с различной скоростью. Чем больше тяготение, тем выше скорость.
Парийский рассмотрел различные варианты этого явления. Оказалось, что при скорости сгустка свыше 750 километров в секунду, он пролетит мимо звезды и исчезнет во мраке мирового пространства. Никаких планет при этом не образуется.
При скорости менее 750 километров в секунду сгусток догонит проходящую звезду и упадет на нее. И в этом случае планеты очевидно не возникнут.
При скорости менее 400 километров в секунду сгусток опишет возле Солнца вытянутую дугу и упадет обратно на Солнце.
Только при скорости в 520 километров в секунду струя вещества, вырванная из Солнца, сможет остаться возле него. Но это будет не мощная струя, растянувшаяся на шесть миллиардов километров, а маленькая, причудливо изогнутая струйка, «поросячий хвостик», из которого никаких планет образоваться не может.
Но если даже вообразить, что из этой струйки получится нечто похожее на планеты, то поперечники их орбит должны быть в семь раз меньше поперечника орбиты Меркурия. Планеты-уродцы должны будут кружиться возле самого Солнца и в конце концов неминуемо упадут на него.
Точные, неоспоримые, тщательно проверенные вычисления Парийского уничтожили гипотезу Джинса. Ни автор гипотезы, ни его многочисленные последователи ничего не могли сделать для ее спасения.
Вдобавок выяснилось еще одно важное обстоятельство. В верхних слоях Солнца газы настолько разрежены, что материала для образования планет они доставить не могут. Очевидно, струя должна была вырваться из более глубоких слоев Солнца. Но в глубине Солнца температура исчисляется сотнями тысяч и даже миллионами градусов, а давление — десятками тысяч атмосфер. Если бы проходящая звезда помогла газам, находящимся в недрах Солнца, вырваться наружу, то получился бы вихрь, смерч, огненный фонтан, взлетевший над поверхностью Солнца со взрывом чудовищной силы. Все выброшенное вещество тут же разлетелось бы без остатка, и никаких планет не образовалось. Незадолго до смерти Джинс признал, что его гипотеза построена на математической ошибке.
Буржуазная наука потерпела крах. Она оказалась несостоятельной, но не потому, что создание правдивой космогонической гипотезы — дело слишком трудное, и не оттого, что в распоряжении ученых еще мало фактов, а потому что наука в буржуазных странах скована реакционным, религиозным мировоззрением и бессильна, — «не колодец глубок, а веревка коротка», — гласит по этому поводу китайская пословица.
Спор о пользе гипотез
Советская наука — подлинная, передовая наука — сокрушила реакционную, идеалистическую гипотезу Джинса.
Мир остался без гипотезы о происхождении Земли. К этому положению в науке ученые отнеслись по-разному.
Некоторые говорили: астрономия пока еще не располагает тем количеством сведений, которые необходимы для создания серьезной, продуманной и хороню обоснованной гипотезы. Мы слишком мало знаем. Фантазировать попусту, сочинять надуманные, искусственные или, как говорят, спекулятивные гипотезы — напрасное дело. Лишняя трата сил. Такие гипотезы бесполезны, все равно их впоследствии придется отбросить. Время для создания гипотезы еще не пришло. Лучше подождать. Надо накапливать факты и наблюдения, а там будет видно.
Другие решили иначе: мы действительно знаем не очень много, но все же кое-что нам известно; строительных материалов для создания обоснованной гипотезы маловато, но кое-что имеется. Дом строить пока еще нельзя. Но если нет материала для всего здания целиком, — можно заготавливать отдельные детали будущей постройки, обтесывать бревна для балок, делать окна, двери и т. п.
Нужно искать причины и пути образования зодиакального света, метеоритов, комет, астероидов, изучать взаимодействие тел солнечной системы, их атмосферы и различные особенности. Эти труды затем войдут в здание будущей гипотезы и будут полезны.
Многие не согласились ни с первыми, ни со вторыми. Советская наука обладает тем, чего нет у буржуазных ученых. Фундамент, на котором надо воздвигать здание будущей гипотезы, создан. Это марксистско-ленинское учение о природе. Философия — диалектический материализм дает руководящие идеи для плодотворной творческой работы. Подлинно научное, материалистическое мировоззрение позволяет нам создавать космогоническую гипотезу. Гипотеза необходима, без нее немыслимо успешное развитие науки.
Фридрих Энгельс писал: «Формой развития естествознания, поскольку оно мыслит, является гипотеза. Наблюдение открывает какой-нибудь новый факт, делающий невозможным прежний способ объяснения фактов, относящихся к той же самой группе. С этого момента возникает потребность в новых способах объяснения, опирающегося сперва только на ограниченное количество фактов и наблюдений. Дальнейший опытный материал приводит к очищению этих гипотез, устраняет одни из них, исправляет другие, пока, наконец, не будет установлен в чистом виде закон. Если бы мы захотели ждать, пока материал будет готов в чистом виде для закона, то это значило бы приостановить до тех пор мыслящее исследование, и уже по одному этому мы никогда не получили бы закона»[9 - Ф. Энгельс. Диалектика природы, 1950 г. стр. 191.].
Современник Фридриха Энгельса, великий русский ученый Дмитрий Иванович Менделеев также указывал на важную роль гипотез в науке: «Они дают стройность и простоту, каких без их допущения достичь трудно. Вся история наук это показывает. А потому можно смело сказать: лучше держаться такой гипотезы, которая может оказаться со временем неверной, чем никакой. Гипотезы облегчают и делают правильной научную работу — отыскание истины, как плуг земледельца облегчает выращивание полезных растений».
«Искать что-либо, грибы или научную истину, можно только смотря и пробуя. Дерзать, искать и пробовать — должен человек».
Пусть не хватает материалов наблюдений, пусть остаются незаконченными многие работы. Ждать нельзя. Если полководец станет ждать, когда пришьют последнюю пуговицу к мундиру последнего солдата, он никогда не начнет сражения.
Гипотезы всегда были и будут сочетанием твердо установленных фактов и смелого взлета фантазии. Иногда гениальная догадка приносит науке больше пользы, чем томы добросовестнейших вычислений.
Владимир Ильич Ленин писал о значении фантазии в науке: «Напрасно думают, что она нужна только поэту. Это глупый предрассудок! Даже в математике она нужна, даже открытие дифференциального и интегрального исчислений невозможно было бы без фантазии. Фантазия есть качество величайшей ценности»…[10 - В. И. Ленин. Сочинения. Изд. 4, том 33, стр. 284.]
Космогоническая гипотеза необходима науке. Пусть даже она окажется только приближением к истине, все равно гипотеза принесет огромную пользу. И не только астрономии. Еще в большей степени она нужна геологам, геофизикам, геохимикам. Для наук о Земле учение о происхождении Земли является краеугольным камнем, опорой всех исследований. Без подлинно научной космогонической гипотезы немыслимо плодотворное развитие этих наук.
Геология, геохимия, геофизика — науки, тесно связанные с практикой, с определением богатств земных недр, с разведкой полезных ископаемых, со строительством гигантских сооружений нашей сталинской эпохи. Поэтому советская передовая наука не может довольствоваться побасенками о сотворении Земли или откладывать решение вопроса на неопределенно долгий срок. Гипотеза нужна, и она должна быть создана.
Отвечая этой насущной потребности, советские ученые: академики В. А. Амбарцумян, В. Г. Фесенков, О. Ю. Шмидт, профессора Л. Э. Гуревич, В. А. Крат, А. И. Лебединский и многие другие приступили к работе. Они накапливали факты и наблюдения, создавали частные гипотезы, исследуя происхождение комет, метеоритов, зодиакальною света, и строили главное здание космогонической гипотезы.
Глава пятая
ПРИРОДА ЗОДИАКАЛЬНОГО СВЕТА
Косматые великаны
Кроме планет и астероидов, Солнцу подвластно многочисленное племя очень своеобразных светил, которые за свой необычайный вид названы кометами, то есть косматыми или волосатыми звездами.
Пока комета находится вдали от Солнца, она имеет вид туманного пятнышка, иногда с небольшим обрубком хвоста. Это пятнышко заметно перемещается среди звезд — кометы движутся очень быстро. На расстоянии в 150 миллионов километров от Солнца они развивают скорость около 40 километров в секунду.
Приближаясь к Солнцу, кометы постепенно меняют облик — хвост увеличивается, а спереди вырисовывается нечто вроде головы с ярким ядром в центре.
Наибольшим хвостом обладала комета 1843 года. Он простирался на 300 миллионов километров. Его можно было бы дважды протянуть от Земли до Солнца.
Столь же велики и головы комет. Голова сравнительно небольшой кометы — 1908-III имела 300 тысяч километров в поперечнике — иначе говоря, в этой комете могли бы уместиться все планеты солнечной системы вместе взятые. Поперечник головы кометы 1811-I равнялся миллиону километров, эта комета по объему соперничала с Солнцем. Комета 1729 года была больше Солнца. Кометы — самые большие тела солнечной системы.
Несмотря на необычайные размеры хвостатые светила обладают совершенно ничтожными массами. Один астроном назвал кометы «видимым ничто», а другой окрестил их еще менее лестным прозвищем: «мешок пустоты». И в самом деле, того количества воздуха, которое содержится в футбольном мяче, хватило бы для образования кометного хвоста объемом в 35 кубических километров.
Сентябрьская комета 1940 года 26 числа была совсем маленьким, еле заметным пятнышком. Приближаясь к Солнцу, она быстро росла, становилась ярче, ее хвост — длиннее.
21 мая 1910 года Земля зацепила край хвоста кометы Галлея, а может быть, даже прошла сквозь него, но никто на Земле ничего не заметил. Самые тщательные анализы состава воздуха не могли обнаружить в нем каких-либо примесей кометных веществ.
Не только хвосты комет, но и их головы прозрачны, и сквозь них просвечивают звезды.
В 1910 году комета Галлея прошла между Землей и Солнцем. Напрасно астрономы старались понаблюдать это своеобразное затмение Солнца кометой. Любое твердое тело размером более 50 километров в поперечнике казалось бы маленькой черной точкой, мошкой ползущей по солнечному диску. Но, увы, на солнечном диске ничего не было видно.
Комета 1811 года над Москвой (по рисунку того времени).
В 1927 году одна из комет прошла близко от Земли. Астрономы рассматривали ее ядро при самом большом увеличении. Но, несмотря на все старания, в ядре кометы не удалось рассмотреть ничего мало-мальски крупного. Московский астроном Б. А. Воронцов-Вельяминов разработал точные способы определения размеров, масс и строения ядер больших комет. Исследования Б. А. Воронцова-Вельяминова показали, что комета Галлея имеет ядро поперечником в 60 километров, которое может состоять из отдельных глыб или обломков, камней разного размера, песка и пыли. Общая же масса кометы примерно в несколько миллиардов раз меньше массы Земли. Но комета Галлея — одна из самых крупных и массивных комет. Большинство же этих небесных странниц очень невелико по массе.
Следовательно, голова кометы — это всего лишь груда обломков, скал, камней, песка и льдинок, окруженная облаком пыли и газов, а хвост — поток сильна разреженных газов и паров, смешанных с мельчайшей пылью.
Ученые обнаружили в составе вещества пометных хвостов присутствие угарного газа — окиси углерода, ядовитого газа-циана, метана и много молекул других соединений водорода, азота, кислорода и углерода.
Когда комета приблизится к Солнцу на расстояние около 100 миллионов километров, под действием жара солнечных лучей в ядре кометы начинают испаряться легкоплавкие вещества — в хвосте кометы появляются признаки паров натрия.
Большая комета 1882-II прошла около Солнца на расстоянии всего лишь в 500 тысяч километров. Вещество в ее ядре нагрелось до 3000 градусов, и в хвосте светились пары не только натрия, но и железа, никеля и хрома.
Загадка безвоздушного ветра
В 1746 году один из крупнейших ученых XVIII века, петербургский академик и друг Ломоносова, Леонард Эйлер в споре с Ньютоном о природе света высказал предположение, что свет давит на каждое тело, на которое он падает. Современники не согласились с Эйлером. Ученые тогда даже представить себе не могли, как это свет, нечто легкое, невесомое, эфирное и вдруг давит, гнетет, как сыплющийся песок, как струя воды или воздуха. Ведь это же все-таки свет, а не песок и не струя какого-то вещества. Разве свет может давить?
Яркая искорка гениальной догадки, мелькнувшая в науке, не разгорелась в пламя, но и не угасла. Она не могла угаснуть, — кометы, эти хвостатые небесные странницы, при каждом своем появлении возле Солнца, напоминали ученым, что в природе существует отталкивательная сила, и эта сила исходит из Солнца, так же как и его свет!
Еще в глубокой древности было замечено, что хвосты комет всегда поворачиваются в сторону, противоположную Солнцу. Римский философ Сенека писал: «Хвосты комет бегут пред солнечными лучами». А китайский летописец Мин Туань-линь, живший 8 начале нашего тысячелетия, упоминает в своей хронике о комете, являвшейся в марте 837 года и сообщает о законе, установленном китайскими астрономами: «У кометы, которая находится к востоку от Солнца, хвост по отношению к ядру направлен к востоку, если же комета является на западе, то и хвост направлен к западу».
Хвост кометы не тянется за ее головой, как дым за паровозом в тихую погоду. Хвост всегда откинут в том же направлении, в каком падает тень от ядра кометы. Поэтому, когда хвостатая гостья огибает Солнце, ее хвост летит рядом с ней; потом, когда комета начинает удаляться, хвост отворачивается все круче и круче; он обгоняет голову, и комета летит хвостом вперед. Хвост удаляющейся кометы напоминает луч света от фары, которая освещает космической страннице путь во тьму межзвездного пространства.
Хвост кометы всегда направлен в сторону, противоположную Солнцу.
Словом, хвост кометы поворачивается, как флюгер, — так, как будто от Солнца дует сильный ветер.
Но ведь в межпланетном пространстве ветра нет. Откуда взяться ветру там, где нет воздуха.
Ученые терялись в догадках, пытаясь понять природу «безвоздушного ветра». И многие вслед за Эйлером склонялись к мысли, что в межпланетном пространстве роль ветра играют солнечные лучи.
Знаменитый русский астроном Федор Александрович Бредихин определил величину отталкивательных сил, вызывающих образование хвоста.
Под влиянием жара солнечных лучей в ядре кометы тают льдинки, вскипают замерзшие газы, и начинают испаряться легкие металлы. Частицы газов, паров и пыли, клубящиеся в голове кометы, попадают под влияние отталкивательной силы. Эти силы для маленьких частиц оказываются более значительными, чем тяготение Солнца, они отгоняют — «сдувают» с ядра кометы все мелкие частицы в сторону.
При этом таинственная отталкивательная сила действует на разные частицы по-разному: на мелкие — сильнее, на более крупные — слабее. Бредихин установил, что в зависимости от размера частиц образуются хвосты трех различных типов.
Первый тип — прямые. Эти хвосты направлены почти в точности в. сторону, противоположную Солнцу. Их вещество удаляется прочь, от ядра кометы со скоростью около 10 километров в секунду, потому что сила отталкивания по меньшей мере раз в восемнадцать превышает силы тяготения.
Второй тип — искривленные, изогнутые наподобие сабли или рога. В этих хвостах вещество движется со скоростью около 2 километров в секунду, так как отталкивание примерно раза в два превышает тяготение.
И, наконец, третий тип хвостов — короткие, сильно изогнутые и похожие на сноп или на метлу. Вещество в этих хвостах движется медленно, а силы отталкивания лишь незначительно превышают тяготение.
Бредихин установил, что частицы кометного вещества, образующие хвосты первого рода, — очень легки. Это атомы газов. Хвосты второго рода состоят из более тяжелых частиц, а хвосты третьего рода — из самых тяжелых — вроде пылинок или песчинок.
Силы отталкивания действительно похожи на обычный ветер. Если на ветру сыпать тонкой струйкой песок, мелкие пылинки полетят в сторону почти по прямой линии, пылинки покрупней, описав дугу, упадут поодаль, а песчинки как самые тяжелые будут падать почти вертикально, словом, получатся те же три типа кометных хвостов.
Три типа кометных хвостов.
О природе этой удивительной силы, исходящей от Солнца, Бредихин не высказал никаких предположений. Почему она не оказывает влияния на всю комету, но действует исключительно на мелкие частицы, почему, чем легче частицы, тем сильнее они отталкиваются — ни Бредихину, ни другим ученым было тогда непонятно.
Продолжая свои исследования кометных хвостов, Бредихин убедился, что при первом определении величины отталкивательных сил он несколько преуменьшил ее значение. В некоторых случаях эти силы превышают тяготение не в восемнадцать, а почти в тысячу раз.
Эти работы Ф. А. Бредихина составили целую эпоху в изучении комет, и каждый раз, когда из бездонной глубины звездного свода спускается к нам небесная странница, огромный круг людей повторяет имя Бредихина.
Могущественная сила природы
В 1891 году молодой ученый Петр Николаевич Лебедев проходил практику в Страсбурге. Он только что закончил работу над своей диссертацией, успешно ее защитил и снова вернулся к той теме, которую наметил для исследования еще в 1889 году. Лебедев решил доказать, что солнечный свет и есть та самая таинственная отталкивательная сила, которая откидывает кометные хвосты в сторону, противоположную Солнцу.
До Лебедева многие ученые пытались измерить силу давления световых лучей. Они делали вертушки, наподобие мельничных колес, направляли на их лопасти сильный свет и наблюдали, что получится. У некоторых ничего не получалось, у других световые мельнички начинали вертеться, но при проверке неизменно оказывалось, что вертятся они не под действием света, а совсем от других- причин. И доказать существование светового давления никто не мог. Эта задача была не по силам ученым конца прошлого века.
Лебедев тоже изготовил вертушку, но она не походила на мельничное колесо, ее лопасти имели форму маленьких кружков. Свой прибор Лебедев заключил в стеклянный баллон.
Для успеха опыта вертушка должна находиться в безвоздушном пространстве, то есть из баллончика предстояло выкачать весь воздух без остатка, а вот это-то, как оказывается, сделать невозможно.
В одном кубическом сантиметре воздуха при 0° и нормальном давлении содержится 2687·10^16^ молекул газа. Самые лучшие насосы, какие тогда существовали, могли уменьшить плотность воздуха в десять тысяч раз. Следовательно, после того, как из баллона будет выкачано 0,9999 воздуха, в каждом кубическом сантиметре все-таки останется 2687·10^12^ — два миллиона шестьсот восемьдесят семь тысяч миллиардов молекул! И полностью избавиться от них нельзя. Ни один насос на свете не в состоянии выкачать все молекулы до одной. А они-то и портят все дело.
Лебедев изучил причины неудач, постигших его предшественников. Их беда заключалась в том, что оставшиеся в баллоне молекулы оказывали поистине медвежью услугу. Они вредили тем, что усиленно помогали световым лучам вертеть крылышки вертушки.
Как известно, частицы газов способны оседать на поверхности металла и даже впитываться в его поры.
Свет, падая на лопасти вертушки, нагревал их. Теплота передавалась молекулам газа, приставшим к поверхности металла. Нагревание заставляло молекулы покидать «насиженные» места. Они срывались и стремительно улетали прочь.
Скорость движения молекул велика. При температуре в 15° молекулы азота и кислорода движутся со скоростью около 450 метров в секунду. Это составляет свыше 1600 километров в час. Скорость гаубичного снаряда!
Когда снаряд вылетает из дула, ствол орудия в силу отдачи откатывается назад. Когда человек выскакивает из лодки на берег, лодка отходит от берега. Отдача, откат — это проявление третьего закона движения. Он действителен для всех движущихся тел, в том числе и для молекул.
Когда молекулы газа, приставшие к поверхности металла, срываются и отлетают с «артиллерийской» скоростью в одну сторону, они одновременно и довольно сильно толкают крылышко в противоположном направлении. Вертушка начинает вращаться.
Ударившись о стенки стеклянного баллона, молекулы, подобно мячикам, отскакивают назад. Некоторые из них налетают на лопасти вертушки и тоже подталкивают их — вертушка ускоряет свое движение.
Все эти явления разыгрываются на освещенной плоскости крыльев. Толчки молекул направлены в ту же сторону, в какую действует свет. Ученые, пытавшиеся измерить световое давление, видели, что мельнички вертятся, и думали, что их вертят световые лучи, а лучи-то были не при чем — сказывалась «медвежья услуга» газовых молекул.
Надо было избавиться от непрошенной помощи. А как это сделать, — никто, кроме Лебедева, придумать не мог.
Лебедев блестяще преодолел все затруднения, которые мешали работе его предшественников. Он сделал лопасти вертушки из листочков платины, толщиной всего лишь в 0,02 миллиметра. Они были тоньше папиросной бумаги. Такой металлический кружок под действием лучей прогревается насквозь. Поэтому молекулы, приставшие к поверхности металла, должны были срываться одновременно и с освещенной, и с теневой стороны крылышек. Их толчки, направленные в противоположные стороны, взаимно уничтожались.
Стеклянный баллон Лебедев взял попросторнее, чтобы большинство молекул, отскакивающих от стенок, не могло возвращаться и подталкивать лопасти его вертушки.
Вертушки из прибора П. Н. Лебедева.
На вертушке Лебедев укрепил несколько пар крыльев. Одни из них он отполировал до зеркального блеска, другие — зачернил; одни сделал полегче, другие — потяжелее. Посылая луч света то на одну пару крылышек, то на другую, Лебедев мог сравнивать, какое действие оказывает свет на каждую пару крылышек. А это, в свою очередь, позволяло ему учитывать и исключать влияние помех, грозивших исказить результаты опыта.
Между фонарем с электрической дугой и баллоном Лебедев поместил высокую плоскую банку с водой. Вода поглощает «теплые» инфракрасные лучи, они сильно нагревают все тела, на которые падают. Это предохранило лопасти вертушки от излишнего нагрева.
Однако Лебедев понимал, что все эти предосторожности имеют смысл только при условии, что в баллоне останется как можно меньше молекул воздуха. И с этой задачей Лебедев успешно справился, — если воздух из баллона не удается выкачать, то его можно оттуда вытеснить!
Лебедев налил на дно баллона немного ртути, затем присоединил к баллону воздушный насос и включил электрический мотор. Через несколько часов насос стал работать почти вхолостую, он уже взял все, что мог. Тогда Лебедев направил на вертушку, висевшую на стеклянной нити в центре баллона, луч яркого света. Свет нагрел платиновые кружки и согнал часть молекул газов, прилепившихся к поверхности металла. Насос продолжал откачивать.
Лебедев подогрел стенки баллона, чтобы поторопить те молекулы, которые гнездились на стекле. Насос откачал еще немножко воздуха.
Затем Лебедев применил главное средство: он поставил спиртовку под дно баллона, ртуть стала испаряться, ее пары, подымаясь, вытесняли молекулы воздуха и гнали их к насосу. Насос получил работу — он начал выкачивать пары ртути, а вместе с ними и молекулы воздуха.
На следующий день работа продолжалась в том же порядке. Насос качал. Лебедев с помощником освещали баллон электрической дугой, подогревали баллон спиртовкой. Ртуть испарялась. И на третьи сутки было то же самое — свет, нагревание…
Так ученый работал несколько дней до тех пор, пока не убедился, что ни насос, ни свет, ни пары ртути более не могут выгнать из баллона ни одной молекулы. Теперь оставалось избавиться от остатков ртутных паров. Это уж было совсем просто. Воздушный насос остановили, а баллон обложили толченым льдом с солью. Температура в баллоне резко упала. Ртутные пары вымерзли и осели.
Таким образом давление газов в баллоне удалось довести до миллиардных долей атмосферы. Можно было приступить к опыту.
Однако прежде чем его начать, Лебедев измерил плотность светового потока в приборе, то есть узнал, сколько света пошлет его фонарь на лопасти вертушки, и вычислил, с какой силой лучи света будут давить на платиновые кружочки. Опыту Лебедев хотел оставить только скромную роль: подтвердить и уточнить его теоретические расчеты.
Исторический опыт начался.
Прибор Лебедева был устроен так, что световой луч можно было направлять попеременно то на правые, то на левые крылышки. Ученый передвигал зеркала, и свет ударял по платиновым кружкам — по правым спереди, по левым сзади. От толчков света вертушка, висевшая на стеклянной нити, поворачивалась из стороны в сторону, как балансир карманных часов.
Схема прибора П. Н. Лебедева. С — собирательные линзы, Д — диафрагма, К — конденсатор, В — водяной фильтр, 3 — зеркала, 3 -3 — зеркала на подвижной пластинке, Л — линзы, Р — пластинка, О — вертушка.
Лебедев посылал луч и на зачерненные кружки и на блестящие, на легкие и на утяжеленные. Наблюдая и измеряя размахи качаний вертушки, он доказал, что свет действительно давит на все предметы, на которые падает.
Величина светового давления исключительно мала. На Земле, то есть на расстоянии в 149 674 километров от светоносной поверхности Солнца, свет давит с силой всего лишь в 0,474 миллиграмма на квадратный метр.
Лебедев так блестяще, так тщательно и убедительно провел свой опыт, что никто в мире не мог возражать ему. Самые ярые противники Лебедева, упорно отрицавшие существование светового давления, сдались и признали себя неправыми.
Определив силу светового давления на твердые тела, Лебедев стал исследовать — как велико давление световых лучей на частицы газов. Это была несравненно более трудная задача. Ее решение потребовало почти десятилетнего напряженного труда. Лебедев построил и испытал более двадцати приборов. Только в 1910 году последним, остроумно задуманным, опытом Лебедев добился цели — световое давление на газы было доказано, и загадка кометных хвостов решена.
Преждевременная смерть (П. Н. Лебедев умер 14 марта 1912 года) прервала его исследования светового давления.
Эту работу продолжили его ученики и преемники.
Судьба пылинок и песчинок
Академик В. Г. Фесенков очень основательно исследовал происхождение и судьбу пылинок, витающих в солнечной системе. Он указал, откуда берется эта пыль и куда исчезает.
Сильно засоряют межпланетное пространство астероиды. Они роятся главным образом в промежутке между орбитами Марса и Юпитера. Их число велико, а пути изменчивы. Сталкиваясь между собой, эти летающие скалы и камни дробятся, а их осколки и пыль разлетаются в стороны.
Каменные глыбы в ядрах комет, ударяясь друг о друга, крошатся сами и размалывают камешки, попавшие между ними.
Вдребезги разбиваются метеориты, падающие на поверхность астероидов и лун, лишенных атмосферы.
Астрономы В. В. Федынский и К. П. Станюкович подсчитали, что метеорит, ударившийся о поверхность Луны со скоростью свыше 50 километров в секунду, не просто разобьется на кусочки. Энергия его движения при ударе перейдет в теплоту, и метеорит взорвется, как самый настоящий артиллерийский снаряд, начиненный сильнейшим взрывчатым веществом.
Горные породы, обращенные в пыль взорвавшимся метеоритом, будут выброшены прочь. Часть этой пыли осядет обратно на поверхности Луны, а часть рассеется в пространстве, так как тяготение Луны не сможет ее удержать.
Астрономическими наблюдениями уже доказано, что поверхность Луны, ее долины и углубления цирков покрыты слоем пыли, образовавшейся в результате непрерывной космической бомбардировки.
По расчетам В. В. Федынского и К. П. Станюковича количество вещества, выброшенного в пространство взрывом метеорита, во, много раз превышает вес самого метеорита. А это означает, что масса Луны от падения метеоритов не увеличивается, а уменьшается. Метеориты как бы «обгрызают» Луну.
Такова же судьба всех остальных тел солнечной системы, лишенных атмосфер. Метеориты их дробят, а осколки выбрасывают в пространство. Планеты, одетые атмосферами, и Титан, спутник Сатурна, защищены от губительного действия метеоритов. Воздушная оболочка тормозит стремительное падения метеоритов и не позволяет пыли разлетаться в пространстве.
Свет электрической дуги, направленный на струйку мелких песчинок, отбрасывает их в сторону.
Судьба пылинок, попавших в межпланетное пространство, складывается в зависимости от их размеров. Для каменной пылинки, диаметром в 0,59 микрона и имеющей форму шарика, давление солнечных лучей полностью уравновешивает тяготение. Такая пылинка не может ни приблизиться к Солнцу, ни удалиться от него. Железные пылинки, как более тяжелые, способны находиться в таком «взвешенном» положении, если они имеют в поперечнике 0,16 микрона.
Разумеется, пылинок, обладающих в точности такими размерами, крайне мало. Большинство их либо больше, либо меньше. Тяжелые и крупные подчиняются тяготению Солнца, маленькие и легкие — световому давлению.
Как только где-либо образуется тончайшая пыль, солнечные лучи подхватывают ее и выбрасывают далеко за орбиту Плутона. Свет Солнца выполняет роль «дворника» — он «подметает» пространство, очищая его от пыли.
Точно так же и космическая пыль из межзвездного пространства не может приблизиться к солнечной системе. Солнце своими лучами расчищает себе широкий путь, подбирая только наиболее крупные частички.
Все крупные пылинки и песчинки, как и другие тела солнечной системы, обращаются вокруг Солнца, но пути их в пространстве извилисты и своеобразны. Им, как самым маленьким членам солнечной семьи, приходится подчиняться и тяготению Солнца, и тяготению планет, и давлению солнечных лучей.
Орбиты пылинок искривляются под влиянием притяжения наиболее массивных членов солнечной системы, а, попадая в тень планеты, астероида или другой песчинки, частички «проваливаются» в тень, как в яму. В тени световое давление не действует, остается одно тяготение, и пылинки изменяют направление полета. Если это происшествие случилось недалеко от планеты и пылинка не успеет выскользнуть из тени, она заканчивает свое путешествие — сгорает яркой искоркой в атмосфере планеты.
Притяжение и отталкивание
Свет не только отталкивает пылинки в сторону. Он одновременно тормозит их движение, замедляет их полет. Свет и в этом отношении похож на ветер. Ветер мешает велосипедисту, не только когда дует «в лоб». При боковом ветре тоже ехать очень трудно. Боковой ветер тормозит движение.
Точно так же действует и свет. Пылинка, летящая вокруг Солнца, понемногу теряет скорость, и орбита у нее получается не круговая, а спиральная.
С каждым оборотом пылинки и другие мелкие тела медленно и неуклонно приближаются к Солнцу. Так световое давление, отталкивая пылинки, заставляет их стремиться к Солнцу, то есть как бы… притягивает их.
Это явление наглядно и убедительно подтверждает важное положение диалектического материализма, высказанное Ф. Энгельсом в его «Диалектике природы».
«…притяжение и отталкивание столь же неотделимы друг от друга, как положительное и отрицательное, и поэтому уже на основании самой диалектики можно предсказать, что истинная теория материи должна отвести отталкиванию такое же важное место, как и притяжению, и что теория материи, основывающаяся только на притяжении, ложна, недостаточна, половинчата»[11 - Ф. Энгельс, Диалектика природы, 1950 г., стр. 193.].
Астрономия дает неопровержимые доказательства неразрывного единства притяжения и отталкивания. Например, тяготение удерживает Луну на ее орбите, не позволяет ей удаляться, но, одновременно, вызывая на Земле приливы, заставляет Луну отодвигаться от Земли — как бы отталкивает ее.
Так и солнечный свет, — отталкивая пылинки, он притягивает их к Солнцу. Лучевое давление неразрывно связано с лучевым торможением. Поэтому странствования пылинок в межпланетном пространстве не могут быть продолжительными, а сами пылинки — долговечными.
Академик В. Г. Фесенков подсчитал, что только крупная глыба способна обращаться вокруг Солнца в течение нескольких миллиардов лет. Метеориты, то есть мелкие осколки астероидов, камешки из кометных ядер, песчинки и пыль обречены на более скорую гибель.
Камешек, размером около двух сантиметров в поперечнике, летающий в настоящее время между орбитами Земли и Марса, через 7 -8 миллионов лет под влиянием торможения солнечными лучами окажется возле поверхности Солнца.
Случается, что по пути к Солнцу такой камешек или даже кучка камешков, пылинка или пылевое облако сталкиваются с Землей, с Венерой или Меркурием.
Врезавшись на большой скорости в земную атмосферу, камешек промчится по небу ярким болидом, песчинка оставит тонкий искристый след метеора, а мельчайшая пыль, увязнув в верхних слоях атмосферы, вызовет ее помутнение.
Не так давно — в 1938 году на севере Советского Союза наблюдалось появление довольно большого и плотного облака космической пыли.
В 8 часов утра 18 сентября ни в Игарке, ни в окрестных селениях еще ничего заметно не было. Стоял обычный пасмурный день. В половине девятого облака приняли странный желтовато-бурый, а местами даже красноватый оттенок. К девяти часам бурая окраска облаков усилилась. Небо приняло зловещий коричневатый цвет.
С каждой минутой сгущались неожиданные сумерки. День, едва начавшись, угасал. В десятом часу в помещениях пришлось зажечь огни. В половине одиннадцатого исчезли последние признаки света. Наступила черная непроглядная ночь.
В десять часов тридцать две минуты у горизонта показалась светлая полоска. Тьма начала постепенно рассеиваться, и к 14 часам снова вернулся день.
Ночь среди дня длилась почти шесть часов. Она охватила территорию в несколько тысяч квадратных километров.
Ученые предполагают, что внезапное возвращение ночи было вызвано облаком космической пыли.
Марс, Земля, Венера, Меркурий — только крошечные шарики по сравнению с Солнцем. Им достается ничтожнейшая доля вещества, распыленного в межпланетном пространстве. Большинство метеоритов и пылевых частиц пролетает мимо планет. И свое существование они заканчивают иным образом.
Все эти частицы обращаются вокруг Солнца. Их спиральные орбиты понемногу сужаются. Расстояние между камешком и огненной поверхностью Солнца сокращается.
Пыль и газы, извергнутые звездами и отогнанные световыми лучами, собираются в огромные облака — туманности. На рисунке одна из таких туманностей — «Северная Америка».
Казалось, еще несколько обращений, и метеорит погибнет в пылающей пучине. Но этого случиться не может.
Жар солнечных лучей велик. Летающая частичка раскаляется. Сначала улетучиваются газы, впитавшиеся в поры метеоритного вещества. Затем испаряются легкие металлы. В 15 миллионах километров от Солнца начинает испаряться железо. Метеорит превращается в крошечную, невидимую с Земли, комету-малютку. Вещество метеорита испаряется, солнечные лучи подхватывают его остатки и выгоняют их в межзвездное пространство.
Солнечное затмение, наблюдаемое с Луны. Солнце закрыто Землей, и около Солнца видно чечевицеобразное облако пылевых частиц — зодиакальный свет.
На Солнце падают только очень крупные метеориты, которые летят быстро и во время пути не успевают расплавиться и испариться.
Все камешки, песчинки и пылинки, которые кружатся возле Солнца, и их остатки, удаляющиеся прочь, образуют вокруг Солнца облако пылевого вещества. Оно видимо с Земли и называется зодиакальным светом.
Исследование зодиакального света, выполненное академиком В. Г. Фесенковым, показало, что светится в этом облаке именно пыль. Она блестит в солнечных лучах и отражает их так же, как и речной песок или морская галька.
Жаром своих лучей Солнце испепеляет за год примерно 50 -60 миллионов тонн метеоритного вещества Это совсем немного. За тысячу лет Солнце расходует на образование зодиакального света такое количество космической пыли, из которого можно было бы сложить астероид диаметром около 4 километров.
В течение ста тысяч лет состав облака зодиакального света полностью обновляется.
И поэтому облако зодиакального света нельзя считать остатком первобытной туманности.
Глава шестая
ИСТОЧНИК СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ
Вереница неудач
В прошлом столетии геологи и биологи сделали два важных открытия.
В глубочайших слоях земной коры, которые отлагались в так называемую архейскую эру, геологи нашли окаменевших корненожек, отпечатки водорослей, ходы червей, буравивших первобытную почву, тонкие прослойки угля и известняков, образовавшихся из скорлупок морских моллюсков.
Архейская эра — древнейшая в геологической истории Земли. Находки геологов доказывают, что жизнь, в самых ее первоначальных формах, существовала на нашей планете примерно миллиард лет назад.
Биологи в результате своих исследований белковые веществ убедились, что носитель жизни — живой белок — необычайно чувствителен к колебаниям температуры. Даже небольшое повышение или понижение температуры замедляет или вовсе приостанавливает жизнедеятельность простейших организмов. Для развития жизни наиболее благоприятна температура в 18 -20°.
Сопоставив эти два открытия, ученые пришли к заключению, что на Земле всегда было умеренно тепло. И жизнь на Земле могла зародиться только при наиболее благоприятной температуре. А это означает, что даже в далекую от нас архейскую эру Солнце согревало и освещало Землю так же, как и сейчас. Паек солнечных лучей в основном не изменился.
Солнце на протяжении последнего миллиарда лет светит и греет, не подавая заметных признаков охлаждения.
Странное и трудно объяснимое явление: Солнце как будто горит, не сгорая, греет, не остывая.
Астрономы попробовали подсчитать, сколько теплоты излучает Солнце.
С помощью приборов-актинометров ученые много раз измеряли количество тепла, которое несут солнечные лучи. Эти измерения неоднократно проверяли, уточняли и установили, что на каждый квадратный сантиметр поверхности, выставленной на границе земной атмосферы перпендикулярно к солнечным лучам, падает 1,94 малых калорий в минуту.
Зная это число, можно высчитать, сколько теплоты излучает Солнце во все стороны. Для этого надо мысленно описать вокруг Солнца сферу радиусом, равным расстоянию от Солнца до Земли, определить ее поверхность в квадратных сантиметрах и полученное число помножить на 1,94.
Так и сделали.
Поверхность сферы, описанной радиусом в 149 674·10^8^ см, равна 281,5·10^25^ см.
Количество теплоты, излучаемой Солнцем в одну минуту, составляет 546,11·0^22^ килокалорий. Число получилось ошеломляющее! По расходу тепла Солнце можно сравнить с гигантской печью, в которой ежеминутно сжигают по тысяче цистерн, наполненных нефтью и равных по вместимости Черному морю. Таков ежеминутный расход энергии Солнца.
Откуда берется эта энергия и где ее источник? Что позволяет Солнцу излучать свет и тепло в течение миллиардов лет, почти не остывая?
Когда гипотеза Лапласа была общепризнанной, ученые думали, что Солнце заимствовало свою теплоту от первобытной туманности и постепенно остывает, как и всякое нагретое тело.
Были заново повторены опыты Бюффона с расплавленным металлом и с раскаленными шарами, ученые наблюдали, как они остывают, измеряли потерю теплоты, подсчитывали, проверяли и в итоге всех своих исследований получили смехотворно малое число. Солнце, сгустившись из раскаленной туманности, остыло бы, как чугунная чушка, через каких-либо 20 -30 миллионов лет.
Значит, Солнце греет не старым запасом тепла, оно имеет какой-то источник энергии, что-то подогревает его изнутри.
Ученые предположили, что в недрах Солнца, как в топке котла, сгорает какое-нибудь топливо.
Против такого предположения решительно выступили химики. Температура светоносной поверхности Солнца достигает 6000°. Ни одна химическая реакция не дает такой температуры. При 6000° почти никакие химические реакции невозможны. Они безусловно не могут служить источником солнечной энергии.
Этот вывод подтверждается несложным расчетом. Если бы первобытное Солнце состояло из одной нефти, то оно «сгорело» бы дотла за 7600 лет. Угольное солнце сожгло бы себя еще быстрей — за 5000 лет.
Против таких мизерных сроков восставали геологи и биологи — жизнь на Земле не может быть старше Солнца.
Тогда было высказано новое предположение: Солнце подогревают падающие метеориты. Пуля, ударившись о броню, расплавляется; молоток, которым забивают толстый гвоздь, заметно нагревается; метеориты, врезавшись в земную атмосферу, раскаляются. При торможении или полной остановке движущегося тела, его кинетическая энергия преобразуется в теплоту. Падая на Солнце, метеориты безусловно его подогревают.
Беспощадный карандаш математика взялся за проверку и этого предположения. Подсчитали. Результаты получились самые неутешительные. Чтобы поддержать температуру Солнца на одном уровне, на него должно обрушиваться четыре миллиона миллиардов тонн метеоритов в сутки!
Если бы в пределах солнечной системы имелся такой запас метеоритов, то они падали бы не только на Солнце, но и на Землю. Они разогрели бы нашу планету добела. Метеоритов падает на Землю не так уж много. Их запас в окружающем Солнце пространстве невелик, да и размеры метеоритов ничтожны. Большинство метеоритов, падающих на Землю, не больше булавочной головки.
Безусловно, к Солнцу устремляется огромное количество метеоритов, но они никогда не достигают его. Жар солнечных лучей превращает их в пар, а световое давление отбрасывает их прочь раньше, чем они успеют долететь до поверхности Солнца. Крупных же метеоритов в пространстве мало.
Не метеориты, — что-то другое отапливает Солнце.
Один ученый высказал новую догадку: сжимаясь и уплотняясь, Солнце разогревается, и благодаря сжатию его температура остается неизменной.
Предположение правдоподобное. Чтобы поддерживать свою температуру на одном уровне, Солнце должно ежегодно уменьшаться в диаметре всего лишь на 150 метров. Диаметр Солнца равен 1 391 000 километров. Даже тысячелетнее сокращение поперечника Солнца не может быть замечено астрономами. Величина этого сокращения слишком ничтожна.
Гипотезу сжатия подвергли математической проверке.
В прежние века сжатие Солнца, очевидно, протекало быстрее, тогда его плотность была ниже.
Как показали расчеты, 25 миллионов лет назад диаметр Солнца был бы больше диаметра земной орбиты. Где же тогда находилась Земля, Венера и Меркурий? Под раскаленной поверхностью Солнца? Как же могла тогда развиваться жизнь?
И эту догадку пришлось отвергнуть. Возможно, что и сжатие Солнца играет некоторую роль, но не главную, не основную.
Солнечная энергия казалась ученым фантастическим неразменным рублем. Солнце расходует свою энергию, но запасы его почему-то не истощаются.
Каждый раз, когда пытливая человеческая мысль оказывалась в затруднительном положении, когда не сразу удавалось вырвать у природы ее тайну, возникали лженаучные, спекулятивные гипотезы.
Например, один «ученый» доказывал, что Солнце, подобно сказочной змее, питавшейся собственным хвостом, который у нее отрастал по мере того, как она его съедала.
Солнце, по гипотезе этого «ученого», тоже, не нуждается в «пище». Оно якобы окружено облаком, состоящим из углерода, водорода и кислорода. Вращаясь вокруг оси, Солнце, как вентилятор, втягивает своими полярными областями горючие вещества. Оно накачивает их в свои недра, а там углерод и водород вступают в химическое соединение с кислородом. Выделяется теплота, а продукты горения — углекислоту и водяные пары — Солнце выбрасывает прочь через свои экваториальные области.
Оказавшись вне Солнца, продукты горения попадают под воздействие солнечных лучей и разлагаются на составные части, снова способные гореть.
Солнце тут же втягивает эти горючие газы внутрь себя, сжигает их, а остатки выбрасывает обратно в газовое облако, где они разлагаются и опять могут служить топливом.
Газовое облако питает Солнце. Солнце пополняет облако. Одно и то же топливо сгорает бесчисленное множество раз подряд, поэтому запас горючих веществ никогда не иссякает и температура Солнца не изменяется. Энергия Солнца таким образом рождается из ничего.
Вздорная выдумка противоречила ломоносовскому закону сохранения материи и движения. Автор этой нелепой гипотезы пытался внушить людям, что для бога, якобы создавшего Солнце, нет ничего невозможного и законы природы, действительные на Земле, не обязательны для Солнца.
Порочная гипотеза продержалась в науке несколько лет. Развитию знаний о Солнце она не способствовала, да и способствовать не могла, так как ничего общего с подлинной наукой не имела. Она только заставила ученых потрудиться, чтобы опровергнуть ее.
Допустим, что вблизи Солнца действительно существует облако из углерода, водорода и кислорода. Вообразим, что Солнце, вращаясь, в самом деле втягивает горючие вещества, а затем выбрасывает продукты горения.
Но ведь, чтобы прогонять сквозь себя потоки газов, Солнце, как и вентилятор, должно расходовать энергию своего вращения. И если бы все происходило так, как выдумал автор этой гипотезы, то Солнце перестало бы вращаться на 166-й год своего существования.
Несостоятельность этой идеалистической гипотезы была разоблачена.
Но секрет солнечной кочегарки оставался попрежнему тайной за семью печатями.
Лучистые вещества
В течение нескольких недель конца 1898 года малоизвестные французские ученые Мария Склодовская-Кюри и ее муж Пьер Кюри стали знаменитыми людьми. Известие об их открытии взбудоражило весь мир. Ученые с нетерпением ожидали новых сообщений и подробностей. Газетные статьи об открытии супругов Кюри были полны вздора и вымысла. Люди, далекие от науки, вообще ничего понять не могли. Ученые, прекрасно знавшие физику, тоже ничего не понимали. Открытие Кюри переворачивало все прежние привычные представления о веществе.
Было известно, что еще в 1895 году французский физик А. Беккерель заметил существование нового вида лучей. Эти лучи исходили из урановой руды и свободно проникали сквозь бумагу, картон и тонкие металлические предметы. Под их воздействием фотопластинка, завернутая в черную бумагу и упакованная в коробку, чернела так, как будто на нее падал яркий свет.
Мария Склодовская-Кюри стала исследовать урановую руду. Она обратила внимание на странное явление: металл уран испускал таинственных лучей меньше, чем урановая руда, из которой он был добыт.
Склодовская решила, что в урановой руде, кроме урана, скрывается еще какое-то неизвестное и тоже лучистое вещество.
Марии Склодовской удалось извлечь из урановой руды два новых вещества. Одно из них было названо полонием в честь родины Склодовской — Польши, а другое — радием, что значит лучистый (радиус — луч).
В те же годы Мария Склодовская установила, что ранее известный элемент — торий, так же как и уран, обладает лучистыми свойствами. Один ученый открыл существование пятого ураноподобного вещества — актиния.
В нижних рядах таблицы Менделеева собралось семейство лучистых веществ: полоний, радий, актиний, торий и уран. Все они получили название радиоактивных элементов, то есть способных к излучению.
Наибольшей радиоактивностью обладает радий. Он так же, как и уран, но гораздо сильнее его засвечивает плотно укупоренные фотопластинки. В его присутствии листочки электроскопа теряют свой заряд и спадаются; драгоценные камни, сернистый цинк, платиново-синеродистый барий и некоторые другие вещества начинают светиться.
Все это было необычно, странно, необъяснимо. Ученые еще никогда не видали ничего подобного. Это были вещества, рождающие излучение.
Когда радиевой соли было добыто в достаточном количестве, то есть несколько миллиграммов, Пьер Кюри заметил, что пробирка с хлористым радием всегда теплее окружающей среды. Радий выделял теплоту!
Пьер Кюри взял калориметр и в середину большого куска льда положил ампулу с хлористым радием.
Через час ученый измерил, сколько льда растопила теплота, выделенная радием.
Эти измерения, многократно повторенные Пьером Кюри и другими учеными, показали, что один грамм радия выделяет в час 140 малых калорий.
Радий — вещество, из которого непрерывно сочится энергия — теплота.
Но это еще не так поразило ученых. Самое странное ожидало их впереди. Несколько месяцев спустя Пьер Кюри повторил свой опыт с куском льда и оказалось: грамм радия попрежнему выделяет в час по 140 калорий. Радий не «устает». Исследуемый радий хранился в лаборатории почти полтора года! Он излучает, он греет уже 12 тысяч часов! За это время радий выделил 1680 килокалорий! А сколько же теплоты он израсходовал, когда находился не в ампуле, а в руде?
Энергия непрестанно струится из радия, и нет сколько-нибудь явственных признаков оскудения ее запасов. Нельзя также заметить убыли радия — вес ампулы, как казалось тогда Кюри, не уменьшается.
Попытка «уничтожить» материю
«Закон сохранения материи и энергии недействителен! Энергия может рождаться из ничего», — поспешили объявить некоторые физики. — «Законы движения нарушены», — утверждали другие. — «Происходит всеобщее крушение принципов», — писал один из представителей идеалистического лагеря.
Реакционные ученые готовились торжествовать победу. «Уничтожение» основных законов природы позволяло им объяснять мир действием божественных сил. Всякое знание обессмысливалось.
Однако дальнейшие исследования супругов Кюри и других физиков быстро опровергли все торопливые выводы.
Атомы радиоактивных элементов не вечны. Они постепенно распадаются и превращаются в атомы других, более легких, химических элементов. Уран становится радием. Радий, претерпевая 16 превращений, переходит в конце концов в свинец и гелий.
Из одного грамма урана по прошествии достаточно большого промежутка времени получится 0,8653 грамма свинца и 0,1345 грамма гелия. Недостающие до единицы 0,0002 грамма составляют ту массу, которая была израсходована на излучение.
Грамм урана за всю свою «жизнь» выделяет около 4,24·10^9^ калорий энергии.
Радиоактивные атомы неустойчивы. Часть их массы преобразуется в излучение, а в «остатке» получается радий и гелий. Энергия, следовательно, не рождается из ничего. В излучение преобразуется вещество.
Это открытие послужило блестящим доказательством того, что излучение тоже материально.
До открытия радиоактивности ученые представляли себе мир, состоящим из двух чуждых и непохожих друг на друга элементов — материи и энергии. Они считали их противоположными, как добро и зло, как покой и движение.
Исследование распада атомов отвергло это ошибочное суждение. Никаких двух сущностей нет. Свет и булыжник, электрическая искра и стакан чаю хотя и очень непохожи друг на друга, но они служат только различными формами проявления движущейся материи. И ничего, кроме движущейся материи, в природе нет.
