ПРОИСХОЖДЕНИЕ И ВОЗРАСТ ЗЕМЛИ

ЧТО ЖЕ МОЖНО СКАЗАТЬ В НАСТОЯЩЕЕ ВРЕМЯ О ПРОИСХОЖДЕНИИ ЗЕМЛИ?

Зложенная нами вкратце история попыток раскрыть тайну происхождения Земли показывает, насколько труден этот вопрос. Мы видели, что приступить сколько - нибудь успешно к его решению стало возможным лишь после того, как в течение тысячелетий была проделана ог­ромная предварительная работа. Только в последнее вре­мя накопленные наукой знания позволили сделать первые серьёзные попытки выяснить хотя бы общий характер процесса, приведшего к образованию планет, а в их числе и нашей Земли.

Когда мощность наших телескопов возрастёт в не­сколько сот раз (а что это со временем осуществится — сомневаться не приходится), то наша задача сильно упро­стится. Тогда мы сможем видеть планетные системы, окружающие ближайшие звёзды. Изучение этих систем, сравнение их между собой, сравнение их с нашей солнеч­ной системой даст, без сомнения, очень много для вы­яснения процесса образования и развития планетных систем.

Но в настоящее время техника не даёт ещё возмож­ности видеть другие планетные системы. Самое большее, на что сейчас можем рассчитывать, — это доказать, что такие планетные системы действительно существуют, что наше Солнце не является исключением. Кое-что в этом направлении уже сделано. За последние годы удалось установить, что некоторые из числа ближайших к нам звёзд испытывают очень небольшие периодические сме­щения. Такие смещения можно объяснить только притя­жением небольших невидимых спутников, обращающихся около этих звёзд. Нужно только заметить, что во всех хо­рошо изученных случаях эти невидимые спутники оказы­вались значительно больше наших планет. Их масса ока­зывалась не меньше чем в 2—3 процента массы звезды, тогда как масса Юпитера — самой большой из наших планет—не составляет и одной десятой процента массы Солнца. Таким образом, пока удалось установить существование систем, ещё не совсем похожих на нашу, хотя, возможно, и не отличающихся от неё принци­пиально.

При этих условиях, т. е. при полной невозможности изучать в настоящее время другие планетные системы, приходится основываться только на том, что нам может дать внимательное исследование свойств нашей солнеч­ной системы, и итти путём построения космогонических гипотез.

За полтораста лет, прошедших со времени появления небулярной гипотезы Лапласа, было предложено много космогонических гипотез. Как ни убедительно выглядели некоторые из этих гипотез при своём появлении, ни одна из них не выдержала продолжительной научной критики. Новые открытия наблюдательной астрономии, с одной сто­роны, детальный теоретический разбор — с другой, ещё и ещё раз показывали, что стоящая перед ними пробле­ма очень сложна и что мы хотя и приближаемся к её ре­шению, но своей цели ещё не достигли.

Конечно, работа, затрачиваемая на создание космого­нических гипотез и на критический анализ этих гипотез, не пропадает даром. Даже отвергнутые наукой гипотезы всё же почти всегда правильно освещали какую-нибудь сторону вопроса, и потому от них остаются отдельные части, которыми наука может воспользоваться в своём дальнейшем развитии. С полной уверенностью можно ска­зать, что наука в вопросе о происхождении Земли нахо­дится на правильном пути, что часть этого пути, быть может, труднейшая, уже пройдена и что мы всё время продвигаемся вперёд.

В настоящее время наука пробует итти двумя разными путями. Возможно, что эти пути в будущем сольются, но пока каждый из них имеет своих сторонников.

Один путь ведёт свое начало от небулярной гипотезы Лапласа, или, вернее, от заложенной в ней мысли, что планеты являются продуктом внутренних процессов, сопутствующих нормальному развитию звезды. Дру­гой путь, напротив, связывает происхождение планет с воздействием на развитие звезды внешних обстоя­тельств.

В основе первого пути лежит убеждение, что процесс образования планет нельзя рассматривать изолирован­но, — его надо изучать как часть неизмеримо более гран­диозного процесса образования звёзд и тех гигантских 24 звёздных систем, известных под названием галактик, изу­чение которых теперь только начинается. Только поняв процесс развития этих звёздных систем, поняв процесс возникновения и развития отдельных звёзд, образующих эти системы, мы можем, согласно этой точки зрения, узнать, как около звёзд могли возникнуть планетные си­стемы, как могла возникнуть наша солнечная система с присущими ей характерными особенностями и как, нако­нец, среди других планет могла образоваться наша Зем­ля, имеющая также свои индивидуальные особенности.

Не следует думать, что такое расширение задачи де­лает её обязательно более трудной. Часто бывает, что общий процесс понять легче, нежели отдельную часть это­го процесса, рассматриваемую вне связи с целым.

Во всяком случае, для изучения процесса развития зве­зды у нас есть богатейший фактический материл, так как мы имеем возможность изучать огромное количество звёзд, находящихся на самых разнообразных ступенях своего развития. Это позволяет как бы видеть весь путь развития звезды. Ведь для того, чтобы изучить развитие дуба, необязательно посадить жолудь и ждать несколько столе­тий, пока выросший из жолудя дуб разовьётся, начнёт дряхлеть и, наконец, обратится в гниющий пень. Вместо этого можно отправиться в лес, где имеются дубы всех возрастов — от чуть пробивающихся ростков до заверша­ющих свой жизненный цикл деревьев. Вот этим-то путём и идёт наука, изучая развитие звёзд.

Мы знаем, что все звёзды состоят из одних и тех же химических элементов — тех самых, из которых состоит и наша Земля. Но физическое состояние вещества на раз­личных звёздах совершенно различно. Есть очень горячие звёзды, у которых температура наружных слоёв превышает 30 000°. Есть и сравнительно холодные звёзды, излучаю­щие тепло, как тело, нагретое примерно до 2 000°