Подлинной науке пришлось выдержать жестокий бой с реакционным направлением в физике. Некоторые ученые пытались доказывать, что в результате радиоактивного распада материя якобы превращается в энергию, излучается и бесследно рассеивается — исчезает. «Материи нет, — утверждали эти ученые — существуют только сгустки энергии».
Против мутного потока реакционных гипотез, хлынувших в науку в 1908 году, выступил Владимир Ильич Ленин. В своей гениальной работе «Материализм и эмпириокритицизм» он разоблачил попытки идеалистов, стремившихся извратить подлинную науку.
Гипотеза радиоактивного «топлива»
Передовые ученые не поддались теориям реакционной философии, продолжали исследовать строение атомов радиоактивных веществ и постепенно проникали в суть явлений, происходящих при их распаде.
Было установлено, что с течением времени излучение радиоактивных элементов ослабевает, так как уменьшается количество их атомов. Распад атомов происходит очень медленно, поэтому-то Кюри и не могли заметить уменьшения веса ампул. Срок наблюдения был слишком мал. Атомы разрушаются, подчиняясь строгому закону: половина всего наличия атомов радиоактивного вещества распадается в течение определенного срока.
Например, половина всех атомов тория распадается за 18 миллиардов лет. Уран распадается наполовину через 4,4 миллиарда лет. Время полураспада атомов протактиния равно 32 тысячелетиям.
Радий распадается сравнительно быстро. Половина всех атомов радия исчезнет за 1590 лет. В следующие 1590 лет распадется половина остатка. Когда пройдет еще 1590 лет, от радия останется только 1/8 первоначального количества. Через 15 900 лет радия сохранится только 1/1024 доля современного количества.
Если бы запас радия непрерывно не пополнялся ураном, — он давно бы исчез из минералов земной коры.
Распад радиоактивных веществ сопровождается выделением энергии. Грамм радия выделяет в час 140 калорий. Грамм тория —0,000018 калории.
Уж не тут ли кроется тайна солнечной кочегарки! Может быть, недра Солнца богаты радиоактивными элементами. Распадаясь, они подогревают Солнце. А сроки распада таковы, что радиоактивные элементы безусловно могут снабжать Солнце энергией в течение миллиардов лет.
Эту догадку стали проверять. Вычисления давали как будто благоприятный результат. В самом деле, допустим, что всего лишь 0,378 % всей массы Солнца состоит из смеси урана и радия. Урана 75·10^23^ тонн и радия 23·4^17^ тонн. Этого, сравнительно с общей массой Солнца, ничтожного количества радия и урана вполне достаточно, чтобы обеспечить выработку энергии в 546,1·10^22^ килокалорий в минуту. Причем главным поставщиком энергии будет именно радий. Уран же служит для того, чтобы непрерывно пополнять убыль радия и поддерживать его количество неизменным. При этом условии Солнце начнет ослаблять свое излучение только когда минет 4,4 миллиарда лет.
Фотография кошелька, сделанная лучами радия.
Если предположить, что источником солнечной энергии служит распад тория, то значит на Солнце тория должно быть 0,95 % всей его массы, и Солнце уменьшит излучение вдвое через 18 миллиардов лег.
Такие расчеты казались бы убедительными, если бы не одно существенное возражение. Еще в прошлом столетии было установлено, что каждый газ или пар в раскаленном состоянии испускает лучи строго определенного цвета. Это важное открытие послужило основой спектрального анализа, то есть позволило по составу света определить, какие химические элементы находятся на Солнце и на звездах.
Солнечный свет пропускают через трехгранный стеклянный клинышек — призму, луч в призме преломляется и разворачивается веером цветных лучей. На экране спектроскопа получается радужная полоска — спектр.
По присутствию в спектре тех или иных линий судят, какие химические элементы находятся на Солнце и звездах. Натрий докладывает о себе в спектре двумя линиями в желтой части спектра. Водород представляется оранжево-красной, голубой и фиолетовой линиями, гелий — желтой; железо дает 3800 линий в разных частях спектра.
По густоте этих линий, темнеющих на ярком радужном фоне солнечного спектра, ученые определяют количество тех или иных элементов.
Схема спектроскопа и спектры. На верхней полоске изображена часть спектра Солнца, на нижних — спектры натрия, гелия и водорода. Каждой светлой линии в спектре элемента соответствует одна из темных линий солнечного спектра.
С помощью этого могущественного разведчика далеких миров астрономы весьма уверенно установили состав газов, образующих солнечную атмосферу. Больше всего там водорода. Этот газ составляет 81,76 % объема солнечной атмосферы. Гелия 18,17 %, кислорода 0,03 %, магния 0,02 %, азота 0,01 %, и на долю всех остальных химических элементов приходится только одна сотая процента.
Нельзя думать, что тяжелые элементы скрываются в недрах Солнца и не показываются на поверхность. На Солнце непрестанно бушуют огненные вихри, взлетают гигантские фонтаны раскаленных паров, мощные взрывы и извержения выбрасывают на поверхность пары многих металлов.
В 1950 году на Солнце было обнаружено 66 химических элементов, среди них тяжелые металлы, такие, как золото, свинец, платина, осмий, но урана и радия там до сих пор не замечено.
Если допустить, что на Солнце распад урана и радия уже успел завершиться — они уже полностью исчезли, то должен был бы остаться их потомок — свинец. Но свинца на Солнце обнаружили очень мало. Значит распад радиоактивных элементов тоже не является источником солнечной энергии. И это наиболее правдоподобное предположение оказалось несостоятельным, наблюдения его не подтвердили.
Правда, в последние годы на Солнце обнаружили присутствие тория. Но его там чрезвычайно мало. Мало и других радиоактивных элементов — калия, самария и рубидия. Они несомненно подогревают Солнце, но только частично.
Главным поставщиком солнечной энергии служит что-то иное.
Урановые часы
Ученые продолжали свои поиски.
Превращение урана, актиноурана и тория протекает по-разному, но заканчивается одинаково — образованием свинца. Этот последней отпрыск трех семейств радиоактивных элементов устойчив и дальше не распадается. По своим химическим свойствам все три разновидности свинца — урановый, актиниевый и ториевый — друг от друга не отличаются. Но все же они не одинаковы, а разнятся атомным весом. Урановый свинец имеет атомный вес — 206, актиниевый — 207 и ториевый — 208. Это их «фамильная» особенность.
Поэтому, обнаружив в какой-либо горной породе присутствие свинца, по его атомному весу можно определить из какого семейства он произошел.
И вот эта-то особенность свинца привела ученых к важному открытию.
Физики изучают распад радиоактивных элементов уже свыше полувека. Доказано, что ни высокая температура, ни большое давление и никакие другие условия, возможные на Земле, не могут ускорить или замедлить распад радиоактивных элементов.
В земных условиях атомы радиоактивных элементов распадаются с одинаковой скоростью. И скорость радиоактивного распада известна.
В 1902 году П. Кюри посоветовал геологам взять кусок какой-либо горной породы, содержащей уран, тщательно исследовать его химический состав и определить, сколько в нем сохранилось урана и сколько накопилось свинца.
Очевидно, когда-то, очень давно, в этой породе совсем не было уранового свинца.
Но прошел миллиард лет, и от каждого грамма урана осталось 0,863 грамма, и одновременно образовалось 0,116 грамма свинца.
Затем минул еще миллиард лет. Урана уцелело 0,747 грамма, а свинца накопилось 0,204 грамма.
В конце третьего миллиарда лет урана сохранилось 0,646 грамма, а свинца стало 0,306 грамма. (Недостающие 0,048 грамма составляют массу той порции гелия, которая выделилась при радиоактивном распаде, и массу, израсходованную ураном на излучение).
С каждым миллиардом лет урана на Земле становится все меньше и меньше, а количество уранового свинца соответственно увеличивается.
Следовательно, радиоактивные элементы, указывал П. Кюри, могут послужить превосходными геологическими часами. Они равномерно отсчитывают время в течение многих миллиардов лет. Надо только правильно истолковать их показания.
Ученые незамедлили воспользоваться замечательными часами природы.
Из всех горных пород, какие только найдены до сих пор учеными, самыми древними являются некоторые породы, например, канадские граниты. Чтобы накопилось то количество уранового свинца, какое обнаружено в этих минералах, должно было пройти около 1850 миллионов лет.
Тогда — почти два миллиарда лет назад — через какую-то расщелину в земной коре из глубины на поверхность вытекла расплавленная магма.
На Земле, в отдельных местах, и сейчас существуют очаги огненно-жидкой магмы. Над такими очагами образуются огнедышащие горы-вулканы или даже лавовые озера, в которых бурлят и пузырятся расплавленные минералы.
Пока горные породы находятся в огненно-жидком состоянии, они непрерывно перемешиваются. Из них выделяются пары и газы. Они не оставляют лаву в покое, и, следовательно, свинец, образующийся из урана, неминуемо разлучается со своим «родителем».
Но как только изверженная лава начнет окаменевать, свинец уже не может покидать места своего рождения. Он остается рядом с ураном. В охлажденной изверженной породе начинается накопление свинца.
Так руды, содержащие уран, становятся геологическими часами.
1850 миллионов лет — это не возраст Земли и даже не возраст земной коры. Это только возраст древних гранитов, и он указывает геологам на то, что земная кора не может быть моложе 1850 миллионов лет.
Ученые продолжали свои исследования и стали определять возраст Земли не только по урану, но и по актиноурану и торию; сопоставляли количество актиниевого свинца с урановым и ториевым; совершенствовали приемы определения малых количеств свинца и гелия.
Так к концу 1948 года геологи и астрономы пришли почти к единогласному решению, что наш земной шар возник примерно три с половиной или четыре миллиарда лет тому назад.
Возраст Земли, который установили геофизики, совпал с возрастом Луны, который определили астрономы.
Важный, многозначительный вывод.
Два различных исследования привели к одному и тому же результату. Это подтверждает его безусловную правильность.
«Взвешивание» солнечного света
В первые десятилетия нашего века физики одержали несколько крупных побед. Они научились в своих лабораториях создавать искусственные радиоактивные элементы, раскалывать атомы, один элемент превращать в другой и освобождать энергию, скрытую в недрах атомов.
Эти успехи убедили всех здравомыслящих ученых, что свет, излучение является только одной из форм проявления движущейся материи. Свет, теплота, так же как и всякий иной вид материи, обладают совершенно определенной массой. Так же как различные виды энергии могут переходить друг в друга, так и вещество может преобразоваться в излучение, а излучение — в вещество.
В недрах Солнца, где царит жара в несколько миллионов градусов, а давление достигает миллиардов атмосфер, происходит выделение энергии, скрытой в ядрах атомов.
Вещество в солнечных недрах преобразуется в свет, теплоту, в излучение. Какое или какие именно вещества служат на Солнце атомным «топливом» — еще окончательно неизвестно. Но энергия Солнца — атомная энергия.
Тогда ученые поняли, что можно «взвесить» солнечный свет, то есть определить сколько вещества тратится на Солнце для поддержания его излучения.
Солнце расходует ежеминутно 546,1·10^22^ килокалорий.
Каждая калория составляет 4,67·10^11^ грамма массы. Следовательно, Солнце теряет в минуту в виде излучения 254,8 миллиона тонн своего вещества. Но это расход одной минуты. В сутках 1440 минут. Значит каждый раз, когда восходит Солнце, мы видим его уменьшившимся на 367 миллиардов тонн.
Чудовищно огромное число.
Солнце тратит на излучение ежесекундно количество вещества, равное пяти самым большим египетским пирамидам.
Вещества, которое составляет Уральский хребет, хватило бы Солнцу на несколько недель. Однако такой расход вещества только кажется нам огромным. Он велик по нашим земным масштабам.
Зачерпнув из Ладожского озера кружку воды, не следует думать, что озеро от этого обмелеет. Не «худеет» и Солнце, теряя в сутки по 367 миллиардов тонн.
За время существования Земли, то есть за 3,5 миллиарда лет, Солнце истратило на излучение всего лишь одну четырехтысячную долю своей массы.
Столь незначительная убыль не могла изменить температуру и светимость Солнца.
Замедление вращения Солнца
Академик Г. А. Шайн доказал, что звезды вращаются и скорость их вращения можно измерить. При этом Г. А. Шайн установил, что все горячие белые и голубоватые звезды вращаются гораздо быстрее Солнца.
Каждая точка на солнечном экваторе пробегает в секунду всего лишь около двух километров, а на одном из наших соседей — звезде Альтаир из созвездия Орла — экваториальная скорость достигает 200 километров в секунду. Альтаир вращается в 100 раз быстрее Солнца. Есть еще более горячие голубоватые звезды — они вращаются так, что каждая точка на их экваторе пробегает до 400 километров в секунду!
Невольно напрашивается вывод, что наше Солнце, когда оно было моложе, тоже вращалось очень быстро.
Иначе говоря, распределение момента количества движения между планетами и Солнцем тоже было иное.
Ленинградский астроном профессор В. А. Крат нашел причину, почему горячие звезды вращаются быстрей Солнца. Они массивнее к, может быть, немного моложе Солнца. С возрастом они теряют массу и приобретают важную медлительность.
В. А. Крат доказал, что у Солнца и у солнцеподобных звезд, кроме излучения света, есть еще одна статья расхода: они выбрасывают в пространство частицы своего вещества — отдельные атомы и осколки атомов, условно называемые корпускулами. Выброс частичек в пространство стал называться корпускулярным излучением.
Частицы, извергнутые Солнцем, разлетаются во все стороны. Потоки корпускулярного излучения нередко достигают Земли, и мы видим их действие: над полюсами полыхают полярные сияния, нарушается нормальная работа компасов и других магнитных приборов, прерывается на время радиосвязь.
Как велика потеря Солнца на корпускулярное излучение в точности неизвестно. Она, повидимому, невелика — не больше того, что уносит излучение света. Но в прошлом она могла быть очень чувствительна для Солнца. Чем горячей звезда, тем больше она расходует вещества на разные виды излучения.
В прошлом, когда Солнце было массивной и очень яркой молодой звездой, этот выброс частичек имел характер грандиозного истечения газа из звезды.
Член-корреспондент Академии наук СССР В. А. Амбарцумян, профессор Б. А. Воронцов-Вельяминов определили, что есть звезды, которые за один месяц теряют вещества больше, чем современное Солнце за 10 миллионов лет.
Свет и корпускулярное излучение уносят с собой часть массы звезд. Вместе с утраченной массой уходит и момент количества движения. Звезды замедляют свое вращение.
Ведь и потоки света и корпускулярное излучение вырываются из наружных слоев Солнца и звезд, а наружные слои вращаются гораздо быстрее внутренних. Они несут больший момент количества движения. Поэтому даже небольшая потеря массы из внешних слоев Солнца сильно сказывается на скорости его вращения.
Нет ничего удивительного, что планеты сохранили свой момент количества движения; они не светятся, не излучают, не теряют вещество, их запас количества движения остается неприкосновенным. Солнце же растрачивает его, и соотношение изменяется в пользу планет.
Это исследование В. А. Крата опровергло одно из самых серьезных возражений против гипотезы Лапласа. Он объяснил странное распределение момента количества движения между Солнцем и планетами. Но спасти гипотезу это уже не могло.
Водородное «отопление» Солнца
Что же все-таки питает Солнце? Там несомненно происходят превращения одних химических элементов в другие. Но какие именно? Распад тяжелых элементов — урана, радия, тория — мало вероятен. Их на Солнце мало. Незаметно и признаков такого распада.
Ученые, стремившиеся проникнуть в тайну солнечной кочегарки, сделали противоположное предположение. Атомы на Солнце не распадаются, а, наоборот, создаются. В недрах Солнца, где царит температура в миллионы градусов и давление в миллиарды атмосфер, происходит «упаковка» атомов, там из легких веществ образуются более тяжелые элементы. При таких превращениях в некоторых случаях выделяется большое количество энергии.
В своих лабораториях физики выполняют много подобных превращений.
Еще в 1919 году удалось «столкнуть лбами» атом азота с ядром атома гелия, и в результате получился атом кислорода и ядро атома водорода. Из алюминия таким же путем был приготовлен кремний, из бериллия — углерод.
За 20 лет напряженной работы физиков всех стран к 1939 году, было найдено 600 различных реакций между ядрами атомов. Сейчас таких реакций известно гораздо больше. Возникла новая отрасль науки — ядерная физика, которая изучает превращения элементов.
Физики научились не только переделывать атомы, существующие в готовом виде, но и создавать новые. К 1951 году в лабораториях получили десять новых химических элементов, которых до этого не было среди минералов земной коры.
При ядерных реакциях выделяется энергии в тысячи и сотни тысяч раз больше, чем при обычных химических реакциях. Например, при превращении одного грамма алюминия в кремний выделяется энергии в 700 тысяч раз больше, чем при сгорании одного грамма угля.
И ученые пришли к согласному решению, что в недрах Солнца происходит слияние атомов — из нескольких легких атомов образуется один, но более тяжелый атом. Оставалось проверить это предположение и найти — какие именно химические элементы участвуют в этих превращениях.
Если в каком-либо помещении окажется много мешков с мукой, то можно подумать, что там либо мельница, либо пекарня, то есть на этом предприятии или муку мелют, или из нее пекут хлеб.
Примерно в таком же положении оказались астрономы, когда с помощью спектроскопа заглянули на Солнце. Там обнаружено поразительно много водорода и гелия. В атмосфере Солнца почти 82 % объема занимает водород, а остальные 18 % — гелий. На долю остальных элементов приходятся сотые доли процента.
Возможно, что недра Солнца более богаты тяжелыми элементами, но все же водород и гелий на Солнце преобладают. Тоже самое наблюдается и на звездах. Эти газы, видимо, самые главные строительные материалы в мире звезд.
И очень может быть, что один из этих газов является «топливом», а другой «золой» или «дымом».
Опыты, поставленные в лабораториях, показали, что атомы водорода могут сливаться друг с другом и образовывать атомы гелия. При этом выделяется 162 миллиона килокалорий на каждый грамм израсходованного водорода или в 20 миллионов раз больше, чем дает грамм горящего угля.
По предположению ученых, в недрах Солнца царит жара в 20 миллионов градусов. При такой температуре атомы движутся с громадными скоростями. Они постоянно и с большой силой сталкиваются друг с другом. Соударения не проходят для атомов бесследно. Их ядра сливаются и образуются новые атомы.
Так, например, в бешеной сутолоке атомов солнечных газов может происходить такая реакция: атом углерода сталкивается с ядром атома водорода, которое называется протоном. Ядра столкнувшихся атомов сливаются в одно целое, и образуется атом нового вещества — радиоактивного азота.
Радиоактивный азот неустойчив. Он, как и все другие радиоактивные элементы, распадается. Развалившийся атом радиоактивного азота превращается в атом тяжелой разновидности углерода.
Этот новорожденный атом углерода при очередном столкновении с протоном поглощает его и становится атомом обычного азота.
Атом азота, в свою очередь встретившись с протоном, сливается с ним и превращается в атом радиоактивного кислорода.
В том, что все атомы сталкиваются обязательно с протонами, ничего необычного нет: водородных ядер в Солнце больше всего. При встрече с ядром атома гелия никаких превращений не происходит — у гелия очень прочные ядра. Они не вступают в реакции и при столкновениях с другими атомами отскакивают, как мячики; жертвой всех столкновений становятся преимущественно протоны.
Радиоактивный кислород, получившийся при последнем превращении, неустойчив. С течением некоторого времени он распадается и становится атомом разновидности азота — тяжелого азота.
В результате очередного столкновения с протоном — четвертого по счету — протон проникает в ядро тяжелого азота, и оно распадается на две неравные части — на атом гелия и на атом углерода.
Вся эта цепь превращений атомов, по расчетам физиков, длится пять миллионов лет. В результате же «гибнет» четыре протона, из которых постепенно складывается ядро атома гелия, а атом углерода из всех этих переделок выходит невредимым. При первом же столкновении с протоном он начинает новую цепь превращений.
Каждое слияние ядер, распад неустойчивых радиоактивных атомов, все их преобразования сопровождаются выделением энергии. И эта энергия подогревает Солнце, поддерживая его жар и светимость.
Такова последняя гипотеза, объясняющая почему светит и греет Солнце.
Строительные леса науки
Гипотеза преобразования водорода в гелий при содействии посредника-углерода разработана американским физиком Бете. Она проверена несколькими лабораторными опытами. Некоторые астрономы принимают ее как истинную, но большинство считает гипотезу Бете только временной, рабочей гипотезой.
Когда строится дом, его обносят лесами. Постройка заканчивается, и леса снимают. Они больше не нужны. Рабочие гипотезы в науке — те же леса. Они дают временную опору исследованиям.
Осторожность ученых объясняется тем, что науке в этой области еще многое неясно, многое неизвестно. Никто пока не может сказать — возобновляются ли каким-либо образом запасы водорода на звездах или в межзвездном пространстве. Нет также никаких сведений и о дальнейшей судьбе гелия. Сомнительно, что он не способен якобы ни к каким ядерным реакциям. Ведь не случайно же и на Земле, и в метеоритах, и на Солнце преобладают элементы с атомным весом кратным четырем: углерод, атомный вес которого — 12, кислород — 16, кальций — 20, магний - 24, кремний — 28, железо — 56 и так далее. Ядра атомов этих элементов явно сложены из гелиевых ядер, так как атомный вес гелия — 4.
Навряд ли, в ядерных реакциях участвуют только 8 «избранных» элементов: водород, гелий, литий, бериллий, бор, углерод, азот и кислород, а остальные 90 присутствуют в недрах звезд только в качестве безразличных свидетелей.
Непонятно почему на некоторых звездах, непохожих на Солнце, кроме водорода и гелия наблюдается избыток других элементов. Есть, например, звезды, накопившие в своем составе много азота, есть также звезды богатые углеродом. Известно несколько звезд с обильным содержанием титана. Найдены «железные», «циркониевые», «стронциевые» звезды.
Наконец, наблюдения, которые непрерывно ведутся за солнечной деятельностью, показывают, что энергия в недрах Солнца вырабатывается не спокойным, равномерным процессом, а отдельными вспышками или взрывами, причина которых пока еще не раскрыта.
По всей вероятности в недрах Солнца и звезд происходит не одна ядерная реакция, а самые разнообразные. В них участвуют не только восемь наиболее легких элементов, а все химические элементы, какие только существуют в природе. Одни из них создаются, другие — распадаются; одни при своих реакциях выделяют энергию, другие — участвуют в реакциях, которые протекают с поглощением энергии.
В зависимости от условий в каких формировалась звезда, то есть от того, как быстро она накапливала массу в период своего роста, и от того, какое количество вещества ей удалось собрать, одна из разнообразных ядерных реакций становится преобладающей и поставляет наибольшее количество энергии, остальные реакции занимают второстепенное положение. На Солнце и солнцеподобных звездах, возможно, такой главенствующей реакцией является образование гелия из водорода.
Возрождение порочной теории
Некоторые американские и западноевропейские астрономы стараются на основании гипотезы Бете сделать желательные для них выводы.
По мысли Бете, в недрах Солнца и большинства звезд водород гибнет безвозвратно. Он превращается в инертный, «ленивый» газ — гелий, который уже не способен к дальнейшим превращениям. На Солнце, таким образом, ежесекундно исчезает 564 миллиона тонн водорода и взамен образуется 560 миллионов тонн гелия.
Солнце очень велико, но оно не бесконечно. Через двадцать миллиардов лет, запас водорода на Солнце уменьшится более чем вдвое. Рано или поздно, но водороду на Солнце придет конец.
Тоже самое происходит и на звездах. И они подогреваются водородом. Всюду якобы исчезает водород и образуется гелий. Когда прогорают дрова, костер тухнет. Когда иссякнут запасы водорода, в звездном мире наступит «топливный голод». Звезды, задушенные избытком гелия, одна за другой начнут угасать, наша Галактика превратится в кладбище потухших светил. При тусклом красноватом свете догорающих звезд в пространстве, как темные призраки, будут носиться холодные шары мертвых солнц. Так американские ученые толкуют о неизбежности «водородного истощения» Вселенной, о неминуемости конца света.
В этой гипотезе снова оживает старая реакционная «теория» немецкого физика Клаузиуса о «тепловой смерти» Вселенной.
Клаузиус рассуждал так: все виды энергии могут преобразовываться в теплоту: свет, падая на какое-либо тело, нагревает его; электрический ток, протекая по проводнику, тоже превращается в теплоту, механическое движение всегда сопровождается выделением тепла. Теплота — непременный участник всех переходов из одного вида энергии в другой.
Но когда надо преобразовать теплоту в какой-либо иной вид энергии, возникает непреодолимое затруднение — в свет, в электричество, в механическое движение теплота целиком не переходит. Некоторая ее часть неизбежно теряется без всякой пользы. Рассеяние составляет как бы неотъемлемое свойство теплоты. Она всегда стремится от нагретого тела к более холодному.
Это положение совершенно справедливо для паровых машин, всякого рода двигателей, печей. Но Клаузиус распространил его на Солнце, звезды, на всю Вселенную.
Звезды светят, потому что они раскалены. Свою теплоту они расходуют на излучение. Потоки света устремляются в холод и мрак космического пространства. Звезды остывают, их запас энергии истощается, теплота бесследно рассеивается. В конце концов температура во всей Вселенной выравняется. Звезды погаснут. Наступит «тепловая смерть» Вселенной, конец света, мир погибнет.
Все, что имеет конец, имеет и начало. Следовательно, — утверждал Клаузиус, — было время, когда некая сверхъестественная сила создала неравенство температур, зажгла Солнце и звезды — завела пружину мировых часов. Часы пошли и будут идти до тех пор, пока не придут в равновесие, и тогда только чудо может вывести их из этого состояния и снова пустить в ход.
«Теория» Клаузиуса была придумана для того, чтобы доказать бытие бога, внушить людям, что мир создан богом и предсказанный библией конец света неизбежен. «Теория» Клаузиуса — одна из наиболее ядовитых и реакционных произведений буржуазной науки.
Фридрих Энгельс в «Диалектике природы» писал по поводу «теории» Клаузиуса:
«Вопрос о том, что делается с потерянной как будто бы теплотой, поставлен, так сказать, в чистом виде лишь с 1867 г. (Клаузиус). Неудивительно, что он еще не решен; возможно, что пройдет еще немало времени, пока мы своими скромными средствами добьемся решения его. Но он будет решен; это так же достоверно, как и то, что в природе не происходит никаких чудес и что первоначальная теплота туманности не была получена ею чудесным образом из внемировых сфер».[12 - Ф. Энгельс, Диалектика природы, 1950 г., стр. 228.]
Предвидение Энгельса полностью оправдалось. Действительно, прошло немало времени, пока ученью нашли выход из тупика. Доказано, что свет и вообще всякое излучение материальны. Вещество в результате ядерных реакций преобразуется в излучение. Излучение в определенных условиях превращается в частицы вещества. И ничто не пропадает.
Под ударами науки «теория тепловой смерти» Вселенной рухнула. Теперь на смену ей выдвигают гипотезу «водородного истощения», разработанную американскими физиками одновременно и попутно с изобретением и изготовлением человеконенавистнического оружия — атомной бомбы.
Американские астрономы уже «нашли» несколько десятков звезд, якобы лишившихся водорода и умирающих на наших глазах. В популярных книжках по астрономии уже нарисованы красочные картины последних звезд. Звезда, исчерпав последние крохи водорода, ярко вспыхивает. Вспышка умирающей звезды в последний раз озаряет мир своими лучами.
Это «открытие» приводит к мысли о сотворении мира. Бог будто бы создал Солнце и звезды, снабдил их водородом и дал им способность упаковываться в гелий. Бог сказал: «да будет свет» — и водородные шары-звезды вспыхнули, как фонари на улице, когда их включает диспетчер электротока.
Так под научными расчетами ядерных реакций скрывается старая обветшалая сказка о сотворении мира и конце света.
Повторяя слова Фридриха Энгельса, можно сказать, что мы еще не знаем, как и где возобновляются запасы водорода и других видов атомного топлива, не знаем, куда исчезает гелий. Пройдет немало времени прежде чем ученые добьются решения этих вопросов. Но они будут решены. Это так же достоверно, как и то, что в природе не бывает чудес.
И Солнце и видимые нами звезды не вечны, но на смену погибшим возникают новые солнца, новые звезды. Вселенная вечна. И никакое «водородное истощение» или «гелиевое удушье» не может погубить Вселенную.
И в этом вопросе, как и во всех остальных, единственно правильный ответ дает диалектический материализм: «…круговорот, в котором каждая конечная форма существования материи — безразлично, Солнце или туманность, отдельное животное или животный вид, химическое соединение или разложение — одинаково преходяща и в котором ничто не вечно, кроме вечно изменяющейся, вечно движущейся материи и законов ее движения и изменения. Но как бы часто и как бы безжалостно ни совершался во времени и в пространстве этот круговорот; сколько бы миллионов солнц и земель ни возникало и ни погибало…
…у нас есть уверенность, что материя во всех своих превращениях остается вечно одной и той же, что ни один из ее атрибутов[13 - Атрибут — постоянный, характерный признак предмета или явления.] никогда не может быть утрачен».[14 - Ф. Энгельс, Диалектика природы, 1950 г., стр. 18, 19.]
Все, что нам пока еще неизвестно, в конце концов настойчивым трудом ученых будет раскрыто и объяснено. Подлинная, передовая советская наука выбьет из рук религии оружие, которое ей предложили американские физики.
Смена атомного топлива
Разрабатывая и совершенствуя гипотезу Бете, ученые решили, что Солнце и другие звезды не всегда поддерживали свою температуру истреблением водорода, звезды меняли свое «топливо».
По мысли этих ученых звезды возникают в виде огромных газовых шаров, подобных инфракрасному сверхгиганту — эпсилону Возничего. Температура в центре будущей звезды не может быть высокой, и никаких ядерных реакций там не происходит.
Под влиянием тяготения газовый шар медленно сжимается. Вещество будущей звезды уплотняется, а с уплотнением вещества температура возрастает.
Когда недра звезды разогреются до 400 тысяч градусов, начинается первая простейшая ядерная реакция. Тяжелая разновидность водорода, так называемый дейтерий, вступает в соединение с обычным водородом. Атом дейтерия сливается с протоном, и получается атом легкой разновидности гелия.
Несколько десятков тысяч лет звезда поддерживает свою температуру за счет дейтерия, но в конце концов его запас истощается. Звезда, лишившись притока энергии из ее недр, съеживается, как мячик, из которого выпустили воздух.
Уменьшение объема звезды, ее уплотнение влечет за собой повышение температуры. Звезда разогревается. Когда температура ее недр достигает двух миллионов градусов, становится возможной другая ядерная реакция. Звезда начинает «сжигать» литий.
Ядра атомов лития, сталкиваясь с протонами, поглощают их, и возникают атомы гелия.
За счет лития звезда светит еще несколько тысячелетий. Его запасы иссякают. Звезда снова съеживается, а это приводит к еще большему разогреву недр звезды. Температура достигает 9 миллионов градусов.
Очередной жертвой звездной кочегарки становятся атомы бериллия и бора. Атомы бериллия и бора, встречаясь с протонами, сливаются с ними и преобразуются опять-таки в атомы гелия.
На бериллиевом питании звезда существует еще несколько миллионов лет. Запасы топлива исчерпываются. Звезда сжимается, а температура недр на этот раз повышается до 20 миллионов градусов. Начинается главная ядерная реакция. Атомы водорода при содействии углерода упаковываются по четыре и превращаются в атомы гелия.
На водородном «топливе» звезда существует несколько миллиардов лет. По расчетам московского астронома А. Г. Масевич, Солнце в течение десяти миллиардов лет будет светить, почти не уменьшая свою яркость.
Если признать эту гипотезу, то звезда на первых ступенях своего развития несколько раз меняет «топливо», и после периодов сравнительного покоя звезда быстро сжимается и ее недра разогреваются.
Идея смены атомного топлива и скачкообразного, стадийного развития молодых звезд вошла составной частью в космогоническую гипотезу, которую разрабатывал академик В. Г. Фесенков.
В основу своей гипотезы В. Г. Фесенков положил мысль, что образование планет является неизбежным следствием развития самого Солнца без участия посторонних помощников, вроде проходившей мимо звезды или какого-либо другого небесного тела.
В. Г. Фесенков считает, что Солнце значительно старше Земли, что Солнце вращалось раньше гораздо быстрей, чем сейчас, и планеты образовались во время смены атомного топлива.
Происходило это так. Солнце прожило большую часть своей молодости. Оно уже израсходовало все запасы дейтерия, лития, бериллия и бора. Лишенное притока теплоты из недр, Солнце быстро сжалось, его объем резко уменьшился, а скорость вращения столь же резко возросла.
Каждая точка на экваторе Солнца пробегала тогда в секунду свыше 400 километров. При такой бешеной скорости Солнце потеряло устойчивость, оно утратило форму шара и стало грушевидным телом.
Грушевидное тело не может долго сохранять свою форму. Оно должно либо разорваться, либо вернуться к прежней шарообразной форме. Солнце разорвалось.
Выступ солнечного вещества был отброшен центробежной силой за предел Роша, и из него образовались планеты.
Солнце, избавившись от излишней массы и от избытка момента количества движения, стало вращаться медленнее. Корпускулярное излучение и свет унесли большую часть момента количества движения, и это затормозило вращение Солнца.
Из расчетов В. Г. Фесенкова следует, что первоначально наша планетная система была очень маленькой, она имела всего лишь несколько миллионов километров в поперечнике, и вся помещалась внутри орбиты Меркурия. Со временем планетные орбиты расширились, и планеты разошлись на современные расстояния.
Эта гипотеза встретила многочисленные возражения и к настоящему времени до конца не разработана.
Глава седьмая
МОБИЛИЗАЦИЯ ФАКТОВ
Температура земных недр
Геологи спускали термометры в глубочайшие буровые скважины, обследовали шахты и рудники, собирали сведения у горных инженеров, строивших туннели и другие подземные сооружения. Таким образом, еще в прошлом столетии установили, что по мере углубления в Землю температура неуклонно повышается — чем глубже, тем жарче. Есть на Земле места, где температура с глубиной возрастает быстрей, есть места — где медленнее, но в среднем на каждые 100 метров температура подымается на 2,5 -3 градуса.
Это, казалось бы, совершенно естественное и понятное явление приводило к неестественным и непонятным выводам. Какова же должна быть жара на глубине 6378 километров, то есть в центре Земли? Самый простой арифметический подсчет показывает, что уже на 2500 километре ниже поверхности Земли температура достигает 6000°. Но ведь это же температура солнечной поверхности! При такой жаре ни одно вещество не может оставаться ни в твердом, ни в жидком состоянии. Неужели же мы живем на бомбе, начиненной раскаленными газами и ежеминутно готовой взорваться.
Это казалось невероятным. Но в науке тогда господствовала гипотеза Лапласа. Ученые думали, что Земля произошла из клубка раскаленных газов; при своем рождении она светилась, как маленькая звездочка; с течением веков постепенно остыла, покрылась твердой корой, но внутри сохранила прежний жар.
Поэтому большинство ученых считало, что вещество в земных недрах, если не газообразно, то, во всяком случае, огненно-жидкое. И в доказательство они указывали на вулканы, которые извергают лаву с температурой до 1400°.
Это мнение было общепризнанным.
По мере углубления в Землю температура повышается.
Сигналы далеких землетрясений
18 апреля 1889 года прибор, предназначенный для наблюдения приливов в земной коре, воспринял какие-то отрывистые и непонятные сигналы. Таинственная сигнализация длилась более полутора часов. Научные сотрудники, обслуживавшие прибор, недоумевали.
Загадка вскоре разъяснилась. Телеграф принес известие о сильном землетрясении, которое произошло в Японии. Колебания земной коры, возникшие в Тихом океане, достигли Европы, преодолев более 9000 километров, и тут их воспринял чувствительный прибор.
Академик Б. Б. Голицын оценил громадное значение этого случайного наблюдения. Он сконструировал прибор, предназначенный для записи колебаний, вызванных землетрясением. Прибор Голицына получил название сейсмограф — «записывающий толчки».
С помощью своих сейсмографов Голицын изучал, как распространяются колебания, вызванные землетрясением. Оказалось, что сейсмограф, расположенный в районе подземной катастрофы, записывает толчков меньше, чем сейсмографы, установленные в нескольких тысячах километров от очага землетрясения. Если ближний воспримет один толчок, то дальние отметят два, три и даже четыре толчка.
Два типа сейсмографов и образцы сейсмограмм. На нижней кривой — запись землетрясения 16 ноября 1927 года, происшедшего в группе Алеутских островов.
Исследования Голицына показали — эти дополнительные «добавочные» и более слабые толчки — не что иное, как «подземное эхо» — отражение колебаний от глубинных слоев Земли.
В конце ноября 1906 года в подвале Пулковской обсерватории устроили сейсмическую станцию. В течение первых же сорока дней наблюдений было зарегистрировано 14 землетрясений. При этом выяснилось огромное превосходство сейсмографов Голицына над всеми другими приборами этого типа, которые были построены в других странах. В настоящее время все сейсмические станции мира снабжаются усовершенствованными сейсмографами Голицына.
Уже в 1906 году было установлено, что отраженные колебания — эхо далеких землетрясений — приходят с глубины в 106 и в 492 километра. Очевидно на этих глубинах расположены границы слоев, где плотность горных пород резко меняется.
Следовательно, Земля имеет слоистое строение, и плотность Земли возрастает с глубиной не равномерно, а ступенями — скачками, от слоя к слою.
Земной шар имеет внутри сложное, слоистое строение.
Сейсмограф позволяет вскрывать внутреннее строение земного шара, находить границы слоев, определять плотность пород в недосягаемой глубине.
«Землетрясение подобно лучу света, ярко вспыхивающему на мгновение, чтобы осветить недоступные нам глубины земного шара», — писал академик Голицын.
Чтобы не ждать, когда землетрясение поможет заглянуть вглубь, ученые стали делать искусственные землетрясения — взрывать крупные заряды динамита или аммонала и с помощью сейсмографов, заранее расставленных на разных расстояниях от места взрыва, улавливать подземное эхо.
Таким путем было установлено, что в Земле можно различить четыре основных слоя: первый слой — это земная кора, очень сложного и тоже слоистого строения, толщиной, примерно, в 492 километра. Плотность горных пород, составляющих наружную оболочку Земли, равна 2,6.
Второй слой — промежуточный — простирается на глубину до 1200 километров. Его плотность постепенно возрастает до 5. Третий слой — оболочка ядра — имеет в толщину 1700 километров, и его плотность, равная 5, почти не изменяется вплоть до ядра.
Ядро нашей планеты имеет форму шара радиусом в 3478 километров, или, иначе говоря, граница ядра лежит на глубине в 2900 километров от поверхности Земли. Именно на этом расстоянии плотность резко, скачком возрастает с 5 до 9,6. И многие признаки говорят, что вещество в ядре твердое, но оно находится не в кристаллическом, а в стекловидном состоянии. Вещества же, подобные стеклу или смоле, то есть твердые, но не кристаллические, называются в науке твердыми жидкостями.
Колебания, порожденные землетрясением, проходя сквозь ядро земного шара, отклоняются от своего пути и тем самым указывают размеры этого ядра.
Одновременно с исследованиями сейсмологов ученые вулканологи установили, что очаги расплавленной магмы, над которыми образуются огнедышащие горы, расположены на сравнительно небольшой глубине в 30 -60 километров. И они действительно представляют собой отдельные очаги, то есть нечто вроде котлов с лавой, не связанных друг с другом. Случается, что вулканы, расположенные вплотную друг к другу, действуют совершенно независимо один от другого.
Видимо, вулканические извержения — явления местные, происходящие в верхнем слое земной коры. В центре Земли никакой расплавленной магмы нет.
Кроме геофизиков, исследованиями недоступных глубин земного шара занимались и астрономы.
Они наблюдали ежегодные перемещения северного полюса по поверхности Земли.
Полюс не остается всегда в одной точке, он движется, описывая вокруг среднего своего положения небольшие неправильной формы петли.
Это движение полюсов еще в XVIII веке предвидел петербургский академик и величайший математик своего времени Леонард Эйлер. Он указал, что имей Земля твердость большую, чем у алмаза, полюса на ней должны были бы перемещаться с периодом в 304 суток. Если же период передвижения полюса окажется больше 304 суток, то твердость Земли будет соответственно меньше.
Движение полюса по земной поверхности за 6 лет — с 1912 года по 1918 год.
Для стального шара, величиной с нашу планету, период перемещения полюсов должен составить, примерно, 450 суток.
В те годы замечательное предвидение Эйлера проверить не было возможности: астрономические приборы еще не достигли нужного совершенства. Только в начале XX века выяснилось, что полюс завершает каждую свою петлю в течение 433 суток. Следовательно, Земля по твердости уступает алмазу, но превышает сталь!
В 1913 году ученые нашли третье доказательство необычайной твердости Земли. Была измерена высота приливной волны, подымающейся в твердой земной коре.
Если бы Земля была внутри жидкой, то высота приливной волны на суше достигала 75 сантиметров. А этого нет. Приливная волна на суше не превышает 25 сантиметров. Земля, следовательно, тверда и, как показывают расчеты, сделанные после измерения высоты «сухопутных» приливов, твердость Земли превышает твердость стали.
Гипотезу об огненно-жидком ядре Земли беспощадной критике подверг замечательный русский астроном Ф. А. Бредихин. Он указал, что исследования геофизиков и астрономов приводят к одному результату — Земля внутри тверда.
В последние годы было замечено, что некоторые землетрясения происходят на очень большой глубине, — примерно в восьмистах километрах ниже уровня моря. Это также доказывает, что в глубине Земля тверда — ведь в пластичной, текучей массе никакие напряжения и сотрясения возникать не могут.
Основываясь на всех этих фактах, академик В. И. Вернадский писал: «Все представления о некогда существовавшем огненно-жидком или расплавленном состоянии планеты, бывшем или ныне существующем, внесены в науку в связи с чуждым ей по существу теологическим,[15 - Теологические — богословские.] философским и космогоническим представлениями о мире, не поддерживаемыми известными сейчас научными фактами».
Гипотеза огненно-жидкого состояния земных недр была оставлена.
Таким образом, одна половина загадки земных недр разрешилась, а вторая осталась. Какова же температура в глубине? Высокой она быть не может, потому что Земля тверда, как сталь. И низкой она не может быть, так как уже на глубине в 30 -60 километров располагаются большие лавовые очаги, питающие вулканы. Температура лавы составляет 1100 -1150°, а иногда даже 1400°.
Чтобы объяснить это противоречие, оставалось предположить единственное: самый жаркий пояс в глубине Земли лежит недалеко от поверхности.
Температура возрастает только до определенной глубины. Затем начинается зона более или менее равномерной температуры, и эта зона простирается вплоть до центра Земли.
Повидимому это так и есть, но почему — никто объяснить не мог.
Радиоактивное «топливо»
В прошлом столетии ученые обнаружили еще одно странное противоречие.
Физики, повторявшие опыт Бюффона, убедились, что этот ученый ошибся. Землю нельзя уподобить металлическому шару. Когда Земля покрылась твердой корой, ее охлаждение замедлилось, ведь земная кора — плохой проводник тепла. Но даже с учетом плохой теплопроводности коры охлаждение Земли могло длиться только сорок миллионов лет.
Земля, мы знаем, гораздо старше, и тем не менее она до сих пор не остыла. Очевидно, в ее недрах есть какой-то источник тепла, есть «печка», которая подогревает нашу планету изнутри. Что за «печка», никто не мог догадаться.
Было только подсчитано, что каждый квадратный метр поверхности Земли отдает за год 540 калорий. Это не очень много. Но ведь должен же где-то быть источник этого тепла!
Загадки земного тепла разрешились с открытием радиоактивности. Среди горных пород земной коры имеются минералы, которые содержат уран, торий, актиний, радий, протактиний, калий. Эти элементы, распадаясь, выделяют теплоту и подогревают земные недра.
Ученые попробовали подсчитать, велики ли на Земле запасы этого своеобразного топлива.
Залежи руд радиоактивных металлов имеются во многих районах земного шара. Кроме того, частицы урана, радия, тория в небольших количествах рассеяны почти повсеместно. Есть они в почве, в гранитах и базальтах, в океанской воде.
Основным поставщиком тепла является радий. В среднем на каждую тонну породы приходится несколько ничтожно маленьких пылинок радия, общим весом в одну миллионную долю грамма. Но ведь земной шар весит 6·10^21^ тонн. Сколько же в нем радия?
В результате подсчета запасов радиоактивных элементов получилось нечто непонятное.
Если радиоактивные элементы распределены равномерно по всей массе земного шара и содержатся в таком же количестве, в каком их находят в земной коре, то непонятно, почему земной шар до сих пор не расплавился.
Словом, по этим расчетам выходило, что радиоактивные элементы должны давать больше тепла, чем они дают его на самом деле. Получилась явная несуразица. Для объяснения замеченного противоречия оставалось допустить только одно: радиоактивные элементы распределены в Земле неравномерно — в глубине их меньше, чем в наружных слоях.
Для проверки этого предположения ученые обратились к вулканам. Они исследовали химический состав лав. И оказалось, — если лава подымается из глубоких очагов, — она несет ничтожное количество радиоактивных элементов, если же лава поступает из верхних слоев земной коры, то радиоактивных элементов в ней содержится гораздо больше.
Следовательно, глубочайшие недра Земли бедны ураном, торием и актинием. Подавляющая масса радиоактивных элементов скопилась недалеко от поверхности, примерно, на глубине 15 -20 километров. Почему это так — неизвестно, но факт неоспоримый: радиоактивная «печка» находится не в центре Земли, а в земной коре. Земной шар подогревает наружная оболочка.
Итак, в распоряжении ученых оказались два важных факта: Земля внутри тверда и не очень горяча.
Земля не была звездой
У геологов и астрономов закралось подозрение, что центральное ядро нашей планеты всегда было твердым, что Земля зародилась, как твердое тело, и никогда не проходила стадию огненно-жидкого или газообразного клубка. Земля никогда не была звездой.
Эта новая мысль с трудом пробивала себе дорогу. На протяжении двух столетий люди верили, что Земля — дочь Солнца. Так учили в школе, так утверждали почти все космогонические гипотезы. И вдруг это привычное суждение оказалось сомнительным. Последние научные открытия лишили его опоры.
Сторонники старых гипотез не сдавались. Они подыскивали новые доказательства в свою пользу.
Но что же можно привести в защиту «дочерних прав» Земли и «отцовских» — Солнца?
Внутренний жар Земли? Его нет. Источник земной теплоты находится не в ядре планеты, а в ее коре. То тепло, каким обладает Земля, дает ей распад радиоактивных элементов и другие химические и физические процессы, происходящие во внешних оболочках земного шара.
Земля остывает? Да! От нескольких тысяч вулканов, которые когда-то действовали, теперь осталось только 318 действующих, да 112 курящихся. Потух Казбек, успокоился Эльбрус, и сотни других огнедышащих гор не подают никаких признаков подземной деятельности.
Бесспорно, Земля остывает, но не потому, что иссякают запасы тепла, сохранившиеся в Земле от ее рождения. Атомы радиоактивных элементов распадаются, количество их уменьшается. В нашей «печке прогорают дрова». Через 4,5 миллиарда лет урана и радия в земной коре станет вдвое меньше. Утихнут и другие процессы, рождающие теплоту. И тогда, возможно, потухнут последние вулканы на Земле.
Доводы, основанные на примерах вулканической деятельности, не убедительны, ими не исчерпывается арсенал доказательств, как будто бы говорящих в пользу старой гипотезы.
Сторонники огненно-жидкого состояния новорожденной Земли нашли еще один факт, которым они собирались доказать свою правому.
Химический состав Солнца и Земли почти одинаков, — говорили они, — небольшая разница заключается только в том, что на Солнце много легких газов — водорода и гелия, а на Земле их очень мало. Но именно это различие свидетельствует о высокой температуре нашей планеты на первом этапе ее существования.
В прошлом вулканическая деятельность на Земле была энергичнее.
Приверженцы «солнечного» происхождения Земли доказывали свою мысль о высокой температуре планет в далеком прошлом так: Земля и все остальные планеты, отделяясь от Солнца, получили «в приданое» большое количество водорода и гелия и всех других газов. И Земля и Венера достаточно массивны, и их тяготение настолько велико, что они могли сохранить легкие газы в своих атмосферах. Марс мог бы иметь гораздо больше водяных паров, а Меркурий и Луна по своей массе тоже способны удерживать небольшие воздушные оболочки, состоящие из сравнительно тяжелых и медлительных молекул кислорода, азота, углекислого газа и атомов аргона.
Однако, на Земле крайне мало легких газов — водорода и гелия, в атмосфере Венеры нет никаких признаков водяных паров. Марс, как мы знаем, очень беден водой и кислородом, а на Меркурии и на Луне газовые оболочки ничтожно малы.
Все это потому, что Земля, Венера, Марс, Меркурий и Луна были в далеком прошлом маленькими звездочками.
Под действием высокой температуры Земля потеряла большую часть легких газов, Венера и Марс лишились их почти полностью, а Меркурий и Луна растеряли вообще все газы.
Зато планеты-великаны — Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун настолько массивны, что даже в раскаленном состоянии удержали возле себя мощные атмосферы, состоящие преимущественно из водорода и водородных соединений — газов метана и аммиака.
Отсутствие газовой оболочки на маленьких планетах — Меркурии и Луне, крайняя бедность водородом Земли, Венеры и Марса, обилие водорода на больших планетах доказывает, что планеты были прежде сильно раскалены и состав их атмосфер будто бы изменился под влиянием высокой температуры.
Перед учеными встала задача проверить эти доказательства сторонников солнечного происхождения Земли и проследить судьбу водорода и гелия в атмосфере нашей планеты.
Похищение атомов гелия
Общая масса воздушной оболочки земного шара равняется 5,3·10^15^ тонн, то есть атмосфера составляет только одну миллионную долю массы Земли. Для такой планеты, как наша, эта атмосфера немного маловата. Земля по своей силе тяготения может удерживать больше воздуха.
Атмосфера непрерывно питается притоком газов из недр. Много газов выбрасывают вулканы, грязевые сопки и гейзеры. Газы подымаются со дна морей, озер и болот. Растения снабжают атмосферу кислородом. Много газов дают природные месторождения. Эти месторождения широко используются в народном хозяйстве Советского Союза. В 1951 году в СССР было добыто почти 9 кубических километров природного газа.
Крупным поставщиком газов являются промышленность и транспорт. Любой металлургический завод по количеству выбрасываемых в атмосферу газов не уступит среднему вулкану.
Приток газов в атмосферу велик, но она почему-то до сих пор не увеличивается.
В одном из древнейших напластований земной коры геологи нашли любопытную окаменелость — кусок песчаника со следами дождевых капель.
Видимо, в этой местности 70 миллионов лет назад собирался дождь. Упали первые капли, они выбили в мелком песке характерные луночки-углубления, но ветер пронес тучу стороной, луночки, оставленные дождевыми каплями, подсохли, их затянуло пылью, сверху отложились наносные породы. Грунтовые воды пропитали песок минеральными веществами, он окаменел и пролежал в земных недрах до 1950 года, когда этот кусок песчаника откопали.
Геологи и геофизики измерили глубину и ширину луночек, сравнили их с теми луночками, какие получаются в таком же песке в наши дни, и убедились, что за 70 миллионов лет плотность нашей атмосферы существенным образом не изменилась, так как капли доисторического дождя по своим размерам ничем не отличаются от современных дождевых капель. Значит Земля всегда имела такую же атмосферу, как и сейчас.
Объяснить неполный объем воздушной оболочки горячим состоянием Земли не удается. За три-четыре миллиарда лет из недр планеты могло выделиться газов гораздо больше, чем нужно для пополнения атмосферы.
Не все поддается объяснению и в составе газов нашего воздуха. Воздух содержит 75,51 % азота, 23,01 % кислорода, 1,28 % аргона, 0,04 % углекислого газа, 0,0012 % неона, 0,0003 % криптона, а гелия только 0,00007 %. Кроме того в ничтожнейших количествах к воздуху примешаны ксенон, радон, аммиак, окиси азота, водород, пары ртути и йода. Странным кажется необычайная бедность атмосферы гелием.
Радиоактивные элементы: уран, радий, торий, актиний, присутствующие в земной коре, распадаясь, выделяют гелий. Каждый атом урана порождает 8 атомов гелия, а атом тория дает 7 атомов гелия. Гелий непрерывно поступает в атмосферу, он просачивается сквозь почву, выделяется при вулканических извержениях; казалось бы, гелий должен непрерывно накапливаться в атмосфере. Как показывают расчеты, в воздухе должно содержаться гелия раз в 12 больше, чем его имеется сейчас. Но он не накапливается, а куда-то исчезает, повидимому, гелий уходит из атмосферы в межпланетное пространство.
Чтобы покинуть земной шар и вылететь в межпланетное пространство, космическому кораблю или отдельному атому надо развить скорость не меньше, чем в 11 200 метров в секунду. Это так называемая «скорость ускользания». На высоте в 1000 километров скорость ускользания меньше, чем у поверхности Земли, там она составляет 8300 метров в секунду.
Атомы гелия при температуре в 15° движутся со скоростью в 1235 метров в секунду. Но это их средняя скорость. Отдельные атомы могут двигаться раз в 5 быстрее, то есть их скорость достигает 6200 метров в секунду. Но это все же меньше скорости ускользания. Значит атомы гелия сами по себе покидать Землю не могут. Их что-то похищает или им что-то помогает улетучиваться в межпланетное пространство.
На границе земной атмосферы
Уже много лет подряд геофизики и метеорологи посылают разведчиков в верхние слои атмосферы. Для этой цели служат небольшие воздушные шары. Они подымают в заоблачную высь самопишущие приборы-автоматы или маленькие радиосигнальные станции, изобретенные советским метеорологом П. А. Молчановым. С помощью воздушных шаров ученые исследовали атмосферу до высоты в 40 километров. Выше эти шары подыматься не могут. Для разведки более высоких слоев применены ракеты. Они залетают почти на границу земной атмосферы.
О температуре воздуха на большой высоте приборы-разведчики принесли неожиданные сведения. Раньше думали, что чем дальше от поверхности, тем воздух холоднее. Оказалось не так: похолодание прекращается на высоте в 30 -35 километров, затем начинается потепление. В 40 километрах над уровнем моря ультрафиолетовое излучение Солнца нагревает воздух до +30°, а на высоте в 50 километров — уже до +60°!
В еще более высоких и разреженных слоях температура воздуха, то есть, иначе говоря, скорость движения газовых молекул, еще выше. Там она уже превышает скорость ускользания. Молекулы и атомы газов, подгоняемые солнечными лучами, покидают Землю и пускаются в самостоятельное космическое путешествие.
Именно поэтому атмосфера Земли не так велика, как этого можно было бы ожидать. Высокая температура внешних слоев атмосферы не позволяет ей разрастаться сверх определенного предела. Вместе с частицами азота и кислорода и быстрее их улетучиваются легкие и подвижные атомы гелия. Вырвавшись из недр, они подымаются в заоблачную высь и навсегда расстаются с Землей.
Точно так же улетучивается и водород — его молекулы еще легче, еще подвижнее, чем атомы гелия.
Следовательно, нет нужды объяснять почти полное отсутствие водорода и гелия раскаленным состоянием Земли в далеком прошлом. Легкие газы — водород, гелий, азот, кислород, неон — и в наши дни уходят с «холодной» планеты.
Ученые, которые пытаются доказать, что планеты получили свои атмосферы «в приданое» от Солнца и что с тех пор, как Земля остыла, ее атмосфера не менялась, глубоко ошибаются. Они находятся во власти остатков того средневекового мировоззрения, которое господствовало в науке в XVIII веке.
Крах последнего довода
Самым главным доказательством происхождения Земли из вещества Солнца служило сходство химического состава обоих небесных тел.
Ученые проверили, действительно ли он одинаков.
Бесспорно, на Солнце нет особых солнечных веществ, а на Земле — земных. Вещество одинаково, но количество отдельных химических элементов различно. Академик В. Г. Фесенков первым указал, что сравнение химического состава Солнца и Земли дает космогонистам еще одну путеводную нить в далекое прошлое. Например, на Солнце больше всего водорода и гелия, а на Земле из газов больше всего кислорода и хлора.
На Солнце тоже есть кислород, там его примерно вдвое больше, чем азота, а в Земле кислорода в 10 тысяч раз больше, чем азота.
Это удивительное расхождение нельзя объяснить тем, что Земля почему-либо не смогла захватить от Солнца полную норму азота. Точно так же нельзя предположить, что азот якобы был на Земле, но улетучился. Азот по атомному весу почти одинаков с кислородом, покидать Землю они могут только вместе. Следовательно, азота на нашей планете всегда было мало, и свой запас она приобрела не от Солнца.
И вот еще, что важно — такие «земные» газы, как кислород и хлор, химически очень активны, они легко вступают в соединения с металлами и образуют твердые вещества. Вся земная кора в основном состоит из окислов, то есть соединений кислорода с металлами: кремнезем — окись кремния, глинозем — окись алюминия. В глубоких слоях Земли много окислов магния и железа. Точно так же почти весь хлор на Земле связан с металлом натрием и образует мощные залежи поваренной соли.
Земля изобилует теми газами, какие могут входить в состав твердых тел, и бедна летучими газами, которые не способны образовывать твердые соединения. На Земле мало водорода, главное соединение которого — вода, мало азота, который неохотно вступает в химические соединения, почти совсем нет «ленивых» газов — гелия и неона, которые вообще не вступают в химические соединения.
Эта своеобразная и характерная особенность химического состава вещества Земли может быть объяснена только тем, что наша планета образовалась из твердых частиц, а не из газов. Именно поэтому она обладает преимущественно теми газами, какие могут входить в состав твердых частиц.
Даже то небольшое количество водорода, каким располагает Земля, могло быть принесено на нашу планету твердыми, металлическими частицами. Многие металлы, особенно такие, как платина и палладий, способны впитывать в себя водород более жадно, чем губка — воду. Например, кусочек палладия, погруженный в банку с водородом, заметно увеличивается в объеме, набухает, становится хрупким и растрескивается. Один кубический сантиметр палладия может вобрать в себя до 900 кубических сантиметров газа. Платина же впитывает водорода меньше — примерно сто объемов.
Удивительное сходство
Химический состав земной коры можно сравнивать не только с Солнцем. В распоряжении ученых есть образцы космического вещества — метеориты. Они более доступны для изучения, чем солнечные вещества. Кусок метеорита можно растолочь в ступке и исследовать по всем правилам лабораторной практики.
Начало химическому анализу метеоритов положил русский ученый И. Мухин. Еще в 1819 году в Петербурге он определил химический состав «палласова железа» — метеорита, привезенного академиком П. С. Палласом из Красноярского края.
Такие исследования делали многие ученые. Были испытаны тысячи образцов. И у всех ученых получились примерно одинаковые результаты.
Вот табличка, составленная академиком А. Е. Ферсманом. Для сравнения приведены также данные о химическом составе Земли.
Сходство химического состава Земли и метеоритов само бросается в глаза. Состав почти одинаков.
Геохимики первыми обратили внимание на любопытнейшую особенность химического состава Земли. Наша планета в основном сложена из четных элементов, то есть из элементов, у которых число Менделеева делится на два, а атомный вес — на четыре.
И химический состав метеоритов отличается тем же самым.
Почему это так, чем можно объяснить изобилие четных элементов, — пока еще неизвестно, это записано в памятную книжку науки как вопрос, над которым должны трудиться будущие поколения ученых.
Замеченный же факт убедительно доказывает родство Земли и метеоритов.
И это родство может быть объяснено только тремя явлениями: первое — метеориты произошли от планеты, похожей по химическому составу на Землю; второе — Земля и метеориты образовались из одного, и того же вещества; третье — Земля образовалась из метеоритов.
Каждый метеорит, яркой искоркой пролетая по небу, прибавляет крупинку к нашей Земле. Земной шар растет, он растет на наших глазах, собирая космический материал и тем увеличивая свою массу.
Не могут ли «падающие звезды» раскрыть нам тайну происхождения Земли.
Быть может Земля не дочь Солнца, а потомок пылинок?
Это заманчивое предположение казалось правдоподобным. И оно заслуживало проверки.
Подвиги трудолюбивых звездочетов
Еще в прошлом столетии добровольные труженики науки, астрономы-любители начали подсчитывать «падающие звезды». Ясной ночью любитель выносил кресло в сад или на балкон, усаживался поудобнее и, опершись затылком на какую-либо подставку, чтобы не утомляться, следил за выбранным им участком неба. Наблюдатель терпеливо подсчитывал, сколько метеоритов блеснет внутри четырехугольника Пегаса, или в ковше Большой Медведицы, или в каком-нибудь другом созвездии.
Побуждаемые любознательностью, добровольцы считали искорки метеоритов и оценивали их блеск, сравнивая его с блеском звезд. Так они подсчитывали метеоры и по вечерам и в предутренние часы, весной и осенью, летом и зимой. Проходили годы. Число наблюдений росло, а вместе с тем росло и значение подсчетов.
Правда, странное занятие «звездочетов» вызывало сначала усмешку у некоторых специалистов-астрономов. Считать «падающие звезды» казалось столь же бессмысленным делом, как и считать ворон. Но «звездочеты», случалось, делали небольшие, но все же существенные открытия. Это привлекало внимание и вызывало уважение к их кропотливому труду.
Так, например, выяснилось, что в предутренние часы метеоров появляется больше, чем в вечерние.
На утреннюю сторону земного шара падают метеориты, летящие навстречу Земле, а на вечернюю — летящие вдогонку. Догоняющих метеоритов меньше, и летят они медленнее, нежели встречные.
Это явление незамедлительно получило объяснение. Земной шар движется по своей орбите вокруг Солнца, и, очевидно, «лобовая» сторона земного шара должна встречать метеоров больше, чем «тыльная». А «лобовой» стороной Земли является как раз ее утренняя сторона. И поэтому под утро падает метеоров больше, чем в начале ночи.
Второе наблюдение показало, что многие метеоры вылетают стайками из определенных участков неба, а другие — по большей части самые мелкие, самые слабые — движутся совершенно беспорядочно. Они прочерчивают свои светящиеся следы-ниточки в произвольных направлениях, появляются в любых созвездиях и явно не подчиняются какому-либо закону.
Подсчетами метеоров стали заниматься специалисты. Ими было установлено, что часть метеоров движется в межпланетном пространстве стаями, образуя метеорные потоки, которые обращаются вокруг Солнца. Земля пересекает эти потоки в определенное время года, и тогда наблюдается прекраснейшее явление природы: «звездный дождь». Сотни, тысячи золотых искр бороздят черное небо в недосягаемой высоте. Яркие, как звезды, метеоры снопами вылетают из одного какого-либо созвездия. Тонкие стрелки светящихся следов лучами расходятся во все стороны. Небо искрится и сверкает. Одни светлые ниточки тихо гаснут, другие оканчиваются ослепительной яркой капелькой, которая иногда рассыпается мелкими брызгами. Бесшумная звездная метелица иногда длится несколько часов.
Самый первый звездный дождь, о котором сохранилась запись в древних китайских летописях, наблюдался 3720 лет назад. Много звездных дождей отметили и русские летописцы.
Наиболее яркий и обильный звездный дождь произошел 12 ноября 1833 года. Сверкающий ливень длился около шести часов. На нескольких наблюдательных станциях подсчитывали падения метеоров. Их число доходило до 200 тысяч в час.
«Звездный дождь» 12 ноября 1833 года (по рисунку того времени).
Самый многочисленный и регулярный поток встречается Земле ежегодно 12 августа. Это метеоры вылетают из созвездия Персея. Некоторые астрономы называют персеиды «великим метеорным потоком». Его ширина — 110 миллионов километров, и он содержит, примерно, 500 миллиардов тонн вещества, раздробленного на крупинки поменьше булавочной головки — в среднем по 25 миллиграммов каждая.
Кроме персеид, известно еще несколько метеорных потоков: Леониды, которые вылетают из созвездия Льва и появляются ежегодно 16 ноября. Раньше они выпадали особенно сильно раз в 33 года. Сейчас ядро этого потока отодвинулось от Земли, и ноябрьские звездные дожди прекратились.
В апреле, около 21 числа, Земля встречается с лиридами; примерно 4 мая, а затем 28 июля на Землю падают метеоры из созвездия Водолея — аквариды и так далее.
Кроме метеорных потоков, наблюдается много падающих звезд-одиночек.
Эти метеоры, повидимому, отбились от общей стаи или даже никогда ни к каким стаям не принадлежали. Такие одиночные метеоры получили название спорадических.
Когда для наблюдения метеоров применили телескоп, было сделано еще одно важное открытие. Оказалось, что невооруженным глазом видны лишь наиболее яркие метеоры. Большинство же этих небесных камешков настолько мало, что их падение удается наблюдать исключительно с помощью телескопа. Эти метеоры-малютки равны по размерам маленьким песчинкам или крупным пылинкам.
Таких телескопических метеоров Земля встречает очень много, за сутки их выпадает несколько десятков миллиардов штук; на Землю из межпланетного пространства непрерывно, днем и ночью, сыплется дождь мельчайших песчинок. Благодаря нашей атмосфере, задерживающей их полет, песчинки не достигают поверхности Земли — испаряются и не причиняют нам никакого вреда.
Изучение потока космического материала, поступающего на Землю, составляет одну из увлекательных и важных задач науки. Ведь метеоры — это единственные кусочки «чужого» — неземного вещества, которое удается исследовать в лабораториях, это посланцы, несущие нам рассказ о рождении и гибели других миров, рассказ, который пока еще не расшифрован наукой до конца.
Совершенно закономерно, что в Советском Союзе, стране самой передовой науки, исследованию метеоров и метеоритов придают исключительно большое значение. Именно у нас возникла и сложилась особая отрасль астрономии — метеоритика. Ее основы еще в XVIII веке были заложены академиком П. С. Палласом и членом-корреспондентом Академии наук Э. Ф. Хладным. Они доказали, что метеориты — это частицы других миров, прилетевшие на нашу Землю из холодного мрака космического пространства.
Когда зародилось подозрение, что метеориты могли сыграть важную роль в образовании земной коры и в формировании всего земного шара, интерес к ним необычайно возрос. По инициативе академика В. И. Вернадского был создан особый комитет, который объединил ученых, занятых исследованиями метеоритов.
Кажется, будто метеоры потока вылетают из одной точки небосвода. Но это только следствие перспективы. В действительности они летят все в одном направлении.
Основные наблюдения метеоров сосредоточены в южных обсерваториях СССР, где летние ночи темны и погода редко бывает пасмурной. Для изучения метеоритов привлекли современную технику; батареи фотографических аппаратов с автоматическими затворами — так называемые патрульные камеры — неусыпно следят за небом. Расставленные на значительном удалении друг от друга, фотоаппараты нацелены на определенные участки неба. Поэтому один и тот же метеор фотографируют несколько аппаратов. Это позволяет определять высоту, на которой появился метеор. Остроумные приспособления с вращающимися зеркалами или фотоаппараты с мигающими затворами помогают измерять скорость движения метеоров. Спектроскопы определяют их химический состав.
Один из подлинных энтузиастов науки — профессор И. С. Астапович со своими сотрудниками свыше тысячи ночей отдали наблюдениям и подсчетам метеоров. И. С. Астапович приспособил радиоприемник для того, чтобы не только видеть метеоры, но и слышать их полет. Метеориты, пролетая в атмосфере, излучают электромагнитные колебания.
В 1946 году московский астроном Б. Ю. Левин впервые в мире применил для изучения метеоров электромагнитные колебания. Это позволило наблюдать и регистрировать падение метеоров не только ночью, но и днем и в пасмурную погоду.
Профессор А. Г. Калашников изобрел особый электромагнитный прибор для учета метеоров; огромная катушка этого прибора имеет в поперечнике около ста метров. Прибор А. Г. Калашникова отмечает появление каждого даже очень маленького метеора, влетевшего в нашу атмосферу.
Достаточно крупные и, особенно, медленно летящие метеоры не сгорают полностью в атмосфере, а достигают земной поверхности и их удается находить вскоре после падения. Маленькие метеориты падают на Землю медленно. Известен случай, когда метеорит попал в корыто женщины, стиравшей белье. Метеориты иногда находят на льду озер, на снегу.
Большие метеориты сохраняют часть своей космической скорости и могут причинить большие разрушения.
Величайший из метеоритов упал 30 июня 1908 года. Этот метеорит, прозванный Тунгусским, появился, примерно, над Байкалом, летел с юго-востока на северо-запад и упал в Енисейской тайге недалеко от поселка Вановара.
Если бы встреча земного шара с Тунгусским метеоритом произошла, примерно, на 5 часов раньше, пострадал бы город Выборг или северные пригороды Петербурга.
Измерение высоты метеора наблюдателями из двух удаленных друг от друга пунктов.
Падение Тунгусского метеорита и его взрыв при ударе о поверхность Земли вызвали сильное землетрясение. На 500 -600 километров вокруг шатались дома, раскачивались подвешенные предметы, дребезжали и лопались стекла в окнах, валились с ног лошади. Все сейсмические станции Европы, Азии и даже Америки отметили это необычайное землетрясение.
На тысячу километров от места взрыва был слышен грохот и глухой гул, а столб дыма поднялся на двадцать километров.
Километров на сорок вокруг места падения таежный лес был повален и обожжен. Деревья, как скошенные, легли рядами, вершинами в сторону, противоположную взрыву.
Академия наук СССР снаряжала в тайгу четыре экспедиции, которыми руководил Л. А. Кулик. Ученые обследовали место падения. Они нашли несколько щепоток раздробленных горных пород с примесью никелистого метеорного железа. Никаких иных остатков метеорита подобрать не удалось.
Дело в том, что падение «Тунгусского дива» произошло в дореволюционные годы. Исследование места катастрофы началось только в советское время — через 19 лет после падения, а упал метеорит в болотистое место. Его остатки рассеялись, смешались с илом, утонули, окислились и погибли для науки.
По подсчетам профессора И. С. Астаповича этот метеорит весил около 50 тысяч тонн и, как предполагают некоторые ученые, он был ядром небольшой кометы.
Второй по величине крупнейший метеорит упал тоже в нашей стране 12 февраля 1947 года. Розыски этого метеорита были предприняты немедленно после падения.
Этот метеорит взорвался в воздухе и рассыпался на тысячи осколков. В отрогах Сихотэ-алиньского хребта экспедиция под руководством академика В. Г. Фесенкова собрала, примерно, 37 тонн метеорного вещества.
В музеях Советского Союза хранится несколько тысяч метеоритов общим весом около сорока тонн.
Серебристые облава и космическая пыль
Летней ночью 1885 года московский астроном В. К. Цераский заметил на северной стороне небосвода жемчужно-серебристые, светящиеся облака. Шел одиннадцатый час ночи, Солнце давно уж село, обычные облака на фоне неба казались темными, а эти облака светились.
Два года спустя В. К. Цераский совместно с А. А. Белопольским измерил высоту, на которой виднеются серебристые облака. Оказалось, что они плавают в 82 километрах от поверхности Земли. Уже это указывает на особенную природу серебристых облаков. Обычные облака выше одиннадцати километров от земной поверхности не наблюдаются.
Сначала ученые думали, что серебристые облака состоят из пыли, которую забрасывают в верхние слои атмосферы вулканические извержения, и эта пыль светится в лучах Солнца, но такое предположение не оправдалось. Появление серебристых облаков не зависит от огнедышащих гор.
Зато в ночь после падения Тунгусского метеорита наблюдались очень яркие и большие серебристые облака, покрывавшие почти все небо. Академик В. Г. Фесенков, работавший тогда в Ташкенте, несколько ночей не мог приступить к астрономические наблюдениям — мешал свет серебристых облаков.
Астроном-любитель В. П. России, живший в городе Наровчата, ровно в полночь на 1 июня 1908 года сумел сделать снимок улицы самым обыкновенным фотоаппаратом: тогда было светло, как днем. В. П. России нарочно сфотографировал церковь, так как по расположению церкви можно определить страны света. На снимке видно — южная сторона церкви в тени, а северная освещена, и весь снимок выглядит так, как будто он снят днем, но при свете, падающем с севера.
Фотография, сделанная ровно в полночь при свете серебристых облаков.
Необычайно светлые ночи наблюдались по всей Европе в течение нескольких суток. По ночам было настолько светло, что люди свободно читали мелкий газетный шрифт. Несомненно, что серебристые облака были принесены на Землю Тунгусским метеоритом.
Как предполагают ученые, серебристые облака образованы мелкой космической пылью, которая, постепенно оседая, начинает светиться на высоте 82 километров над Землей.
Серебристые облака.
Космическую пыль на Землю поставляют некоторые метеорные потоки. Одно из скоплений пылевого вещества, например, сопутствует метеорному потоку персеид, с которым Земля встречается в августе.
Профессор Н. Н. Калитин заметил, что ежегодно с 12 августа атмосфера утрачивает обычную прозрачность; до 20 августа помутнение возрастает, затем пыль начинает рассеиваться и оседать.
Крупное облако космической пыли опустилось на Землю 3 мая 1892 года. Оно прошло над северной Германией, Данией, Финляндией и Скандинавским полуостровом, охватив территорию в 660 тысяч квадратных километров. Масса осевшей пыли определена, примерно, в 500 тысяч тонн.
Многолетние работы советских ученых позволили подсчитать, сколько приблизительно метеоритного вещества прибывает на Землю. Астрономы учли, сколько выпадает мельчайших метеорных частиц, сгорающих в верхних слоях атмосферы, учли и те метеориты, какие достигают поверхности Земли, прибавили к общей сумме космическую пыль, оседающую на Землю, подсчитали и прибыль массы от метеоритов-гигантов, таких как Аризонский, Тунгусский и Сихотэ-алиньский.
Этими подсчетами установлено, что в сутки выпадает около 6 -6,5 тонн «неземного» вещества. Может быть в действительности метеоритного материала окажется немного больше, может быть и чуть меньше, но в среднем число 6, 5 тонн в сутки вероятно очень близко к истине. Следовательно, масса земного шара увеличивается ежегодно на 2500 тонн.
Результат обескураживающий!
Если Земля существует три с половиной миллиарда лет и если метеорное вещество и раньше выпадало в таком же количестве, как и сейчас, то за время существования Земли на каждый квадратный сантиметр ее поверхности выпало всего лишь около двух граммов — одна чайная ложка пыли.
Метеориты даже за 3,5 миллиарда лет могли только «попудрить» земной шар, а ни в формировании земной коры, ни в образовании самой Земли метеориты какой-либо роли играть не могли. Их для этого слишком мало.
Но может быть раньше метеоритов в окрестностях Солнца было больше? Может быть в прошлом они падали чаще и прирост массы земного шара определялся миллионами тонн. Такое предположение казалось правдоподобным, его подтверждали многочисленные наблюдения и исследования ученых, начатые свыше ста лет назад первым директором Пулковской обсерватории В. Я. Струве.
Недостача слабых звезд
В 1839 году в только что отстроенной Пулковской обсерватории установили величайший для того времени 15-дюймовый телескоп. Знаменитый русский астроном и основатель Пулковской обсерватории Василий Яковлевич Струве с помощью нового телескопа продолжал исследования звездного мира, начатые им еще в Дерптской обсерватории.
После нескольких лет работы В. Я. Струве пришел к твердому убеждению, что он видит не все звезды, какие мог бы показать ему новый телескоп. По всем признакам свет слабых и очень далеких звезд почему-то не долетает до Земли.
Еще в XVIII веке ученые, подсчитывая звезды, заметили, что слабых звезд на небе оказывается меньше, чем можно было ожидать. По расчетам астрономов выходило, что звезд восьмой величины должно быть, примерно, вчетверо больше, чем звезд седьмой величины; звезд девятой величины — вчетверо больше, чем звезд восьмой величины, и так далее.
В действительности же получилась иная картина. Звезд седьмой величины насчитывается 14 300, а звезд восьмой величины вместо 51 200 — только 41000. Звезд девятой величины вместо 164 000 -117 000. Наблюдения противоречат вычислениям. Слабых звезд явно недостает.
Каждый раз, заметив в окружающем нас мире что-либо новое, астрономы стараются понять, что перед ними — истинное явление или же нечто кажущееся. Так и тут. Может быть это только кажется, что слабых звезд мало, может быть их на самом деле больше, но они почему-либо невидимы.
Мнения астрономов разделились. Большинство утверждало, что вычисления ошибочны, слабых звезд и в действительности столько, сколько их видно.
Меньшинство полагало более благоразумным подождать, понаблюдать — с течением времени станет ясно, в чем тут дело.
Только очень немногие ученые — два-три человека — считали недостачу слабых звезд кажущимся явлением.
В 1847 году Струве опубликовал свой многолетний труд «Этюды звездной астрономии». В этом капитальном произведении В. Я. Струве весьма решительно доказывал, что нехватка слабых звезд — явление кажущееся, на самом деле звезд больше, чем мы видим.
Западноевропейские ученые встретили открытие русского астронома с явным неодобрением. Они называли доводы В. Я. Струве неубедительными и мало обоснованными. Свои возражения критики сопровождали ироническими замечаниями и всячески высказывали свое недовольство. Это и понятно. Струве был слишком авторитетным ученым, к словам директора «астрономической столицы мира» волей-неволей приходилось прислушиваться. Но соглашаться с мнением В. Я. Струве западноевропейские ученые не хотела.
Спор о числе слабых звезд только на первый взгляд казался чем-то второстепенным. Он скрывал в своей основе глубокие противоречия двух мировоззрений.
Ученые-идеалисты, стремившиеся угодить церковным требованиям, яростно доказывали, что чем дальше от Солнца, тем звезды размещены в пространстве все реже и реже. Никакой нехватки слабых звезд нет. Звезды действительно столпились вокруг Солнца. Они якобы окружают его, как самое главное светило во всей Вселенной. Солнце занимает это почетное место, потому что ему, как творению бога, полагается сиять в центре Мира.
Доводы Струве опровергали этот библейский вымысел. Струве изгонял Солнце из центра Вселенной. Он низводил его в положение обычной рядовой звезды. Подобные мысли были совершенно неприемлемы для религиозно настроенных ученых.
Еще больше их возмущало объяснение Струве, почему звезд видно меньше, чем их есть в действительности.
Струве указывал, что межзвездное пространство не пусто. Оно заполнено чрезвычайно разреженной материей: мелкой пылью и частицами газов. Эта космическая пыль затуманивает свет далеких звезд, ослабляет его, а самые тусклые звезды становятся вовсе невидимыми. И из-за этого возникает противоречие между наблюдениями и расчетами астрономов. Но это противоречие кажущееся — «виновата» космическая пыль.
Западноевропейские астрономы негодовали. Мысль о засоренности космического пространства казалась им чудовищной и безбожной. По Струве получалось, что бог, создавая Землю, Солнце и звезды, оставил на небе какой-то сор.
Противодействие, которое встретили идеи Струве, сделало свое дело. Работа Струве была временно забыта. Предубеждение, внушенное религиозными представлениями о Вселенной, помешало развитию астрономии, задержало его более чем на полвека.
В конце прошлого столетия астрономы стали замечать, что в спектрах далеких звезд имеются линии, которые не могут принадлежать звездам. Они явно захвачены световым лучом во время его путешествия в космическом пространстве. И чем дальше находится исследуемая звезда, тем резче выделяются эти линии.
В 1910 году известный русский астроном Г. А. Тихов доказал, что межзвездная пыль действительно существует. Однако буржуазным ученым и этого было мало. Космическую пыль «открывали» по меньшей мере раз пять или шесть.
Окончательно признали ее существование только в 1930 году. Помогли этому земные вулканы. В начале нашего столетия произошло несколько извержений: в 1902 году на острове Мартинике проснулся вулкан Лысая Гора, в 1906 году было извержение Везувия, а в 1914 году — Сакурашимо.
Вулканы выбросили в верхние слои атмосферы огромное количество вулканического пепла. При страшном извержении Лысой Горы тучи пепла взметнулись на четыре тысячи метров над землей. Пепел поднялся в заоблачную высь, и воздушные течения разнесли его почти по всей Земле.
Извержение вулкана Лысая Гора на острове Мартинике 8 мая 1902 года.
К великой досаде астрономов частицы вулканического пепла плавали в атмосфере несколько лет и сильно мешали наблюдениям: свет звезд казался красноватым. Влияние пыли на свет звезд поневоле пришлось изучить как можно основательнее. И это помогло при исследованиях звезд.
Примерно, в двадцатых годах нашего века астрономы научились почти безошибочно и несколькими способами определять температуру звезд. При этом выяснилось, что прежние сведения о температуре звезд не вполне точны. Раньше считали, что все белые звезды горячи, а красноватые — холодны.
В 1930 году было замечено, что на некоторых участках неба звездочки, по всем признакам раскаленные до 10 -12 тысяч градусов, кажутся почему-то красноватыми. Такие звезды должны быть ярко-белыми, но ни в коем случае не красными.
Эти звезды безусловно белые, но пока их свет летит до Земли, то по пути фиолетовые, синие, голубые и зеленые лучи частично теряются, остаются только красные, оранжевые и желтые лучи; свет начинает казаться красноватым. Как показали наблюдения, сделанные после вулканических извержений, виновником такого изменения света звезд может быть мельчайшая пыль. Пылинки поглощают и рассеивают преимущественно голубые и зеленые лучи. Желтые, оранжевые и красные лучи они пропускают сравнительно свободно. Поэтому свет, проходя сквозь слой пыли, теряет фиолетовые, голубые и зеленые лучи, и от этого краснеет.
Однако в тридцатых годах сильных вулканических извержений не наблюдалось. Атмосфера была чиста. Откуда же могла взяться пыль, заставившая звезды покраснеть? Она явно была не земного происхождения, так как красноватыми выглядели не все звезды, а только некоторые на отдельных участках неба.
Более подробные исследования показали, что покраснение света звезд вызвано не земной, а космической пылью. В межзвездном пространстве клубятся легкие, тонкие, прозрачные пылевые облака.
Таким образом гениальное предвидение В. Я. Струве полностью подтвердилось. Спор, длившийся почти девяносто лет, закончился победой русской науки. Межзвездное пространство действительно не пусто и не вполне прозрачно.
Западноевропейские ученые долгое время думали, что космическая пыль распределена в пространстве равномерно. Это тоже было ошибкой. Крупнейший советский астроном В. А. Амбарцумян вместе со своим учеником Ш. Г. Горделадзе доказали, что основная масса космической пыли и газов собрана в отдельные облака — туманности.
Облака космической пыли находятся на разных расстояниях от Земли. Одни из таких туманностей далеки и о их существовании можно судить только по легкому покраснению света звезд, расположенных позади туманности; другие — близки и видны сравнительно хорошо. Они отчетливо вырисовываются на фоне Млечного Пути.
Ближайшие к Земле облака темного пылеватого вещества были давно замечены людьми. Моряки и китобои, плававшие в южном полушарии, еще в XVII веке приметили одно такое облако и дали ему меткое прозвище: «Угольный мешок». В этом месте среди Млечного Пути на небольшом участке звезд почти не видно — они словно прихлопнуты черным мешком.
Есть такие же «угольные мешки» и на небе северного полушария. Они темнеют среди звезд Млечного Пути в созвездиям Лебедя, Стрельца и Змееносца.
Туманность «Волокнистая».
Долгое время эти темные провалы среди звезд считались пустотами — «дырами в небе», ученые думали, что сквозь них, как через окошки, чернеет даль мирового пространства.
Покраснение света звездочек, виднеющихся в таких «небесных окошках» помогло разоблачить ошибку. Это вовсе не «окошки», а темные, полупрозрачные массы пыли, заслоняющие от нас свет звезд.
В. А. Амбарцумян и Ш. Г. Горделадзе, исследовавшие природу распыленного межзвездного вещества, доказали, что между светлыми бесформенными туманностями, которые с давних пор были известны ученым, и темными туманностями никакой существенной разницы нет. Просто одни освещены ближайшими яркими звездами, а другие не имеют поблизости звезд-осветителей и поэтому темны.
Темная туманность, видимая на фоне звезд Млечного Пути.
Итак, в распоряжении ученых оказался чрезвычайно важный факт: в пространстве, кроме звезд и различных светлых туманностей, есть еще темные облака космической пыли. И вообще межзвездное пространство не пусто.
Но это открытие, сделанное в начале нашего века, было только одной из тропинок, которая повела ученых к исследованию глубин Вселенной. Примерно в те же годы астрономы одержали другую важную победу: они сумели измерить Млечный Путь.
Маяки Вселенной
Еще в конце XVI века астрономы заметили, что некоторые звезды время от времени меркнут, а потом снова разгораются.
Как это ни странно, диковинное явление тогда не привлекло внимания ученых. И даже полтораста лет спустя не нашлось наблюдателя, который заинтересовался бы переменными звездами. Об их существовании знали, называли эти звезды «непостоянными», но не изучали. Их считали чем-то вроде небесных уродцев, какими-то случайными и противоестественными светилами, которые недостойны наблюдения и исследования.
Удивляться этому не приходится. В ту эпоху наука только начинала освобождаться от религиозного гнета. Мысль ученых еще была скована средневековым мировоззрением.
Один из крупнейших астрономов XVI века — Тихо Браге — писал: «По всем философским воззрениям следует, что в воздушных пространствах небесного мира ничто не меняется, что небеса и небесные тела не растут и не уменьшаются, что они не подвергаются никаким изменениям ни по числу, ни по виду, ни по блеску… все звезды сохраняют неизменно свое количество, положение, порядок движения и внешний вид».
Вот эти-то «философские воззрения», подобно темным и кривым очкам, делали астрономов как бы полуслепыми, мешали видеть то, что происходит на небе. Ученые даже представить не могли — как это звезды могут изменяться, притухать и разгораться. Заметив на небе какую-то перемену, они чурались ее, не решаясь начать систематические наблюдения; не имея настоящею научного мировоззрения, они смотрели на небо, но многого не видели.
Изучение переменных звезд началось с конца XVIII века, когда чешский крестьянин, астроном-самоучка Палич и глухонемой английский юноша Гудрайк заметили несколько переменных звезд и стали за ними следить.
Оказалось, что некоторые переменные звезды с изумительной аккуратностью изменяют свою яркость. Одна из них — звезда «Злой Гость» — Алголь из созвездия Персея двое с половиной суток светит, как самая обычная звезда, потом она начинает гаснуть. Угасание длится 4,5 часа. В следующие 4,5 часа Алголь восстанавливает прежний блеск и опять светит 60 часов как ни в чем не бывало.
Другая переменная звезда, помеченная на карте созвездия Цефея греческой буквой дельта, изменяем свою яркость непрерывно. 35 часов она постепенно разгорается, а следующие 94 часа — также плавно угасает. Сбавив светимость до предела, дельта Цефея, не задерживаясь ни на секунду, начинает разгораться. Переменных звезд, подобных Алголю, нашлось на небе очень много — свыше восьмисот. Они все называются алголями.
Звезд, похожих на дельту Цефея, еще больше — несколько тысяч. Они носят общее название — цефеиды.
Разгадка алголей была найдена сравнительно легко. Все алголи — затменные звезды. Они имеют темных или слабосветящихся спутников. Обращаясь вокруг главной звезды, спутник по временам заслоняет ее — становится между нами и звездой. Происходит затмение, и звезда сбавляет свой блеск.
Цефеиды совершенно не похожи на алголей. Цефеиды изменяют свою яркость непрерывно и своеобразно — они меркнут вдвое и втрое медленнее, чем разгораются. Присутствием темного спутника объяснить такую особенность цефеид не удается. Спутник не может так резко замедлять и ускорять движение по орбите. Он не может надвигаться на диск звезды медленнее, чем сходить с него. Не затмение, что-то иное заставляет цефеид «зажмуриваться».
Исследования крупнейшего русского астрофизика А. А. Белопольского показали, что когда цефеида увеличивает блеск, она действительно разгорается — ее температура нарастает и изменяется характер спектра.
Другой русский ученый Н. А. Умов высказал предположение, что цефеиды это — пульсирующие звезды. Разгораясь, они увеличиваются в объеме, словно раздуваются, а потом, когда «приступ лихорадки» пройдет, они съеживаются, их поверхность опадает и светимость уменьшается.
Последующие исследования полностью подтвердили гипотезу Н. А. Умова.
Все цефеиды оказались очень крупными звездами. Они по объему в несколько тысяч раз больше нашего Солнца. Вещество на этих звездах непрерывно колышется — их объем то увеличивается, то уменьшается, цефеиды как бы «дышат».
Особенно замечательно то, что пульсации цефеид подчинены законам маятника. Как длинный маятник качается медленнее короткого, так и большая, массивная, яркая цефеида пульсирует медленнее, чем менее крупная. Десятисуточная цефеида больше и ярче семисуточной. Цефеида с периодом в 5 суток больше и ярче трехсуточной и так далее. Зная период цефеиды, можно определить ее размеры и светимость.
Это замечательное открытие превратило цефеиды в своеобразные маяки Вселенной.
Когда темной ночью капитан корабля видит вдали мигающий фонарь маяка, он легко ориентируется и узнает расстояние до берега; так и астроном, заметив среди какой-либо звездной стаи или скопления чудесную цефеиду, видит в ней подобие маяка, который помогает ему ориентироваться в пространстве.
Несколько ночей подряд астроном измеряет блеск цефеиды и устанавливает длину ее периода. Узнав период, он определяет ее светимость. Допустим, что замеченная им цефеида по светимости равна Арктуру — «стражу Медведицы» из созвездия Волопаса. Поставленные в пространстве рядом, цефеида и Арктур казались бы земному наблюдателю совершенно одинаковыми звездами.
Но на небе они выглядят неодинаковыми. Арктур блестит, как звезда первой величины, а найденная цефеида виднеется звездочкой одиннадцатой величины, то есть совсем тусклой. Ее блеск ослаблен расстоянием. Она, очевидно, расположена гораздо дальше Арктура. И можно вычислить на сколько она дальше его.
Закон убывания видимой яркости источника света с увеличением расстояния прост, и соответствующие вычисления не сложны.
Так как найденная цефеида по блеску слабее Арктура на 10 звездных величин, то, следовательно, она в 100 раз дальше его.
Арктур — близкая звезда. Расстояние до нее известно достаточно точно. Оно равно 33 световым годам. Следовательно, цефеида находится на расстоянии в 3300 световых года.
Каждая цефеида оказывается своеобразным верстовым столбом. Ее период и блеск говорят и о расстоянии до нее. Открытие замечательных свойств цефеид было прекрасным подарком науке.
Впервые в мире расстояние до звезд было измерено в 1838 году великим русским астрономом В. Я. Струве. К 1913 году, то есть за 75 лет, ценой напряженных усилий астрономов всех стран удалось измерить расстояния всего лишь до 50 наиболее близких звезд. Наука приобрела план ближайших окрестностей Солнца — небольшого участка радиусом в несколько десятков световых лет. Все остальное оставалось недоступным.
Движущиеся скопления, зеленоватые туманности, звездные облака Млечного Пути, загадочные белые спирали и шаровые звездные кучи — все это находилось за пределами досягаемости. Их видели на небе, но было неизвестно, что ближе, а что дальше.
Пытливая человеческая мысль открыла закономерность, связывающую период и светимость цефеид. Казавшееся недосягаемым, стало простым и доступным.
Учеными на первых порах учтено 980 цефеид, Эти цефеиды превратились в «верстовые столбы», расположенные в различных областях Млечного Пути. Почти тысяча невидимых нитей протянулась от Земли по разным направлениям. И длина каждой нити стала известной. Ученые сделали сразу тысячу промеров Вселенной. Наука торжествовала победу. Перед ней открылись широкие горизонты.
Млечный Путь — Галактика
Первые измерения, сделанные с помощью маяков Вселенной, показали, что окружающий нас мир звезд хотя и велик, но не безграничен. Звезды рассеяны в пространстве не равномерно, а собраны в огромное облако.
Это скопление звезд по форме похоже на спортивный диск или на две мелкие тарелки, сложенные краями — оно круглое и сплющенное.
В бесконечном просторе Вселенной наше звездное облако, как остров среди океана, а звезды, его составляющие, по сравнению с самим облаком, подобны ничтожно-малым светящимся пылинкам. Одну из этих пылинок мы называем своим Солнцем.
Солнце, и мы вместе с ним, находится в звездном облаке и поэтому видеть его мы можем только изнутри. Как зритель на трибуне стадиона, оглядевшись вокруг, видит множество зрителей, сплошной стеной опоясавших стадион, так и наш взгляд встречает по направлению к краям облака мириады звезд, сгустившихся возле центральной плоскости звездного облака.
Мы наблюдаем это сгущение звезд на нашем небе и называем его Млечным Путем. Он охватывает небо сплошной серебристо-жемчужной лентой, как бы сотканной из мельчайшей звездной пыли. Но это не пыль, это звезды не менее яркие, чем наше Солнце. Они только выглядят мелкими, потому что находятся далеко.
И скученность их кажущаяся. Как ряд придорожных столбов виден редким вблизи и частым вдали, так и звезды Млечною пути — они расположены на больших расстояниях друг от друга, а впечатление тесноты в Млечном Пути создает перспектива.
В действительности же такой скученности там нет. И Млечный Путь — не путь и ничего не имеет общего с молоком. Это старинное название возникло в глубокой древности, когда поэтическое воображение первых наблюдателей сравнивало далекие звездочки с мельчайшими брызгами молока.
Ученые сохранили старинное название, оно послужило им основой для нового термина Галактика (галактос — молоко). Галактикой назвали то гигантское скопление звезд, в котором находится наше Солнце.
С открытием Галактики астрономы почувствовали себя путешественниками, попавшими в совершении незнакомый город, причем выяснилось, что они вовсе не путешественники, а в этом городе они родились, в нем жили всегда, никуда из него не уезжали, но только не знали о существовании этого звездного города.
Понятно, что свое многолетнее заблуждение астрономы постарались исправить как можно скорей. И они настойчиво изучали планировку своей Галактики, знакомились с ее достопримечательностями и с ее обитателями и старались определить свое местоположение в ней.
Галактика велика. Ее поперечник составляет, примерно, 85 тысяч световых лет, а толщина равна 10 тысячам световых лет.
Солнце расположено не в центре этого звездного города, а почти что на его окраине. От центра мы находимся в 27 тысячах лет полета светового луча и в 15 тысячах световых лет от ближайшего к нам края.
Ближний край Галактики нам, жителям северного полушария Земли, не виден — она находится по направлению созвездия Кормы Корабля на небе южного полушария.
Схемы, изображающие нашу Галактику. С — Солнце.
Центральная область Галактики расположена по направлению к созвездию Стрельца и тоже нам не видна — но уже по другой причине: она заслонена большими облаками темной космической пыли, которые растянулись по всей средней плоскости Галактики. Эти облака чернеют на фоне Млечного Пути и в созвездиях Лебедя и Стрельца разделяют его на два рукава.
К великой досаде астрономов Солнце помещается близ средней плоскости Галактики, то есть там, где скопилось больше всего космической пыли. Мы вынуждены наблюдать Галактику не только с краю, но и из наиболее запыленной ее части.
Астрономы имеют все основания быть недовольными местоположением Солнца: видимость плохая. Окажись Солнце на несколько сот световых лет ниже или выше средней плоскости Галактики, изучать наш звездный город было бы гораздо удобнее.
Наша Галактика вращается, как гигантская карусель, а Солнце и все остальные звезды летят по своим орбитам вокруг галактического центра.
Скорости звезд неодинаковы. Одни движутся быстрее своих соседей и обгоняют их. Другие — неторопливы и постепенно отстают.
Если известно, что расстояние между Солнцем и Вегой сокращается в каждую секунду на 14 километров, то это еще не значит, что Солнце и Вега летят друг другу навстречу. И Солнце и Вега движутся в одну сторону. Но наша скорость больше, и мы настигаем Вегу. Когда-нибудь, через много миллиардов лет, Солнце обгонит Вегу, как обгоняют друг друга автомобили на шоссе.
Скорость движения Солнца по галактической орбите составляет около 250 километров в секунду.
Скорость значительная, но и Галактика тоже велика. Чтобы облететь ее, нужен большой срок.
Галактический год, то есть время одного обращения Солнца вокруг центра Галактики, равняется, примерно, 200 миллионам лет.
Земля существует 3,5 -4 миллиарда лет. Следовательно, со времени образования земного шара прошло всего лишь 17 или 20 галактических лет! Наша планета вовсе не так стара, если считать ее возраст не солнечными годами, а галактическими.
Итак, в распоряжении ученых оказалось еще несколько важных фактов. Наше Солнце является членом гигантского звездного облака Галактики. Оно находится недалеко от средней плоскости Галактики среди облаков темной космической пыли. Солнце движется по своей галактической орбите и со времени рождения Земли успело совершить около двадцати оборотов.
Все это ценные сведения, которые пригодились советским ученым для создания новой космогонической гипотезы.
Дружба звезд и туманностей
Связь между светлыми туманностями и яркими белыми звездами ученые заметили очень давно. Еще в XVIII веке в астрономическом сочинении, которое перевел с латыни на русский язык племянник М. В. Ломоносова, Михаил Головин, сказано: «Туманная звезда Ориона достойнее примечания всех туманных звезд. Она имеет вид неправильной, продолговатой, и изогнутой; ее белизна кажется сквозь трубу явственно — там в бледной, но равномерной ясности примечают седмь небольших звезд».
Старинное название этих светил — туманные звезды — в науке не сохранилось. Какие же это звезды, если они прозрачны и сквозь них просвечивают настоящие звезды?
Природу светлых туманностей неправильной формы астрономы разгадали сравнительно легко — это большие и светящиеся облака мелкой пыли и разреженных газов; а вот звезды, видимые внутри туманностей, долго оставались загадкой. По сути дела она и до сих пор не разрешена до конца.
В самом деле, как попали в «бледную, но равномерную ясность» туманности Ориона ее «седмь небольших звезд»? Какова их роль? Может быть они родились в туманности и теперь выглядывают из нее, как из колыбели? А может быть, странствуя по бесконечным дорогам Вселенной, эти звезды влетели в туманность, как пушечные ядра в легкое облачко?
Звезд, просвечивающих из туманностей, довольно много. Не только в созвездии Ориона, но и на многих других участках неба есть звезды, укутанные в туманное вещество, словно в вату.
Сначала ученые думали, что яркие белые звезды только временные постояльцы в туманности, ее попутчики. С течением веков звезда уйдет, а туманность, лишенная освещения, померкнет и перестанет быть видимой. Она превратится в обычную темную туманность.
Темные и светлые туманности отличаются друг от друга только тем, что одни из них освещены, а другие нет. Сами по себе они светиться не могут — это ведь только облака холодной космической пыли.
Размеры туманностей велики — есть облака, имеющие в поперечнике от 10 до 30 световых лет, то есть луч света далекой звезды, чтобы пролететь от края и до края такой туманности, должен лететь от 10 до 30 лет.
Встреча звезды со столь протяженным космическим образованием не может быть редким явлением.
Звезды могут встречаться с туманностями, могут проходить сквозь них.
Может быть и Солнце когда-либо встретилось с туманностью?
Глава восьмая
ГИПОТЕЗА О. Ю. ШМИДТА
Искать, дерзать и пробовать — должен человек.
Д. Менделеев
Солнце — член Галактики
Глава американской астрономической науки Генри Ресселл в самом начале своей книги о происхождении солнечной системы писал: «Первым характерным свойством нашей системы является ее крайняя изолированность».
В этом суждении, как в зеркале, отразилась философия ученого, воспитанного буржуазным обществом. В Америке и в Западной Европе все — школа, семья, религия, весь уклад жизни — учит человека мыслить о себе не в связи с обществом, с природой, а, наоборот, — противопоставляя себя обществу, природе, окружающим условиям. В буржуазных странах каждый человек, даже живущий в центре густонаселенного города, чувствует себя Робинзоном, который должен полагаться только на самого себя, на свои силы. И это миропонимание перенесено в науку.
По мнению буржуазных астрономов Солнце тоже подобно Робинзону, оно расположилось в необитаемом пространстве, а связь его с окружающим звездным миром исчезающе мала. Буржуазные ученые рассматривают солнечную систему, как нечто обособленное, самодовлеющее и ни от чего не зависимое, они пытаются доказать ее изолированность, и эту изолированность даже выдают как ее свойство.
Все это в корне неверно «…диалектика рассматривает природу не как случайное скопление предметов, явлений, оторванных друг от друга, изолированных друг от друга и независимых друг от друга, — а как связное, единое целое, где предметы, явления органически связаны друг с другом, зависят друг от друга и обусловливают друг друга.
Поэтому диалектический метод считает, что ни одно явление в природе не может быть понято, если взять его в изолированном виде, вне связи с окружающими явлениями, ибо любое явление в любой области природы может быть превращено в бессмыслицу, если его рассматривать вне связи с окружающими условиями, в отрыве от них, и, наоборот, любое явление может быть понято и обосновано, если оно рассматривается в его неразрывной связи с окружающими явлениями, в его обусловленности от окружающих его явлений»[16 - И. Сталин. Вопросы ленинизма, XI изд., стр 536.].
Советские ученые понимают, что если рассматривать солнечную систему вне связи со всем звездным миром, с Галактикой, членом которой она является, если не учитывать историю развития Солнца и звезд, то нельзя создать подлинно-научную космогоническую гипотезу.
Чтобы найти решение вопроса — как образовалась Земля, пытливая человеческая мысль должна охватить весь окружающий нас звездный мир, его прошлое и настоящее, а буржуазное учение об изолированности отбросить, как ненужный и вредный хлам.
Против буржуазной ограниченности в астрономии подняли свой голос передовые советские ученые, и первым среди них был Герой Советского Союза академик Отто Юльевич Шмидт.
В 1944 году он, продолжая дело, начатое еще Ф. А. Бредихиным и В. И. Вернадским, выдвинул новую гипотезу об образовании Земли из твердых частиц. А основанием этой гипотезы послужила идея о связи между Галактикой и Солнцем.
Захват пылевого облака
По гипотезе О. Ю. Шмидта Солнце вначале было одиночной звездой, почти столь же яркой, как сейчас. Оно мчалось по своей галактической орбите, которая, как это установлено учеными, расположена очень близко от средней плоскости Галактики.
И в этой же плоскости сосредоточены также крупные массы темной космической пыли.
Примерно 6 или 7 миллиардов лет назад Солнце нагнало одну из таких туманностей и пролетело сквозь нее, как бы пробивая в ней туннель.
Средние размеры пылевых облаков составляют, примерно, 10 световых лет, то есть они имеют в поперечнике около 95·10^12^ километров. Возможно, что скорость Солнца по сравнению со скоростью туманности равнялась, примерно, 30 километрам в секунду или 950 миллионам километров в год.
При такой скорости путешествие Солнца внутри туманности длилось около ста тысяч лет.
Пролетая сквозь газово-пылевое облако, Солнце своими лучами отметало прочь самую мелкую пыль и молекулы газов, а более крупные частицы-песчинки своим тяготением захватывало «в плен» и заставляло обращаться вокруг себя.
Этим сразу объясняется коренное противоречие солнечной системы — странное распределение моментов количества движения между планетами и Солнцем.
Момент количества движения, которым владеют в настоящее время планеты, принесен в солнечную систему роем твердых частиц, захваченных Солнцем. Он заимствован из того запаса, которым обладает Галактика.
Частицы, плененные Солнцем, обращались возле него по самым различным и, конечно, очень вытянутым «кометным» орбитам. Но направление движения у подавляющего большинства этих частиц было одинаковым, потому что все они принадлежали одному облаку и унаследовали от него свое движение.
Если какие-либо частицы двигались в противном направлении, то они неизбежно сталкивались со встречными песчинками и камешками, разбивались, теряли скорость и гибли, падая на Солнце.
Точно так же большинство частиц, пойманных тяготением Солнца, держалось в основном той плоскости, в какой двигалось все облако. Эта плоскость приблизительно совпадала с плоскостью солнечного экватора.
Пути пылинок, кружившихся вокруг Солнца, пересекались. Пылинки постоянно сталкивались между собой, некоторые из них отскакивали друг от друга, другие слипались вместе, но так или иначе после каждого столкновения пути частиц изменялись.
В результате непрестанных соударений частицы, летавшие по пересекающимся орбитам, постепенно выходили из строя или же вливались в общий круговой поток, двигавшийся вокруг Солнца. Песчинки, державшиеся в одной — центральной плоскости, сохранились, а число их увеличивалось за счет песчинок, свернувших со своего прежнего пути после столкновений.
Беспорядочно роившееся вокруг Солнца скопище понемногу устраивалось — возникало сравнительно организованное, упорядоченное сгущение пылевого вещества, которое охватывало Солнце наподобие кольца Сатурна, но оно было несравненно более толстое.
Здесь в этом первобытном скоплении пылинок началось образование зародышей будущих планет. Мелкие пылинки слипались друг с другом, падали на более крупные, и так возникали ядра, вокруг которых сгущалось космическое вещество, давая начало будущим планетам.
Эти зародыши планет первоначально обращались вокруг Солнца по сильно вытянутым эллиптическим орбитам, подобно нынешним кометам. Но на них непрерывным дождем сыпались песчинки. Каждое падение, каждый толчок, который испытывала юная планета, заставлял ее слегка отклоняться от прежнего пути и двигаться по новой орбите.
Закон планетных расстояний
Планеты росли, накапливали вещество и вместе с тем суммировали орбиты всех падающих на них частиц. В результате — эллиптичность их собственных орбит уменьшалась. И чем больше планеты накапливали материала, тем округленнее становились их орбиты.
При этом О. Ю. Шмидт указывает, что зародыши будущих планет могли возникнуть в любом месте пылевого сгущения, но сохранились они только на строго определенных расстояниях от Солнца и друг от друга.
Ядра планет формировались в областях устойчивых орбит, то есть там, где мешающее действие соседних ядер было наименьшим.
Вообразим для примера, что два планетных ядра сложились слишком близко друг от друга. Разумеется, они быстро подберут весь космический материал, находящийся между их орбитами. В дальнейшем им волей-неволей придется довольствоваться частицами со стороны.
Ядро планеты, расположенное ближе к Солнцу, сможет захватывать песчинки, летающие между ним и Солнцем. Более далекое от Солнца ядро будет вынуждено собирать космический материал со своей теневой стороны.
Иначе говоря, ближайшая к Солнцу планета начнет расти за счет частичек, летающих слева от нее, а более далекая планета — за счет частичек, летающих справа от нее.
Непрерывные толчки песчинок и камешков, падающих на поверхность юных планет, приведут к тому, что более близкое к Солнцу планетное ядро отойдет влево, в сторону своего «пастбища» — приблизится к Солнцу, а более далекое отойдет вправо, поближе к своему «пастбищу» — удалится от Солнца. Ядра планет разойдутся и в конце концов займут строго определенные устойчивые орбиты.
Может быть и другой случай. Между двумя планетными ядрами, расположенными на достаточном удалении друг от друга, возникнет третье промежуточное ядро. Это третье — лишнее — ядро быстро исчерпает запас космического материала в окружающем пространстве, останется малорослым «недомерком» и поэтому не сможет округлить свою орбиту Обращаясь вокруг Солнца, оно будет поочередно приближаться то к более близкой от Солнца планете, то к более далекой и, в конце концов, под действием их тяготения развалится, а ее вещество станет добычей соседей.
Таким образом, сам процесс роста молодых планет за счет падающего на них материала заставляет их не только округлять свои орбиты, но и занимать «законные» места в солнечной системе, где можно было бы расти без особых помех.
Академик О. Ю. Шмидт решил вычислить на основе своей гипотезы, каковы должны быть эти «законные» устойчивые орбиты планет, образовавшихся из скопления твердых частиц, летавших возле Солнца. Эта задача поддается математическому решению.
Расчеты О. Ю. Шмидта привели к весьма важному выводу: расстояния между планетами могут быть представлены некоторой математической формулой, в которой как частный случай заключается правило Боде-Тициуса.
Следовательно, таинственное правило Боде-Тициуса, смущавшее всех ученых и казавшееся необъяснимым совпадением чисел, получило простое и естественное объяснение. Планеты могли образоваться на тех орбитах, на каких они сейчас находятся. Планеты-неудачницы, почему-либо возникавшие в неустойчивых зонах, были вынуждены либо развалиться, либо упасть на другие планеты, либо отодвинуться на законное место.
Из этой таблички видно, что числа, полученные О. Ю. Шмидтом, даже больше соответствуют действительности, чем числа, даваемые правилом Боде-Тициуса.
Образование планет-великанов
Марс — последний из четверки планет земной группы. Дальше от Солнца, за роем астероидов, о которых речь будет впереди, находятся четыре планеты-гиганта — Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун.
Почему эти члены солнечной семьи так резко отличаются от планет земной группы, почему их размеры огромны, а плотности малы — не могла объяснить ни одна из прежних гипотез. Это были планеты-загадки. И верно, — наша Земля и ее соседи выглядят самыми нормальными планетами, они сложены из обычных материалов. Плотность Земли — 5,52.
Но как образовался Юпитер и из чего он сложен, если его масса в 318 раз больше массы Земли, объем в 1345 раз больше Земли, а плотность вещества лишь немногим отличается от плотности таких веществ, как глицерин или желатин?
Что это за вещество и как могла возникнуть эта рыхлая планета-громадина — совершенно неясно.
Гипотеза О. Ю. Шмидта дает объяснение.
Планеты формировались в борьбе двух сил: тяготения Солнца и давления солнечных лучей.
Давление солнечных лучей могло действовать только в той части пылевого облака, которая была прозрачна. Солнечные лучи тормозили пылинки в ближайших окрестностях Солнца и вызывали их падение на Солнце или же отбрасывали их далеко в сторону. Но влияние света по мере удаления от Солнца быстро ослабевало. На некотором расстоянии от Солнца толща пылевого облака оказывалась совершенно непроницаемой для света. Действие лучевого давления и торможения на этом расстоянии полностью прекращалось. Начиналась зона непрозрачности — зона мрака.
Там, где сквозь пылевое облако пробивались световые лучи и самые легкие частицы почти дочиста были выметены, — образовывались небольшие планеты земной группы.
Иное дело, — в зоне непрозрачности. Там во мраке клубились газовые облака, там находилось бесчисленное множество льдинок — замерзшей воды, замерзших газов: углекислоты, аммиака, метана; там на твердых частицах оседали в виде инея все легкие вещества, которые испарялись в околосолнечной области и были изгнаны оттуда солнечными лучами. И, разумеется, в зоне непрозрачности планеты слагались из тех материалов, какие там имелись — из замерзших газов, мелкой пыли и других легких веществ.
Планеты-гиганты — это дети мрака.
Густота облака в зоне непрозрачности, а также то, что Юпитер находился в центре захваченного Солнцем кольца космической пыли, создавали для Юпитера наиболее благоприятные условия. Он рос быстрее всех и вырос больше всех.
Крупная масса Юпитера, в свою очередь, помогала ему собирать вещество — к большой массе и мелочи притягивалось больше. Могучее тяготение Юпитера подчищало пространство на огромном расстоянии от него, а это обездоливало его ближайшего соседа. Марс мог бы стать более массивной планетой, но он не стал ею — помешало тяготение Юпитера.
Сатурн меньше Юпитера. Видимо рой частиц в районе его образования был реже, чем возле Юпитера. Кроме того, большая часть вещества, изгоняемого солнечными лучами из области формирования планет земной группы, рассеивалась в пространстве. Она достигала орбиты Сатурна в сильно разреженном состоянии — ведь Сатурн расположен почти вдвое дальше Юпитера. Все это привело к тому, что Сатурн собрал материала в три с лишним раза меньше, чем Юпитер.
Уран и Нептун — сравнительно небольшие планеты. Уран в 15 раз массивнее Земли, а Нептун массивнее ее в 17 раз.
В районе образования этих планет рой частиц безусловно был гораздо разреженнее, чем возле Сатурна и Юпитера.
Тут столкновения песчинок и камешков зачастую приводили к тому, что песчинка, ударившись о другую песчинку, отскакивала от нее, приобретала повышенную скорость и вырывалась из-под влияния солнечного тяготения. Такие частицы вылетали за пределы роя и навсегда покидали солнечную систему. Рой редел, и окраинным планетам оставалось мало материала.
Кроме того О. Ю. Шмидт предполагает, что вследствие огромных расстояний, которые разделяют окраинные планеты, Уран и Нептун еще не закончили сбор материала. Эти планеты продолжают расти и в наши дни.
Небольшое несоответствие между массами Нептуна и Урана отнюдь не противоречит гипотезе Шмидта. Нельзя представлять себе, что облако, встреченное Солнцем, и рой частиц, захваченный им, были совершенно однородными, несомненно в нем имелись и более плотные сгустки и разреженные места.
Точно также нельзя думать, что ядра всех планет сложились одновременно, как по команде. Несомненно, одни образовались чуть раньше, другие — позже. Те, что возникли раньше, совершенно естественно, использовали первенство и собрали больше материала.
Неоднородностью роя и разновременностью образования ядер планет объясняются их небольшие отклонения от нормы.
На самой границе роя, где вещества было совсем мало, образовался Плутон. Этому обитателю околицы солнечной системы пришлось довольствоваться только остатками строительных материалов. Он вырос такой же маленькой планетой, как и Марс. Его орбита тоже не смогла округлиться, а масса осталась примерно равной массе Марса.
Из гипотезы Шмидта следует, что Плутон — последняя планета солнечной системы. Возможно, что за орбитой Плутона летают небесные тела, подобные астероидам, но для образования настоящей планеты там материала недостаточно. Поэтому десятой крупной планеты в солнечной системе нет и быть не может.
Вращение планет
Все без исключения космогонические гипотезы не могли объяснить, почему планеты вращаются вокруг своих осей в ту же сторону, в какую они движутся по орбитам. Эта задача была тем препятствием, на котором опрокидывались все рассуждения, и авторы гипотез обычно умалчивали о вращении планет.
Лаплас, как известно, никакого объяснения не дал, полагая, что вращение планет должно быть понятно и без объяснения. Его последователи с горечью убедились, что Лаплас ошибся. Вращение планет по его гипотезе обязательно должно быть обратным — если планета, обращаясь вокруг Солнца, движется против часовой стрелки, то вращаться вокруг оси она должна по часовой стрелке.
В самом деле, по законам Кеплера каждое тело солнечной системы — все равно планета, метеор, пылинка или молекула, — обращаясь вокруг Солнца, имеет строго определенную скорость движения по орбите. Эта орбитальная скорость зависит от размеров орбиты. Чем дальше от Солнца расположена планета, тем меньше ее скорость.
Это наблюдается и в действительности. Меркурий движется по орбите со скоростью в 49 километров в секунду. Более далекая от Солнца Венера имеет орбитальную скорость в 35 километров в секунду. Скорость Земли еще меньше — 30 километров, Марса — 24, Юпитера — 13 и так далее.
Следовательно, — рассуждали ученые, — в эпоху образования планет каждая песчинка, летевшая немного дальше от Солнца, чем Земля, двигалась со скоростью около 29 километров в секунду, то есть медленнее Земли.
Частицы, летевшие с подсолнечной стороны Земли, то есть слева от нее и ближе к Солнцу, двигались со скоростью около 31 километра в секунду — быстрее Земли.
И те и другие частицы падали на растущую Землю.
Пылинки и камешки, летевшие с подсолнечной дневной стороны Земли и, следовательно, догонявшие ее, подталкивали Землю.
Пылинки и камешки, двигавшиеся с ночной стороны, то есть правее и дальше Земли, и отстававшие от нее, падая, притормаживали Землю.
Если какую-либо вертушку или колесо слева подталкивать в одну сторону, а справа в другую, то вертушка неминуемо завертится. И, очевидно, что земной шар тоже должен был завертеться волчком и именно слева направо — по часовой стрелке и ни в коем случае не наоборот.
Этот вывод казался ученым настолько очевидным, закономерным и безусловно правильным, что оспаривать его никто не осмеливался. Бессмысленно опровергать основные законы движения небесных тел.
Земля же и все остальные планеты наперекор здравому смыслу вращаются вокруг оси именно наоборот, справа налево — против часовой стрелки.
И это было удивительной, необъяснимой загадкой.
Некоторые ученые время от времени пытались придумать какое-либо мало-мальски сносное объяснение, почему планеты вращаются не так, как следовало бы. Но доводы выглядели искусственными и неубедительными. Вопрос оставался открытым.
О. Ю. Шмидт нашел ошибку в рассуждениях ученых, искавших причину прямого вращения планет. Он доказал, что земной шар ни в коем случае нельзя уподоблять вертушке, которую падающие песчинки заставили вертеться своими толчками. О. Ю. Шмидт исключительно просто и убедительно объяснил вращение планет в прямом направлении.
Физическое явление, которое легло в основу объяснения Шмидта, случалось наблюдать каждому человеку.
Темной безоблачной ночью высоко над Землей проносятся яркие искорки метеоров. Метеоры вторгаются в земную атмосферу с огромными скоростями, иногда превышающими 40 километров в секунду. При такой скорости метеорная частица уже на высоте 120 -150 километров от поверхности Земли сталкивается с молекулами воздуха. Несмотря на крайнюю разреженность воздуха, на большой высоте перед метеором образуется воздушная «подушка», которая разогревается до нескольких тысяч градусов и начинает испускать ослепительный свет. Вследствие сопротивления воздуха метеорит теряет скорость, его поверхность раскаляется, вещество начинает испаряться, и за метеоритом тянется тонкий светящийся след, образованный раскаленными частицами воздуха и метеорного тела. Почти вся кинетическая энергия метеорита в это время преобразуется в теплоту и свет.
Это и есть то явление, которое упускали из виду.
В первые тысячелетия своего существования юная Земля уже обладала атмосферой. Конечно, газовая оболочка новорожденной планеты имела ничтожную толщину и плотность. Но чтобы затормозить падение метеорита, достаточно очень небольшой плотности воздуха — такой, какую мы имеем в настоящее время на высоте 120 километров от поверхности Земли.
Частички, падавшие на Землю, встречая резкое сопротивление газовой оболочки, раскалялись, их кинетическая энергия переходила в теплоту и свет, а свет и теплота тут же рассеивались в пространстве. Падающие частички теряли свою кинетическую энергию раньше, чем успевали «толкнуть» Землю. Они испарялись, превращались в пыль, и эта пыль уже спокойно оседала на Землю.
Даже песчинки и камешки, достигавшие поверхности Земли, большую часть кинетической энергии расходовали на нагревание и механическое дробление.
Кроме того, юную планету в то время окружал довольно плотный рой частиц, делавших свои последние круги перед тем, как приземлиться. Эти частицы постоянно сталкивались между собой, раскалывались, разогревались от ударов друг о друга и тоже теряли свою кинетическую энергию.
Следовательно, «толчки», которые испытывала Земля от падения песчинок и камешков, были ничтожно малы. Существенного значения они не имели. И вращение Земли нельзя объяснить разностью скоростей частиц, летавших справа и слева от Земли. Их кинетическая энергия почти полностью излучалась в пространство в виде света и теплоты.
При образовании планет, указывает О. Ю. Шмидт, происходило не сложение кинетических энергий падающих частиц, а сложение моментов количества движения, которыми обладали эти частицы.
Момент количества движения в мире небесных тел отчасти можно уподобить нашим деньгам. Деньги тоже переходят из рук в руки, в бухгалтериях их переписывают со счета на счет, но сами по себе деньги не исчезают, не расходуются, они только передаются.
Момент количества движения не может превращаться в свет и теплоту, не может расходоваться на трение. Он только передается от одного тела к другому.
В рое мелких частиц или в планетной системе момент количества движения распределяется по иному закону, чем орбитальные скорости. Вот для примера Марс и Плутон. Они почти равны друг другу по массе: орбитальная скорость Марса равна 24 километрам в секунду; а орбитальная скорость Плутона составляет всего лишь 4,75 километра в секунду. Но Плутон в 26 раз дальше от Солнца, чем Марс. Поэтому, несмотря на большую разницу в скоростях, момент количества движения, принадлежащий Плутону, почти в 5 раз больше момента количества движения, которым обладает Марс. Чем дальше обращается планета или частичка от Солнца, тем ее момент больше.
А это означает, что все частички роя, летавшие за пределами земной орбиты с ночной стороны Земли (справа от нее) обладали большим моментом количества движения, чем частички, летавшие внутри земной орбиты, слева от Земли — с ее дневной стороны.
Падая на Землю и те и другие частички передавали ей и свою массу и свой момент количества движения. Падавшие справа — на ночную сторону Земли, приносили с собой больший момент количества движения, падавшие слева — меньший. Суммирование моментов подталкивало Землю, заставляло ее вращаться справа налево, то есть против часовой стрелки, — так, как она вращается в действительности. Объяснение прямого вращения является большой заслугой О. Ю. Шмидта. Ученому удалось решить задачу, перед которой, как перед крепостной стеной, наука стояла в течение целого столетия.
Закономерность, открытая О. Ю. Шмидтом, позволяет сделать важные выводы. Планеты-гиганты, накопившие большие массы, а вместе с тем и большие моменты количества движения, должны вращаться быстрее планет земной группы.
И действительно, на величайшей из планет — на Юпитере — сутки длятся только 9 часов и 50 минут. Сатурн вращается вокруг оси медленнее — за 10 часов и 14 минут. Уран — за 10 часов и 48 минут. Нептун — за 15 часов и 40 минут. Продолжительность суток на Плутоне еще не установлена. Но, основываясь на законе сложения моментов количества движения, можно предположить, что маленький Плутон вращается гораздо медленнее Нептуна и может быть даже медленнее Марса.
Меркурий, как самый маленький среди планет и самый близкий к Солнцу, даже в годы юности не мог вращаться быстро. Приливное действие Солнца окончательно затормозило его вращение вокруг оси. Теперь Меркурий обращается вокруг Солнца так же, как Луна вокруг Земли, обернувшись к нему одной стороной.
Другой малыш среди планет земной группы — Марс вращается немного медленнее, чем Земля. Но медлительность вращения Марса нельзя объяснить исключительно тормозящим действием приливного трения. Марс далек от Солнца. Солнечные приливы на Марсе неуловимо малы. Действие их ничтожно. Марс вращается медленно, потому что размеры его невелики. Если бы он смог накопить большую массу, то и вращался бы гораздо быстрее Земли.
Длительность суток на Венере до сих пор неизвестна. Эта планета окутана густыми белоснежными облаками. На ее поверхности нет ни одного устойчивого пятнышка, проследив за которым можно было бы определить скорость ее вращения. Предполагают, что Венера вращается очень медленно и ее сутки длятся примерно 30 наших суток. Но так ли это в действительности, — еще никем не доказано.
Раньше, до работ О. Ю. Шмидта, длительность суток на планетах казалась чем-то обособленным, независимым и даже случайным. Ученые полагали, что время вращения планеты вокруг оси можно узнать только наблюдением. Это не так. Закономерность, открытая О. Ю. Шмидтом, позволяет определять длину суток на планетах математическим путем.
Наклоны осей Юпитера, Сатурна и Урана.
В солнечной системе все связано друг с. другом. И плотность планет, и округленность их орбит, и наклоны их осей, и продолжительность суток — зависят в той или иной степени от массы планет и от расстояния, на котором они находятся от Солнца.
В солнечной системе нет обособленных, изолированных явлений.
Рождение лун
Луны образовывались одновременно с планетами и вместе с ними. В клубке твердых частиц, из которого формировалась будущая планета, кроме центрального сгущения, возникало много других сгустков — ядер будущих спутников. Сначала они обращались вокруг центра тяжести сгустка по различным и по-кометному вытянутым орбитам.
Массы лун росли, а орбиты соответственно округлялись. Одновременно шел естественный процесс отбора устойчивых образований. Спутники, возникавшие на орбитах, которые пересекали центральную — экваториальную плоскость сгустка, чаще других сталкивались со своими сверстниками и, разумеется, разваливались.
Луны, которые, обращаясь вокруг планеты, входили в зону Роша, тоже рассыпались на мелкие частицы. Остатки развалившихся спутников служили добычей планеты и других лун.
Сохранились ядра спутников, которые обращались в экваториальной плоскости, то есть в наиболее плотной части сгустка. Их массы росли быстрее, чем у остальных лун, их орбиты скорее округлялись.
Словом, тут действовал тот же самый закон, какой определил расстояние планет от Солнца. И, действительно, спутники разместились возле планет в определенной закономерной последовательности, установленной еще в 1937 году С. С. Петровым. Луны, накопившие наибольшие массы, приобрели наиболее округленные орбиты.
Все главные спутники планет, то есть наиболее массивные и близкие к планете, обращаются в ту же сторону, в какую вращаются планеты. Очевидно, что иначе и быть не могло. Закон сложения моментов количества движения действителен не только для планет, но и для спутников.
Луны, наиболее удаленные от планеты и небольшие по массе, возникали там, где сгусток был разрежен и столкновения частиц происходили значительно реже, чем вблизи планеты. Потери кинетической энергии на дробление и нагревание тут были невелики. Толчки падающих частиц оказывали существенное влияние. Вступало в действие «правило вертушки», то есть сумма кинетических энергий, приносимых частицами, имела большее значение, чем сумма моментов количества движения. И эти спутники были вынуждены вращаться в ту сторону, в какую их подталкивали падающие на них частицы. Поэтому три крайних спутника Юпитера и спутник Сатурна — Феба обращаются навстречу вращению планеты.
Отсюда следует вывод: между спутниками, обращающимися в прямом направлении, и спутниками, которые движутся им навстречу, должен существовать обширный промежуток — зона, где движение невозможно ни в ту, ни в другую сторону и, следовательно, невозможно образование спутников.
Действительность подтверждает существование такой «пустой» зоны. Между орбитой последнего «прямого» спутника Юпитера и орбитой его первого «обратного» спутника лежит промежуток в 10,8 миллиона километров. От Япета и Фебы в системе Сатурна — 9,4 миллиона километров. Между орбитами спутников, имеющих одинаковое движение, таких разрывов нет.
Луны росли в борьбе двух противоположных явлений. Суммирование кинетических энергий падающих частиц противодействовало накапливанию моментов количества движения — одно тянуло влево, а другое — вправо. Поэтому луны с самого рождения вращались вокруг оси довольно медленно.
Одновременно сказывалось влияние приливного трения. Приливные силы тормозили вращение спутников вокруг осей, и луны замирали, повернувшись к планетам одной стороной. Все спутники Юпитера и Сатурна, так же как и Луна, никогда не оборачиваются к своим планетам «спиной».
Зачатки лун, по всей вероятности, возникали не там, где они находятся сейчас, а на больших расстояниях от планет. Массы планет и лун росли, сила тяготения между ними увеличивалась. По мере увеличения массы, спутники приближались к планетам. Возможно, что системы спутников были прежде более многочисленны, чем теперь. Но ближние луны, притянутые планетой, вступали в пределы зоны Роша и гибли, разорванные приливными силами. Их остатки поглотили планеты.
Когда запасы вещества, захваченного Солнцем, были исчерпаны, рост планет замедлился и практически совсем прекратился. Луны тоже перестали подтягиваться к планетам. И возможно, что именно в этот переломный момент рыхлый, неустойчивый, еще не успевший уплотниться и окрепнуть, комок космической пыли, который должен был превратиться в одну из лун Сатурна, проник в опасную зону и был разорван приливными силами, и вокруг образовалось кольцо.
Такова гипотеза Шмидта в ее первоначальном варианте. Она привлекла к себе пристальное внимание ученых, ведь это была первая попытка вывести космогонию из того тупика, в какой ее завели буржуазные ученые. Самым ценным в новой гипотезе было то, что она объяснила те закономерности солнечной системы, которые до ее появления оставались без объяснения.
Гипотезе О. Ю. Шмидта пришлось выдержать суровую критику и встретить много серьезных возражений.
Глава девятая
ПУТЕШЕСТВИЕ ПО ЛОЖНОМУ СЛЕДУ
Кусочки неземного вещества
Из первоначального варианта гипотезы О. Ю. Шмидта следует, что метеоры, огненными искрами бороздящие небо, это остатки того роя частиц, который был некогда захвачен Солнцем. Земной шар, хотя и очень медленно, но и поныне продолжает расти, добирая крохи, какие еще сохранились в межпланетном пространстве.
Значит те образцы «чужого» вещества, которые собраны в метеоритном музее Академии наук СССР — это «родители» нашей планеты, или по крайней мере их самые близкие родственники.
Но верно ли это?
Метеориты находятся в распоряжении ученых, от них можно отколоть кусочки, рассмотреть их под микроскопом, растолочь в ступке, растворить в кислотах — исследовать, изучить и решить: можно ли их признать родителями планет?
Астрономы привлекли к исследованию метеоритов ученых самых различных специальностей — химиков, геологов, минералогов, геохимиков, металлургов, геофизиков. Каждый специалист изучал метеоритное вещество теми способами, какие выработаны его наукой и затем давал свое заключение.
Ученые не зря истребили часть своих запасов космического вещества. Особенности метеоритов изучены теперь весьма основательно.
Известно, что все метеориты до встречи с Землей имеют неправильную форму обломков с неровными краями, они похожи на осколки других более крупных глыб.
Пролетая сквозь атмосферу со скоростью до 70 -80 километров в секунду и разогреваясь от сильного трения о воздух, метеориты снаружи оплавляются.
Струи раскаленного воздуха обтекают метеорит и как бы обтачивают его, придавая ему форму, подобную головке артиллерийского снаряда.
Первоначально метеорит имеет неправильную форму обломка. Встречные частицы воздуха обтачивают его, придавая метеориту сходство с головкой артиллерийского снаряда.
На поверхности метеоритов образуется корка из расплавленных минералов. Таковы, например, метеориты: «Каракол», упавший 9 мая 1840 года, и «Репеев Хутор», упавший 8 августа 1933 года.
Некоторые метеориты, пробиваясь сквозь воздушную оболочку Земли, раскаляются с поверхности очень сильно, но внутри они все равно остаются холодными. За короткое время полета в атмосфере метеорит не успевает прогреться насквозь. Известен случай, когда метеорит, упавший теплой летней ночью в болотистую местность, был найден в куске льда. Влажная почва болотца быстро охладила поверхность метеорита, а низкая температура его внутренних частей заморозила воду, скопившуюся в ямке, которая образовалась на месте падения.
Метеорит «Каракол», упавший 9 мая 1840 года.
Удалив наружную оплавленную корку, ученые находят под ней метеоритное вещество таким, каким оно было до падения метеорита на Землю.
Медленно летящие метеориты сохраняют первоначальную обломочную форму, и оплавленная корка на них почти не образуется.
Химики уже давно дали отчет в своих исследованиях химического состава метеоритов. Все эти кусочки «чужого» вещества — и чисто каменные, и железные, и железо-каменные — содержат обычные химические элементы. Никаких новых, неизвестных науке элементов не обнаружено. Железо, никель, кобальт, медь, фосфор, сера, углерод, кислород, кремний, магний, кальций, золото, серебро, платина — все, что есть в таблице Менделеева, имеется и в метеоритах.
Материя во всей Вселенной едина. Менделеевская система элементов верна не только в земных условиях, она действительна и для Солнца и звезд, для комет, планет и метеоритов.
И отсюда ученые делают важный вывод: сходство химического состава метеоритов и земной коры не доказывает, что Земля складывалась из метеоритов. Так как химический состав всех небесных тел одинаков, то с таким же правом можно утверждать, что метеориты получились в результате гибели какого-либо небесного тела. Или же — планеты и метеориты образовались одновременно из одного и того же допланетного вещества.
И эти мнения совершенно равноправны. Но верным из них может быть только одно, а какое именно, должны показать дальнейшие исследования.
Особенности метеоритного железа
Кузнец из деревни Медведевки, который нашел «Палласово железо», хотел пустить свою находку в дело. 700 килограммов железа по тем временам для деревенского кузнеца было несметным богатством. Он хотел наковать из железа подков, сошников, топоров. Но, увы, странное железо сравнительно хорошо ковалось в холодном состоянии, но в горячем виде с ним ничего нельзя было сделать. Когда кусок железа нагревали и начинали ковать, то под ударами молота оно крошилось и рассыпалось на куски. Как ни старался кузнец, но так и не смог воспользоваться метеоритом, и кусок «небесного» железа сохранился для научных исследований.
Нековкость метеоритного железа является одним из его отличительных признаков. Объясняется это примесью никеля. В железных метеоритах содержится не меньше 5 % и не более 50 % никеля. В железе, которое добывается из руд земной коры, никеля содержится либо меньше 3 %, либо больше 50 %.
Есть у метеоритного железа и другая особенность. Небольшой участок метеорита опиливают, чтобы получить ровную гладкую площадку. Затем ее поверхность полируют до зеркального блеска. Отполированный участок протирают ваткой, смоченной в слабом растворе какой-либо кислоты, и на нем выступает рисунок, напоминающий морозные узоры на стекле.
Узорчатое строение метеоритного железа говорит о том, что сплав никеля с железом образовал большие восьмигранные кристаллы, причем железо, бедное никелем, отделилось от железа, богатого никелем, и сплавы разного состава отложились тонкими слоями по граням кристаллов. На полированной и протравленной кислотой поверхности внутреннее строение железоникелевых кристаллов выступает в виде узоров.
Ученые смешивали железо и никель в том же соотношении, в каком они содержатся в метеоритах. Эту смесь плавили в тиглях. Опыт показал, что железоникелевый сплав при температуре выше 1500° становится жидким, при понижении температуры сплав застывает, и в нем образуются мелкие кристаллы никелистого железа.
Эти кристаллики обладают склонностью выстраиваться параллельными рядами и расти, образуя более крупные кристаллы.
При дальнейшем понижении температуры — ниже 800° — кристаллики никелистого железа начинают разламываться на две части — одна из них содержит мало никеля, а другая, наоборот, забирает избыток никеля. Новые кристаллики располагаются на месте своего рождения — параллельно граням первоначального кристалла. Таким образом они сохраняют прежний узор, подобно тому, как окаменевшее дерево сохраняет рисунок древесных колец. Однако точно такого же узора, какой наблюдается в метеоритах, получить не удалось.
Исследователи подумали, что причина неудачи кроется в том, что состав лабораторного сплава чуть-чуть отличается от состава метеоритов. Для опыта взяли осколки настоящих метеоритов и нагрели их до плавления. При температуре в 800° своеобразный метеоритный узор исчез, словно растаял. Затем, когда сплав охладили, узорчатое строение не восстановилось. И что бы ученые ни делали — охлаждали сплав и медленно и быстро, плавили металлы под большим давлением или, наоборот, в безвоздушном пространстве — возобновить метеоритный узор в сплаве искусственным путем в лаборатории до сих пор никто не сумел.
Узорчатое строение метеоритного железа.
Минералоги предполагают, что кристаллы в метеоритах образуются при очень медленном охлаждении железоникелевого сплава. Нужны тысячи лет, чтобы выделилось железо, богатое никелем, и выросли крупные восьмигранные кристаллы, порождающие столь удивительный рисунок на полированной поверхности метеорита.
Кроме метеоритов с восьмигранными кристаллами и «морозным» узором, встречаются метеориты, в которых железоникелевый сплав кристаллизуется шестигранниками.
Третья разновидность железных метеоритов состоит из смеси маленьких зернышек железа, сплавленного с никелем, и в ней каких-либо узоров не заметно.
Очень редкий вид железных метеоритов выпал 12 февраля 1947 года в западных отрогах Сихотэ-алиньского хребта в Уссурийской тайге.
Сихотэ-алиньские метеориты подверглись лабораторной обработке. Некоторые образцы отполировали и протравили кислотой. На протравленной поверхности вырисовывалось их строение. Эти метеориты не похожи на другие образцы космического железа. Они состоят из небольших, неправильной формы, кусков железоникелевого сплава. Содержание никеля в отдельных кусках и зернах неодинаково, и поэтому после протравы кислотой они приобретают различный цвет.
Видно, что эти куски словно спрессованы, они переплелись между собой, вдавились друг в друга так, как будто их сначала свалили, а потом с большой силой сжали. Но прочной глыбы при этом не получилось. Сихотэ-алиньский метеорит, врезавшись в земную атмосферу, развалился на части и выпал на поверхность Земли метеоритным дождем.
Строение железных метеоритов показывает: все они были когда-то расплавленными или же горячими и мягкими, но образовывались в различных условиях — некоторые очень медленно остывали, другие находились под большим давлением, третьи явно подвергались повторному нагреванию.
Повидимому железные метеориты, попавшие в наши коллекции, раньше находились внутри какого-то крупного небесного тела, которое было горячим, постепенно в течение нескольких миллионов лет остывало, а потом от неизвестной нам причины развалилось или было разбито при случайном столкновении. Обломки этого тела летают в межпланетном пространстве и служат теперь добычей планет.
Таково мнение большинства ученых.
Железные губки и каменные горошины
Железокаменные метеориты бывают двух видов: мезосидериты и палласиты, названные так потому, что имеют одинаковое строение с «Палласовым железом».
Мезосидерит представляет собой как бы каменную губку, в ячейках которой заключены куски никелистого железа.
Палласиты в противоположность мезосидеритам представляют собой железную губку, в ячейках которой заключены круглые зерна зеленовато-желтого минерала — оливина.
И вот что странно — железо в палласитах несомненно было расплавленно, оно буквально, как смола, облепило оливиновые зерна и оливин в этом железном расплаве оказался, словно фасоль в супе.
Строение палласита.
Но ведь удельный вес железа 7,8, а оливина только 3,4. Оливин более чем вдвое легче железа. Оливиновые зерна должны были бы всплыть в расплавленном железе, как всплывают шлаки в мартеновских печах. Два вещества разного удельного веса и разной природы — такие, как металл и камень, в земных условиях не смешиваются, сила тяжести стремится их рассортировать — тяжелые опускаются, легкие всплывают.
В палласитах оливин и железо смешаны так, как будто они обладают одинаковым удельным весом.
Эта особенность палласитов указывает на то, что они образовались в условиях отсутствия тяжести, там где удельный вес особой роли не играл.
Таких мест два — межпланетное пространство и центральные области небесных тел. В центре Земли, планет, Солнца тяжести нет.
Если палласиты образовались в межпланетном или межзвездном пространстве, то что там могло расплавить железо?
Строение палласитов опять-таки заставляет думать, что и они образовались в недрах какого-то небесного тела.
Строение каменных метеоритов очень сложно: под микроскопом в них обнаруживается такая смесь изломанных обесцвеченных кристалликов различных минералов, что даже опытный минералог становится в тупик, затрудняясь определить, какие минералы образуют эту мешанину.
Вместе с обломками кристаллов в каменных метеоритах имеются микроскопические металлические зерна.
В громадном большинстве каменных метеоритов, среди изломанных и перемешанных кристалликов, содержатся круглые шарики — каменные горошины, называемые хондрами.
Хондрит. В кружке изображены хандры, извлеченные из метеорита.
Обычный размер хондр — с просяное зерно, но попадаются и более крупные шарики.
Хондры состоят из тех же самых минералов, из каких сложен весь метеорит. Если такой каменный шарик распилить и поверхность распила отполировать, — становится явственным его своеобразное лучистое строение. Из одной точки, как из центра, во все стороны по радиусам расходятся тонкие жилки.
Хондры чрезвычайно похожи на капельки расплавленного и быстро остывшего камня.
Ничего похожего на хондры в земных горных породах нет, это отличительная черта каменных метеоритов.
Метеориты, в которых присутствуют хондры, получили название хондритов, а метеориты, в которых шариков нет — ахондритов.
Ахондриты тоже состоят из обломков кристалликов с небольшим количеством микроскопических зернышек металла.
Происхождение каменных метеоритов с их хондрами и кристаллами, словно истолченными в ступке, представляет пока загадку.
Поиски космической воды
Метеориты состоят главным образом из тех же самых минералов, какие имеются в земных горных породах. Есть в них оливин и различные соединения кремния — силикаты, окислы металлов и т. п.
Русские ученые Ерофеев и Лачинов в каменном метеорите Новый Урей, который упал 4 сентября 1886 года в бывшей Нижегородской губернии, обнаружили мельчайшие кристаллики алмаза.
Были найдены и многие другие минералы, но все они безводны — в их составе нет воды. Нет в метеоритах также и глинистых частиц и органических соединений.
Этой особенностью метеориты похожи на горные породы, залегающие в нижних, наиболее глубоких слоях земной коры.
Кроме обычных «земных» минералов в метеоритах найдено небольшое количество веществ, которых нет в земной коре. Но и эти минералы тоже безводны.
Вещества, из которых образовывались метеориты, создавались без участия воды, они никогда не были растворены и даже не соприкасались с водой.
Поэтому как только железный метеорит попадает на Землю, он сразу же покрывается маслянистыми кирпично-красными каплями. Это метеоритный минерал — лавренсит или хлористое железо, соприкоснувшись с водяными парами, начинает разлагать воду и соединяться с кислородом.
Красные капли со временем превращаются в охру — в ржавое землистое вещество желтоватого цвета. Метеорит покрывается ржавыми пятнами и довольно быстро разрушается. Поэтому в музеях метеориты, содержащие лавренсит, всячески оберегают от влаги и хранят их под стеклянными колпаками.
Отсутствие в метеоритах воды доказывает, что они образовались там, где нет ни воздуха, подобного земному, ни воды.
То обстоятельство, что в космическом веществе не находим воды, долго смущало ученых. Такое распространенное на Земле вещество оказывается совершенно чуждым для метеоритов.
Некоторые ученые приводили этот факт в опровержение гипотезы О. Ю. Шмидта. Если Земля образовалась из метеоритов, то откуда же взялась на нашей планете вода, ведь в метеоритах ее нет! — говорили они.
Загадка космической воды была разрешена советским геологом Л. Г. Кваша, работавшей под руководством академика А. Н. Заварицкого. Л. Г. Кваша исследовала химический состав метеорита Старое Борискино, который упал 20 апреля 1930 года в Чкаловской области. В этом метеорите обнаружили минерал хлорит, содержащий воду.
Воды в метеорите оказалось много — 8,7 % от его веса.
И тогда, впервые в мире, в лаборатории академика Заварицкого было добыто несколько капель космической воды.
Отцы и дети — сверстники
Геохимики умеют пользоваться урановыми часами для определения возраста горных пород.
Радиоактивные элементы имеются и в метеоритах: в железных их мало, в каменных — больше. Особенно богаты радиоактивными элементами те из ахондритов, которые по своему составу и строению похожи на базальты земной коры. Базальтовые метеориты содержат урана, тория, актиния почти вдвое больше, чем обычные каменные метеориты.
Геохимики учли и количество различных радиоактивных элементов и количество накопившихся атомов свинца, гелия и аргона.
Советский ученый Э. К. Герлинг разработал новый способ определения возраста метеоритов. Он измерил сколько радиоактивного калия сохранилось в метеоритах и сколько образовалось его потомка — аргона. Применяя аргоновый метод, Герлинг установил, что метеорит Жавтневый Хутор имел возраст 3,03·10^9^ лет, метеорит Саратов — 3,0·10^9^ лет, а метеорит Севрюково — 2,4·10^9^ лет.
Все, кто занимался этими в высшей степени кропотливыми и тонкими исследованиями, пришли к единодушному заключению: метеориты, которые имеются в наших коллекциях, ни в коем случае не старше Земли, может быть даже они немного моложе ее.
Но мы ведь предполагали сначала, что метеориты являются «родителями» планет. А эти «родители» оказываются сверстниками своих «детей». Так, очевидно, не бывает.
В гипотезе Шмидта обнаружился серьезный изъян. Метеориты, падающие в настоящее время на Землю, нельзя считать остатками того роя частиц, из которого образовались планеты. Падение метеоритов на Землю не подтверждает справедливость гипотезы, оно никакого отношения к образованию земного шара не имеет. Родословная метеоритов начинается не там и не так, как указывает гипотеза Шмидта.
Поиски надо продолжать.
Гибель кометы Биэлы
В прошлом столетии многие любители астрономии увлекались поисками комет; безлунными ночами, когда небо чисто и воздух прозрачен, они усаживались у телескопов и методично обшаривали созвездия. Заметить хвостатую гостью заманчиво — каждый человек, первым увидевший комету, имел право дать ей свою фамилию. Комета становилась небесным памятником трудолюбивому и настойчивому наблюдателю.
Одним из таких ловцов комет был австрийский капитан Биэла. Чех по национальности, он носил фамилию Белый, но в армии ее переделали на австрийский лад, и Белый стал Биэлой.
Капитан Белый мечтал увековечить свое имя открытием новой кометы. Рассказывают, что капитан Белый приучил солдат, стоя ночью на посту, поглядывать на небо и высматривать среди звезд хвостатую странницу.
Мечта Белого сбылась. В 1826 году он увидел долгожданную комету. Правда, впоследствии выяснилось, что его комету астрономы видели еще в 1772 году, появлялась она и в 1805 году, но тогда обычай давать кометам фамилии наблюдателей еще не установился. «Хозяина» комете не нашлось, она оказалась как бы беспризорной, и ей присвоили фамилию Биэлы.
Комета Биэлы принадлежала к группе короткопериодических, она возвращалась к Солнцу примерно через каждые 6 лет и 9 месяцев. Ее орбита пролегала неподалеку от орбиты Земли и даже пересекала ее.
Астрономам стало ясно, что рано или поздно, но Земля и комета одновременно подойдут к точке пересечения орбит, и столкновение неизбежно. Опасность удвоила бдительность, за кометой учредили неусыпный надзор. Ее орбиту и сроки появления определили с большой точностью.
В 1832 году комета появилась в назначенный срок, но встреча не состоялась — между Землей и кометой остался промежуток в несколько миллионов километров.
Астрономы заметили, что наша новая соседка за 6 лет немного «постарела» и ее блеск уменьшился. В том же году, вскоре после того, как комета Биэлы прошла мимо Земли, наблюдался обильный «звездный дождь» — ночью 12 ноября сотни метеоров бороздили небо, небесным фейерверком любовались и в Европе и в Америке.
Комета 1858 года.
Русский астроном-любитель Ф. А. Семенов, наблюдавший сверкающий поток метеоров-леонид, записал тогда в своем дневнике: «Уж не Биэлова ли комета причиной его является?»
Замечательная догадка Ф. А. Семенова впоследствии подтвердилась: связь между кометами и метеорными потоками оказалась несомненной.
В 1866 году несколько астрономов одновременно заподозрили, что родоначальниками метеорных потоков являются кометы. Орбита метеорного потока персеид почти в точности совпадает с орбитой кометы 1862-III, а орбита Леонид оказалась тождественной с орбитой кометы 1861-I. Однако полной уверенности не было. Хотелось получить совершенно бесспорное доказательство связи между кометами и метеорными потоками.
Такое доказательство доставила комета Биэлы.
Ее дальнейшая судьба такова. В январе 1846 года комета Биэлы на глазах удивленных астрономов сначала приняла форму груши, а затем разделилась на две части. Получилось две кометы Биэлы, одна — побольше и поярче, другая поменьше и послабее. Обе половинки двигались рядом на расстоянии в 250 000 километров друг от друга.
В январе 1846 года комета Биэлы разделилась на две части.
Катастрофа, происшедшая с кометой Биэлы, в течение почти целого столетия оставалась без объяснения. Только в 1937 году тщательное вычисление орбит метеорных потоков и кометы Биэлы помогло выяснить, что комета налетела на поток леонид. В результате столкновения комета потерпела аварию.
Подобные небесные происшествия случаются довольно часто. После 1846 года астрономы наблюдали четыре случая деления комет. Развалились кометы 1888-I, 1882-II, 1889-V и 1899-I.
Особенно интересна судьба большой сентябрьской кометы 1882-II. Ее яркое ядро в конце сентября стало вытягиваться, в октябре оно сделалось похожим на веретено, и в нем наметилось несколько светящихся сгустков. Эти сгустки постепенно расходились в стороны, и ядро кометы напоминало четыре бусины, нанизанные на нитку. Затем бусины оторвались друг от друга, и образовалось четыре самостоятельных кометы. Обогнув Солнце, эта четверка хвостатых странниц скрылась в дальних областях солнечной системы. Они должны вернуться лет через 600 -700.
Родоначальница этой четверки, невидимому, сама является осколком какой-то особо большой кометы, которая развалилась на части до начала систематических наблюдений за небом.
Кроме кометы 1882-II есть еще несколько комет, которые движутся по ее орбите. Эти кометы пошли друг за другом вереницей в 1843, 1880, 1881 и 1882 годах.
Комета 1889 года на глазах наблюдателей развалилась на пять частей.
По мнению крупнейшего знатока комет, советского ученого С. В. Орлова причиной аварий является «нарушение кометами правил уличного движения» в межпланетном пространстве. Они сталкиваются с метеорными потоками, с отдельными метеоритами и с астероидами. Ведь ядро кометы — это всего лишь каменисто-песчаная туча; достаточно небольшого толчка, и она рассыпается.
Дальнейшую историю развалившейся кометы астрономы проследили опять-таки на примере кометы Биэлы.
Небесные странницы-двойняшки вернулись к Солнцу в 1852 году. Расстояние между ними увеличилось почти что в 10 раз. Кометы были явно в неустойчивом состоянии, их как бы «лихорадило». Они меняли яркость — то одна из них разгоралась, то другая. Так, соперничая в яркости, обе кометы Биэлы обогнули Солнце и скрылись из виду.
Их поджидали в 1859 году, но они не вернулись; не было их и в 1866 году. Незамеченными кометы проскользнуть не могли. И время их появления и место были определены очень точно, так как при одном из своих следующих возвращений комета Биэлы снова угрожала столкнуться с Землей.
Наступил 1872 год. Комета не показывалась, но зато 27 ноября этого года из созвездия Андромеды брызнул ослепительный поток падающих звезд. Тысячи метеоров расчертили небо множеством огненных линий.
Тщательное определение орбиты нового метеорного потока андромедид показало, что он двигался в точности по орбите погибшей кометы Биэлы. Стало очевидным, что комета развалилась, а ее остатки разошлись вдоль по орбите роем метеоритов.
Точно такой же звездный дождь из остатков кометы Биэлы повторился в 1885 году.
Замечательный русский ученый и основатель пометной астрономии Ф. А. Бредихин доказал несомненное родство между кометами и метеорными потоками. Каждая комета даже при своей «жизни» рассеивает по орбите метеориты и в конце концов превращается в метеорный поток.
Продолжая исследования Ф. А. Бредихина, астрономы установили, что поток орионид порожден кометой Галлея, поток драконид — кометой 1933-III, а таурид — кометой Энке-Баклунда. Таких метеорных потоков, связанных с кометами, насчитывается почти полтора десятка.
Бредихин считал кометы весьма недолговечными небесными телами. Исследования С. В. Орлова, продолжавшего работы Бредихина, подтвердили это мнение.
Вещество комет испаряется: под действием жара солнечных лучей комета теряет газы, заключенные в ее ядре. С каждым возвращением к Солнцу количество вещества в ядре кометы уменьшается, ее хвост редеет, а яркость ослабевает.
Кометы дробятся на части: постоянные столкновения с метеоритами и астероидами губят кометы.
Вещество комет рассеивается: для таких рыхлых и непрочных тел, как кометы, предел Роша очень велик. Под влиянием разрушающего влияния солнечного тяготения каменисто-песчаная туча постепенно расходится по орбите, превращаясь в метеорный поток.
Постепенное превращение распадающейся кометы в метеорный поток.
Итак, астрономы нашли откуда получаются метеориты — это остатки развалившихся комет. Но это верно только по отношению к метеорным потокам, да и то не ко всем.
Кроме метеорных потоков, вылетающих всегда из определенной точки неба, есть еще много так называемых спорадических метеоров, появляющихся неожиданно, в любое время года, в самых различных созвездиях.
Охота за метеоритами
Многие астрономы сосредоточили свое внимание на изучении именно спорадических метеоров. Наблюдать их гораздо труднее, чем метеоры потоков.
К появлению потока всегда можно заранее подготовиться. Все метеоры вылетают из определенного участка неба, число метеоров исчисляется тысячами, длится звездный дождь несколько часов. Даже если метеорный поток хлынет на Землю нежданно, то все равно астрономы успевают произвести нужные наблюдения.
Так было, например, 9 октября 1933 года. Из созвездия Дракона внезапно брызнул сноп «падающих звезд». Первым из астрономов его заметил Е. Л. Кринов, живший тогда в Ленинграде. Он немедленно по телефону известил других астрономов, и тотчас же группа ученых приступила к систематическим наблюдениям. Астрономы находились на своих постах до утра 10 октября, пока не иссяк звездный дождь. Этот поток драконид оказался остатками кометы 1933-III.
Предусмотреть, где и когда появится спорадический метеор, невозможно. Наблюдатель должен обладать терпением охотника, поджидающего в засидках, когда утка сядет на расстоянии ружейного выстрела.
Но наблюдения метеора из одного места почти никакой пользы не дают. Его обязательно надо сфотографировать одновременно с двух, достаточно удаленных друг от друга, пунктов. Это позволяет определить высоту, на которой появился метеор, его траекторию, то есть линию полета, и скорость движения.
Несмотря на беспримерное терпение астрономов, к настоящему времени удалось подстеречь и сфотографировать всего лишь несколько одиночных метеоров.
Вычисление орбит метеоров показало их несомненное родство с астероидами. Орбиты спорадических метеоров не так вытянуты, как у комет и метеорных потоков. Они движутся в ту же сторону, что и планеты. Наклоны их орбит невелики.
Между маленьким астероидом и метеоритом, повидимому, нет никакой разницы.
На землю безусловно много раз падали астероиды разных размеров. Самый большой из метеоритов, который, повидимому, является астероидом, лежит около Грутфонтейна в юго-западной Африке. Его называют Гоба-Вест. Весит Гоба-Вест около 60 тонн. Большой вес и трудности перевозки не позволяют доставить его в музей.
Второй по величине метеорит-астероид Анихито найден в Гренландии. Он весит 33,2 тонны. Его вывез из Гренландии в 1897 году известный исследователь полярных стран Роберт Пири.
Возле горного хребта Арманты в Китайской Народной республике лежит 20-тонный метеорит Кумыш Хой-ха, что значит в переводе на русский язык - «Серебряный верблюд».
Всего известно свыше двух десятков крупных железных метеоритов. Но ни один из них не наблюдался при падении.
Самые крупные железные метеориты, подобранные вскоре после их падения, находятся в СССР — это осколок Сихотэ-алиньского метеорита весом 1745 килограммов и метеорит Богуславка.
Астероидом, повидимому, является та громада весом 12 500 тонн, которая в штате Аризона пробила в земле гигантский кратер, названный индейцами племени Наваха «Каньоном Дьявола». «Каньон Дьявола» имеет 1200 метров в поперечнике и 180 метров в глубину. Обломки скал, раздробленных упавшим метеоритом, разбросаны на 10 километров вокруг кратера.
Каньон Дьявола в Аризонской пустыне — след падения большого метеорита.
Недавно в северном Лабрадоре обнаружен ранее неизвестный метеоритный кратер, который более чем вдвое превышает «Каньон Дьявола», его поперечник равен 3 километрам.
Таких воронок-кратеров, пробитых упавшими астероидами, известно на Земле несколько десятков.
Но несомненно одно, — метеориты родственны не только кометам, но и астероидам. Принадлежность железных метеоритов к астероидам подтверждают исследования света метеоров с помощью спектроскопа.
Такие исследования были начаты старейшим советским астрономом, членом-корреспондентом Академии наук СССР, С. Н. Блажко. Его работы продолжены Б. А. Воронцовым-Вельяминовым, И. С. Астаповичем и многими другими. Их наблюдения показали, что метеоры потоков, то есть остатки комет, по большей части каменные, железных среди них мало. Среди одиночных спорадических метеоров, которые, повидимому, являются мелкими астероидами, железных и каменных — почти поровну.
Один из самых неутомимых «ловцов падающих звезд» И. С. Астапович за 15 лет работы наблюдал более 40 тысяч метеоров. Он исследовал не только спорадические метеоры, видимые невооруженным глазом, но и самые мелкие из них, которые доступны для наблюдения только в телескоп.
Многолетние исследования И. С. Астаповича показали, что многие телескопические метеоры влетают в земную атмосферу с очень большими скоростями.
Метеорит, который движется со скоростью, превышающей 42 километра в секунду, не может быть членом солнечной системы. Эта скорость указывает, что орбита такого быстрого метеора не эллипс, а гипербола. Он — пришелец из межзвездного пространства.
14 августа 1932 года под Москвой была определена скорость одного из метеоров — он вторгся в земную атмосферу со скоростью свыше 48 километров в секунду.
Метеориты-чужаки, гости из межзвездного пространства, — обычное событие в нашей солнечной системе. Было бы странным, если бы они не залетали к нам. Русские ученые В. Я. Струве, Г. А. Тихов доказали, что межзвездное пространство не пусто, а наша солнечная система не изолированный уголок среди звезд Галактики. Между солнечной системой и всем остальным звездным населением Галактики поддерживается непрерывная связь. Одним из видов этой связи служат космические тельца, прилетающие к нам из ближайших областей Галактики.
Итак, в космической «почте», прибывающей на Землю, имеются посылки нескольких отправителей: комет, которые рассыпают вдоль своих орбит метеорные потоки; астероидов, которые обращаются в основном внутри орбиты Юпитера, и изредка попадают к нам метеориты из других солнечных систем и из темных туманностей Галактики.
Судьба малых тел
Судьбами тел малой массы в солнечной системе заведует великан Юпитер при энергичном содействии других больших планет. Тяготение Юпитера заставляет малышей изменять свои орбиты, приближаться и удаляться от Солнца, увеличивать скорость движения по орбите. Юпитер может загнать любое маленькое тело внутрь свой орбиты или, наоборот, вышвырнуть его за пределы солнечной системы.
При этом безразлично — будет ли это каменисто-песчаная туча — комета, метеорный поток или отдельный метеорит. Закон тяготения и законы движения для всех тел одинаковы.
Все дело в том, с какой стороны и с какой скоростью движется тело малой массы в тот момент, когда оно проходит возле Юпитера — навстречу ему или в одном направлении с ним, летит ли оно впереди Юпитера или позади него, справа или слева от него.
Если малое тело движется навстречу Юпитеру, то притяжение огромной планеты может сильно увеличить скорость малыша, и он будет выброшен в межзвездное пространство.
Разумеется, астрономы не в состоянии следить за каждым метеоритом, летающим вокруг Солнца. Эти камешки слишком малы и потому невидимы.
Недоступны наблюдению и метеорные потоки, о них мы узнаем лишь только тогда, когда они награждают Землю прекрасным зрелищем звездного дождя. Одни кометы дают достаточный наблюдательный материал для того, чтобы судить, какие превратности ожидают тело малой массы, которое повстречалось с Юпитером.
Учеными установлено, что в прошлом столетии восемь комет были изгнаны Юпитером из солнечной системы. Эти кометы отправились странствовать в межзвездное пространство. Такая же участь ожидает и те метеориты, которые попадаются Юпитеру навстречу, — им приходится навеки распрощаться с солнечной системой.
Если комета, метеорит или астероид движутся в одном направлении с Юпитером, то сближение с планетой-великаном заставляет их изменить орбиту.
Вот, например, что проделал Юпитер с кометой Вольфа. Орбита этой кометы и ее изменения были изучены польским астрономом Каменским.
До 1875 года комета обращалась вокруг Солнца по широкой и почти круговой орбите. Тогда она была невидимой с Земли.
В 1875 году произошло сближение кометы с Юпитером. Ее орбита резко, изменилась. Комета оказалась в близком соседстве с Землей, и ее существование в 1884 году открыл астроном Вольф.
До 1922 года комета Вольфа двигалась по своей новой орбите и аккуратно возвращалась к Солнцу через каждые 6,8 года. В 1922 году комета снова подошла к Юпитеру, но на этот раз с другой стороны. Тяготение Юпитера ускорило движение кометы, и она попала на орбиту, очень похожую на прежнюю. Теперь разглядеть ее с Земли трудно. Если бы астрономы не знали о существовании кометы Вольфа и ее места, то комета считалась бы потерянной.
Изменения орбиты кометы Вольфа, происшедшие после сближений с Юпитером.
Такова же судьба кометы, открытой в 1770 году русским ученым, академиком А. Лекселом. Комета Лексела успела сделать на глазах ученых только два оборота. Вторичное сближение с Юпитером отбросило ее за пределы видимости, и астрономы потеряли возможность следить за ней.
В 1890 году Юпитер увел от нас метеорный поток биэлид-андромедид. Теперь этот рой камешков несется в пространстве в нескольких миллионах километров от земной орбиты, и мы надолго, вероятно даже навсегда, лишены возможности любоваться звездным дождем биэлид.
Однако далеко не все кометы, пойманные Юпитером, при следующих сближениях отбрасываются назад. Многие из них попадают на более или менее устойчивые орбиты, становятся короткопериодическими и аккуратно обращаются вокруг Солнца в пределах орбиты Юпитера.
Пленники Юпитера составляют как бы его пометное семейство. В нем насчитывается 24 постоянных члена. Старожилом этого семейства является комета Энке-Баклунда. Она обошла вокруг Солнца 40 раз.
Кроме постоянных членов пометного семейства, есть еще примерно 25 кандидатов, то есть комет, которые сделали на глазах ученых только по одному обороту. Они могут удержаться на своих орбитах, а могут снова перекочевать куда-либо. Это выяснится после их повторных возвращений.
Орбиты короткопериодических комет.
Несколько комет были пойманы Юпитером в самые последние годы. На место развалившихся комет поступили новые. Семейство Юпитера непрерывно пополняется и может быть даже увеличивается.
Юпитер неустанно «ворочает» малые тела, передвигает их с одной орбиты на другую, гоняет с места на место до тех пор, пока не выбросит их прочь или не загонит на устойчивую орбиту. Например, безхвостая комета Отерма, открытая в 1942 году, попала в стаю астероидов. Она обращается вокруг Солнца среди астероидов и отличается от них только небольшой туманной оболочкой. Когда эта оболочка рассеется, — узнать где комета, а где астероиды будет невозможно.
Повидимому в стаю астероидов затесалось немало тех каменных глыб, которые раньше служили ядрами комет. Они растеряли свои хвосты и оболочки, утратили всякое отличие от астероидов и их зачислили в списки малых планет.
В межпланетном пространстве происходит непрерывный процесс «естественного отбора» комет. Удерживаются только «счастливцы», оказавшиеся на сравнительно устойчивых орбитах. Все остальные либо уходят, либо гибнут.
Постоянная перетасовка комет, астероидов, метеорных потоков и отдельных метеоритов приводит к тому, что некоторые из них становятся добычей планет.
Юпитер, повидимому, много лет гонял с места на место метеорный поток драконид и в конце концов направил его прямо на Землю. В 1933 году дракониды рассыпались на нашем небе нежданным звездным фейерверком.
Такие внезапные «подарки» Юпитера достаются Земле довольно часто. Причем не все метеориты сгорают в атмосфере. Часть их долетает до поверхности. Например, 2 октября 1933 года, рано утром, каменный дождь выпал возле села Старое Песьяное Курганской области, а 26 декабря того же года выпал самый обильный в нашей стране каменный дождь. Вокруг поселка Первомайского астроном Л. А. Кулик собрал 97 камней общим весом в 50 килограммов.
18 февраля 1948 года на территорию США обрушился поток камней. Было собрано свыше тысячи каменных метеоритов. Самый большой из них весил 597 килограммов.
Это была, повидимому, очень маленькая кометка, которая петляла в пространстве до тех пор, пока не столкнулась с Землей.
Космические «подарки» безусловно получают и другие планеты.
Однако планетам достаются только крохи межпланетного вещества. Планеты земной группы — в сущности тоже небольшие тела — плохие мишени для космической бомбардировки. Кометки, астероиды, метеориты сравнительно редко сталкиваются с планетами. Гораздо чаще они сталкиваются между собой. В той толчее, которую устраивает Юпитер в многомиллиардной толпе малых тел, подобные происшествия происходят очень часто.
Астрономам приходится наблюдать последствия беспорядочного движения малых тел.
Русский астроном О. А. Баклунд доказал, что комета Энке иногда замедляет свое движение так, как будто натыкается на какое-то препятствие. И, действительно, за последние 50 лет три или четыре раза что-то резко тормозило бег кометы.
Баклунд объяснил это столкновением кометы с метеорными потоками.
Нередко астрономам случается наблюдать неожиданные вспышки комет. Яркость комет резко возрастает, так, как будто в ее ядре происходят сильные взрывы.
Крупный знаток комет С. В. Орлов объясняет это столкновениями ядер комет с метеоритами и астероидами.
Удар двух тел, летевших навстречу друг другу со скоростью свыше 4 километров в секунду, обязательно сопровождается сильным взрывом. Каменные глыбы в ядре кометы крошатся, образуется огромное количество пыли. Освобождаются газы, заключенные в веществе кометы, и с Земли видно, — голова кометы вспыхивает.
Астероиды и метеориты постоянно сталкиваются друг с другом. В результате эти малые тела солнечной системы постепенно дробятся и измельчаются в пыль.
Судьба этой пыли исследована академиком В. Г. Фесенковым и уже известна нам. Солнечные лучи сразу же изгоняют мельчайшую пыль, а более крупные частички под влиянием лучистого торможения начинают приближаться к Солнцу, пополняя облако зодиакального света.
Солнечная система действует, подобно мельнице. Большие планеты подтягивают запасы метеоритного вещества. Оно измельчается в непрерывных столкновениях, осколки и пыль приближаются к Солнцу, испаряются, а остатки солнечный свет изгоняет в межзвездное пространство.
Итак, мы проследили последние страницы из биографии тел малой массы. Кометы и астероиды, метеорные потоки и отдельные метеориты постепенно дробятся, вся мелочь приближается к Солнцу и находит свою гибель либо возле солнечной поверхности, либо падает на планеты.
Это конец их биографии, а где же ее начало?
Советские ученые знают, что подлинно-научный диалектический метод познания учит рассматривать «…природу не как состояние покоя и неподвижности, застоя и неизменяемости, а как состояние непрерывного движения и изменения, непрерывного обновления и развития, где всегда что-то возникает и развивается, что-то разрушается и отживает свой век».[17 - И. Сталин. Вопросы ленинизма, стр. 537.]
Где же и как возникают кометы и астероиды — родоначальники метеоритов, метеорных потоков и облака зодиакального света?
Тщетные поиски
Астрономы в шутку говорят, что гипотез о происхождении комет создано учеными примерно столько же, сколько существует комет. Действительно, этих гипотез очень много, перечислить их нет никакой возможности.
Характерной особенностью всех прошлых и современных гипотез о происхождении комет является то, что возражений против каждой из них находится больше, чем фактов в их пользу.
Ученые, вырабатывавшие эти гипотезы, разделяются на два противоположных лагеря.
Одни из них утверждают, что кометы — чужестранцы. Они только гости, прибывшие в солнечную систему из межзвездного пространства и нашедшие у нас приют.
Другие говорят: кометы — уроженцы солнечной системы, они ее коренные жители, которые здесь родились, здесь и погибнут.
Спор о кометах, домочадцах и чужестранцах, длится почти полтораста лет.
Казалось бы, решить его нетрудно, — надо определить форму кометных орбит или скорость движения комет, и все станет ясно.
Каждое тело — все равно метеорит, комета или космический корабль, — которое находится в 150 миллионах километров от Солнца и мчится со скоростью свыше 42 километров в секунду, не может удержаться возле Солнца. Оно неминуемо должно удалиться в межзвездное пространство. 42 километра в секунду — это скорость на расстоянии Земли, освобождающая от оков солнечного тяготения.
Если кометы движутся по замкнутым кривым — эллипсам — и проходят мимо Земли со скоростью меньше 42 километров в секунду, — они наши.
Если кометы движутся по разомкнутым кривым — гиперболам — и проходят мимо Земли со скоростью выше 42 километров в секунду, — они чужаки.
Ученые уже сотни раз определяли пути комет в пространстве и скорости их движения.
Но беда-то вся в том, что кометы становятся видимыми только, когда они приближаются к Земле. Только одна исключительно яркая комета виднелась на расстоянии миллиарда километров от Солнца. Обычно их путь удается проследить на расстоянии в 300 -400 миллионов километров.
На столь маленьком участке удлиненный эллипс почти ничем не отличается от гиперболы. Видимый астрономами отрезок пути кометы похож и на удлиненный эллипс и на гиперболу.
Измерение скорости движения комет тоже не дает желаемого результата. Скорость получается либо чуть больше 42 километров в секунду, либо чуть меньше. Пустяковая разница может получиться в результате неизбежных ошибок при измерениях.
До 1910 года астрономы сумели вычислить орбиты 400 комет. Из них только 20 имели орбиты, похожие на гиперболы. Но ученые, производившие вычисления орбит, не уверены в безукоризненной точности своих расчетов.
Комета Галлея в течение 2200 лет 26 раз возвращалась к Солнцу. В последний раз она была видна в 1910 году, следующее ее возвращение ожидается в 1984 году.
После 1900 года, когда были применены более надежные способы исследования, астрономы определили орбиты 111 новых комет. Из них только 15 как будто бы двигались по гиперболическим орбитам, но опять-таки наглядной, убедительной разницы не получилось.
Будь кометы поярче, телескопы посильнее, спорный вопрос был бы давно решен. Но пока этого нет.
Поэтому астрономы склонны думать, что подавляющее большинство комет — уроженцы солнечной системы.
Конечно, некоторые из новых комет могут быть чужаками. Ведь случается, что наша солнечная система теряет свои кометы. Очевидно, то же самое происходит и в других солнечных системах. Кометы, наши и чужие, могут странствовать в межзвездном пространстве. Следовательно, возможен обмен кометами между солнечными системами. Мы теряем свои, к нам залетают чужие. Но это не решает вопроса об их происхождении. Так или иначе, они зарождаются в солнечных системах и их родину надо искать где-то здесь, поблизости, — на планетах или между планетами.
Где же они могут возникать?
Еще одна неудача
Ученые по-разному объясняют происхождение комет.
Рассмотрим наиболее серьезные из современных гипотез.
О. Ю. Шмидт предполагал, что кометы и астероиды так же, как и планеты, образовались из первоначального роя частиц, захваченных Солнцем. Кометы и астероиды — это неудавшиеся зародыши планет, это те сгустки пылевой материи, которые возникли позже всех. Им не хватило вещества, и они остались на своих сильно удлиненных орбитах. Тяготение сформировавшихся планет помешало дальнейшему росту сгустков и повело к их постепенному распаду.
Основная масса комет располагается в дальних областях солнечной системы, в огромных пространствах, разделяющих орбиты больших планет. Они обращаются вокруг Солнца, не пересекая орбиту Юпитера и оставаясь совершенно невидимыми для наблюдателей с Земли.
Удаляясь от Солнца, эти кометы уходят в сторону на сотни миллиардов километров и затрачивают на каждое обращение по нескольку тысячелетий.
Там, вдали от губительного влияния солнечною тяготения и солнечного тепла, кометы могут сохраняться очень долго. Возможно даже, что они подрастают, «заправляясь» по пути рассеянным в космическом пространстве веществом.
Удалившись от Солнца, кометы попадают под влияние тяготения ближайших звезд. Это немного изменяет их орбиты, и, возвращаясь назад, они уже могут пройти вблизи больших планет.
В результате кометы либо совсем уходят из солнечной системы, либо оказываются пойманными великаном Юпитером. Он втягивает их внутрь своей орбиты. Кометы становятся доступными для наблюдения.
Здесь, возле Солнца, начинается постепенный распад комет, но на место погибших, непрерывно поступает пополнение из резерва.
Астрономы видят, что все новые долгопериодические кометы приходят из-за орбиты Юпитера, из дальних областей солнечной системы.
Это уже остатки некогда многочисленного полчища комет, кружившихся возле Солнца.
Возможно также, что солнечная система несколько раз проходила через облака космической пыли. Наш запас комет пополнялся, а кометы, существовавшие ранее, «заправлялись» новыми порциями пылевого вещества. Мы видим сейчас не только кометы древнего происхождения, но и более молодые — «из последнего улова».
Эта гипотеза, несмотря на свою правдоподобность, встречает много возражений.
В клубках первоначальных частиц и каменная и металлическая пыль и вообще все вещества должны быть перемешаны.
Действительно, среди каменных метеоритов встречаются образцы, состоящие из беспорядочной смеси металлической пыли и множества раздробленных измельченных минералов. Но каким же образом могли возникнуть такие металлические глыбы, как «Палласово железо», как метеорит Гоба-Вест?
Гипотеза образования комет и астероидов из сгустков космической пыли не может объяснить разделения метеоритов на железные, каменные и каменно-железные.
Клубки первоначальных частиц должны оставаться холодными — сохранять температуру межзвездного пространства. Но почему же большинство метеоритов состоит из веществ, которые явно находились в расплавленном или очень горячем состоянии?
Объяснить это приближением комет к Солнцу не удается. Из тысячи комет, какие наблюдали астрономы, только шесть или семь подходили к солнечной поверхности на расстояние в 500 тысяч километров. Вещество в ядрах этих комет действительно могло расплавиться от жара солнечных лучей. Но ведь таких комет ничтожное меньшинство. Остальные держатся в пределах орбиты Венеры. А на таком расстоянии Солнце не может расплавить даже олова.
Гипотеза Шмидта не объясняет, где и каким образом было расплавлено вещество метеоритов.
Клубки первоначальных частиц, очевидно, должны иметь округлую, шарообразную форму. Почему же все метеориты без исключения — осколки или обломки с неровными, рваными краями? Астероиды — тоже глыбы неправильной формы, а не шарики.
И на этот вопрос нет ответа.
Почему, наконец, возраст метеоритов совпадает с возрастом Земли? Они должны быть гораздо старше планет!
Гипотеза Шмидта не выдерживает тяжести предъявленных возражений и ни на один из поставленных вопросов не дает вразумительных ответов. Кометы не могли образоваться одновременно с планетами, и возникли они не из облака космической пыли.
О. Ю. Шмидт отказался от этой части своей гипотезы.
Кометы — светила недолговечные
Ученые уже давно обратили внимание, что кометы при каждом обращении вокруг Солнца уменьшают свой блеск, укорачивают хвосты. А некоторые короткопериодические кометы стали вовсе бесхвостыми.
Можно предположить, что нынешние маленькие и тусклые кометы были когда-то большими и яркими, а бесхвостые — хвостатыми. Но почему же их никто раньше не видел? Очевидно, маленькие кометы родились, примерно, такими, какими их увидели астрономы в первый раз.
А если это так, то кометы — светила очень недолговечные, они безусловно образовались не в глубокой древности, а совсем недавно — незадолго перед тем, как их заметили астрономы. И едва родившись, начали распадаться.
Это рассуждение неизбежно приводит к мысли — кометы возникают и в наши дни. Может быть даже сегодня, сейчас, где-то формируется комета, которую через несколько лет или через несколько месяцев увидят астрономы.
Так оно, повидимому, и есть — недолговечные светила не могут быть стариками. Они поневоле молоды.
Учеными установлена несомненная связь комет с большими планетами. Юпитер обладает семейством из 50 комет. Сатурну принадлежит 6 комет. В семействе Урана состоят 4 кометы, а у Нептуна их 9.
Астрономы предположили, что распределение комет по семействам объясняется не только влиянием тяготения больших планет. Попросту — «яблочко от яблони недалече падает». Кометы держатся поблизости от места своего рождения, они не пленники больших планет, а их дочери.
Так возникла новая гипотеза: кометы выброшены в пространство мощными вулканическими извержениями или особо-сильными взрывами на поверхности больших планет. Из кратеров вулканов на Юпитере и Сатурне вылетают клубы пепла, капли расплавленной лавы, куски металлов, обломки камней, пропитанные газами. Все это плотным сгустком пробивает атмосферу планеты и под названием кометы носится в межпланетном пространстве. Газы, из которых образуются хвосты комет по своему составу очень похожи на газы атмосфер больших планет.
Гипотезу вулканического происхождения комет выдвинул в XVIII веке французский математик Лагранж. В настоящее время ее энергично отстаивает киевский астроном С. К. Всехсвятский.
Против этой гипотезы также имеются серьезные возражения.
Сила тяжести на поверхности больших планет очень велика, а атмосферы толсты и плотны. Вулканическое извержение на Юпитере должно «выстрелить» кометой с такой силой, чтобы она могла пробить мощную атмосферу планеты и вылететь в межпланетное пространство со скоростью 60 километров в секунду. При меньшей скорости изверженное вещество неминуемо упадет обратно на планету.
Очевидно, что столь грандиозные извержения или взрывы должны быть видны с Земли. Но до сих пор никто и никогда не замечал на поверхности Юпитера даже признаков таких извержений.
Наиболее правдоподобное объяснение
Но откуда же берутся кометы? Нет сомнения, что кометы недолговечны, повидимому, они возникают и в наши дни. Но как это происходит?
Ученые обратили внимание на несомненное родство между кометами и астероидами. Орбиты комет и астероидов сходны, есть кометы, движущиеся по округленным орбитам, есть и астероиды на кометных орбитах.
Остается последняя гипотеза. Она выдвинута московским астрономом, и директором Государственного астрономического института имени Штернберга - С. В. Орловым: кометы рождаются при столкновениях между астероидами.
По подсчетам С. В. Орлова, в поясе малых планет кружатся примерно 250 миллиардов мелких и крупных астероидов. Юпитер непрерывно перетасовывает их орбиты. Это влечет за собой неизбежные столкновения. Между 250 миллиардами астероидов безусловно может случиться несколько десятков столкновений в год.
Если бы звуки могли распространяться в межпланетном пространстве, то до Земли доносился бы почти непрерывный и оглушительный грохот и треск сталкивающихся и ломающихся астероидов.
Скорости астероидов разнятся друг от друга не очень резко. Лобовые столкновения также не могут быть частыми. Взаимные удары получаются не сильными.
Насквозь промерзшие каменные астероиды хрупки. От сотрясения они разваливаются, но не все осколки столкнувшихся планеток разлетаются в стороны: какая-то часть отлетает прочь и рассеивается, а остальное — в виде рыхлого роя обломков, камешков, песчинок, пыли — летит все вместе по какой-то новой орбите.
Обломки продолжают сталкиваться между собой и крошатся. Из раздробленных камней начинают выделяться газы.
Рой обломков приближается к Солнцу. Солнечные лучи разогревают каменисто-песчаную тучу, газы испаряются. У роя камней образуется хвост, и мы видим появление новой кометы.
Гипотеза С. В. Орлова удачно объясняет многие факты, наблюдаемые учеными.
Например, большинство комет — светила слабые, видимые только в телескоп. Так и должно быть. Крупных астероидов мало. Поэтому яркие массивные кометы образуются редко.
Орбита Сихотэ-алиньского метеорита до его столкновения с Землей.
Астероиды могут ударяться друг о друга с различной силой. Сравнительно слабые толчки порождают комету. Сильные удары заставляют обломки разлетаться в стороны, и тогда возникает не комета, а метеорный поток. Очевидно, что метеорных потоков должно быть гораздо больше, чем комет, потому что они образуются не только из комет.
И, действительно, ученые насчитали около 1200 метеорных потоков. Из них только 15 -20 удается отождествить с уже известными кометами.
Конечно, некоторые метеорные потоки остались после комет, развалившихся еще до начала астрономических наблюдений на Земле. Но среди них есть также потоки, которые никогда не были кометами.
Установлено, что метеориты, доставленные метеорными потоками и кометами, по большей части каменные, а не железные. И это понятно. Железные астероиды прочнее. Столкнувшись, они раскалываются сравнительно редко, чаще же отскакивают друг от друга, как биллиардные шары.
Кометы и метеорные потоки образуются преимущественно из каменных астероидов. Железные же астероиды путешествуют в пространстве более крупными кусками, чем каменные. Поэтому самые большие метеориты, упавшие на Землю, — железные. Если не считать тысячетонные махины Сихотэ-алиньского метеорита, разбившегося при падении, и Аризонского метеорита, зарывшегося в Каньоне Дьявола, то первенство остается за метеоритом Гоба-Вест —60 тонн. За ним следует Анихито — 33,2 тонны; Бакубирито - 27 тонн; Африканский — 26 тонн; «Серебряный верблюд» — 20 тонн и т. д.
Среди каменных таких великанов нет. Самый большой каменный метеорит Лонг-айленд весил только 564 килограмма, но и он разбился при падении. За ним следует Парагоулд — 372 килограмма, Оханск - 300 килограммов, Княгиня — 293 килограмма, Кашин - 120 килограммов и т. д.
Астероиды Эрот, Амур и Гермес по сравнению с Эльбрусом.
Все это подтверждает гипотезу С. В. Орлова о происхождении комет из астероидов.
Возможно также, что многие кометы образуются и приходят к нам из второго — внешнего пояса астероидов, который, как предполагают академик В. Г. Фесенков и В. А. Крат, находится за орбитой Нептуна.
Гипотезу С. В. Орлова признали многие ученые — кометы рождены астероидами.
Но откуда взялись и как образовались астероиды?
Осколки погибшей планеты
Все астероиды-метеориты, попавшие в наши коллекции, — обломки с неправильными очертаниями. Те астероиды, которые проносились недалеко от Земли - Эрот, Гермес и другие, — тоже оказались глыбами самой различной формы. Многие астероиды, летающие между орбитами Марса и Юпитера, непрерывно изменяют свой блеск, это также свидетельствует об их обломочной форме.
Астероиды несомненно являются осколками какого-то большого тела.
Профессор П. Н. Чирвинский еще в 1920 году доказал, что минералы, которые обнаружены в метеоритах, очень похожи на минералы, найденные в глубоких слоях земной коры. Видимо, метеоритные минералы тоже образовались в недрах планеты, подобной нашей Земле.
Гипотезу о происхождении астероидов из остатков погибшей планеты отстаивают лауреаты Сталинской премии академик А. Н. Заварицкий и профессор С. В. Орлов.
Академик А. Н. Заварицкий указывает, что среди метеоритов земных коллекций можно найти образцы минералов из всех слоев безвестной планеты. Железные метеориты — это куски ее железоникелевого ядра.
Палласиты являются представителями оболочки этого ядра — тугоплавкий минерал оливин затвердел раньше железа и образовал округлые зерна. Расплавленное железо обтекало оливиновые зерна, и получилась как бы металлическая губка.
Породы, из которых возникли мезосидериты, располагались еще дальше от ядра, чем палласиты. Они составляли промежуточный слой между ядром и внешней каменной оболочкой.
Каменные метеориты — это обломки наружных слоев погибшей планеты, а такой метеорит, как «Старое Борискино», из которого была добыта космическая вода, по мнению академика А. Н. Заварицкого, образовался из вещества, выброшенного вулканом, действовавшим на той планете.
Главное затруднение для этой гипотезы доставляют именно каменные метеориты. Их своеобразное строение мало чем напоминает горные породы земной коры. Эта смесь измельченных обломков разнородных кристалликов, беспорядочно слипшихся друг с другом, с металлической пылью и таинственными застывшими капельками — хондрами — похожа на слежавшуюся космическую пыль.
Каменные метеориты как будто бы говорят в пользу гипотезы Шмидта, а не Заварицкого. Но это не так.
Земля и ее горные породы существуют уже 3,5 -4 миллиарда лет. В ее составе и строении произошли огромные перемены. Они совершенно изменили ее облик. Наши горные породы несколько раз были переплавлены. На них воздействовали газы и растворы, выделявшиеся из недр. Земная кора уже ничем не похожа на ту, которая была в первые века существования Земли.
Погибшая же планета развалилась в годы своей юности. Она имела еще первобытную оболочку из слежавшейся космической пыли; когда планета разбилась, из ее коры образовались каменные метеориты. Конечно, и в них произошли перемены, но не такие резкие, как на Земле.
В каменных метеоритах мы имеем образцы тех пород, какие покрывали Землю в догеологическое время.
Состав метеорного вещества, выпадающего на Землю, более или менее известен. Железные метеориты составляют около 1/5 общей массы метеоритной материи. Несколько процентов принадлежит палласитам и мезосидеритам. Остальное — каменные метеориты. Из них 90 % —хондриты и 10 % —прочие. Среди разных каменных метеоритов имеется несколько метеоритов особо богатых радиоактивными элементами и похожих на земные базальты.
Кроме того, в музеях хранится небольшое количество тектитов, или стеклянных метеоритов. Происхождение тектитов еще невыяснено. Они чрезвычайно похожи на оплавленные, округленные куски дешевого бутылочного стекла зеленоватого или коричневого цвета.
Тектиты подбирают в таких районах, где никогда не было стекольного производства или вулканических извержений — как, например, в пустынных областях Австралии, в песках Аравии, на острове Тасмания.
Никто и никогда не наблюдал падения тектитов, и поэтому их принадлежность к метеоритам не доказана. Но вполне возможно, что они тоже попали из межпланетного пространства.
Удельный вес метеоритов:
Железных — 7,12.
Палласитов — 4,74.
Мезосидеритов — 5,60.
Каменных — 3,54.
Тектитов — 2,40.
Астрономы учли, насколько это было возможно, количество астероидов, сохранившихся в солнечной системе; прибавили количество вещества, распыленного при столкновениях и погибшего от жара солнечных лучей; приняли во внимание удельный вес метеоритов и получили таким образом приблизительное представление о массе и размерах погибшей планеты.
На особой астрономической конференции, посвященной изучению погибшей планеты, было принято, что планета — мать астероидов — имела в поперечнике около 6000 километров. Она была несколько меньше Марса. Ее масса составляла 1/10 массы Земли, а плотность равнялась 3,77 плотности воды.
По расчетам А. Н. Заварицкого, металлическое ядро занимало, примерно, 1/16 часть объема планеты. У земного шара металлическое ядро занимает почти 1/6 объема планеты. Зато твердая базальтовая кора погибшей планеты была в полтора раза толще чем на Земле.
С. В. Орлов предложил назвать разбившуюся планету Фаэтоном. Фаэтон, как известно из греческой мифологии, был сыном Солнца, и судьба этого юноши отчасти напоминает судьбу предполагаемой планеты. Фаэтон однажды вздумал прокатиться по небу в отцовской колеснице, но не сумел сдержать буйных огненных коней своего отца и разбился.
Причина гибели пятой планеты земной группы неизвестна. Подозревают, что виноват в этом Юпитер. Юный Фаэтон не успел собрать достаточную массу и округлить свою орбиту так, чтобы держаться от своего соседа-великана на почтительном и безопасном расстоянии. Он обращался по вытянутой, удлиненной орбите и иногда подходил чересчур близко к Юпитеру.
В тот период, когда планета под тяжестью поступающего космического материала стала разогреваться, тяготение Юпитера нарушило ее внутреннее равновесие, планета, распираемая изнутри перегретыми газами, взорвалась или же просто развалилась. Ее обломки, ставшие астероидами, постепенно разошлись вдоль по орбите.
Такова современная гипотеза, объясняющая происхождение всех малых тел солнечной системы. Их родоначальником, повидимому, был погибший Фаэтон, который превратился в стаю астероидов. Столкновения астероидов могут порождать кометы и метеорные потоки. Маленькие астероиды, их осколки и остатки развалившихся комет падают на Землю в виде метеоритов. Метеориты, приближающиеся к Солнцу, образуют около него пылевое облако зодиакального света.
Глава десятая
НА КРАЮ ГИБЕЛИ
Камешки попадают в плен
Вообразим, что какой-то камешек, странствуя по Галактике, оказался в том районе, где находится Солнце. Он попал под влияние солнечного, тяготения и, изменив направление своего движения, устремился к Солнцу.
Если бы наш камешек «висел» где-нибудь в пространстве, а потом стал падать, то его путь был бы прямой линией, и он, безусловно, упал бы на Солнце. Но камешек тоже двигался, его скорость отличалась от скорости Солнца, и поэтому путь камешка принял форму кривой линии, огибающей Солнце.
Камешек, увлекаемый тяготением, летит по своей новой орбите, с каждой секундой ускоряя полет. Как показывают точные математические расчеты, скорость такого камешка на расстоянии в 150 миллионов километров от Солнца всегда будет больше 42 километров в секунду.
42 километра в секунду — это так называемая «скорость убегания». Любое тело, находящееся в 150 миллионах километров от Солнца и развившее «скорость убегания», обогнет Солнце и умчится обратно в бесконечные дали звездного мира. Пленником Солнца оно стать не может. Большая скорость освобождает от оков тяготения.
Если бы первобытное Солнце имело хотя бы одну планету, — другое дело. Планета могла бы стать соучастником Солнца и помогать ему улавливать блуждающие в пространстве тела. Она загоняла бы камешки и песчинки внутрь своей орбиты так же, как это делает в настоящее время с кометами Юпитер.
Но Солнце до рождения планет было одиноким. Соучастников и помощников у него не имелось, само же Солнце без содействия других тел или каких-либо иных сил не может захватить ни одного даже самого маленького кусочка космического вещества.
Так каким же образом одинокое Солнце поймало целый рой песчинок и камешков?
Решение этой задачи потребовало от О. Ю. Шмидта и его ближайшего сотрудника и помощника Г. Ф. Хильми огромного труда. Математическое исследование задачи длилось несколько лет. Сначала удалось найти только приблизительное решение. Затем ученые дали безусловно точное доказательство.
Пленение одного камешка или песчинки, конечно, немыслимо, но захват целого роя твердых частиц осуществим. Все дело в том, что их много — рой! Само пылевое облако, его центр тяжести, вся совокупность частиц, их общая масса послужит помощником Солнца, и часть пылевого облака совершенно неизбежно станет добычей Солнца.
Кроме того, обстоятельные исследования сотрудников О. Ю. Шмидта и других астрономов показали, что нельзя учитывать только одну силу тяготения. При встрече Солнца с туманностью возникает много физических явлений, которые могут выполнять роль тормозных колодок, то есть замедлить движение частиц, отнять у них часть энергии и тем самым задержать их возле Солнца.
Например, пылинки и камешки, огибающие Солнце, неминуемо должны сталкиваться между собой. Но как только два камешка столкнутся, один из них или оба вместе разобьются. Часть их энергии израсходуется на дробление, а скорость полета соответственно уменьшится.
Каждый раз, когда два тела ударяются друг о друга, они оба нагреваются. Часть их энергии переходит в теплоту и рассеивается. Каждая потеря энергии влечет за собой падение скорости.
Наконец, каждое столкновение сопровождается перераспределением скоростей. Это явление прекрасно известна всем, кому приходилось играть или наблюдать игру на биллиарде или в крокет.
Когда два шара сталкиваются, один из них приобретает повышенную скорость, а другой, потеряв скорость, еле катится. То же самое должно происходить и в рое твердых частиц. Законы природы одинаковы и для биллиардных шаров и для космических тел. Часть камешков роя после неизбежных столкновений со своими попутчиками получит скорость ниже «скорости убегания» и останется возле Солнца.
Эту теорию потерь и перераспределения скоростей движущихся частиц разработал ленинградский астроном Т. А. Агекян.
Тормозом для космических частиц служит также солнечный свет. Камешки, песчинки, пылинки, огибая Солнце, пересекают солнечные лучи и замедляют свой бег. Боковое давление солнечного света мешает движению частиц — тормозит его. Лучевое давление помогает захвату пылинок.
Точно так же, как и свет, действует корпускулярное излучение Солнца, оно тоже тормозит полет частиц, огибающих Солнце.
Когда камешек приближается к Солнцу, газы, которые содержатся в порах минералов, улетучиваются, легкоплавкие вещества испаряются, камешек тает, а его остатки, подхваченные светом, стремительно уносятся прочь.
Количество вещества, испепеляемого жаром солнечных лучей, зависит от плотности роя. Оно может быть весьма велико.
Поток вещества, отбрасываемого Солнцем совместно со светом и корпускулярным излучением, тоже тормозит движение частиц, попавших в поле тяготения Солнца.
Вспомним также, что раньше Солнце было не таким как сейчас. Его свет был ярче, корпускулярное излучение обильнее, а температура выше. Все тормозящие силы действовали энергичнее. Скорость захваченных частиц неуклонно падала, и у них не оставалось никаких шансов, никаких надежд на освобождение. Они становились спутниками Солнца, его пленниками.
Следовательно, Солнце, встретившись с туманностью, не могло пролететь сквозь нее, как пушечное ядро сквозь облако. Оно вылетело из туманности, окруженное обширным роем частиц.
Случайность или закономерность
Солнце в своем движении по галактической орбите нагнало туманность. Была ли эта встреча случайной? — спрашивали противники гипотезы Шмидта. Если да, то чем эта гипотеза лучше гипотезы Джинса. Признав рождение планет плодом счастливого стечения обстоятельств, мы тем самым должны согласиться, что в звездном мире планетные системы — явление исключительное и, может быть, даже наше семейство планет существует в Галактике в одном единственном экземпляре. А это и есть как раз то, о чем мечтают и что силятся доказать ученые идеалистического лагеря.
Если же встреча Солнца с туманностью — явление не случайное, оно должно повторяться. Обращаясь вокруг центра Галактики, Солнце, очевидно, должно было неоднократно пересекать область, занятую темными космическими облаками.
Московский астроном П. П. Паренаго подсчитал, что солнечная система за время своего существования должна была несколько сот раз встречаться с туманностями. Земля совершила вместе с Солнцем примерно 17 оборотов вокруг центра Галактики — прожила 17 галактических лет, и встречи Солнца с облаками космических частиц были совершенно неизбежны, — но каковы же были их последствия?
Вот этот-то коренной вопрос до сих пор не исследован. Он является слабым местом гипотезы и труден для решения. В распоряжении ученых имелось слишком мало времени для исследований.
Представим, что галактический год по образцу солнечного года тоже состоит из 365 галактических суток по 24 часа — или же из 31 556 926 галактических секунд. При таком счете письменностью люди пользуются только 20 галактических минут, телескоп изобрели всего лишь 53 галактических секунды назад, а после того, как узнали о вращении Галактики — прошло не более 4 галактических секунд. Иначе говоря, Солнце за последние три столетия пролетело всего лишь одну шестисоттысячную долю своей галактической орбиты. На таком малом отрезке ученые, разумеется, ничто заметить не могли.
Если повторные встречи Солнца и туманности происходили, то несомненно одно: Солнце не могло каждый раз пронизывать туманность обязательно в ее центральной и самой плотной части. Гораздо вероятнее, что каждая встреча протекала по-разному — или Солнце миновало туманность стороной, или пересекало ее сильно разреженные края.
Происходили ли еще встречи Солнца и туманности — неизвестно. Но некоторые факты позволяют предполагать, что они были.
Возьмем список спутников Юпитера. Эта планета обладает весьма многочисленным семейством из одиннадцати лун.
Первые пять спутников Юпитера — наиболее массивные из всех. Они обладают очень округленными орбитами, а плоскости их орбит совпадают с плоскостью экватора планеты. Нельзя сомневаться в том, что эти пять лун возникли одновременно с Юпитером, они составляют с ним как бы одно целое.
Орбиты трех следующих спутников наклонены к плоскости экватора на 27 -28°. Эти луны малы, и их орбиты плохо округлены.
Последние три спутника тоже расположились не в плоскости экватора планеты, и движутся они в обратном направлении.
Такими же нарушителями порядка являются крайние спутники Сатурна — Япет и Феба.
Никто из авторов космогонических гипотез даже и не пытался найти причину разделения спутников Юпитера на три обособленных группы с разными наклонами орбит. Гипотеза Шмидта в ее первоначальном варианте тоже не дала объяснения.
Три группы спутников Юпитера.
Группировка спутников с необычными наклонами орбит невольно наводит на мысль, что она получилась в результате повторных встреч Солнца с облаками космических частиц. И крайние спутники планет — более позднее приобретение солнечной системы.
Облака, встреченные Солнцем после образования планет, видимо, были разреженнее и беднее материалом, чем облако, послужившее предком планет. Поступление нового строительного материала не на много увеличило массы планет и не повело к образованию крупных спутников. Но все же память о встрече осталась в виде нескольких новых лун.
Может быть небольшое увеличение массы Сатурна вызвало сокращение орбит его спутников. При этом одна из лун оказалась втянутой в зону Роша и развалилась.
В этом случае кольца Сатурна также подтверждают догадку ученых о том, что Солнце не один раз встречалось с туманностью.
Ближайший спутник — Юпитер — обращается почти на самой границе опасной зоны. Вряд ли он мог сложиться на нынешней орбите, так близко от предела Роша. Вероятнее, что спутник подошел к нему в результате увеличения массы Юпитера.
Галактические времена года
Земной шар, как это совершенно точно установлено геологами, несколько раз переживал эпохи оледенения. В периоды оледенений ледяные поля толщиной в несколько километров покрывали огромные пространства в северном и южном полушариях. Ледовитый океан промерзал до дна. Мощные ледники спускались с гор, все стирая на своем пути.
Потом ледники таяли, отодвигались в полярные страны, наступало потепление.
И так повторялось несколько раз.
Последний ледниковый период закончился сравнительно недавно. Отложения тонких слоев так называемых ленточных глин показали геологам, что территория нынешней Ленинградской области освободилась от льда 16 тысяч лет назад.
Вид земной поверхности в эпоху последнего великого оледенения.
Где кроется причина чередования ледниковых периодов с более теплыми эпохами — неизвестно. Доказано только то, что оледенения Земли как-то связаны с усиленным горообразованием. Когда подымаются новые горные хребты, наступает резкое похолодание, и полярные шапки льдов разрастаются.
Для объяснения ледниковых периодов геологи предлагали много сложных и противоречивых гипотез.
Некоторые же астрономы считали, что причиной великих оледенений служит появление космической пыли в межпланетном пространстве.
Однако ученые отвергли это объяснение — ведь Солнце, приближаясь к туманности, давлением своих лучей разгонит большую часть пыли и газов. Следовательно, в расчет можно принимать только наиболее крупные частицы, которые не так податливы лучевому давлению. А таких песчинок в пространство между Солнцем и Землей попадет очень мало, и заслонить свет Солнца они не смогут.
Последние исследования верхних слоев воздушной оболочки Земли, — ее стратосферы, позволяют пересмотреть это суждение. Дело не в том, сколько пыли окажется в пространстве между Солнцем и Землей, а в том, сколько ее накопится в стратосфере.
На большой высоте восходящие и нисходящие потоки воздуха почти отсутствуют. Стратосфера слоиста, перемешивание воздушных масс там происходит крайне медленно. Поэтому пыль, попадающая в заоблачную высь, способна плавать там в течение нескольких лет. Как, например, пепел, извергнутый вулканом Раката на острове Кракатао.
То же самое произойдет и в случае встречи солнечной системы с туманностью. Космическая пыль, попадая в стратосферу, не будет сразу же опускаться на Землю, она начнет накапливаться и образует плохо проницаемый для света панцырь. Температура на Земле заметно понизится.
Земля в своем обращении вокруг Солнца ежегодно в августе встречается с потоком мелкой пыли, который тоже обращается возле Солнца, так же как и метеорные рои. Встреча с этим совершенно незаметным и незначительным скоплением пыли сильно влияет на прозрачность атмосферы. Профессор Н. Н. Калитин, измерявший силу солнечного света в Павловске, близ Ленинграда, установил, что засорение атмосферы августовской космической пылью понижает температуру воздуха на 5°.
Земля пролетает сквозь этот пылевой поток в течение нескольких суток. Помутнение атмосферы быстро рассеивается и проходит без всяких последствий. Но если бы помутнение держалось несколько сот или даже тысяч лет, то это могло привести к оледенению Земли. За зиму в полярных странах образовалось бы льда больше, чем летом его могли растопить солнечные лучи. Полярные шапки, ежегодно разрастаясь, захватили бы огромную территорию.
Пыль, оседая на Землю, не будет распределяться по ее поверхности равномерным слоем, а начнет скапливаться там, куда ее понесут воздушные течения, то есть в полярные страны и в страны умеренного пояса. Масса Земли начнет увеличиваться, а ее форма — изменяться, так как в полярных областях скопится и много космического материала и еще больше льда.
Увеличение нагрузки на околополярные области нарушит равновесие в недрах земного шара. Начнется передвижка материковых глыб. Возникнут разломы земной коры. Наступит эпоха усиленного горообразования — естественное следствие увеличения массы Земли и изменения формы земного шара.
Следовательно, встреча Солнца с облаками космической пыли может служить причиной и оледенения Земли и горообразования.
В настоящее время некоторые ученые, исследовавшие древнейшие напластования земной коры, приходят к заключению, что ледниковые периоды чередовались с эпохами потепления через, приблизительно, равные промежутки времени в 200 -220 миллионов лет.
Срок, найденный геологами, удивительно хорошо совпадает со временем обращения Солнца вокруг центра Галактики. Случайно ли это совпадение чисел, или оно обусловлено какими-то особенностями солнечной орбиты в Галактике — неизвестно. Никто из астрономов не имел еще возможности определить форму галактической орбиты Солнца. Но вряд ли она круговая. Гораздо более вероятно, что орбита Солнца имеет форму эллипса.
Очевидно, обращаясь по эллипсу, Солнце один раз в 200 миллионов лет приближается к центру Галактики, и тогда оно неминуемо должно попасть в облака космической пыли, которые окутывают галактический центр. И тогда возможно, что на Земле, кроме обычной смены времени года, наступает и галактическое лето и галактическая зима.
Все это, конечно, предположение, которое может быть и утверждено и отвергнуто. Это один из бесчисленных вопросов, которые занесены в памятную книжку науки, как подлежащие исследованию.
Но те скудные факты, какие имеются в распоряжении ученых, говорят: встречу Солнца с туманностью делом случая считать нельзя.
Подведем итог. Встреча Солнца с туманностью возможна. Ее нельзя приписать счастливому стечению обстоятельств или объяснить какими-либо сверхъестественными силами.
Захват части облака космической пыли в этом случае тоже возможен. Но это мало. Возможность и вероятность — разные вещи. Ведь для образования планет надо, чтобы рой твердых частиц, захваченный Солнцем, был достаточно велик и богат необходимыми строительными материалами. А именно это ученым пока еще не известно.
Что если в облаках космической пыли нет или очень мало материала, пригодного для образования планет?
Исследование невидимок
Когда существование темных туманностей удалось доказать, перед учеными встала задача исключительной сложности — исследовать новое явление природы. Это просто сказать, но не легко осуществить. Астрономы всегда имели дело с самосветящимися телами или с планетами, отражающими солнечный свет. Все астрономические инструменты созданы для наблюдения светил, а не черных невидимок.
Исследовать звезды удается, потому что в распоряжении ученых имеются лучи света этих звезд. Но как изучать темные, не светящиеся и необычайно разреженные пылевые облака?
Советские ученые не уступили своего первенства в изучении темной космической материи, которое было завоевано трудами В. Я. Струве. Они изобрели надежные, довольно точные способы исследования «угольных мешков». Вот один, наиболее простейший.
Астроном фотографирует какой-либо участок неба, на котором заметно покраснение звезд, а затем терпеливо подсчитывает, сколько звезд отпечаталось на пластинке. Звезды каждой звездной величины подсчитывают отдельно.
Затем астроном фотографирует другой участок поблизости от первого, но такой, на котором не заметно покраснения света звезд. И опять подсчитывает звезды.
Фотографирование повторяется несколько раз, чтобы избежать ошибок. И в итоге этой кропотливой работы у астронома получается табличка:
Число звезд 5, 6, 7 и 8 величин на обеих фотографиях совпадает. Очевидно, эти более яркие звезды находятся ближе к нам, чем туманность, и их лучам по пути ничто не мешает.
У звезд девятой величины совпадения нет. В нижней строке — 23, а в верхней — 62. На участке неба, где предполагается присутствие туманности, звезд девятой величины явно не хватает. Сравниваем дальше — число звезд каждой следующей величины в нижней строке как бы сдвинулось вправо на одну графу. Звезды девятой величины ослабели до десятой величины, а звезды десятой величины ослабели до одиннадцатой и так далее.
Это показывает, что на среднем расстоянии звезд девятой величины расположилось облако космической пыли. Оно ослабило свет звезд, которые находятся позади нее, часть этих звезд стала невидимой, и блеск звезд уменьшился на одну звездную величину.
Это, разумеется, очень приблизительный и грубый способ определения расстояний до темных туманностей. Он основан на неправильном предположении, что все звезды одинаково яркие, как уличные фонари.
Конечно, звезды не одинаковы — есть среди них и яркие и тусклые.
Советские астрономы не пользуются этим способом. Он приведен нами только для примера, как самый простой и наглядный.
Ленинградские астрономы К. Ф. Огородников, О. В. Добровольский и В. В. Лавдовский разработали более сложный, но зато и более точный способ определения расстояния до темных пылевых облаков. Их способ принят теперь всеми учеными.
Одной из ближайших к нам туманностей считается «Лошадиная Голова». Это облако пыли явственно вырисовывается на фоне светлой туманности Ориона. Своими очертаниями оно напоминает голову шахматного коня, за что и получило такое название. До «Лошадиной Головы», примерно, 300 световых лет или почти три миллиона миллиардов километров - 2,8·10^15^ километров.
Темная туманность «Лошадиная Голова».
Ослабление света звезд, видимых сквозь туманность, послужило той ниточкой, за которую ухватились астрономы и стали вытягивать различные сведения о природе пылевых облаков.
Видимые размеры какой-либо туманности, то есть то место, какое она занимает на небосводе, измерить нетрудно. Для этого у астрономических инструментов есть все приспособления. А зная видимые размеры туманности и определив расстояние до нее, вычислить истинную величину пылевого облака тоже сравнительно простое дело.
Облака темной материи оказались исключительно огромны. Среди них встречаются разные — есть и большие, есть и поменьше, но в среднем, по определению московского астронома П. П. Паренаго, они имеют в поперечнике около 11 световых лет.
Солнце, оказавшись в такой туманности, будет выглядеть, как просяное зернышко, брошенное в Тихий океан.
Тщательные измерения, сделанные В. А. Амбарцумяном, показали, что свет звезд, просвечивающих сквозь туманность, ослабевает не очень сильно. Звезда теряет в блеске, примерно, 1/4 звездной величины.
В. В. Лавдовский нашел несколько более плотных облаков, в них теряется до 1 -2 звездных величин. Но таких облаков мало.
Исследование В. А. Амбарцумяна, многократно повторенное им самим, было затем проверено разными способами. В 1943 году этим занимался Б. В. Кукаркин, в 1945 году — П. П. Паренаго, в 1946 году - Б. Е. Маркарян, в 1948 году — Ш. Хабибулин. В общей сложности советские ученые измеряли и проверяли поглощение света в туманностях в течение восьми лет, и все пришли к одному заключению: первоначальные выводы Амбарцумяна безошибочны, — туманности очень прозрачны.
Это уже само по себе чрезвычайно важное открытие. Свет далекой звездочки пятой величины в течение одиннадцати лет летит, пробиваясь сквозь туманность, а ослабевает всего лишь процентов на десять!
Значит облака космической пыли прозрачны почти так же, как и оконное стекло.
Туманности бедны веществом
Лучистые посланники далеких миров, проходя в пылевом облаке, не только ослабевают, но теряют по пути фиолетовые, синие и зеленые лучи, и от этого краснеют.
Не всякая пыль способна вызывать покраснение света, а только мелкая — вроде вулканического пепла или частиц дыма. Такие пылинки имеют в поперечнике около одной стотысячной доли сантиметра.
Будь пылинки покрупнее, то вокруг звезд, видимых сквозь туманность, наблюдались бы ореолы — круги вроде тех, что видны вокруг Луны, когда она светит сквозь туман. Будь пылинки помельче, — не было бы покраснения света.
Следовательно, пылинки эти действительно имеют размеры около одной стотысячной доли сантиметра. Такие пылинки, пожалуй, неправильно называть пылинками. Они гораздо более похожи на частицы дыма, и космическую пыль следовало бы называть космическим дымом, но старое название уже укоренилось и вошло в обиход.
Определение размеров пылинок в темных туманностях, сделанное Е. К. Харадзе, М. А. Вашакидзе и О. А. Мельниковым, признано всеми астрономами правильным.
Никто из ученых не сомневается, что в пылевых облаках могут встречаться и более крупные частицы — песчинки, величиной с булавочную головку, и небольшие камешки, вроде гальки или щебенки, но основная масса туманностей состоит из частиц, размером около одного микрона. Напомним, что паутинная нить, из которой паук вяжет свою паутину, имеет в толщину пять микронов. Частицы космической пыльцы в пять раз тоньше паутинки.
Сведения о пылевых облаках связаны между собой путеводной нитью, и ученые извлекают их одно за другим, как звенья одной цепи.
Зная размер пылинок и степень прозрачности облаков, можно определить количество вещества, распыленного в облаке, и плотность облака.
Если собрать все вещество, распыленное в облаке, и скатать из него шары, то получатся всего лишь три небесных тела, каждое равное по массе нашему Солнцу. Не так уж много вещества в этих облаках.
Процедив туманность, размером с Тихий океан, добудут из нее только три просяных зернышка.
Плотность этих облаков ничтожно мала. Повидимому, пылинки там летают на расстоянии нескольких километров друг от друга. И, как показывают расчеты, чтобы собрать в сравнительно густом космическом облаке только один грамм твердого вещества, надо «подмести» десять миллиардов кубических километров пространства. Туманности велики, но вещества в них — пустяк!
Оказавшись в таких условиях, Солнцу будет трудно собрать что-либо в этом почти пустом облаке.
Попробуем подсчитать.
В настоящее время радиус солнечной системы, считая от центра Солнца до орбиты Плутона, составляет круглым счетом 6 миллиардов километров. Допустим, что Солнце будет стягивать к себе пылевое вещество с расстояния в 100 раз большего, чем радиус солнечной системы, то есть с 600 миллиардов километров вокруг себя.
Пройдя сквозь туманность, Солнце оставит позади себя цилиндрический туннель. Вычислим его объем. Площадь основания возьмем радиусом в 600 миллиардов, а высоту — равную 11 световым годам или 104 000 миллиардам километров.
3,14·(600·10^9^)^2^·11·9,46·10^12^ = 118·10^34^кубических километров.
В каждых 10 миллиардах кубических километров туманности содержится 1 грамм вещества.
Следовательно, если Солнце будет подчистую «подметать» туманность, собирая все, вплоть до мельчайшей пылинки, то его добыча составит 118·10^34^: 10^10^= 118·10^24^ граммов или 118·10^18^ тонн.
Масса Луны равна 75·10^18^ тонн. Приобретенного Солнцем, вещества хватит только на образование луны или еще нескольких мелких спутников планет. Для создания всей планетной системы материала явно недостаточно.
Надо учесть также, что пылинки размером в 0,1 микрона не притягиваются Солнцем, а отталкиваются давлением его лучей. Солнце, приближаясь к пылевому облаку, своими лучами разгонит часть вещества туманности. Это сильно уменьшит добычу Солнца, оно сможет воспользоваться только более крупными частицами, камешками, песчинками, пылинками, которые по своим размерам не поддаются действию отталкивательных сил. А таких частиц в туманностях мало.
Вывод печальный. Среди туманностей, какие мы наблюдаем в ближайшей к нам части Галактики, нет ни одной пригодной для образования планет. С такими туманностями Солнце безусловно могло встречаться десятки раз, но планетной семьей оно в них не обзаводилось.
В гипотезе О. Ю. Шмидта обнаружились зияющие провалы. Ее исходная идея оказалась ошибочной. Встреча Солнца с туманностью и захват Солнцем роя твердых частиц не ведут к образованию планетной системы. Происхождение малых тел солнечной системы гипотеза объяснила тоже неправильно. В этих, областях у гипотезы не хватило фактов.
Но в то же время гипотеза Шмидта, как ни одна другая гипотеза, сумела объяснить вращение планет вокруг осей, прямые и обратные движения спутников, размещение орбит планет примерно в одной плоскости, почти круговые движения планет по орбитам, разделение планет на две группы; она наметила путь к объяснению закона планетных расстояний, указала, что длина суток на планетах зависит от величины массы планет, а плотность вещества на планетах зависит от их места в солнечной системе.
Картина формирования земного шара из твердых допланетных частиц, хорошо согласуется с последними открытиями геологии, геофизики, геохимии.
Такое полное и обстоятельное истолкование особенностей солнечной системы и происхождения Земли получено в истории науки впервые.
Словом все, что касается формирования Земли и остальных планет из облака твердых допланетных частиц — правдоподобно.
Все, что касается происхождения этого облака — сомнительно.
Неутомимые следопыты прошлого нашей Земли продолжали свои поиски. Предстояло найти, каким образом около Солнца появилось облако допланетных частиц.
Глава одиннадцатая
НА РОДИНЕ ЗВЕЗД
Счастливая ошибка
Человек, невольно содействовавший появлению одной реакционной гипотезы о происхождении звезд, остался неизвестным. Расследование не дало результатов, виновника не нашли, хотя искали его не для того, чтобы наказать, а, наоборот, — щедро наградить.
Обстоятельства этой характерной для буржуазной науки истории таковы.
Дело происходило в 1922 году. Астроном Э. Габбл фотографировал белые спиральные туманности, применяя наибольшие увеличения, какие только способен был дать стодюймовый зеркальный телескоп обсерватории Моунт Вильсон.
В те годы ученые еще не знали, что представляют собой эти странные небесные светила. Они видели, что среди звезд светятся какие-то пятнышки с расплывчатыми неясными очертаниями. В телескопе эти пятнышки выглядели спиральными завитками, словно закрученными неведомым космическим вихрем.
Клочковатая форма белых завитков роднила их с обычными туманностями, но в то же время они не были на них похожи. Завитки излучают белый свет, а туманности — зеленоватый. Спектры туманностей состоят из отдельных цветных линий, свойственных светящимся газам, а спектр спиралей — звездный, такой же как у Солнца. Что же это — звезды, кажущиеся туманностями, или туманности, состоящие из звезд, — оставалось неизвестным.
Положение среди звезд двух соседних галактик: в созвездии Андромеды — М-31 и в созвездии Треугольника — М-33.
Э. Габбл хотел раскрыть загадку белых спиралей. Безлунными ночами, когда устанавливалась тихая погода, когда воздух был прозрачен, а небо безоблачно, Габбл фотографировал спиральные туманности, накапливая материалы наблюдений. Свое внимание астроном сосредоточил на двух туманностях: в созвездии Андромеды и по соседству с ней — в Треугольнике.
Снимки, сделанные на пластинках, имевшихся в обсерватории, ничего особенного или нового не показывали. Отчетливо виднелись спиральные ветви и почти круглое яркое ядро туманности. Казалось, что светоносное вещество несколькими струями изливается из ядра и закручивается вокруг него наподобие часовой пружины. Ничего, что проливало бы свет на природу белых туманностей, заметить не удавалось.
Старый запас фотопластинок подошел к концу. В обсерватории вскрыли коробку из недавно полученной партии пластинок, зарядили кассеты, и Габбл сделал несколько снимков.
Пластинки проявили. Астроном стал их рассматривать и с восторгом убедился, что спиральные ветви не выглядят сплошными струями светоносного тумана. Они распались на множество черных точек. Это были самые обыкновенные звезды, но только исключительно мелкие — восемнадцатой и девятнадцатой величины.
Габбл продолжал фотографировать туманности Андромеды и Треугольника. Число снимков росло. Астроном сравнивал их между собой и заметил, — некоторые черные точки-звездочки на всех фотографиях остаются одинаковыми, а некоторые — меняются. Габбл разложил на столе все снимки, сделанные в течение нескольких месяцев и рассматривал их по порядку, начиная с более ранних. Таким образом он проследил все изменения, происходящие среди звезд туманности Андромеды.
Галактика Андромеды (большое увеличение).
Несколько десятков звезд сначала становились крупнее, потом они слабели и даже совсем исчезали, а затем снова появлялись, разгораясь до прежней величины. Блеск звезд изменялся с исключительной правильностью — звезды разгорались и меркли в точно определенные сроки — одни за 5 суток, другие за 7, третьи за 10, 20 и даже за 40 суток. Все они разгорались быстрее, чем ослабевали.
Это были старые друзья астрономов, чудесные маяки Вселенной — цефеиды. Именно они мигали в спиральных ветвях белых туманностей.
Известно, что все цефеиды — большие и яркие звезды. Тут же, на снимках спиральной туманности Андромеды, они выглядят крошечными звездочками 18 и 19 величины. Очевидно, что эти цефеиды находятся очень далеко.
Измерения, сделанные Габблом и другими астрономами, показали, что до туманности Андромеды 850 тысяч световых лет. Эта туманность расположена за пределами нашей Галактики, и она вовсе не туманность, а соседний млечный путь — другая галактика, другой звездный остров, подобный, по внешнему виду, форме и размерам нашей собственной Галактике.
Все остальные пятнышки, виднеющиеся в Гончих Псах и в других созвездиях, тоже оказались галактиками.
Наука торжествовала новую победу. Ученые узнали о существовании соседей Млечного Пути. Перед ними раскрылась величественная картина Мироздания — беспредельное, бесконечное пространство, населенное бесчисленным множеством звездных островов и архипелагов.
Ученым хотелось добиться еще более лучших снимков и разглядеть строение центральных областей ближайших галактик. Что они такое — клубки ли раскаленной материи или просто скопления обычных звезд.
Но запас хороших пластинок подходил к концу; фирме был послан заказ изготовить точно такие же пластинки и, если возможно, то и более чувствительные. Фирма прислала партию пластинок, но увы — на этих пластинках спиральные ветви опять получались сплошными струями и на звезды не распадались. Телескоп с этими пластинками ослеп.
На тревожные запросы обсерватории фирма ответила, что однажды при производстве пластинок кем-то из служащих нечаянно была допущена ошибка или небольшое отклонение от правил производственного процесса. В результате этой «счастливой ошибки» получилась исключительно удачная партия высокочувствительных фотопластинок. Кто это сделал, какая именно «счастливая ошибка» произошла — установить не удалось, и поэтому повторить нечаянную удачу было невозможно. Лаборатория начала исследование «нечаянно-хороших» пластинок.
Изучение соседних галактик замедлилось. Тайна их центральных сгущений осталась нераскрытой.
Через некоторое время качество пластинок было улучшено, но центральные области ближайших галактик попрежнему выглядели сгустками раскаленной материи и на звезды не разделялись.
И вот это-то несовершенство астрономических фотопластинок позволило Джинсу создать свою гипотезу о происхождении звезд.
По мысли Джинса Вселенная была в начале всех начал заполнена Хаосом, состоящим из холодной пыли и газов. Потом какая-то сверхестественная сила разделила Хаос на огромные облака, размером во много раз большим чем величайшая из галактик.
Эти облака стали сгущаться вокруг своего центра тяжести и при этом разогревались. Их вращение ускорялось. От быстрого вращения облака раскаленной пыли и газов сплющивались и принимали форму спортивного диска.
Джинс произвел необходимые расчеты и доказал, что звезды, обладающие чрезмерно большими массами, неустойчивы. Поэтому облака не могли превратиться в сверхгигантские звезды, они, утверждал Джинс, разделились на отдельные струи. Эти струи вырывались из центрального ядра, закручивались вокруг него спиралями и распадались на звезды.
Наблюдая галактику Андромеды, мы видим процесс образования струй и рождение звезд.
Так образовывались галактики — звездные острова, состоящие из миллиардов солнц.
Джинс нарисовал грандиозную картину Мироздания — дикий и неустроенный Хаос, образование из Хаоса гигантских туманностей и целых звездных систем-галактик.
По его мнению, все звезды Млечного Пути возникли сразу и почти одновременно, подобно тому как образуются кристаллы в переохлажденном растворе.
В течение миллиардов лет звезды будут светить, постепенно угасая. В конце концов, растратив свою энергию, они одна за другой остынут. Вселенная будет освещаться только тусклыми догорающими звездами, потом угаснут и они. Вселенная погрузится во мрак.
Галактика в Треугольнике.
В холодном пространстве будут носиться, подобно черным призракам, мертвые шары угасших солнц. И это будет конец света.
Гипотеза Джинса похожа на гипотезу Канта, но в ней уже нет гордых слов — «дайте мне материю и я из нее построю мир».
Эту гипотезу безоговорочно и без всякой критики признали буржуазные ученые. Она соответствовала их религиозным убеждениям, и никого не смущало, что гипотеза Джинса построена не на знании, не на точных, проверенных фактах, а на незнании, на недостатке фактов, на слабости телескопов, на недостаточной чувствительности фотопластинок.
Печальна судьба науки, опирающейся на невежество и на несовершенство средств познания.
В 1944 году ученые сфотографировали центральную область галактики Андромеды и убедились, что никакого сгустка первобытной и раскаленной материи там нет. Центральная область заполнена обыкновенными звездами. Эти звезды ярче и массивней Солнца, но все же они — только звезды.
Гипотеза об одновременном зарождении звезд оказалась обычным идеалистическим вздором, созданным для укрепления религии. Она вела к безвыходному тупику. Передовая наука от нее отказалась.
Ученые продолжали разведку звездного мира, начатую задолго до появления ошибочной гипотезы Джинса.
Среди звездного леса
Чтобы понять, как развивается дуб, нет необходимости ждать, когда желудь, сбросив свою шапочку, выпустит росток и из него разовьется во всей красе зеленый старейшина наших лесов. Для этого достаточно пойти в лес — там найдутся и желуди, из которых высовывают носики первые листочки, и молодые дубки, и зрелые деревья, и трехсотлетние дуплистые великаны, готовые рухнуть от сильного порыва ветра, и трухлявые стволы поверженных деревьев, которые своими остатками удобряют почву для новых поколений дубков.
В лесу внимательный наблюдатель за несколько часов познает всю многовековую историю дерева.
Длительность «жизни» звезд исчисляется миллиардами лет. Жизнь человека коротка. Проследить как возникают, развиваются и гибнут звезды невозможно не только для одного астронома, но и для многих поколений ученых. Но в этом нет особой необходимости. Перед нашими глазами открывается обширнейший звездный «лес». Среди звезд, мерцающих в ночном небе, несомненно найдутся звезды, только что выбравшиеся из космической колыбели, и «взрослые» звезды, которые прожили большую часть жизни, есть и одряхлевшие «старики», тихо угасающие на склоне лет.
Солнце по сравнению с белым гигантом Ригелем, а рядом Ригель по сравнению со звездами-сверхгигантами.
Главное, что нужно исследователю звездного мира, это найти или угадать признаки юности и старости звезд, то есть научиться отличать молодую звезду от старой.
Поисками этих признаков ученые заняты уже много десятилетий, и это не легко: мир звезд велик и разнообразен.
Любуясь звездным небом, мы видим, что звезды отличаются друг от друга блеском. Одни выглядят яркими точками, другие же кажутся мельчайшей серебристой пылью. По блеск звезд, то есть их видимая яркость на небе, обманчив. Он ничего не может сказать нам об истинных размерах и о действительной яркости звезд.
Звезды находятся на разных расстояниях от нас. Расстояния скрадывают подлинные размеры удаленных предметов. Звезды кажутся не такими, какие они есть в действительности. Маленькая, но близкая к нам, звезда выглядит больше и ярче, чем крупная, но далекая звезда.
Поэтому простое разглядывание звездного неба не дает верного представления об окружающих нас светилах. Нужны длительные, кропотливые исследования, годы наблюдений, разнообразные и совершенные инструменты. И тогда разведка далеких миров принесет людям удивительные сведения о звездах и их особенностях.
Яркость звезд
Самая яркая из числа известных нам звезд находится на небе южного полушария, в созвездии Золотой Рыбки. На звездных картах она обозначена буквой S.
S Золотой Рыбки светит как 400 000 солнц вместе взятых. Это исключительно большая и яркая звезда. Солнце, поставленное рядом с ней, будет выглядеть, как свечка рядом с авиационным прожектором. А если S Золотой Рыбки окажется на месте Солнца в центре планетной системы, то от нестерпимого жара ее лучей Меркурий превратится в облачко раскаленного пара, а Земля станет огненно-жидкой каплей.
Самая слабенькая звезда помечена в каталоге астронома Вольфа номером 1055 Б. Она светит в 600 тысяч раз слабее Солнца.
Поставленная рядом с Солнцем, Вольф 1055 Б будет выглядеть, как фонарик светлячка возле стосвечевой электрической лампочки. Если же Вольф 1055 Б займет место нашего Солнца, то по утрам у нас будет восходить маленькое тусклое светило, заливающее Землю жиденькими лучами. Света от него будет немногим больше, чем от полной Луны.
Но Вольф 1055 Б считается самой слабой из светящихся звезд, есть звезды, которые настолько тусклы и холодны, что почти совсем не светятся.
Астрономы Московского института имени Штернберга, фотографируя небо на пластинках, чувствительных к невидимым для глаз инфракрасным лучам, обнаружили существование в пространстве совсем темных и чуть «теплых» звезд. Температура этих звезд-невидимок составляет, примерно, 1500 -2000°. Они настолько холодны, что почти не испускают лучей видимого света, это «черные» звезды.
Великаны и карлики
Самая маленькая из числа известных нам звезд тоже записана в каталоге астронома Вольфа. Ее номер 457. Вольф 457 по объему в 800 раз меньше земного шара, по диаметру эта звезда даже меньше Луны — «карманная звездочка».
Самая большая звезда недавно найдена в созвездии Возничего. Эта звезда расположена недалеко от альфы Возничего — Капеллы — и помечена на картах неба греческой буквой эпсилон.
Эпсилон Возничего двойная звезда.
Инфракрасная, несветящаяся звезда эпсилон Возничего. Рядом — красный сверхгигант Антарес и окружность, изображающая земную орбиту.
Звезды, составляющие эту пару, резко отличаются друг от друга.
Одна сравнительно небольшая, золотисто-желтая И яркая, другая же — совсем тусклая, темная, но огромная. Если вообразить, что существует мешок или ящик, равный по объему эпсилону Возничего, то в таком ящике поместились бы вое 7500 звезд, видимых на небе невооруженным глазом.
Поперечник этого великана звездного мира равен 4 миллиардам километров, почти в 3 тысячи раз больше поперечника Солнца.
Температура на поверхности эпсилона Возничего равна 1350°, это одна из «черных» инфракрасных звезд, которые удается наблюдать только при помощи фотографии невидимого — на пластинках, чувствительных к инфракрасным лучам.
Плотность вещества
Плотности вещества на звездах тоже отличаются крайними степенями.
В созвездии Кассиопеи недавно была обнаружена ярко-белая, но очень небольшая звездочка. Она почти что вдвое меньше земного шара. Однако, несмотря на свои более чем скромные размеры, звезда-малютка обладает солидной массой. Из вещества этой звездочки можно выкроить 72 тысячи таких планет, как Земля.
Вещество этой звезды необычайно плотно — оно более чем в два миллиона раз плотнее воды.
Спичка, сделанная из вещества подобной плотности, весила бы на Земле полтонны.
Звезды, обладающие столь необычайной плотностью вещества, получили название белых карликов.
Звезда белый карлик из созвездия Кассиопеи по объему почти вдвое меньше земного шара.
Примером большого разрежения звездного вещества может служить альфа Ориона — красноватая звезда, которой арабские астрономы дали звучное имя — Бетельгейзе, что значит — «Дом близнецов».
Бетельгейзе очень большая звезда — по массе она только в 15 раз массивнее Солнца, но зато по объему больше его в 97 миллионов раз. Вещество Бетельгейзе разреженнее тех остатков газа, какие содержатся в баллонах пустотных электрических лампочек. Один кубометр вещества Бетельгейзе весит всего лишь 0,06 грамма.
Взрослый человек, как известно, может поднять и унести груз в 75 -80 килограммов. Если бы понадобилось унести 80 килограммов вещества Бетельгейзе, то для этого пришлось бы запастись баллоном-газгольдером длиной в четверть километра и вместимостью в один миллион триста тысяч кубических метров.
Температура на поверхности Бетельгейзе не высока — около 3000°, поэтому звезда посылает красноватые лучи.
Поперечник красного сверхгиганта Антареса в полтора раза больше поперечника Земной орбиты.
Вторая звезда, похожая на Бетельгейзе и видимая на небе северного полушария, находится в созвездии Скорпиона. Она светится, как фонарик автомобильного стоп-сигнала. Яркий, красноватый блеск этой звезды делает ее похожей на планету Марс. Сходство звезды и планеты заметили еще греческие астрономы, которые назвали альфу Скорпиона «Соперником Марса». Так как Марс по-древнегречески назывался Арес, то альфа Скорпиона стала называться Антаресом.
Бетельгейзе — «Дом близнецов», и Антарес — «Соперник Марса», и все звезды, подобные им, принадлежат к группе красных сверхгигантов.
Температура звезд
Температуры звезд тоже довольно разнообразны. Самыми холодными из них считаются инфракрасные звезды. Но, по всей вероятности, в пространстве есть совсем остывшие черные небесные тела.
Температура большинства видимых на небе звезд составляет от 3000° и до 24 000°.
Самые горячие звездочки служат центральными светилами в планетарных туманностях.
Эти своеобразные и немногочисленные туманности имеют вид небольших круглых зеленоватых пятнышек с яркой звездочкой в центре. Лаплас и другие ученые того времени считали планетарные туманности колыбелями будущих солнц и планетных систем. Астрономам казалось, что они видят те самые круглые газовые облачка, из которых, по гипотезе Лапласа, образуются планеты.
Как память о прежнем заблуждении ученых нам осталось название этих туманностей — планетарные, хотя в действительности они ничего общего с планетами не имеют. В планетарных туманностях происходит не рождение солнц из сгустка космического вещества, а рождение туманности очень горячей звездой.
По определению профессора Б, А. Воронцова-Вельяминова, температура центральной звездочки планетарной туманности в созвездии Лисички достигает 85 000°. Ученые предполагают, что в планетарных туманностях есть звезды, раскаленные даже до 100 000°.
Температура нашего Солнца сравнительно умеренна — 6000° Но если бы оно разгорелось до 100 000°, то возросшим давлением солнечных лучей Меркурий был бы вышиблен со своей орбиты и отлетел бы в сторону, как мяч от удара ноги футболиста.
Звездочки, — служащие ядрами планетарных туманностей, настолько раскалены, что они как бы тают, рассеивая свое вещество в пространстве. Вокруг них образуется довольно большое газовое облачко, которое непрерывно увеличивается. Планетарные туманности растут буквально на глазах.
Б. А. Воронцов-Вельяминов определил, что скорость расширения планетарных туманностей составляет в среднем 20 километров в секунду.
Туманность «Краб», образовавшаяся, как предполагают ученые, 4 июля 1054 года.
Размеры планетарных туманностей исчисляются сотнями миллиардов километров, — все они гораздо больше солнечной системы.
И это, пожалуй, единственные небесные светила, возраст которых ученые устанавливают очень точно. Если радиус планетарной туманности равен 200 миллиардам километров, то, очевидно, она возникла, то есть начала расширяться, сравнительно недавно. После ее рождения прошло 10 миллиардов секунд или всего лишь 310 лет. Планетарные туманности — светила молодые.
По массе звезды разнятся друг от друга не очень сильно.
Самые маленькие звезды, какие известны в настоящее время, так называемые красные карлики, только раз в 10 уступают Солнцу по массе. Такова, например, Проксима Кита, то есть «Ближайшая» из созвездия Кита.
Среди невидимых темных спутников звезд есть тела, которые в 50 и даже в 100 раз меньше Солнца, но пока еще не установлено, что они такое — малосветящиеся звезды или может быть крупные планеты.
Наиболее массивные звезды содержат, примерно, по 100 солнечных масс. По предварительным сведениям, чемпионом звезд-тяжеловесов считается двойная звезда, обозначенная в каталогах как В + 6° 1309 Одна звезда из этой пары в 115 раз массивнее Солнца, а другая массивнее его в 138 раз.
Таковы различия звезд по светимостям, размерам, температуре и по массам.
Семь основных классов
Астрономы пересмотрели спектры более, чем двухсот тысяч звезд, учли все их особенности, в первую очередь температуру и состояние вещества на звездах. Эта работа позволила подразделить звезды на классы. Каждый класс звезд обозначили прописной латинской буквой — А, В, С и так далее.
Но сведения о звездах постепенно накапливались и уточнялись. Некоторые классы оказались искусственно придуманными и потому излишними. Их пришлось выкинуть из классификации.
Потом выяснилось, что звезды класса В горячей звезд класса А. Их поменяли местами. Затем нашлись очень горячие звезды, которые были не учтены в начале работы. Для них создали новый класс, которому присвоили очередную свободную букву О, но этот класс поставили впереди всех.
В результате всех переделок звезды оказались разделенными на 7 основных классов, следующих друг за другом в таком порядке: О, В, A, F, G, К, М.
Звезды, причисленные к одному классу, неодинаковы. Поэтому каждый класс разделен еще на 10 групп, обозначаемых цифрами. Например, красные сверхгиганты Бетельгейзе, Антарес и Дивная из созвездия Кита принадлежат к классу М, то есть к классу красных и не очень горячих звезд. Но температура этих трех сверхгигантов различна. Самый горячий из них Антарес — 3100°. Его группа М 1. Бетельгейзе чуть холоднее Антареса — 3000°. Ее группа М 2. Самая холодная из них Дивная. Ее температура равна 1900°, поэтому Дивная причислена к группе М 7.
Чтобы отмечать различные особенности звезд одного класса, ввели дополнительные обозначения маленькими латинскими буквами. Например, Бетельгейзе и Проксима Кита причислены к одному классу — М, потому что они обе красные и сравнительно холодные звезды, но Бетельгейзе — сверхгигант, а Проксима Кита — красный карлик.
Сверхгигантов решено помечать буквой «с», гигантов «g», а карликов «d». Бетельгейзе поэтому обозначается как сМ2, а Проксима Кита — dM6.
Класс неустойчивых звезд
В классе О состоят самые горячие звезды. Все они ярко-белые с заметным голубоватым оттенком. Звезд этого класса на небе немного — несколько сотен, но состав их очень разнообразен. В классе О собрались все чемпионы-тяжеловесы — самые большие и массивные звезды, белые сверхгиганты. Наряду с ними есть несколько голубовато-белых карликов.
К этому же классу принадлежат центральные звездочки планетарных туманностей.
Очень близки к классу «О» звезды, получившие особое обозначение: WR.
Эти звезды резко отличаются от обычных звезд, видимых на небе. Это какие-то космические вулканы, звезды, на которых непрерывно бушует огненный ураган. С их поверхности взлетают гигантские фонтаны раскаленных газов, поверхность такой звезды — сплошной вихрь огня. Сила неукротимого извержения такова, что вещество, выброшенное звездой, навсегда ее покидает и рассеивается в пространстве. Звезды WR сами себя разрушают.
Ленинградский астрофизик Н. А. Козырев определил, что звезды WR теряют за год примерно одну стотысячную долю своей массы. Совершенно очевидно, что в таком состоянии звезда долго находиться не может. Ведь через 100 тысяч лет звезда рассеется без остатка.
Полная потеря массы вряд ли возможна. Вероятнее всего, что звезда, сбросив с себя обременяющую ее часть вещества, через несколько тысячелетий успокоится, ее температура упадет, и звезда станет самой обычной.
Пока ни одна из известных ученым звезд WR не подает признаков успокоения. И нельзя сказать достоверно, чем WR были до начала буйного истечения газа и чем они станут, когда извержение утихнет.
Согласно исследованиям пулковского астронома В. А. Крата, разработавшего теорию истечения газа из этих звезд, можно предполагать, что вначале эти звезды были обычными горячими звездами, белыми сверхгигантами классов О и В. В результате истечения, потеряв почти 90 % своей массы, они превратятся в звезды типа Солнца.
Кроме звезд WR, есть еще несколько десятков звезд, которые тоже сбрасывают свои покровы. Но это происходит на них не непрерывно, а короткими и резкими вспышками. Такие звезды неожиданно и очень быстро разгораются. Атмосфера вспыхнувшей звезды расширяется, как мыльный пузырь, когда его надувают через соломинку. Газовая оболочка подымается над поверхностью звезды и затем разлетается в пространстве, а звезда на время успокаивается.
Астрономы прошлых столетий, замечавшие вспышки этих звезд, думали, что они наблюдают появление только что разгоревшихся новорожденных звезд, и поэтому называли их новыми. Название безусловно неудачное. Если бы загорелась действительно новая звезда, то она должна была бы светить как все звезды, а не угасать.
Впоследствии ученые убедились, что на месте вспыхнувшей звезды всегда имелась какая-либо слабенькая звездочка. И именно эта звездочка неожиданно стала большой и яркой.
Некоторые ученые попробовали изменить неудачное название вспыхнувших звезд, но не нашлось подходящего слова, и прежнее название — «новые» осталось.
«Новые» звезды, как предполагает Б. А. Воронцов-Вельяминов, повидимому, являются близкими родственниками звезд WR.
Кроме этих диковинных «испаряющихся» и «взрывающихся» звезд, некоторые белые сверхгиганты класса «О» тоже выбрасывают в пространство потоки раскаленных газов, но проделывают это не так буйно, как звезды WR и «новые».
Таким образом, белые сверхгиганты, все звезды WR, ядра планетарных туманностей и «новые» звезды являются поставщиками газов и пылевой материи, из которой затем образуются туманности.
Звезды обычных типов
Звезды класса «В» холоднее звезд класса «О», их температуры заключены в пределах от 24 000° до 12 000°.
У некоторых звезд этого класса тоже заметны признаки потоков газов, покидающих звезду. Но извержения в недрах ярко-белых звезд протекают не столь бурно, как у голубых.
Большинство звезд класса В — спокойные белые гиганты; таковы, например, Ригель из созвездия Ориона, Спика-Колос из Девы. Ближайшая к нам звезда класса В — Регул из созвездия Льва, до нее 80 световых лет.
Кроме белых гигантов, в этом же классе состоят несколько белых карликов.
Звезды следующего класса А еще холоднее. Их температура равна 12 000 —8000°. К звездам класса А принадлежат многие яркие звезды нашего неба — Сириус-Блестящий из созвездия Большого Пса, Вега-Коршун из Лиры, Альтаир из Орла, Денеб из Лебедя. Все это довольно обычные звезды — среди них есть и гиганты и солнцеподобные звезды.
К классу F причислены золотисто-белые звезды, такие как Процион из созвездия Малого Пса, Канопус из Киля и другие. Их температура равна в среднем 8000°.
Пятый звездный класс называют солнечным, так как к нему принадлежит Солнце. В этом классе состоят желтые звезды с умеренной температурой в 6000°. К классу G принадлежит наш ближайший сосед и двойник нашего Солнца Толимак из созвездия Центавра и Капелла-Коза из Возничего.
В классе К состоят оранжевые звезды. Их температура еще ниже, чем у звезд солнечного класса — 4500°.
Представителями оранжевых звезд являются Альдебаран-Сверкающий из созвездия Тельца и Арктур-Страж Медведицы из Волопаса.
Класс М необычайно многочислен. В него входят все красные сверхгиганты и гиганты — Бетельгейзе, Антарес, Дивная и бесчисленное множество красных карликов.
Температура звезд класса М самое большее равна 3200°.
Инфракрасные звезды остались за пределами классификации. Когда звезды подразделяли на классы, о существовании темных, но теплых звезд не знали и места им, разумеется, не оставили. Это упущение будет исправлено, но надо сперва побольше собрать сведений об этих звездах?
Первые наметки биографии
Какие же звезды молоды?
На этот вопрос ученые отвечали по-разному. Одни говорили: моложе всех голубовато-белые звезды. Они велики, горячи, полны светоносной энергии и с юношеской щедростью изливают ее в пространство, но пройдут миллионы лет, — голубоватые звезды постепенно израсходуют большую часть своей массы, остынут, успокоятся и начнут экономнее расходовать запасы энергии. Они станут обычными белыми звездами, а затем пожелтеют, как листва осенью.
Вместе со старостью придет и скупость. Звезды сбавят свою светимость и, превратившись в маленьких красных карликов, перейдут в класс М. Там их ждет медленное угасание.
Другие ученые возражали, — красные звезды нельзя считать стариками. Наоборот, звезды из класса М — молодежь. Они только что возникли, еще не успели разгореться и достичь полного блеска. С течением времени красные звезды уплотнятся, их температура повысится, они станут оранжевыми, затем желтыми звездами. Постепенно уплотняясь и разогреваясь, они перейдут в класс голубоватых звезд, достигнут наивысшей степени нагрева, и их вещество начнет рассеиваться в пространстве.
Голубые звезды — это старики. Их яркий блеск — это блеск умирающей звезды.
Мнения обеих сторон казались вполне резонными. В самом деле, и красные звезды могут разгораться, и белые могут остывать. Возникла еще одна гипотеза, объединившая оба мнения.
Звезды образуются в виде огромных и сравнительно холодных шаров — красных сверхгигантов. Постепенно уплотняясь и разогреваясь, красные сверхгиганты становятся оранжевыми звездами, затем — желтыми и так, переходя со ступеньки на ступеньку, звезды, словно по лесенке, забираются в класс самых горячих голубых звезд.
Температура молодой звезды повышается сверх допустимого предела. В недрах звезды начинаются бурные извержения. Атмосфера звезды расширяется и постепенно рассеивается в пространстве.
Звезда быстро расходует запасы своего вещества, она сжигает сама себя и тем заканчивается ее юность.
Постепенно остывая и успокаиваясь, звезда переходит в класс белых, а затем и желтых звезд. Она снова совершает путешествие по ступенькам, но теперь уже не вверх по лестнице, а вниз, — проходит стадии желтых, оранжевых и красных звезд и заканчивает жизненный путь тусклым красным карликом.
Эта гипотеза возникла еще в первом десятилетии нашего века, а в 1913 году для ее подтверждения была составлена чрезвычайно интересная диаграмма.
Вот уже сорок лет как эта диаграмма служит настольным пособием для всех астрономов, изучающих звезды. Ее несколько раз перечерчивали разными способами, исправляли, дополняли, изучали и с ее помощью находили важные закономерности в звездном мире.
Для составления этой диаграммы лист бумаги расчертили по числу спектральных классов на 7 вертикальных столбцов или лесенок. Самая крайняя слева лесенка была предназначена для горячих голубых звезд класса «О», следующая за ней — для голубовато-белых звезд, третья слева — для белых звезд, четвертая — для золотисто-белых, пятая — для желтых, шестая — для оранжевых, а самая крайняя справа — для красных звезд класса М.
Каждый вертикальный столбец разграфили на 30 клеточек или ступенек для звезд различной яркости.
Затем взяли список звезд, в котором указаны их спектральные классы и светимости, и начали рассаживать звезды по лесенкам и ступенькам. Каждую звезду обозначали просто точкой. Все точки были одинаковой черноты, но ставили их в соответствии со спектральным классом звезды и ее светимостью.
Наиболее тусклые красные звезды заняли самую нижнюю ступеньку лесенки М. Звезды восемнадцатой величины поместили на вторую ступеньку. Звезды семнадцатой величины — на третью, шестнадцатой — на четвертую и так далее. Чем ярче звезда, тем выше она получала место. На самом верху диаграммы находится чемпион светимости — двойная звезда S Золотой Рыбки.
Диаграмма, показывающая зависимость между массой звезды, спектральным классом и светимостью.
На диаграмме, которая помещена в книге, расставлено только 96 точек, означающих 22 самых ярких звезды нашего неба с их спутниками, 44 ближайших к Солнцу карлика, 9 цефеид и еще несколько других звезд.
Можно было бы разметить на диаграмме и тысячу точек, означающих тысячу звезд, но и выбранного количества вполне достаточно, чтобы показать порядок, какой соблюдают звезды на этой диаграмме.
Звезды распределились на ней не как попало, а составили свои компании или землячества. Ригель, Денеб, Канопус собрались в одном углу диаграммы, а Бетельгейзе, Антарес, Дивная — в другом. Это и понятно, одни из них — белые сверхгиганты, а другие — красные сверхгиганты.
Цефеиды столпились вокруг Полярной звезды и дельты Цефея. Стайка белых карликов обособилась внизу диаграммы, а все остальные звезды разошлись по диагонали, словно путники по узкой лесной тропинке.
Ученым казалось, что эта диаграмма раскрывает им биографию звезд. Правый верхний угол диаграммы это «детская комната» звезд, — там возникают самые молодые звезды — красные сверхгиганты. Уплотняясь и разгораясь, они постепенно переходят в левый верхний угол. Там наступает их зрелость и вдоль «лесной тропинки», лежащей по диагонали диаграммы, они спускаются в правый нижний угол. Тут где-то, за рамкой диаграммы, должно находиться «кладбище» звезд.
Эта гипотеза была первой серьезной попыткой разобраться в дебрях звездного леса и найти среди звезд молодую поросль и достигших преклонного возраста стариков.
Диаграмма и гипотеза вызвали живейший интерес среди ученых.
Особенно ценна оказалась диаграмма. Она доказала, что размещение звезд на ней неслучайно, что существует зависимость между массой звезды и ее температурой, спектральным классом и светимостью.
Каждая звезда, у которой установлены принадлежность к тому или иному классу и ее светимость, может быть помещена в виде точки на диаграмму, и тотчас опытный глаз астронома определит ее массу, диаметр и плотность.
Эта замечательная диаграмма служит как бы коллективным паспортом звезд. Она принесла науке неоценимую пользу.
Зато гипотеза, связанная с этой диаграммой, встретила суровую критику и вскоре была оставлена. Ученые согласиться с ней не могли.
В самом деле, белые сверхгиганты — это самые массивные звезды нашей Галактики. Красные сверхгиганты в среднем почти вдвое уступают по массе белым.
При своем развитии звезда теряет массу на излучение, а отнюдь не приобретает ее. Каким же образом красные сверхгиганты могут «вырастать» в белых сверхгигантов?
Затем установлено совершенно точно, что встреча двух звезд — событие весьма маловероятное, а объединение двух звезд в двойную звезду — явление и подавно совершенно немыслимое. Двойные звезды несомненно однолетки-близнецы. Они образовались одновременно.
Как же в таком случае могли возникнуть такие удивительные пары, как Дивная Кита и ее спутник?
Дивная — сверхгигант темно-красного цвета, чудовище с поперечником в 550 миллионов километров и холодная, как угли догорающего костра, а ее спутник — звезда-лилипут по диаметру раз в шесть меньше Солнца, но раскаленная до 14 000° — типичный белый карлик. И несомненно они родились вместе и одновременно — это звезды-сестры.
Другая пара: Антарес — красный сверхгигант, а его спутник — тоже сравнительно небольшая белая звезда; или — дзета Возничего — оранжевый сверхгигант, а его спутник — белая звезда.
Звезды, составляющие двойную систему, образовались одновременно, но они были неодинаковы по массе и потому по-разному проходили свой жизненный путь.
Таким образом и эта буржуазная гипотеза оказалась несостоятельной.
Советский астроном Б. В. Кукаркин шутливым примером подвел итог спорам о возрасте гигантов и карликов. Представьте себе, что человек, никогда не видавший собак, пришел на выставку собаководства. По незнанию он безусловно мог подумать, что из такс вырастают доги.
А именно так и думали сторонники этой гипотезы.
Звезды неодинаковы, и их судьбы тоже различны. Звезды могут образовываться в разных условиях, и от этого зависит течение их «жизни».
Гипотезы о едином пути развития звезд, так же как и гипотезы об одновременном зарождении всех звезд, были последними гипотезами, созданными буржуазной наукой. Кризис науки в Западной Европе и Америке, реакционные стремления буржуазных ученых привели к застою и упадку знаний.
Дальнейшие судьбы науки целиком перешли в руки советских ученых.
Путешествие в область загадок
Вторую звезду в ручке ковша Большой Медведицы арабские астрономы назвали Мицаром, а слабенькую звездочку, сидящую на Мицаре словно всадник, — Алькором. Мицар и Алькор — первая двойная звезда, замеченная людьми.
Впоследствии, когда для разведки звездных миров применили сложные и точные инструменты, ученые убедились, что Мицар только кажется одиночкой, на самом деле это двойная звезда и надо различать Мицара А и Мицара Б.
Оба Мицара обращаются друг возле друга, но промежуток между ними так мал, что издали они выглядят как одна звезда.
Таким образом, Мицары с Алькором-Всадником составляют тройную систему. Из них две звезды расположены рядом, а третья — поодаль.
Ученые нашли на небе много тройных звезд и заметили в их расположении нечто странное.
Вот, например, наш сосед Толимак или альфа Центавра. У него, так же как и у Мицара, есть маленький и далекий спутник — Проксима или Ближайшая. Но Толимак — тоже тесная двойная звезда. Таким образом, альфа Центавра является тройной системой, в которой Толимак А и Толимак Б находятся друг возле друга, а Проксима в стороне.
Типичная тройная звезда.
И сколько бы тройных звезд ни находили астрономы, они неизменно убеждались, что почти все они построены как бы по одному шаблону — две звезды вместе, а третья поодаль.
Почему это так? Казалось бы, три звезды могут располагаться по углам любого треугольника. Но нет — тройные звезды обязательно составляют остроугольный треугольник, у которого один катет не менее, чем в 5 раз, больше другого катета.
Случайностью это явление объяснить нельзя. Тут явно кроется какая-то закономерность.
Заинтересованные особенностью тройных звезд астрономы стали изучать четверные звезды, и выяснилось, — они тоже подчинены определенным правилам.
Две звезды посажены вместе, третья — поодаль, а четвертая — еще дальше.
Но, наряду с этим порядком, встречается и другая комбинация звезд. Примером может служить эпсилон Лиры — звездочка, блистающая недалеко от Веги.
В трубу, увеличивающую в 170 раз, эпсилон Лиры выглядит обыкновенной двойной звездой. Более мощные инструменты показывают, что каждая звездочка этой пары тоже двойная. Эпсилон Лиры — четверная система, состоящая из двух тесных пар, разделенных сравнительно большим промежутком.
Типичная четверная звезда.
Встречается также третье сочетание — четыре звезды располагаются по углам четырехугольника, похожего на трапецию. Именно такая трапеция блистает в центре туманности Ориона. Она уже давно привлекает внимание астрономов, и они дали этой четверке звезд собственное имя: Трапеция.
Трапеция Ориона не единственная на небе. Кроме нее ученые нашли еще около сорока других звездных четырехугольников. Думать, что все эти трапеции возникли случайно — не приходится. Вероятнее предположить, что существование подобных звездных систем нельзя объяснить случайностью — их слишком много.
Трапеция Ориона.
Среди пятерных звезд тоже заметен определенный порядок, напоминающий расположение тройных и четверных звезд.
Часто встречаются пятерные системы, у которых две тесные звездные пары находятся на некотором отдалении друг от друга, а возле одной из пар, чуть в сторонке, виднеется пятая звездочка.
Типичная пятерная звезда.
И шестерные, и семерные, и десятерные звезды тоже подчиняются общему порядку.
И именно это является замечательной особенностью кратных звезд: все они, кроме трапеций, соблюдают один порядок. Если от пятерной звезды отнять пятую звездочку, — получится система, похожая на эпсилон Лиры; если отнять тесную пару звезд, — останется система, подобная Мицарам с Алькором. Как слова составляются из слогов, так и все кратные системы слагаются из двойных и тройных звезд.
От исследования кратных звезд ученые перешли к более сложным звездным объединениям — к звездным стаям, которые обычно называют движущимися или рассеянными скоплениями.
На нашем небе самое яркое скопление — стайка звезд, образующих серебряный ковш Большой Медведицы. Две звезды — крайняя в ковше и последняя в ручке — чужаки, они не принадлежат к этому скоплению и с течением времени уйдут в сторону.
Пять средних звезд Большой Медведицы и еще несколько звездочек, расположенных поблизости, составляют как бы одно семейство. Все они примерно одинаково удалены от Солнца и летят в пространстве все вместе, дружно, как стая перелетных птиц. У этих звезд почти одинаковые скорости и общее направление движения — они приближаются к нам.
Некоторые ученые считают, что к стае Большой Медведицы принадлежит еще около 25 звезд, рассыпанных по другим созвездиям, но это предположение еще не доказано.
Другая столь же хорошо знакомая нам стайка звезд сверкает в созвездии Тельца, она расположилась на спине этого небесного животного и известна под разными названиями: Плеяды, Утиное гнездышко, Стожары, Семь сестер и т. п. Утиным гнездышком Плеяды прозваны за то, что держатся, как утиный выводок, тесной кучкой. Человек с обычным зрением видит в Плеядах 6 -7 звезд, с хорошим — до 11, а всего в этой стае насчитывается около 80 звезд.
Недалеко от Плеяд, возле яркого Альдебарана, который служит глазом Тельцу, расположились Гиады. В этой стае насчитывается до 140 звезд.
Движение звезд, составляющих звездную стаю Гиад.
В созвездии Рака есть стайка, названная Яслями. Очень красивая и яркая стая звезд образует созвездие Ориона. Ученые насчитывают на небе до 500 звездных стай или скоплений.
В скоплении Большой Медведицы есть и двойные и тройные звезды. В Орионе блистает его знаменитая Трапеция.
Совсем недавно В. А. Амбарцумян в некоторых стаях обнаружил новую очень своеобразную группировку звезд, названную им цепочкой. Несколько звезд, расположенных примерно на равных расстояниях друг от друга, образуют прямой или слегка изогнутый ряд или цепочку.
Движущееся звездное скопление, наблюдаемое в созвездии Близнецов. В голове этой стаи находится несколько крупных и ярких звезд.
Особенности размещения звезд в скоплениях из-за их тесноты заметить все же довольно трудно, и не это заинтересовало ученых.
Загадочным является само существование звездных стай.
Как они могли образоваться?
Почему они обладают примерно равными скоростями и мчатся в одном направлении?
Может быть одиночные звезды, странствуя по круговым дорогам Галактики, как пешеходы по шоссе, собираются компанией, чтобы вместе коротать долгий путь?
Повидимому, это не так.
Встреча даже двух звезд — событие невероятное, а объединение нескольких десятков отдельных и независимых звезд — дело и подавно невозможное. Даже более того, звезды не только не могут объединяться в стаи, но и существующие стаи должны распадаться.
Все движущиеся скопления находятся внутри предела Роша нашей Галактики. Они подвержены действию приливных сил. В каждой стае звезды, более далекие от центра Галактики, вынуждены отставать, более близкие — забегать вперед. Притяжение к центру Галактики неминуемо должно растаскивать звезды вдоль по орбите скопления.
Правда, взаимное тяготение звезд скрепляет стаю, оно удерживает звезды друг возле друга. Между тяготением и приливными силами происходит борьба. Очень тесную группу небесных тел приливные силы расторгнуть, не в состоянии. Например, их действие совершенно незаметно на нашей планетной системе. Планетная система слишком мала — она имеет всего лишь 12 миллиардов километров в поперечнике. На такие маленькие системы, да еще скрепленные могучим тяготением центрального светила, приливные силы Галактики действовать не могут. Тяготение Солнца велико, а приливные силы Галактики, по сравнению с тяготением Солнца, настолько ничтожны, что их действие даже учесть нельзя.
Звездные стаи распадаются
Иное дело — звездные стаи. Их поперечники измеряются тысячами и десятками тысяч миллиардов километров. На таких протяженных системах приливное действие сказывается сильнее. Приливные силы действуют медленно но неумолимо. Распад стай неизбежен. Разница будет только в сроках. Протяженные и разреженные стаи рассеиваются быстрей, маленькие и более плотные — медленней.
В. А. Амбарцумян, исследовавший движение звезд в рассеянных скоплениях, доказал, что между звездами скоплений происходит перераспределение скоростей, то есть притяжение звезд друг к другу ускоряет движение одних звезд и замедляет движение других.
В первую очередь это сказывается на звездах малой массы. С ними происходит примерно то же самое, что и с кометами в солнечной системе. Тяготение более массивных планет заставляет кометы изменять свои орбиты и даже вышвыривает за пределы досягаемости солнечного тяготения.
В звездных стаях притяжение гигантов изменяет орбиты карликов и разгоняет их. Великаны как бы вытесняют всех, уступающих им по массе. Слабейшие уходят друг за другом. Стая редеет и постепенно рассеивается. Словом, судьба звездных стай предрешена, звезды стаи должны разойтись, а стая — исчезнуть.
Но, словно наперекор всем законам, всем вычислениям астрономов, на небе сверкают Плеяды, Гиады, Ясли. Несмотря на свою недолговечность, звездные скопления существуют. Они почему-то до сих пор не рассеялись. Как это объяснить, — ученые не знали.
Загадка оставалась нерешенной до 1947 года.
В. А. Амбарцумян в течение нескольких лет изучал размещение на небе звезд различных типов. Уже многие ученые начинали подобную работу. Все они замечали, что звезды распределены на небе неравномерно. Например, яркие белые звезды явно предпочитают одни участки неба и словно избегают других. Ученым казалось эго делом случая. Никакого объяснения группировкам звезд найти не могли и, не доведя свои исследования до конца, оставляли их.
В. А. Амбарцумян начал исследования с наиболее редкостных «диковинных» звезд: типа WR, класса О, белых гигантов, похожих по своему спектру на S Золотой Рыбки, и с маленьких «беспокойных» красных карликов. Эти красные карлики отличаются необычайной изменчивостью блеска. Они не придерживаются никаких сроков и правил: то внезапно разгораются, то также неожиданно угасают, проявляя все признаки бурных и беспорядочных извержений в их недрах. Их блеск напоминает свет большого костра, в который навалили очень много дров, — то взметнется язык яркого пламени и все осветит вокруг, то он также неожиданно исчезнет в клубах густого дыма.
Эти «беспокойные» карлики еще не изучены, и что на них происходит — не выяснено.
В Бюраканской обсерватории, где работает В. А. Амбарцумян, на карты неба нанесли порознь все известные ученым «диковинные» звезды: на одну — все звезды WR, на другую — «беспокойных» карликов и т. д.
Можно было ожидать, что в областях, более удаленных от центра Галактики, «диковинных» звезд окажется меньше, а возле созвездия Стрельца, где расположен центр Галактики, этих звезд будет больше.
Примерно так и получилось, но не совсем.
Редкостные звезды показали явное стремление собираться на отдельных участках неба. Они подобно грибам в лесу гнездятся кучками, группами, семьями.
Почему грибы растут гнездами — понятно, они дети одной матери. Грибы одного гнезда возникают от широко разветвленной йод землей грибницы. И такое грибное семейство может охватывать десятки квадратных метров.
Но почему звезды на небе размещаются гнездами — было непонятно.
Амбарцумян назвал найденные им группы звезд — звездными ассоциациями, то есть содружествами. Название это, как мы увидим, не вполне точное.
Распределение на небосводе ярких белых звезд класса В.
Астрономы Бюраканской обсерватории заинтересовались — а как размещены на небе звезды обычных типов? Оказывается, эти звезды распределены более или менее равномерно, они не скучиваются. Амбарцумян обратил внимание на то, что гнездятся только звезды, которые никак нельзя причислить к «старикам». И бурные звезды WR и белые гиганты с их огромными массами и светимостями — почти несомненная молодежь.
И вот эта-то звездная молодежь образует ассоциации!
Амбарцумян ухватил кончик путеводной нити, потянул за него, и перед ним начала разворачиваться цепь замечательных открытий.
Ассоциации молодых звезд очень обширны. Они гораздо больше звездных скоплений и занимают огромные пространства.
Следовательно, приливные силы Галактики должны влиять на них энергичнее, чем на звездные скопления. Разница в скоростях между членами ассоциации еще больше, чем между звездами движущихся скоплений. Ассоциации должны распадаться быстрей скоплений!
Однако, несмотря на разрушающее влияние тяготения Галактики, звездные содружества существуют, а это может означать только одно: звездные содружества — молодые образования. Они возникли совсем недавно и видны только потому, что они еще не успели рассеяться, а звезды в ассоциациях не успели состариться.
Звездные содружества состоят из молодых звезд, значит эти ассоциации не что иное, как землячества, образованные звездами-односельчанами и сверстниками.
Содружества молодых звезд
Амбарцумян подсчитал, сколько, примерно, времени может просуществовать звездное содружество. Его подсчет показал, — они очень недолговечны. И, действительно, на небе мы видим содружества на разных ступенях распада. Есть среди них совсем рассыпавшиеся — старые стаи, есть и менее рассеянные — пожилые, и тесные — молодые, которым самое большее — несколько миллионов лет от роду. Эти ассоциации гораздо моложе нашей планеты. И звезды, входящие в состав молодых ассоциаций, тоже моложе нашей планеты.
А это означает, что звездные землячества возникают и в наши дни. Даже сегодня, сейчас, где-то в далеких от Солнца областях Галактики зарождаются новые звездные ассоциации.
И они возникают не путем объединения одиночных разрозненных звезд. Объединение одиночных звезд невозможно.
Звезды рождаются не поодиночке, они появляются сразу многочисленными выводками-стаями, насчитывающими может быть сотни и тысячи звезд.
Несколько миллионов лет выводок молодых звезд держится вместе. Затем стая начинает постепенна разбредаться. Из нее уходят звезды малой массы, уходят звезды, оказавшиеся на краю стаи. От многочисленного выводка остается только ее центральная, наиболее тесная группа звезд.
Мы видим на небе такие группы и называем их движущимися или рассеянными скоплениями.
И, действительно, вокруг некоторых давным-давно известных звездных стаек удалось обнаружить рассеянную группу молодых звезд ассоциации. Возле других, повидимому, более старых скоплений, ассоциаций нет, они уже успели разбрестись в стороны.
Один из сотрудников В. А. Амбарцумяна — Б. Е. Маркарян подметил чрезвычайно любопытную особенность тех звездных скоплений, которые служат ядрами ассоциаций. В них обязательно присутствуют либо четверные звезды — трапеции, либо цепочки.
Если в скоплении есть трапеция или цепочка, значит надо искать вокруг этого скопления ассоциацию. Нет трапеции или цепочки, — нет и ассоциации. И, наоборот, если обнаружено новое звездное содружество, в его центре обязательно должно оказаться либо скопление с трапецией или цепочкой, либо только трапеция или цепочка.
Трапеции и цепочки тоже служат ядрами звездных ассоциаций.
Иногда в ассоциации вместо центральной группы звезд сверкает только одна, особенно большая и массивная белая звезда — сверхгигант класса О.
Это наблюдение привело Б. Е. Маркаряна к мысли, что трапеции и цепочки — молодые и неустойчивые образования. Они так же недолговечны, как и ассоциации.
Когда ассоциация рассеивается, вместе с ней распадаются трапеции и расходятся в разные стороны звезды цепочки. Поэтому-то нигде на небе не видно ни самостоятельных трапеций, ни обособленных цепочек — все они заключены в звездные стаи.
Замечательным примером звездной ассоциации служит группа звезд Ориона. Это самая близкая к нам ассоциация, и видна она поэтому хорошо.
По всем признакам содружество звезд Ориона существует давно, это пожилая ассоциация, ее звезды успели состариться, а сама ассоциация почти рассеялась. В ней осталось только 20 наиболее массивных звезд.
В центре группы Ориона сверкает ее знаменитая Трапеция, а повыше Трапеции видны три звезды цепочки. Эти звезды обычно называют «Поясом Ориона» или «Тремя сестрами».
Ближайшая к Солнцу звездная ассоциация — созвездие Ориона.
Остатки распавшихся ассоциаций
Когда ассоциация распадается, то звездное скопление, служившее ее ядром, продолжает движение по галактической орбите. Если скопление плотное и звезды близки друг к другу, то оно может путешествовать в Галактике несколько миллиардов лет, не подвергаясь существенным изменениям.
Этим и объясняется то, что мы видим на небе только около 40 звездных ассоциаций и свыше 500 скоплений. Звездные скопления устойчивее и долговечнее ассоциаций.
Тесные кучки Плеяд, Гиад и Яслей способны противостоять разрушающему влиянию приливных сил. Но в конце концов распадутся и они. Дочери титана Атланта и его жены Плейоны — звездочки Астеропа I, Астеропа II, Майя, Тайгета, Целена, Электра, Меропа и Алциона разойдутся по Галактике и будут странствовать в одиночку.
Вероятно, стайка звезд Большой Медведицы раньше была и тесней и многочисленней. Сейчас в ней осталось 11 звезд, и те уже разошлись в стороны. Стайка Большой Медведицы долго не проживет.
Ленинградские астрономы К. Ф. Огородников и Ю. В. Филиппов установили, что звезды Большой Медведицы летят не строго параллельно, их пути в пространстве немного искривлены, звезды постепенно расходятся в стороны.
Через несколько миллионов лет эта стая совсем разбредется, и наши далекие потомки будут находить бывших членов стаи Большой Медведицы только с помощью звездных карт и каталогов.
Когда ассоциация или звездные скопления распадаются, их члены уходят не только поодиночке. Некоторые звезды пускаются в самостоятельное путешествие парами — получаются двойные звезды. Иногда ассоциацию покидают группы звезд, и они дают начало кратным системам.
При этом все неустойчивые образования, вроде трапеций или цепочек или случайные сочетания звезд, немедленно распадаются на одиночные звезды. Выживают и сохраняются только устойчивые группы, способные противостоять разрушающему влиянию галактического вращения.
Так как каждая многократная система состоит из двойных и тройных звезд, то когда она распадается, — образуются двойные и тройные системы.
Этим объясняется сходство строения всех кратных звезд. Они являются звеньями одной цепи — результатом распада многочисленных и сложных звездных ассоциаций и скоплений.
Это сходство доказывает, что звезды действительно зарождаются в Галактике не поодиночке, а выводками, стаями.
Если бы звезды возникали поодиночке, то мы не видели бы на небе ни двойных, ни кратных звезд, а только одиночные.
Замечательное открытие В. А. Амбарцумяна было встречено некоторыми астрономами с недоверием. Они говорили, — звездные ассоциации необычайно рассеяны, их члены раскиданы на больших участках неба. Может быть нам только кажется, что звезды скучиваются, образуя «гнезда». На самом деле это случайное совпадение. И нет никаких оснований утверждать, что звездные ассоциации существуют. Нужны более убедительные доказательства для новой теории.
Доказательства необходимы, и В. А. Амбарцумян совместно с сотрудниками Бюраканской обсерватории их нашел.
Решающее доказательство
Звездные ассоциации состоят в основном из голубых и белых сверхгигантов, которые светят в тысячи раз ярче Солнца. Такие звезды видны на очень большом расстоянии.
Если звездные ассоциации действительно существуют в нашей Галактике, то они должны быть и у соседей. Там мы сможем их увидеть, голубые сверхгиганты для этого достаточно ярки. Обычные звезды, такие как Солнце, будут казаться издали мельчайшей серебристой пылью. Слабый свет красных карликов почти целиком потеряется по пути. Зато голубые звезды вырисуются особо отчетливо.
Стеклянные глаза телескопов Бюраканской обсерватории уставились на галактики Андромеды, Гончих Псов, Треугольника. Астрономы достали из библиотеки самые лучшие снимки ближайших галактик и стали их изучать.
Возле нашего Млечного Пути, сравнительно недалеко от его края, расположены две небольшие галактики. Они видны на небе южного полушария и выглядят кусками серебристой пыли, оторвавшимися от Млечного Пути. Эти галактики называются Большим и Малым Магеллановыми облаками.
В Большом Магеллановом облаке удалось заметить нечто такое, чего в нашей Галактике наблюдать не приходится. Там среди звезд мерцает зеленоватая туманность. Несмотря на то, что до Большого Магелланова облака 75 000 световых лет, эта туманность видна с Земли даже в полевой бинокль. Она похожа на нашу туманность Ориона — такие же неправильные очертания, такое же зеленоватое сияние, свойственное светящимся газам, но размеры не те, туманность Ориона — пигмей по сравнению с той.
Если бы мы могли поменяться с Магеллановым облаком туманностями, наше небо украсилось бы замечательным светилом. Огромное, яркое, зеленоватое облако заняло бы все созвездия Ориона. Его сияние спорило бы со светом полной Луны, и предметы на Земле в его лучах отбрасывали бы тени. Это сверхгигантская туманность.
Чтобы сфотографировать туманность соседней галактики, на телескоп надели красные очки, то есть красные светофильтры. Они должны были погасить зеленоватое сияние туманности и показать, что находится внутри ее. Красный светофильтр, поглощая зеленоватые лучи светящихся газов, сравнительно свободно пропускает свет звезд.
На фотографии, снятой этим способом, отчетливо выявилось грандиознейшее скопление голубых сверхгигантов. Внутри туманности сгрудилось более сотни звезд класса О. И это была типичная звездная ассоциация, такая же просторная и обширная, как и звездные ассоциации нашей Галактики.
Неподалеку от гигантской туманности, в том же Магеллановом облаке, виднеется другая звездная ассоциация. Ее ядром служит довольно плотное звездное скопление. В центре этого скопления вместо обычной трапеции или цепочки сияет сверхгигантская двойная и переменная звезда S Золотой Рыбки. Одна из звезд, составляющих эту пару, в 60 раз больше Солнца по массе, а другая больше его в 55 раз.
Кроме звездных ассоциаций, в Большом Магеллановом облаке есть и обычные звездные скопления, есть и кратные звезды.
Точно также звездные ассоциации были найдены и в Малом Магеллановом облаке, и в галактике Андромеды, и во многих других галактиках.
Значит, звездные ассоциации не обман зрения, они действительно существуют.
Гипотеза буржуазных ученых об одновременном зарождении всех звезд Галактики потерпела окончательный крах.
Советские ученые вооружены подлинно научным материалистическим мировоззрением, они исследуют природные явления, твердо зная, что в природе нет застоя и неподвижности.
Все в мире находится в состоянии непрерывного движения и изменения, непрерывного обновления и развития. В природе всегда что-то возникает и развивается, что-то разрушается.
Открытие звездных ассоциаций и исследование их судьбы блестяще доказывает это положение.
За свои выдающиеся открытия и исследования звездных систем нового типа — звездных ассоциаций — член-корреспондент Академии наук СССР, президент Академии наук Армянской ССР, директор Бюраканской астрофизической обсерватории Виктор Амазаспович Амбарцумян и старший научный сотрудник Бюраканской обсерватории Беньямин Егишевич Маркарян удостоены Сталинской премии первой степени.
Поиски дозвездного вещества
Юристы говорят: «Тысяча подозрений не стоят одного доказательства». В справедливости этого изречения много раз убеждались не только юристы, но и астрономы.
Уже прошло почти триста лет, как ученые начали искать место зарождения звезд. Каждый астроном или философ, задумавшийся о происхождении звезд, приходил к мысли, что колыбелями звезд служат туманности.
Кант, рисуя картину мира, считал, что Солнце и звезды возникли из одного огромного облака твердых частичек. Лаплас был убежден, что родителями звезд являются планетарные туманности, английский астроном Джинс в своей гипотезе называл матерью звезд некую первобытную туманность.
Предположения подобного рода совершенно неизбежно приходили на ум ученым, и в самом деле, — кроме звезд в Галактике есть только холодные и рас сеянные газово-пылевые облака и крайне разреженная материя межзвездного пространства, практически — пустота.
Из чего же могут образовываться звезды?
Самая новейшая, самая современная буржуазная гипотеза, выдвинутая одним американским ученым, утверждает, что звезды возникают из ничего. Но это разумеется, сущий вздор! Гипотеза происхождения звезд из пустоты не может считаться научной гипотезой, это просто рекорд бессмыслицы.
Следовательно, кандидатами в родители звезд остаются пока только одни туманности.
Астрономы обшарили все небо в поисках тех туманностей, в которых могут зарождаться звезды. Ученые предполагают, что будущие звезды формируются в бессветной мгле черных облаков. Это предположение подтверждается тысячей разных подозрений, но доказательств, увы, пока нет ни одного.
И удивляться этому нельзя.
Один из неутомимых разведчиков Вселенной, московский астроном П. П. Паренаго уже много лет изучает строение нашей Галактики и попутно пытается определить точный адрес Солнца в этом звездном городе.
По мнению многих ученых Галактика, в которой мы находимся, похожа на галактику в Треугольнике или на галактику в Большой Медведице. Она тоже имеет спиральное строение, но ее ветви закручены не так туго, не так плотно, как в галактике Гончих Псов.
Звездные струи нашей Галактики более просторны и со стороны кажутся как бы растрепанными.
На краю такой спиральной Галактики располагается чаше Солнце. И было бы интересно выяснить, где оно — в гуще ли звезд, образующих спиральные ветви, или же между ветвями — в черных промежутках.
Еще в прошлом столетии у астрономов зародилось подозрение, что Солнце и ближайшие к нему звезды Толимак, Сириус, Процион, Альтаир поместились как бы на полянке — в области сравнительно бедной звездным населением.
Исследования советских ученых П. П. Паренаго. Б. В. Кукаркина, К. А. Бархатовой подтвердили, что Солнце расположено не в гуще звезд спиральных ветвей, а в промежутке.
Если представить себе Галактику, как большой звездный город, а сгущение звезд в спиральных ветвях, как кварталы этого города, то Солнце в нашу эпоху переходит широкий и пустынный проспект. Оно одинаково удалено от звездных кварталов, сверкающих по обе стороны этого проспекта.
Наши астрономы имеют все основания сетовать на свое положение. Земля вместе с Солнцем оказалась не только на задворках Галактики — где-то близ околицы звездного города, и не только в самой запыленной и задымленной ее части, то есть возле средней плоскости Галактики, но и вдобавок на пустыре — между спиральными ветвями. Все самые интересные светила удалены от нас.
Мы можем гордиться успехами ученых, которые, находясь в исключительно неблагоприятной позиции, все же сумели узнать многое о Галактике.
Ученым трудно проникнуть в тайну формирования звезд — их родина, повидимому, находится слишком далеко от нас, а современные инструменты и способы исследования еще недостаточно совершенны, чтобы помочь астрономам взглядом и мыслью проникнуть в недоступные области Галактики.
Астрономы пока еще не могут установить и доказать родство звезд и облаков космической пыли или найти то, пока еще неизвестное науке, дозвездное вещество, которое служит материалом для звезд. Остаются только одни догадки.
Солнечная система находится между спиральными ветвями Галактики.
Среди звезд можно подобрать небесные тела самой различной плотности — от тысячи тонн в одном кубическом сантиметре до сотых долей грамма в одном кубическом метре. Плотности вещества звезд составляют непрерывную последовательность — своеобразную лесенку, например:
Арктур — альфа Волопаса 0,0012 т. е. 1,2·10^-3^
Бета Лиры 0,0003 — 3·10^-4^
Денеб — альфа Лебедя 0,00002 — 2·10^-5^
Дзета Возничего 0,000003 — 3·10^-6^
Бетельгейзе — альфа Ориона 0,0000002 — 2·10^-7^
S Золотой Рыбки 0,00000003 — 3·10^-8^
Затем по порядку убывающих плотностей идет величайшая из самосветящихся звезд VV Цефея. Ее плотность еще меньше, чем у S Золотой Рыбки. Один грамм вещества VV Цефея распылен на 125 кубических метров объема.
С открытием инфракрасных несветящихся звезд лесенка плотностей может быть продолжена еще на одну ступеньку. На звезде эпсилон Возничего один грамм вещества распылен на 1600 кубических метров.
Вещество туманностей разрежено гораздо сильней, чем в звездах. Советскими учеными установлено, что видимые на небе темные и светлые туманности в наиболее плотных частях имеют один грамм вещества на его тысяч кубических километров. Именно километров, а не метров! Плотность туманностей более чем в миллиард раз меньше, чем плотность самых разреженных звезд.
Разрыв между ними огромный.
Если звезды образуются из туманностей, то этого разрыва быть не должно. На лесенке плотностей, на пустующих ступенях между звездами и туманностями надо искать неизвестные еще науке небесные тела, которые получили заочно название протозвезд — первоначальных, первобытных звезд.
Глобулы и радиозвезды
Не так давно, в 1947 году, американскому астроному Боку посчастливилось разглядеть нечто похожее на протозвезды.
В созвездии Стрельца есть сравнительно крупная и яркая туманность Трифид или Трилистник. Свое название Трифид получила благодаря узким и темным полосам, которые делят ее на три части и делают похожей на листок клевера.
Сама по себе туманность Трилистник ничего особенного не представляет — обыкновенная светлая туманность. Но в пространстве между нами и Трилистником оказались какие-то темные небесные тела. Они довольно четко вырисовываются на светлом фоне туманности и имеют вид круглых пятнышек.
Новинка вызвала живейший интерес среди ученых Было установлено, что круглые пятнышки являются небольшими темными туманностями шарообразной формы.
Новый вид туманностей получил название глобул, то есть шариков.
Глобулы невелики. Маленькие глобулы имеют в поперечнике около тысячи миллиардов километров, а большие — раз в десять крупнее.
На фоне туманности Трилистник видна группа шарообразных темных туманностей — глобул.
Туманности-шарики гораздо меньше обычных облакоподобных туманностей.
Кроме разницы в размерах, между глобулами и гуманностями есть и более существенные различия. Свет далеких звезд проходит сквозь туманность сравнительно свободно. Он ослабевает только процентов на 10. Туманности прозрачны. Глобулы гораздо плотнее — свет звезд, находящихся позади глобул, тоже пробивается сквозь них. Глобулы тоже прозрачны, но не так, как обычные туманности. В глобулах застревает почти 90 % света. В маленьких же и, видимо, очень плотных глобулах застревает 99 % света. Они почти непрозрачны.
Другое важное отличие глобул — их форма. Они совершенно непохожи на расплывчатые, неопределенные очертания туч космической пыли. Глобулы — шары. И это роднит их со звездами.
Плотность вещества глобул и их шаровая форма невольно заставляют думать, что глобулы могут быть предками звезд. Возможно, что со временем, постепенно уплотняясь и разогреваясь, глобулы станут сначала инфракрасными, а затем и обычными звездами. Вещества в глобулах достаточно много — масса маленькой глобулы примерно такая же, как и у Солнца. Большие глобулы раз в 10 -15 массивнее Солнца.
Очень характерно то, что глобулы виднеются стайкой, представляя собой нечто вроде скопления или ассоциации.
После открытия глобул лесенка плотностей звезд и туманностей приняла такой вид:
Туманности академика Шайна
Поразительное открытие сделал директор Крымской астрофизической обсерватории академик Г. А. Шайн. Он фотографировал участок неба возле звезд мю и эта Близнецов. Первый снимок был получен 8 февраля 1950 года, второй на день позднее - 9 февраля 1950 года.
И вот на втором снимке отчетливо выявилось, что маленькая, неправильной формы туманность, светившаяся возле эты Близнецов, в действительности не такая, какой она до сих пор казалась. У нее виднелся только один ее край, освещенный ближайшими к ней звездами. На фотографии вырисовалась ее подлинная шаровая форма.
На этом же снимке возле звездочки эта Близнецов виднеется нечто совсем необычное. К сожалению круги ореола, которые получаются на снимках звезд, мешают как следует рассмотреть новую туманность — ее размеры случайно совпали с размерами ореола. Но все же можно различить строение удивительной туманности — какие-то струйки, волокна, изогнутые нити. Что это такое — пока еще неизвестно — возможно новый вид туманностей, который к тому же появился почти что на наших глазах, ведь на снимке 8 февраля вокруг эты Близнецов не было никаких признаков туманности, а к 9 февраля она уже появилась.
Другое важное открытие было сделано с помощью радиотелескопа.
Радиотелескоп представляет собой мощный коротковолновый радиоприемник с огромной чашеобразной антенной. Антенна служит объективом этого телескопа, а приемник — окуляром. Чаша антенны, поворачиваясь, как бы обшаривает небо, а астроном возле радиоприемника выслушивает его. Такой слушающий телескоп позволяет принимать радиоизлучение видимых и невидимых небесных тел.
Радиоизлучение ночного неба исходит из области неба, занятой лентой серебристой пыли Млечного Пути. Но разные участки Млечного Пути посылают нам сигналы неодинаковой мощности. Излучения из одних участков мало, тогда как из других, на вид точно таких же, велико.
Сила сигналов тоже неодинакова, она то нарастает, то ослабевает, меняясь примерно так же, как изменяется блеск переменных звезд.
К сожалению точность наведения радиотелескопов еще незначительна. Нацелить радиотелескоп, также как и оптический телескоп, не удается. Но все же установлено, что источниками радиоизлучения являются тела, которые по своим «видимым» размерам раз в десять меньше полной Луны, то есть если бы мы могли их увидеть, то они имели бы вид «пятачков» диаметром в несколько угловых минут.
Эти участочки неба, посылающие радиоизлучения, получили название радиозвезд.
Московский астроном И. С. Шкловский, занятый изучением радиозвезд, предполагает, что даже в окрестностях Солнца радиозвезд в несколько раз больше, чем обычных звезд.
Исследование загадочных «пятачков» с помощью обычных телескопов результатов не дало. Там виднеется несколько слабеньких звезд, и кроме них нет ничего. Не помогло и фотографирование в инфракрасных лучах. Радиозвезды — невидимки.
Многие радиозвезды находятся в тех же областях неба, где расположены звездные ассоциации.
Может быть радиозвезды и есть те самые протозвезды, из которых образуются настоящие звезды.
Радиотелескоп — прибор для улавливания радиоизлучения небесных светил.
Ближайшая колыбель звезд
Открытие звездных ассоциаций повлекло за собой новые энергичные поиски дозвездного вещества. Ведь ассоциации молоды, в них могут оказаться остатки того дозвездного вещества, из которого только что сформировались звезды.
Астрономы снова стали фотографировать и исследовать звездные скопления и ассоциации.
Плеяды — звезды, повидимому, не очень старые, это главным образом голубые, белые и желтые гиганты. Плеяды, так же как и ассоциация Ориона, погружены в газово-пылевую туманность. Рассеянное вещество, словно светящаяся вата, обертывает каждую из плеяд.
Видны признаки пылевого вещества и в других звездных скоплениях.
Особое внимание разведчиков Галактики привлекает туманность Ориона. Она ведь не так мала, как это кажется, когда ее наблюдают в бинокль. При малом увеличении мы видим только ее центральную, наиболее яркую часть. Мощный телескоп показывает, что гуманность обнимает все созвездие Ориона, и ее края, постепенно слабея, незаметно сливаются с тьмой окружающего пространства.
Ученых заинтересовало удивительное совпадение — в большой туманности Магелланова облака находится многочисленное скопление голубоватых гигантов, и в нашей туманности тоже есть скопление таких же звезд. Туманность Магелланова облака велика, и гигантов в ней около сотни, наша туманность меньше, и звезд в ней только двадцать.
Такую же картину представляет собой туманность, окутывающая Плеяды.
Совпадение ли это? Нет ли родственных связей между туманностями и звездами? Может быть и в самом деле туманность Ориона является ближайшим к нам облаком дозвездного вещества?
Странным кажется также другое обстоятельство.
Астрономы сфотографировали несколько участков неба возле туманности Ориона и в ней самой. Затем выделили на этих фотографиях по два-три небольших, но совершенно одинаковых квадратика. Одни квадратики были взяты там, где нет никаких признаков свечения разреженных газов и пыли, другие — в темных, слабосветящихся частях туманности, третьи — в ее светлых частях. Затем в этих квадратиках пересчитали все неправильно-переменные звезды. И оказалось нечто совершенно удивительное.
Туманность, окутывающая звездное скопление «Плеяды».
На соседних с туманностью участках неба в каждом квадратике светится в среднем по 5 -6 неправильно-переменных звезд.
В темных частях туманности в квадратиках нашлось до 158 таких же звезд.
А в светлых частях туманности неправильно-переменных звезд насчитывается еще больше — до 328.
Неправильно-переменные звезды и в их числе «беспокойные» красные карлики выказывают явное предпочтение туманности и особенно ее светлым центральным областям. Неправильно-переменных звезд в туманности Ориона больше раз в 50, нежели вне ее.
И это не случайность. «Беспокойные» красные карлики и на других участках неба встречаются преимущественно на краях темных и светлых туманностей.
В природе нет сил, которые сводили бы звезды определенного типа в одно место.
Наоборот, галактическое вращение стремится перетасовать все звезды, разрушить все скопления, выравнять скорости звезд.
Звезды не могли сойтись в туманности.
Но если такое скопление неправильно-переменных звезд существует и не распалось, то остается предположить, что оно молодо.
А это заставляет думать, что туманность Ориона является ближайшей к нам колыбелью молодых звезд.
И как знать — может быть, глядя на туманность Ориона, мы, сами того не подозревая, смотрим на родину нашего Солнца.
Туманность Ориона.
Наше Солнце в молодости
Наблюдения и открытия ученых последних лет еще очень разрозненны и отрывочны. Они не дают общей и цельной картины рождения и развития звезд. Но все вместе взятое — и глобулы, и туманности, замеченные Г. А. Шайном, и радиозвезды, и «нашествие» неправильно-переменных звезд в туманности Ориона, изобилие «беспокойных» красных карликов в темных туманностях — все это говорит об одном: между темной космической материей и звездами несомненно имеется родственная связь.
В Галактике существуют крупные массы дозвездного вещества, и из него формируются звезды, которые иногда превышают по массе Солнце более, чем в сто раз!
Каким путем в облаке темного дозвездного вещества возникает звезда — сказать трудно, но вполне возможно, что звезды образуются тем же самым путем, каким образуются планеты. Разница заключается в иных масштабах и в отсутствии в семье новорожденных звезд центрального светила.
В облаке твердых частиц дозвездного вещества возникают центры сгущений, вокруг них растут клубки пылевой материи. Точно также, как и у планет происходит суммирование моментов количества движения частиц. Клубки начинают вращаться. Будущие звезды постепенно увеличиваются, их вещество уплотняется.
По мере увеличения массы и уплотнения вещества возрастает скорость вращения.
Уплотняясь, вещество протозвезды разогревается. С увеличением ее массы возрастает давление в ее центре. Хотя атомы химических элементов и очень прочны, но все же их сопротивление раздавливанию не беспредельно. При достаточно большом давлении ломаются даже ядра атомов.
Разрушение ядер атомов заставляет вещество преобразовываться в излучение, в теплоту. Температура в центре звезды поднимается на миллионы градусов.
Начинается борьба притяжения и отталкивания — тяготение против высокой температуры и лучевого давления. В борьбе противоположных сил из протозвезды формируется звезда.
В зависимости от условий, в каких происходит эта борьба — от плотности облака дозвездного вещества, от скорости роста массы звезды, от того, где звезда возникает — в центральных частях облака или с краю, — образуются звезды разных типов. Могут получиться голубые, белые, желтые, красные гиганты и сверхгиганты, солнцеподобные звезды и субкарлики и карлики.
Например, в скоплении Плеяд много голубых гигантов, но нет ни одного красного гиганта, а в Гиадах, наоборот, есть красные гиганты, а голубых — ни одного.
Звезда растет до тех пор, пока вокруг нее есть достаточно обильный запас «подножного» корма, или же до тех пор, пока она не разогреется настолько, что жар и давление ее лучей не начнут испарять и разгонять сгустившийся вокруг нее рой дозвездных частиц, а возросшая скорость вращения воспрепятствует присоединению новых частиц.
Вот этот-то процесс одновременного роста массы звезды, ее температуры и скорости вращения делает невозможным образование архигигантских звезд. Накопление массы прекращается как только температура звезды и скорость ее вращения переступят определенный предел. Чрезмерно массивные звезды неустойчивы, и потому их и не существует. А в центре облака дозвездного вещества не может сформироваться особо большая звезда, вместо нее возникает либо скопление белых гигантов, либо трапеция или цепочка.
Московская обсерватория Государственного астрономического института имени П. К. Штернберга.
Глава двенадцатая
СОВЕТСКАЯ КОСМОГОНИЧЕСКАЯ ГИПОТЕЗА
Первая страница биографии
Мысленно перенесемся в ту далекую эпоху, когда зарождалось наше Солнце, а руководствоваться на первых шагах этой экспедиции будем исследованиями члена-корреспондента Академии наук СССР В. А. Амбарцумяна и пулковского астронома В. А. Крата.
Несколько миллиардов лет назад в одной из спиральных ветвей Галактики находилось гигантское газово-пылевое облако, похожее на туманность Ориона. Когда это облако дозвездных частиц достигло определенной плотности, в нем возникли отдельные центры сгущений — начала зарождаться довольно многочисленная стая звезд — ассоциация.
Звезды этой ассоциации формировались в зависимости от условий, в каких возникали.
Одни начали складываться раньше, другие — позже; одни росли быстрей, другие — медленней. В центре туманности и у ее краев, в плотных частях облака и в более разреженных областях получались различные звезды. Среди них образовывались очень массивные голубые и белые сверхгиганты, двойные, тройные и кратные звездные системы, солнцеподобные звезды и карлики.
Наше Солнце было тогда горячей, ярче., массивнее, чем сейчас, и оно безусловно могло бы стать гигантом или кратной звездой, но, видимо, что-то помешало ему. То ли оно немного запоздало в развитии, то ли находилось в области, не очень богатой дозвездным веществом — так или иначе, — Солнце осталось одиночной звездой и по массе несколько уступало своим сверстникам.
Сравнительно скромная масса Солнца предопределила его судьбу. Тяготение звезд-гигантов нарушало движение меньших братьев и вынуждало их покидать ассоциацию. Солнце вместе с остальными звездами малой массы было изгнано из стана своих односельчан и сверстников. Оно рассталось с ассоциацией и отправилось путешествовать по Галактике в одиночку.
Там, где образовывались звезды, в десятки раз превышающие Солнце по массе, «строительных материалов» несомненно имелось в избытке.
Покидая место своего рождения, Солнце вынесло часть того сгустка дозвездного вещества, который служил его колыбелью. Следовательно, Солнце не захватывало облака твердых частиц, оно само в нем возникло. Солнце и планеты образовались из одного и того же вещества. Только на формирование Солнца пошла основная масса облака, а на планеты — остатки.
В первые тысячелетия существования Солнца его окутывала плотная пылевая оболочка.
В этом облаке дозвездных частиц, окружавшем Солнце, начали складываться планеты. Может быть, их зародыши образовались еще раньше, когда Солнце было членом ассоциации. Этого мы не знаем, но возможно, что планетные системы — это только разновидность кратных звезд. Солнце могло формироваться и в других условиях; тогда судьба планет сложилась бы иначе. Юпитер и Сатурн, а может быть и Уран с Нептуном, не остались бы темными, несветящимися телами. Обильный приток дозвездного вещества, увеличивая их массу, возвел бы эти планеты в ранг звезд.
В этом случае обитатели планет Альтаира (если только у этого нашего соседа есть планеты) видели бы на своем небе не одиночное солнце, а кратную звезду.
Однако условий для образования кратной звезды вместо планетной системы не было. Развитие Солнца пошло по иному пути. Зародыши будущих звезд, кружившиеся возле новорожденного Солнца, стали планетами.
На этом заканчивается первая страница истории солнечной системы.
В дальнейшем руководителями нашей экспедиции по пути развития планет будут академик О. Ю. Шмидт и два ленинградских астрофизика Л. Э. Гуревич и А. И. Лебединский, которые разработали теорию формирования планет из облака твердых частиц.
Вторая страница биографии
Облако, вынесенное Солнцем из первобытной туманности, унаследовало от нее определенный момент количества движения и поэтому медленно вращалось вокруг своей оси.
Тяготение Солнца собрало пылевое вещество облака в огромный, свыше 12 миллиардов километров в поперечнике, шар и настолько уплотнило его, что оно стало непрозрачным. Ни одна искра, ни один луч света не вырывался наружу; облако было совершенно темным, хотя внутри его сияло ослепительно яркое Солнце.
Жаром своих лучей Солнце испаряло все частички, приближавшиеся к его огненной поверхности, а лучевое давление отгоняло прочь мельчайшие пылинки и молекулы газов. В центре облака вокруг Солнца образовалось разреженное и сравнительно свободное от пыли пространство. Солнце тогда напоминало ядро ореха, заключенное в просторную, но очень толстую скорлупу.
Вещество из облака непрерывно поступало в околосолнечную область. Потоки света тормозили движение пылинок, роившихся вблизи Солнца, заставляли их лететь по сворачивающейся спирали, постепенно приближаясь к Солнцу. В таком же положении оказывались частички, двигавшиеся по сильно удлиненным орбитам, и частички, свернувшие со своего пути после столкновений.
Все эти пылинки, приближаясь к Солнцу, попадали под губительное действие его лучей и начинали таять, быстро уменьшаясь в размерах. На очень маленькие пылинки световое давление действует сильнее, чем тяготение. Поэтому, как только пылинка сокращалась ниже определенного предела, солнечные лучи подхватывали ее и мгновенно отбрасывали обратно в облако.
Испарившееся вещество либо оседало на Солнце, увеличивая его массу, либо тоже отлетало прочь.
Частички, отогнанные лучевым давлением, далеко не улетали. Этому препятствовали многие причины. В густой мгле пылевого облака солнечный свет быстро слабел, и давление его лучей падало; в резкой стуже космического пространства на летящую пылинку намерзали молекулы различных газов, в изобилии клубившиеся в облаке, от этого масса пылинки росла, и начинало сильнее сказываться тяготение Солнца; бесчисленные столкновения с частицами, которые попадались навстречу пылинке, постепенно гасили ее скорость. Изгнанницами такие пылинки не становились, и за пределы облака они не проникали.
Общая масса облака поэтому не уменьшалась, и его вещество почти не рассеивалось в пространстве; происходил только перенос массы изнутри облака в более далекие от Солнца области. Плотность облака от этого возрастала.
Пылинки, кружившиеся возле Солнца, постоянно налетали друг на друга. Столкнувшиеся частички отскакивали в разные стороны и при каждом соударении теряли часть своей скорости. В результате их скорости выравнивались, а кинетическая энергия переходила в теплоту. Теплота же излучалась в пространство.
Таким образом, беспрестанные столкновения неумолимо и очень быстро уменьшали запас кинетической энергии облака, тогда как его момент количества движения оставался неизменным. Ведь никакие внутренние силы или явления — ни трение, ни столкновения и ничто иное — не могут уменьшить или увеличить момент количества движения.
Как мы уже знаем, момент количества движения тела, обращающегося по какой-либо орбите, равен произведению массы тела на скорость его движения по орбите и на радиус этой орбиты. И до тех пор, пока на это тело не подействуют внешние силы или не изменится масса тела, произведение этих трех сомножителей останется неизменным. Таков закон сохранения момента количества движения. Если скорость движения будет падать, то радиус должен увеличиваться. Если радиус уменьшается — скорость возрастает.
Масса вращающегося облака не уменьшалась, так как частички пыли не могли его покидать, скорость же движения частиц падала, потому что ее гасили бесчисленные столкновения, а это приводило к тому, что экваториальный радиус облака увеличивался.
Облако теряло форму шара, сплющивалось у полюсов, утолщалось у экватора и постепенно принимало форму чечевицы или двух тарелок, сложенных краями.
Частицы, изгоняемые лучевым давлением из околосолнечной области, переносили свой момент количества движения к краям облака и тем содействовали его уплощению.
Изменение формы облака увеличивало его плотность. В более плотной среде столкновение пылинок учащалось, потери кинетической энергии возрастали, и облако сжималось все больше и больше. В конце концов оно превратилось в диск или в кольцо, подобное кольцам Сатурна, но имеющее в диаметре свыше двенадцати миллиардов километров.
Пылевые массы, переместившись от полюсов облака к его экватору, обнажили Солнце, оно выглянуло из своей темницы и осветило окружающее пространство. Произошло как бы второе рождение Солнца.
Частицы, из которых состояло околосолнечное кольцо, продолжали сталкиваться между собой.
Однако к этому времени все быстрые частицы успели растерять былой запас кинетической энергии, они стали двигаться так же, как и все. Скорость движения частиц выравнялась, а их орбиты округлились. Взаимные толчки при столкновениях сошли на нет, это уже были не соударения, а спокойные сближения: частицы только касались друг друга.
В таких условиях начали сказываться силы тяготения между пылинками и песчинками. Пылинки получили возможность слипаться, и тогда кольцо стало распадаться на отдельные и рыхлые хлопья.
В плотных частях облака хлопья получались крупные, в разреженных — мелкие.
Происхождение солнечной системы по гипотезе Шмидта.
Раньше других и самые большие хлопья образовались в наиболее толстой и плотной части кольца — примерно на расстоянии одного миллиарда километров от Солнца, там, где сейчас находятся планеты-гиганты — Юпитер и Сатурн.
Пылевые хлопья тоже сталкивались друг с другом. При этом одни из них разваливались, а разлетавшиеся пылинки приставали к другим хлопьям; другие же сливались в одно целое, образуя более плотные и более массивные комки. В кольце возникали зародыши или ядра будущих планет.
Свою теорию образования планет Л. Э. Гуревич и А. И. Лебединский, так же как и О. Ю. Шмидт, обосновали математическими расчетами.
Хотя Л. Э. Гуревич и А. И. Лебединский шли к цели несколько иным путем, чем О. Ю. Шмидт, но выводы у них получились примерно те же самые. Так же, как и О. Ю. Шмидт, они объяснили основные закономерности солнечной системы и обосновали закон планетных расстояний. Числа, найденные ими, довольно точно выражают средние расстояния планет от Солнца.
Самое же главное в исследовании Л. Э. Гуревича и А. И. Лебединского то, что они очень наглядно и убедительно показали, каким путем рой или облако твердых пылевых частиц может превратиться в планетную систему. И это было генеральным сражением, которое принесло решающую победу коллективу советских ученых, создававших новую космогоническую гипотезу.
Формирование земного шара
Вообразим себя на новорожденной Земле в первые тысячелетия ее существования. Пусть в эту далекую эпоху нас перенесет всемогущая фантазия, она же снабдит нас непробиваемым, но совершенно прозрачным броневым колпаком, из которого удобно наблюдать все происходящее вокруг. Допустим также, что мы снабжены достаточным запасом кислорода, воды и вообще всем необходимым.
Глубокая ночь, но на небе не видно ни одной звездочки, да и самого неба по сути дела нет — Землю окружают облака космической пыли, клубящейся в межпланетном пространстве. Слабенькие лучи звезд не могут пробиться сквозь их толщу.
Над Землей дымится оранжево-желтая пылевая завеса. Синие и зеленые солнечные лучи не проникают через рой мелких частиц, окружающий Солнце. До орбиты Земли доходят только оранжевые и красные лучи. Они-то и окрашивают «небо» в столь необычный цвет. Когда между нашей планетой и Солнцем проходит особо густое облако космических частиц, небо темнеет и принимает ржаво-красный оттенок.
Близок рассвет. На востоке дымка, окутывающая Землю, начинает желтеть. На фоне оранжевой пылевой завесы виден черный конус земной тени. Он медленно клонится к западу.
Ночь тянется очень долго. Маленькая Земля вращается пока еще медленно, она не успела набрать скорость.
На восточной стороне сквозь пыль просвечивают какие-то не вполне правильной формы клубки самых различных размеров. Некоторые проходят недалеко от Земли — видно, как они сталкиваются друг с другом, сливаются или разваливаются. Загадочные клубки, похожие на бесхвостые кометы — не что иное как неудачные зародыши планет и лун. Им суждено погибнуть, так как они возникли на неустойчивых и пересекающихся орбитах, а устойчивые орбиты уже заняты ядрами настоящих планет.
Напрасно стараться разглядеть среди этих клубков нашу будущую Луну. Она еще слишком мала и далека от Земли.
Почти возле самой поверхности Земли, подобно трассирующим пулям, сверкают метеоры. Их великое множество справа, слева, сверху — всюду светящиеся следы метеоров. Некоторые из них взрываются и рассыпают фонтаны огненных брызг. Их ослепительные вспышки по временам освещают местность.
По броневому куполу то и дело барабанят песчинки, падающие на Землю. Время от времени опускаются довольно густые тучи пыли. Они засыпают наш купол, и его приходится часто очищать. Изредка проносятся более крупные камни. Они ударяются о Землю и бесшумно взрываются, разбрасывая по сторонам тучи пыли и тысячи осколков.
Несмотря на ожесточенную космическую бомбардировку, все вокруг совершается почти в полном безмолвии. Газовая оболочка Земли еще слишком тонка и разрежена. Звуки в ней не возникают и не распространяются. От ударов тяжелых глыб Земля только вздрагивает и слегка гудит.
Наступает утро. Из-за горизонта подымается Солнце. Сквозь окутывающий его рой частиц оно выглядит багрово-красным диском.
Лучи Солнца плохо освещают Землю, день немногим светлее ночи. Гораздо больше света дают кратковременные вспышки метеоров.
Даже на глаз видна шарообразность Земли. Горизонт самое большее находится в одном километре. Поверхность Земли гладкая, нет ни гор, ни долин. Только зияют круглые воронки, как от авиабомб. Эти воронки оставлены взорвавшимися метеоритами. Пыль, клубящаяся над Землей, быстро затягивает все неровности.
Беспрестанно падающие частицы раздробили, размололи поверхность Земли. Когда падает крупный метеорит, то от места падения кругами разбегаются волны — пыль, устилающая Землю, настолько мелка, что ведет себя, подобно жидкости.
Солнце неторопливо, гораздо медленнее, чем в наши дни, подымается над горизонтом.
Наблюдая за Солнцем в течение нескольких недель, можно было бы заметить, что видимые размеры его диска меняются. Солнце вначале увеличивается, становится ярче, желтее, а потом, в следующую половину года оно уменьшается, его диск тогда выглядит совсем маленьким кружочком красновато-коричневого цвета. Земная орбита еще не округлилась, и Земля, обращаясь вокруг Солнца, то приближается к нему, то удаляется почти до нынешней орбиты Марса.
Правильное чередование времен года еще не установилось. Земной шар не приобрел устойчивого наклона оси. Он раскачивается, иногда даже ложится «на бок», так как земная ось под влиянием толчков падающих на Землю тел постоянно меняет свое положение.
Поэтому, когда Земля приближается к Солнцу, то наступает лето, а когда удаляется — зима. И эти времена года наступают одновременно и в северном и в южном полушариях.
Потом, разумеется, все образуется: земная ось займет свое положение, зима и лето станут различными для обоих полушарий.
Во время приближения к Солнцу на Земле становится немного теплее. Но слабенькие лучи тусклого Солнца несут с собой очень мало тепла, и температура на новорожденной Земле держится значительно ниже нуля. Это холодная стадия формирования Земли.
Земля начинает разогреваться
Проходят тысячи, миллионы лет.
Каждый раз, когда дождь космического материала угрожает засыпать нас, приходится наблюдательный колпак выкапывать и подымать.
Земной шар изрядно вырос. Он стал почти таким же, как нынешняя Луна. Горизонт удалился. Окружающее пространство слегка просветлело. Там по-прежнему носятся гигантские пылевые шары. Видимость стала лучше, но события внешнего мира привлекают внимание меньше, чем то, что происходит в недрах Земли.
На нашей планете появились первые признаки деятельности подземных сил. Почва под ногами слегка вздрагивает и колышется. В Земле явно начинается геологическая деятельность. Становится чуть теплее. В истории нашей планеты начинается новая эпоха.
Можно представить, что происходит в недрах Земли. Там в основном протекают два процесса, которые и привели Землю к ее нынешнему состоянию.
Космическая пыль непрерывно падала на Землю.
Наша планета приняла огромное количество материала. Она быстро росла.
Верхние пласты Земли своей тяжестью давили на вещество, заключенное в недрах планеты. С каждым днем это давление возрастало. Оно достигало десятков и сотен тысяч атмосфер.
Давление не может бесконечно увеличиваться, не вызывая никаких последствий. Все возрастающая тяжесть верхних наслоений Земли сказывалась и на строении минералов, слагающих Землю, и на их химическом составе, и на температуре в недрах планеты, которая быстро повышалась.
Под влиянием теплоты и огромного давления кристаллы твердых тел разрушались. Вещество переходило в пластичное, стекловидное состояние. Оно становилось тем, что принято называть твердой жидкостью. Среди известных нам веществ твердыми жидкостями являются смолы, стекло — все они не имеют кристаллического строения и точки плавления. В тепле они постепенно размягчаются, становятся пластичными.
Дальнейшее увеличение давления заставляет разрушаться не только кристаллы, но и молекулы, из которых состоят все сложные вещества. Как показывают опыты советских ученых, поставленные в Институте высоких давлений, вещества, сжатые с силой в несколько сот тысяч атмосфер, изменяют свои свойства и химический состав. Стекло, например, становится растворимым в воде. Желтый фосфор превращается в черный фосфор. Особенно интересны изменения куска мрамора.
В стальную бомбу, предназначенную для опыта, положили бесформенный угловатый кусок мрамора, который был примерно вдвое меньше внутреннего объема бомбы. Пустое пространство между куском мрамора и стенками бомбы залили парафином, а затем бомбу подвергли высокому давлению.
Спустя некоторое время давление сняли, бомбу вскрыли и кусок мрамора достали. К великому удивлению всех присутствующих кусок мрамора принял шарообразную форму бомбы со всеми ее особенностями — швами, рубцами. Получился точный слепок внутренней поверхности бомбы. При этом в мраморе не было заметно ни трещин, ни каких-либо нарушений прочности куска. Он, видимо, под высоким давлением перешел в пластичное состояние, изменил форму, в когда давление упало, снова окаменел.
При еще большем давлении начинают распадаться молекулы. Атомы перестраиваются по-новому и при том так, чтобы молекула, получившаяся после перестройки, обладала бы наименьшим объемом. При этом из состава веществ вытесняются наиболее легкие атомы кислорода, азота, водорода.
При давлении в 510 тысяч атмосфер окись железа распадается, и железо выделяется в чистом виде.
Значительная часть минералов, из которых слагалась первобытная Земля, были окислы, го есть соединения различных химических элементов с кислородом. Под воздействием высокого давления окислы железа, кремния, алюминия, магния раскислялись. Кислород уходил из молекул. Освобождение кислорода сопровождается поглощением теплоты.
Почти все тепло, выделяемое в результате уплотнения земного шара, поглощалось при раскислении минералов. Недра сохраняли умеренно высокую температуру. Вещество оставалось в состоянии твердой жидкости, то есть было вязким и пластичным, как мрамор в бомбе высокого давления.
Атомы кислорода, освободившиеся из молекул окислов, по мельчайшим порам и скважинам просачивались наверх. Вместе с ними уходили и другие газы — азот, водород, углекислый газ.
Медленно, в течение тысячелетий совершался этот процесс: в густой пластичной массе частицы не могли двигаться быстро, но высокое давление делало свое — выжимало легкие частицы, и они «всплывали» в верхние слои земного шара — туда, где мы их находим в настоящее время.
Кислород очень активный химический элемент, он энергично соединяется со всеми веществами, способными гореть. Просачиваясь в наружные слои, он встречал по пути атомы углерода, железа, алюминия, кремния, магния, молекулы метана, аммиака. Тут не было сверхвысокого давления, ничто не препятствовало химическим реакциям. Кислород соединялся с веществами, встречавшимися ему, и с водородом — своим попутчиком, также пробиравшимся наверх. При окислении, то есть реакции соединения какого-либо вещества с кислородом, выделяется много теплоты. Например, железо, растертое в порошок, соединяясь с кислородом, развивает температуру до 3000°.
Наружные слои Земли разогревались. Космическая пыль, из которой образовался земной шар, спекалась и плавилась. Вещество на поверхности раскалялось и переходило в огненно-жидкое состояние.
В образовавшемся расплаве все легкие минералы еще быстрее всплывали наверх.
Сверху из межпланетного пространства сыпался нескончаемый поток космического материала. Тяжелой черной массой он опускался на Землю.
Давление в недрах планеты неуклонно возрастало. Зона раскисления расширялась. Только что образовавшиеся окислы под тяжестью навалившихся на поверхность масс распадались. Сравнительно холодное металлическое ядро земного шара увеличивалось, занимая все больший объем.
Освобожденный кислород устремлялся к поверхности, чтобы снова вступить в реакцию с веществами, навалившимися на Землю, и расплавить их.
Вещества малого удельного веса неизменно держались возле самой поверхности Земли, всплывая так же, как всплывают сливки на молоке. Они подымались по мере того, как росла Земля и одновременно, насколько это было возможно в густой и вязкой магме, расслаивались, рассортировывались по удельному весу. Земные недра приобретали современное строение с разграниченными слоями.
Верхние внешние слои слагались из соединений алюминия, кремния, кальция, натрия. Более глубокие пласты обогащались кремнием и магнием. Еще глубже располагались окислы тяжелых металлов, составляя рудную оболочку Земли.
Под ними отслаивались минералы, почти целиком лишенные кислорода, — сернистые соединения. На самой большой глубине, где из-за высокого давления уже были невозможны никакие соединения, все молекулы распались на атомы, а вещество перешло в металлическое и стекловидное состояние. Это — ядро земного шара; в нем перемешаны все вещества, из которых состоит Земля.
Эпоха бурных переворотов
Грозную картину представляла поверхность Земли в ту далекую эпоху.
Огненные озера, в которых бурлила расплавленная магма, занимали огромные пространства. Над Землей вздымались высоченные вулканы, извергавшие тучи пепла, камней и заливавшие окрестности потоками лавы.
Из раскаленной земли, из лавовых озер и склонов вулканов с ревом и свистом вырывались струи газов и водяных паров.
Земля содрогалась от мощных подземных толчков.
Внутренние слои слеживались и уплотнялись, в образовавшиеся пустоты оседали огромные площади, возникали гигантские провалы, возле которых подымались горные хребты, значительно превосходившие по высоте современные горы. Но это были только временные образования. Горы рушились и погружались в глубь земли, а рядом вырастали новые, еще более величественные горные кряжи. Гул землетрясений не утихал ни на минуту.
Землю окутывала густая и плотная атмосфера, состоявшая в основном из углекислого газа и водяных паров. Она была пропитана сернистыми соединениями, хлором, фтором и простиралась на высоту нескольких тысяч километров от Земли, то есть была гораздо больше, чем сейчас.
В огне бурных извержений росла и формировалась наша Земля.
Освещенные заревом от лавовых озер над Землей плыли низкие багровые тучи. Среди туч сверкали гигантские молнии, и тяжелые раскаты грома сотрясали Землю.
Из межпланетного пространства оседал обильный поток космического материала. Он задерживался в атмосфере, смешивался с вулканическим пеплом. Облака, перегруженные твердыми частицами, почти не пропускали солнечного света, на Земле царила долгая, непроглядная ночь.
На Земле тогда не было заметно смены времен года, и день почти ничем не отличался от ночи.
Тучи проливались черными ливнями, но дождевые капли в горячей атмосфере испарялись, не долетая до Земли. На поверхность падала густая грязь, и она шипела на раскаленной лаве.
Изредка с грохотом орудийного залпа проносились болиды. Они взрывались среди туч, озаряя Землю своими вспышками. Глыбы, долетавшие до поверхности, пробивали в размягченных горных породах глубокие воронки.
Так, окутанная дымом, в зареве вулканических извержений формировалась наша Земля.
На этом картина далекого прошлого нашей планеты временно прерывается: надо преодолеть препятствие, возникшее на пути исследования.
Актиниды — сверстники Солнца
Геологами установлено и доказано, что радиоактивные элементы сосредоточены на нашей планете главным образом в тонкой пленке земной коры, — уже на глубине 20 километров их количество быстро убывает; в более нижних слоях земного шара актиния, урана, тория и других актинидов содержится совсем мало. Такое странное размещение руд радиоактивных металлов безусловно имеет какую-то причину и нуждается в объяснении.
По мнению О. Ю. Шмидта, все радиоактивные элементы присутствовали в том пылевом веществе, из которого складывались планеты. Вначале они, якобы, были равномерно распределены по всей массе земного шара, потом, когда температура в недрах планеты поднялась и все вещества перешли в пластичное состояние, началось перемещение горных пород. Тяжелые минералы опускались вглубь, легкие — всплывали.
Актиниды почему-то последовали за легкими породами и вместе с ними поднялись в самый верхний, наружный слой земной коры. Там их находят в настоящее время.
Эта гипотеза не объясняет почему такие, сравнительно тяжелые, вещества, как урановые руды, оказались вкрапленными в более легкие породы; неясно, почему радиоактивные элементы так дружно устремились вверх, а не остались в глубине, ведь другие минералы, даже уступающие радиоактивным веществам по удельному весу, до сих пор остаются в недрах Земли; наконец, непонятно каким образом радиоактивные элементы попали в дозвездные частицы.
Все актиниды помещаются в нижних рядах таблицы Менделеева, они обладают наиболее тяжелыми и сложными атомами. Такие громоздкие атомы могут создаваться только в центральных областях звезд, да и то не во всех звездах. В недрах нашего желтоватого, сравнительно небольшого и не очень горячего Солнца вряд ли возможно образование урана, тория и других актинидов: там для этого недостаточно высоко давление и низка температура.
Точно также радиоактивные элементы сами по себе не могут образоваться и в холодной межзвездной материи. Однако, вопреки этому бесспорному положению, допустим, что Земля унаследовала от материнского облака дозвездных частиц радиоактивные элементы и тот свинец, какой получился в результате радиоактивного распада.
Можно попытаться определить, сколько уранового и актиниевого свинца содержится в настоящее время в земной коре и сколько уцелело самого урана и актиния. Конечно аптекарской точности тут добиться нельзя, но приблизительно верный результат обеспечен.
Химические анализы горных пород ученые начали изучать с 1889 года. Уже исследован состав нескольких десятков тысяч образцов. Их добывали в самых различных районах земного шара. В лаборатории попадали породы, извлеченные из буровых скважин, из глубочайших шахт, из лав, изверженных вулканами, из пластов, поднятых на поверхность геологическими переворотами. Таким образом собрались вполне надежные сведения о химическом составе земной коры, учтено количество каждого химического элемента. Все эти сведения проверены и подытожены академиками А. Е. Ферсманом и А. И. Виноградовым.
Многолетняя работа геологов дает возможность узнать сколько Земля содержит свинца и сколько его предка — урана. А это в свою очередь позволяет определить, какое количество радиоактивных элементов имелось в той космической пыли, из которой слагалась Земля. Затем можно высчитать, сколько времени прошло с тех пор, как уран и актиний начали превращаться в свинец, то есть, иначе говоря, — узнать возраст дозвездных частиц.
Эту весьма сложную работу советские геохимики провели в 1950 году. В. И. Баранов определил, что уран, который находится в земной коре, существует на свете не более 5 или 6 миллиардов лет, то есть столько же, сколько, по нашим современным представлениям, существует Солнце!
Важный вывод, к которому придется вернуться еще раз: актиниды оказываются сверстниками Солнца.
Обзор солнечной системы
Теперь мы покинем земной шар, потому что небезопасно оставаться на его зыбкой почве, среди лавовых озер и потоков расплавленной магмы. Кроме того, Земле предстоит пережить тяжелое испытание, которое может оказаться губительным даже для нашего бронированного наблюдательного пункта.
На этом этапе путешествия по прошлому нашей планеты будем руководствоваться гипотезой пулковского астронома В. А. Крата.
Воспользовавшись крыльями фантазии, покинем Землю, посмотрим на нее со стороны, познакомимся с Луной и узнаем, что происходит в окрестностях Солнца, как выглядят другие планеты.
Пылевой рой, окружающий Солнце, утратил свою прежнюю оранжево-коричневую окраску. Он поредел, солнечные лучи свободнее пронизывают область формирования планет земной группы. Остающиеся в этой области частицы ярко блестят в лучах Солнца и кажется, будто весь Млечный Путь сгрудился возле Солнца и Земли.
В пространстве летает бесчисленное множество светоносных песчинок. Они блестят в лучах Солнца. Их так много, что свет настоящих звезд. еще неразличим для наблюдателя, расположившегося возле Земли.
Солнце светит, словно закутанное в кисею, и кажется бледно-розовым. Ближайшие к Земле планеты видны еще очень плохо.
В серебристо-жемчужном сиянии облака мелких частиц проносятся гигантские кометы. Распушив на полнеба желтовато-зеленые хвосты, они мчатся к Солнцу, огибают его и столь же стремительно уходят прочь. Удалившиеся кометы быстро сворачивают свои хвосты и скрываются в белесоватой мгле.
Когда кометы проходят очень близко к раскаленной поверхности Солнца, их вещество спекается в комки, сплавляется, и в голове кометы образуются более или менее крупные куски и глыбы.
Кометы двигаются сразу по две, по три рядом, иногда они растягиваются цепочкой по одной орбите, виднеются даже многочисленные табуны мелких комет. Все это — сгущения пылевой материи, возникшие позже планетных ядер. В поредевшем рое твердых частиц они уже не находят достаточного количества материала, не могут расти и округлять свои орбиты, а потому обречены на гибель.
Их вещество испаряется от палящего зноя солнечных лучей; их разрушают приливные силы Солнца, когда они пролетают внутри солнечного предела Роша; кометы сталкиваются друг с другом и с планетами, а если случается приблизиться к великану Юпитеру, его могучее притяжение сильно изменяет их орбиты.
Тяготение Юпитера либо выбрасывает кометы за пределы солнечной системы с повышенной скоростью и тогда эти кометы навсегда покидают место своего рождения, либо оно округляет их орбиты и тогда ядра комет, растеряв почти все свое пылевое вещество, присоединяются к стае астероидов, которые во главе с Фаэтоном обращались между орбитами Марса и Юпитера.
Теперь посмотрим на Землю. Наша планета сильно сплющена, она вращается очень быстро, и сутки на Земле длятся 10 -12 часов.
Поверхность планеты не видна, она затянута непроницаемым облачным покровом сероватого цвета. Облака непрерывно движутся, колышатся, словно подгоняемые сильным ветром. Среди них появляются клубы испарений зеленоватого, желтого и ржаво-красного цвета. Эта окраска образована примесями различных химических соединений, извергаемых вулканами. Бурное движение облачных масс вызвано обильным потоком тепла, отдаваемого поверхностью Земли.
Видимые размеры земного шара несколько больше современных. Земля в ту эпоху обладала более обширной, протяженной и густой атмосферой.
Рой твердых частиц, прежде окружавший планету со всех сторон, подобно мошкаре, теперь изрядно поредел и упорядочился. Он стал плоским и похожим на кольцо Сатурна. Над земными полюсами почти нет космических частиц. Они держатся преимущественно в плоскости земного экватора.
Кольцо не является особенностью нашей Земли. Почти все планеты тоже щеголяют прекрасными кольцами.
Кольцо, образовавшееся возле Земли, несколько беднее, чем возле ее соседки Венеры. У Венеры нет спутника, а у Земли есть Луна. Луна и Земля с двух сторон подчищают свое кольцо, часть песчинок подбирает Луна, а остальное падает на Землю.
Луна, возникшая из одного из сгустков космического вещества, первоначально находилась довольно далеко от Земли — может быть даже дальше, чем она расположена сейчас. Так же как и все возникшие небесные тела, она была окружена роем мелких частиц — свитой своих собственных крошечных лун, и на ней клубилась дымная и облачная атмосфера.
Обе планеты — Земля и Луна — накапливали космический материал, их массы росли, а вместе с массой увеличивалось тяготение, связывающее их в одну систему. Возрастающее тяготение сближало обе планеты. Луна описывала вокруг Земли сужающуюся спираль, постепенно подвигаясь к Земле. По пути она «съедала» метеоритное кольцо, опоясывавшее Землю по экватору.
Расстояние от Земли до Луны сокращалось. Луна подходила к границе опасной зоны, куда «лунам вход воспрещен». Через несколько миллионов лет она несомненно переступила бы предел Роша и погибла бы, размолотая приливными силами. Но ход событий, как увидим из дальнейшего, изменился, и Луна уцелела.
Стая астероидов в ту пору была многочисленнее, чем сейчас. За орбитой Марса сверкало серебристое кольцо клубков пылевого вещества, окруженных газообразными оболочками. Некоторые из них уже утратили свой кометообразный вид, уплотнились и стали настоящими астероидами. Один из таких сгустков сильно обогнал остальных в росте, он более походил на планету, чем на астероид. По своим размерам он только вдвое уступал Марсу. Это и был Фаэтон — пятая по счету от Солнца планета.
За астероидным кольцом величаво плыло второе солнце нашей планетной системы — Юпитер. Он принял космического материала в 300 раз больше, чем Земля и поэтому разогрелся гораздо сильнее ее. При уплотнении вещества в недрах Юпитера выделилось столько теплоты, что его температура достигла нескольких тысяч градусов. Планета стала самосветящимся телом — маленькой звездочкой.
Юпитер щедро изливал на своих спутников потоки света и тепла. Он был для них настоящим Солнцем. Наблюдателю, поместившемуся на Ганимеде, центральное, но далекое Солнце казалось тогда тусклым кружочком, а Юпитер — огромным и прекрасным светилом.
Свидетелями и доказательством светоносного состояния Юпитера служат его спутники. Из четырех наиболее крупных лун Юпитера ближе всех к планете находится Ио. Плотность вещества Ио составляет 3,63 а плотности остальных трех лун образуют характерную нисходящую лесенку.
Если учесть, что точность приведенных в таблице значений плотности может быть ошибочна не менее, чем на 0,2, мы можем утверждать, что плотность спутников закономерно убывает с увеличением расстояния от планеты. В этом сказалось влияние излучения Юпитера. Его тепло рассортировывало частицы по удельному весу и наиболее легкие из них отгоняло прочь. Поэтому Ио и Европа могли собирать самые плотные частицы. Ганимеду доставались пылинки полегче, а Каллисто, повидимому, довольствовалась главным образом льдинками замерзших газов.
Несомненно, что и Сатурн, собравший материала в 95 раз больше, чем Земля, тоже был горяч; но разогревался ли он настолько, чтобы стать самосветящимся телом — неизвестно. Массы, диаметры и плотности его спутников определены пока еще не вполне надежно. Вероятно, он не был самосветящимся телом.
Планету тогда, так же как и сейчас, окутывала густая атмосфера. Клубы разноцветного дыма, выброшенные вулканическими извержениями, смешивались с облаками. Вверх подымались струи перегретых паров легких металлов. Облачные массы стремительно двигались. Сквозь разрывы облаков сверкали отблески бурных извержений. Под тяжелой и плотной атмосферой Сатурна бушевал огненный океан. Вся планета казалась красноватой.
Вокруг Сатурна вращалось блестящее и широкое кольцо, памятник прошлого и единственное место в солнечной системе, где наши потомки, будущие исследователи планетной системы, найдут подлинные частицы допланетного вещества, сохранившиеся почти в неприкосновенном виде.
Недавние исследования света, отраженного кольцами Сатурна, показали, что среди частичек, составляющих кольца, есть, повидимому, самые обыкновенные льдинки, или же эти частички покрыты слоем инея.
Присутствие льда и инея в кольцах Сатурна также подтверждает то, что Сатурн не был горячим, самосветящимся телом.
За внешним краем кольца под предводительством Титана находятся остальные луны Сатурна. Титан — это единственная из лун, у которой обнаружена атмосфера.
Третье рождение Солнца
Однако любоваться самой удивительной планетой солнечной системы дальше нельзя — наше внимание привлекает Солнце. Вид Солнца резко меняется. Солнце увеличивается буквально на глазах, его свет становится сильнее, лучи — жарче, цвет — белее. Солнце разгорается.
Это явление не было неожиданным.
С первого момента своего существования Солнце начало собирать космический материал. Оно росло непрерывно: и когда темным шаром скрывалось в глубине материнской туманности, и когда бросило в пространство свой первый луч, и когда возле него формировались планеты.
Превратившись из темного шара в самосветящееся тело, Солнце несколько замедлило свой рост. Жар его лучей испарял песчинки, приближавшиеся к нему, а световое давление отгоняло всю мелочь в сторону, но все же некоторая часть космического вещества оседала на Солнце.
И это вещество отдавало Солнцу не только массу, но и тот момент количества движения, какой оно несло. Вращение Солнца ускорялось. Одновременно с прибылью массы увеличивалось давление в недрах Солнца и повышалась его температура.
Все это вместе взятое — увеличение массы, давления, температуры и скорости вращения — не может происходить беспредельно.
В недрах Солнца началось образование самых тяжелых атомов, какие только существуют в природе. Центральные области Солнца стали лабораторией актинидов — элементов неустойчивых и способных самораспадаться. Началось бурное выделение энергии в результате превращения водорода в гелий.
Этот момент в жизни Солнца оказался переломным. Раздираемое изнутри бурными взрывами Солнце потеряло устойчивость. Сил тяготения оказалось недостаточно, чтобы противостоять напору перегретых газов, центробежной силе и лучевому давлению. Солнце резко увеличилось в объеме. Его атмосфера расширилась. Солнце превратилось в саморазрушающуюся звезду типа WR.
Газы солнечной атмосферы огненными потоками устремились в пространство. Быстровращающееся Солнце разбрасывало в стороны свое вещество. Раскаленные газы пронизали завесу пыли и охватили Меркурия и Венеру, и они стали невидимы в ослепительном блеске Солнца.
Солнечные газы и пыль клубились возле земного шара. Капли солнечного вещества огненным дождем падали на Землю. Они смешивались с магмой лавовых озер, застывали в расщелинах скал, покрывали поверхность нашей планеты. Земля принимала в свой состав радиоактивные вещества. Именно тогда появились в земной коре протактиний, уран, радий, торий и другие актиниды.
По гипотезе В. А. Крата, актиниды образовались в начальный момент возникновения Солнца, когда при чрезвычайно сильном сжатии, температура в его недрах могла возрасти до сотен миллиардов градусов.
Огненный ураган бушевал на Солнце несколько сот тысяч лет. Затем извержение постепенно утихло.
Солнце, сбросив обременявшую его массу, успокоилось. Его температура упала, а диаметр сократился до 1400 тысяч километров.
Вместе с утраченной массой ушла большая часть момента количества движения. Солнце стало вращаться гораздо медленнее, чем прежде. Состоялось как бы третье рождение Солнца, оно стало примерно таким, каким мы видим его в настоящее время.
Солнечная катастрофа, происшедшая несколько миллиардов лет тому назад, оставила заметные следы во всей планетной системе. Полчища кометообразных сгустков, носившихся между планетами, словно испарились: Солнце вымело их прочь. Межпланетное пространство очистилось. Исчезли также кольца дозвездных частиц, окружавшие планеты земной группы. Запас твердых частиц иссяк. Рост планет почти совсем прекратился. Массы планет перестали увеличиваться. Теперь уже ничто не вынуждало Луну приближаться к Земле. Сразу же стало заметным влияние приливного трения. Луна начала удаляться от Земли, а Земля замедлять свое вращение.
Солнечные лучи беспрепятственно пронизывали очистившееся от пыли межпланетное пространство. Они почти начисто сдули с Меркурия его атмосферу. Газовые оболочки Земли и Венеры сократились до их нынешних размеров, а Венера, испытавшая воздействие солнечного пламени, кроме того лишилась своего запаса легких газов.
Исчезла атмосфера и на Луне. На ней, как это установили академик В. Г. Фесенков и Ю. Н. Липский, и сейчас есть следы газовой оболочки, которая, по-видимому, пополняется газами, выделяющимися из глубины, но плотность лунной атмосферы ничтожно мала.
Рой астероидов заметно поредел, а Фаэтона на его орбите не оказалось. То ли он столкнулся с каким-то крупным астероидом, то ли развалился под влиянием тяготения Юпитера — так или иначе, но Фаэтон погиб, и его осколки разошлись в кольце астероидов. Четыре самых крупных обломка Фаэтона странствуют в пространстве под названиями: Церера, Паллада, Веста и Юнона.
Так как масса Солнца значительно уменьшилась и ею тяготение соответственно ослабело, то все планеты несколько удалились от Солнца, их орбиты расширились, а размеры планетной системы увеличились.
На больших планетах солнечная катастрофа существенным образом не отразилась.
Юпитер, лишенный притока космического материала, постепенно остыл.
Словом, солнечная система приняла тот вид и размеры, какие и сохраняет до настоящего времени.
За три — четыре миллиарда лет, истекших с тех пор, Солнце сделало свыше 20 оборотов вокруг центра Галактики. Оно прожило 20 галактических лет.
За это время Солнце чуть-чуть постарело. Оно замедлило скорость своего вращения. Его масса немного уменьшилась, а орбиты планет чуть-чуть расширились.
Солнце несколько раз сближалось с другими звездами. Эти сближения слегка изменяли его орбиту и скорость движения.
На пути Солнца, возможно, попадались туманности. Оно пролетало сквозь них, но такие встречи ничего особо существенного в солнечную систему не внесли — немного увеличились массы планет и может быть прибавилось несколько новых лун в семействах спутников больших планет.
В общем же происшедшие перемены не были значительными. Планетная система — очень устойчивое образование. Как показывают расчеты советских ученых, Солнце и солнечная система останутся практически неизменными в течение по меньшей мере 50 галактических лет.
Начало геологического летоисчисления
Раскаленная поверхность Луны, лишившись защитной толщи атмосферы, стала быстро охлаждаться. Застыли лавовые озера, оставив на Луне ее удивительные круглые цирки. Это происхождение лунных кольцевых гор из лавовых озер доказывал русский геолог профессор А. П. Павлов.
Слева — фотография части лунной поверхности, справа — фотография с самолета окрестностей Везувия.
Прекратилось поступление космического материала. Давление в недрах Луны перестало возрастать. Утихли процессы раскисления и окисления. Уменьшилось выделение теплоты. Постепенно замирала вулканическая деятельность. Застывшая поверхность покрылась глубокими трещинами.
Высокие горы, поднятые на Луне былыми геологическими переворотами, остались в своем первобытном состоянии. Не подверженные разрушительному действию воды и ветра, они сохранились гораздо лучше земных гор. И поэтому лунные горы, несмотря на малые размеры планеты, не уступают по высоте земным горам. Величайшая горная вершина на Земле подымается на 8888 метров над уровнем моря, а высочайшая гора на Луне возвышается на 9000 метров над ее поверхностью.
Кольцевые годы на Луне — это кратеры погасших вулканов и застывшие лавовые озера, а маленькие углубления, повидимому, — воронки, пробитые метеоритами.
Некоторые мелкие воронки и кратеры, которые рассыпаны по всей поверхности Луны, образовались по всей вероятности в результате падения крупных метеоритов. На Луне сила тяжести невелика и потому взрыв даже сравнительно небольшого метеорита пробивает крупную воронку.
Мысленно заставьте лунные трещины дымиться, а вулканы — извергать пламя, лаву и клубы пепла, наполните лунные цирки огненно-жидкой магмой, и это будет портрет Земли, нарисованный в ту далекую эпоху. Нынешняя Луна — это как бы заповедник, где все осталось почти в неприкосновенности, сохраняя память о прошлом Земли.
Советский ученый А. В. Хабаков выполнил чрезвычайно интересное исследование: с помощью телескопа он совершил геологическую экспедицию на Луну. В истории науки это, пожалуй, был первый случай, когда в астрономической обсерватории систематические наблюдения производил не астроном, а геолог.
Хабаков рассматривал поверхность нашего спутника глазами геолога, он изучал расположение и строение лунных гор, искал признаки вулканических извержений и следы былых геологических переворотов, исследовал работу горообразующих сил на Луне.
Геологическое обследование лунной поверхности, предпринятое Хабаковым, доказало, что в прошлом вулканическая деятельность на Луне была исключительно бурной, мало того, она несколько раз утихала, а затем снова возобновлялась — периоды сильных вулканических извержений сменялись периодами покоя.
Причина периодического пробуждения вулканизма на Луне пока еще не установлена.
Геологические исследования показывают, что и Земля в прошлом переживала эпохи бурного пробуждения вулканов, но на Земле следы периодического возобновления вулканической деятельности сглажены работой воды и ветра, а на безводной Луне они сохранились в неприкосновенности.
Геологическая деятельность на Луне не прекратилась и поныне. Астрономы замечают некоторые, но очень незначительные перемены на застывшей поверхности нашего спутника. Отмечено появление нескольких мелких кратеров на дне цирка Платона, исчез кратер Линнея в море Ясности. Этот кратер был хорошо заметен еще в XIX веке. Теперь же он превратился в светлое пятнышко, так, как будто его до краев чем-то засыпало. Недавно обнаружили исчезновение кратера Альгацена, диаметром в 40 километров, расположенного около моря Опасностей.
Все это остатки некогда бурной вулканической деятельности.
Земля больше и массивнее Луны, кроме того она одета атмосферной «шубой». Поэтому Земля старится не так быстро, как ее сверстница Луна.
Лавовое озеро Килауэя на острове Гаваи.
Когда сократился приток космического материала и масса планеты перестала расти, на Земле наступило некоторое успокоение. Из недр планеты стало выделяться меньше тепла. Большая часть земной поверхности покрылась твердой корой.
Расплавленные горные породы перестали перемешиваться. Магма застывала, превращаясь в граниты и базальты. Свинец уже не мог выплавляться из руд радиоактивных металлов. Он потерял возможность покидать место своего рождения. Радиоактивные минералы стали служить геологическими часами, которыми воспользовались современные ученые для определения возраста земной коры.
И с этого момента в истории Земли началась новая эра — геологическая, а как память о той далекой, догеологической эпохе, на Земле, кроме обычных вулканов, остались удивительные лавовые озера — Гавайские острова — Килауэя и Мауна-лоа. По своим размерам эти вулканы вполне заслуживают название озер: Мауна-лоа имеет в длину 13 километров и в ширину — 10 километров.
Во время извержения Мауна-лоа лава заполняет озеро, бурлит и клокочет, по ее поверхности прокатываются огненные волны, всплески лавы фонтанами взлетают на высоту 5 —10 метров. Красные и желтые язычки пламени танцуют над лавой, бросая багровые отблески на клубы дыма и пара, нависшие над озером.
Таким же остатком прошлого являются трещинные вулканы Исландии, которые не имеют обычных круглых кратеров, — лава выливается на поверхность из трещин в земле.
Не так давно на Аляске была обнаружена долина «Десяти Тысяч Дымов» — это долина со всеми ее разветвлениями заполнена раскаленным песком и мелко-раздробленным вулканическим стеклом. Струи газов, прорывающиеся сквозь этот песчаный поток, дымят, оправдывая название долины.
Микроорганизмы очищают воздух
Тучи проливались на поверхность уже не потоками грязи, а более чистой водой. Вода охлаждала Землю и стекала ручьями в провалы и впадины. На Земле образовался первобытный, теплый и почти пресный океан. Началась геологическая деятельность воды и ветра, понизившая наши горы, выровнявшая глубокие пропасти.
В теплых водах под воздействием света образовалось вещество поразительной сложности — носитель жизни — белок.
Возникла жизнь в ее первоначальных простейших формах. Появились первые растения — водоросли и первые животные.
Они дали начало более сложным организмам — корненожкам, аммонитам, кораллам. Водоросли и моллюски поглощали углекислоту из воздуха и строили из углекислой извести скелеты и свои домики-раковинки. Корненожки погибали, а их известковые скорлупки падали на дно морей и океанов.
Раковина моллюска-аммонита, найденная в отложениях юрского периода.
В течение многих миллионов лет миллиарды поколений моллюсков создали пласты известняков, мраморов и мела толщиной местами в несколько километров. Такие горы, как Жигули на Волге, меловые горы в воронежской и Курской областях, залежи известняков под Москвой — не что иное, как кладбище бесчисленных поколений моллюсков и морских растений, которые поглощали углекислоту, очищали воздух, делая его пригодным для дыхания высших организмов.
Освобождение атмосферы от углекислого газа закончили наземные растения. Величественные леса каменноугольного периода оставили нам огромные пласты каменного угля. (Общее количество запасов каменного угля на Земле исчисляется в 500 миллиардов тонн).
Благодаря жизнедеятельности жителей моря и наземных растений мы имеем теперь в составе воздуха 21 % кислорода и только 0,03 % углекислого газа.
Жизнь — это могучая сила. Она изменила и изменяет лик Земли, она создала атмосферу в ее современном составе, приняла большое участие в формировании земной коры.
Очистку земной атмосферы от углекислого газа завершили растения каменноугольного периода.
Роль живых организмов исключительно велика. Ведь общее количество живого вещества на Земле, то есть общий вес всех животных, растений и микроорганизмов, исчисляется почти что астрономическим числом в сто тысяч миллиардов тонн.
Поэтому исследование химического состава атмосфер других планет может свидетельствовать и о жизни на этих планетах. Например, в атмосфере нашей соседки Венеры кислорода либо нет совсем, либо настолько мало, что астрономические приборы не могут уловить его присутствия. А это означает, что на Венере либо нет жизни совсем, либо она находится в зачаточном состоянии, и моллюски еще не успели очистить воздух и сделать его пригодным для дыхания.
На Марсе свободный кислород есть. И одно его присутствие неоспоримо доказывает, что на Марсе есть и жизнь.
Победа советской науки
Дружный коллектив советских ученых создал величественную и стройную гипотезу, объясняющую пути возникновения и развития звезд и солнечной системы.
Начало этой важной работе советских ученых положил О. Ю. Шмидт. Его гипотеза, опубликованная в 1944 году, очень просто и естественно объясняла все основные закономерности солнечной системы; легко справлялась с затруднениями, перед которыми были беспомощны другие гипотезы; наблюдаемые факты подтверждают многие выводы О. Ю. Шмидта.
Все наиболее ценное и научно-обоснованное из гипотезы О. Ю. Шмидта послужило центром, вокруг которого выкристаллизовалась советская космогоническая гипотеза.
Сотни астрономов, геологов, математиков, геохимиков вложили свой труд в здание этой гипотезы. В. А. Амбарцумян открыл существование звездных ассоциаций и показал неизбежность их быстрого распада. Л. Э. Гуревич и А. И. Лебединский раскрыли, каким путем могли возникнуть планеты из роя твердых частиц, окружавших Солнце.
В. Г. Фесенков проследил судьбу малых тел солнечной системы и объяснил, как пополняется пылевое облако зодиакального света. С. В. Орлов разработал гипотезу происхождения, развития и гибели комет. В. А. Крат исследовал изменение массы и момента вращения Солнца. П. П. Паренаго и Б. В. Кукаркин дали первые научно обоснованные наброски плана нашей Галактики.
Телескоп, сконструированный советскими учеными по системе лауреата Сталинской премии Д. Д. Максутова и установленный в обсерватории возле Алма-Ата.
Для советской космогонической гипотезы понадобился весь арсенал знаний, накопленных наукой. В ее основу легли и закон тяготения, и математические исследования формы вращающихся тел А. М. Ляпунова, и открытие роли приливных сил, сделанное Дж. Дарвиным, труды Э. Роша и закон светового давления, установленный П. Н. Лебедевым. Наша гипотеза опирается на открытие темной космической материи, сделанное В. Я. Струве и доказанное Г. А. Тиховым, на исследования вращения Галактики, впервые замеченное М. Я. Ковальским, на труды основателя геохимии академика В, И. Вернадского, обосновавшего гипотезу образования земного шара из твердых частиц.
Гипотеза вобрала в себя определение химического состава земной коры и метеоритов, наблюдения геологов и геофизиков, изучавших земные недра, астрономические открытия последних лет, — все понадобилось для новой гипотезы, все нашло в ней отражение. В этом — сила советской гипотезы. Она опирается на пристальное и тщательное изучение явлений, наблюдаемых во Вселенной. В ее основу положены законы природы.
Советские ученые считают своим долгом тщательно сверять выводы теории с фактами, наблюдениями. Они не признают создаваемую теорию завершенной, если находится хотя бы один противоречащий факт, тогда как у современных буржуазных ученых наблюдается поразительное равнодушие к фактам.
За рубежом некоторые астрономы тоже разрабатывают космогонические гипотезы, только в одной Англии одновременно существует пять космогонических гипотез, но там ученые идут к цели иными путями. Они придумывают гипотезы и стараются подогнать под эти «теории» свои наблюдения. А часть западноевропейских и американских астрономов стремится навязать природе искусственно созданные законы — приписывает ей свои собственные заблуждения.
По этому поводу уместно вспомнить восточную поговорку: «Собаки лают на луну, — луна продолжает свое движение». Буржуазные ученые придумывают теории, но мир не следует им. Он развивается по законам, присущим вечно движущейся, вечно изменяющейся материи.
О прошлом и будущем
Космогоническая гипотеза советских ученых создана мировоззрением, которому чуждо все мертвое и окостенелое. Поэтому наша гипотеза не есть нечто законченное. Она живет и совершенствуется вместе со всей советской наукой и всегда будет дополняться и углубляться.
В этом заключается величайшее достоинство советской космогонической гипотезы, она не загораживает дорогу будущим исследованиям, а заставляет непрестанно пополнять наши знания о прошлом, настоящем и будущем солнечной системы и всей Галактики.
Еще многое в этой области остается непонятным и необъясненным. Например, до сих пор все внимание ученых было сосредоточено, главным образом, на поисках «колыбели» звезд и их родителей. Астрономы старались разгадать начало жизненного пути Солнца. А каков будет его конец? Существует ли «кладбище» солнц? Есть ли во Вселенной окончательно потухшие звезды? Исследование будущего сулит много неожиданных открытий.
Сведения, накопленные наукой о будущем солнечной системы, еще очень недостаточны.
Неполнота и слабость научных знаний всегда дают удобную лазейку для идеалистических измышлений и для проповеди всевозможных «теорий» гибели мира. Этой лазейкой уже пользовались многие буржуазные ученые: Клаузиус, доказывавший «тепловую» смерть Вселенной; Фламмарион, рисовавший зловещие картины превращения звезд в холодные шары-призраки; Джинс, проповедывавший всеобщее разрушение и рассеяние; Ленквист, пытавшийся убедить людей, что звезды и Солнце в первую очередь должны вспыхнуть, испепелить свои планеты, а потом тихо угасать, превратившись в белых карликов.
Это пророчество Ленквиста было разоблачено советскими учеными П. П. Паренаго и Б. В. Кукаркиным, которые доказали, что далеко не все звезды вспыхивают и наше Солнце не собирается стать новой звездой.
В настоящее время буржуазные ученые трудятся над теорией водородного истощения Вселенной, которое якобы ведет к тому, что все звезды е конце концов захлебнутся в волнах недеятельного гелия.
Погребальные теории западноевропейских и американских астрономов показывают их настойчивое стремление оправдать существование бога и подкрепить библейскую сказку о сотворении мира и «страшном суде».
Подобные теории существуют только потому, что передовой науке еще неизвестна судьба звезд. Эта область — нераспаханная целина, которую только начинают подымать советские астрономы.
Б. В. Кукаркин, изучая строение соседних галактик, сделал важное открытие. В ближайших к нам галактиках видны либо только одни старые звездные системы, либо старые вместе с молодыми. Нет ни одной галактики, состоящей из молодых звездных систем без старых. А это означает, что молодые звездные системы как-то связаны со старыми, они происходят из старых.
Повидимому, гибель старых звезд ведет к образованию новых. «Кладбище» звезд оказывается тесно связанным с их «колыбелью», и взгляд в будущее может помочь понять прошлое.
Повторяя слова Ф. Энгельса, вместе с ним можно сказать: «И вот мы снова вернулись к взгляду великих основателей греческой философии о том, что вся природа, начиная от мельчайших частиц ее до величайших тел, начиная от песчинки и кончая Солнцем… находится в вечном возникновении и уничтожении, в непрерывном течении, в неустанном движении и изменении. С той только существенной разницей, что то, что у греков было гениальной догадкой, является у нас результатом строго научного исследования, основанного на опыте, и поэтому имеет гораздо более определенную и ясную форму».[18 - Ф. Энгельс, Диалектика природы, 1950 г., стр. 11.]
Список литературы
Список популярной литературы по космогонии
1. П. И. Попов, К. Л. Баев. Б. А. Воронцов-Вельяминов, Р. В. Куницкий. Астрономия, Наиболее полный и популярный курс астрономии, Учпедгиз, 1949.
2. Л. Э. Гуревич, Происхождение и развитие небесных тел, Ленинград, 1950.
3. П. П. Паренаго, Мир звезд, Академия наук, 1951.
4. Б. А. Воронцов-Вельяминов, Очерки о Вселенной, Гостехиздат, 1951.
5. Г. А. Аристов, Солнечная система, Академия наук, 1951.
6. Ф. 10. Зигель, Хвостатые звезды, Молодая гвардия, 1948.
7. Е. Л. Кринов, Небесные камни, Академия наук, 1950.
8. Ф. Ю. Зигель, Небесные камни, Детгиз, 1951.
9. М. Ивановский, Дороги к звездам, Молодая гвардия, 1950.
10. М. Ивановский, Разведка далеких миров, Детгиз, 1951.
Литература для более подготовленного читателя
1. Труды первого совещания по вопросам космогонии, Академия наук, 1951.
2. О. Ю. Шмидт, Четыре лекции о теории происхождения Земли, Академия наук, 1950.
3. О. Ю. Шмидт, Возникновение планет и их спутников, Академия наук, 1950.
4. В. Г. Фесенков, Космогония солнечной системы, Алма-Ата, 1945.
5. В. Г. Фесенков, Современные представления о Вселенной, Академия наук, 1949.
Наиболее замечательные метеорные потоки
notes
Примечания
1
Астрономической единицей называется мера, равная расстоянию Земли от Солнца, приблизительно —150 миллионов километров.
2
В настоящее время эти величины измерены с большой точностью, расстояние до Луны равно 384 400 км или 60,37 земных радиуса, а средний земной радиус, по определению советских ученых, равен 6 367 554 метрам.
3
Ф. Энгельс. Диалектика природы. 1950, стр. 6 и 7.
4
Распоряжением Министерства просвещения, изданным в 1820 году, в России было запрещено упоминать в университетских лекциях о происхождении Земли и солнечной системы.
5
Объем мирового океана: 130 тыс. куб. километров.
6
Световой год — астрономическая мера длины, она равна расстоянию, которое световой луч пролетает за один год, т. е. 9,4610^12^ километров.
7
Карл Маркс. Избранные произведения, 1940, том I, стр. 367.
8
Во времена Джордано Бруно ученые знали только семь планет.
9
Ф. Энгельс. Диалектика природы, 1950 г. стр. 191.
10
В. И. Ленин. Сочинения. Изд. 4, том 33, стр. 284.
11
Ф. Энгельс, Диалектика природы, 1950 г., стр. 193.
12
Ф. Энгельс, Диалектика природы, 1950 г., стр. 228.
13
Атрибут — постоянный, характерный признак предмета или явления.
14
Ф. Энгельс, Диалектика природы, 1950 г., стр. 18, 19.
15
Теологические — богословские.
16
И. Сталин. Вопросы ленинизма, XI изд., стр 536.
17
И. Сталин. Вопросы ленинизма, стр. 537.
18
Ф. Энгельс, Диалектика природы, 1950 г., стр. 11.
|
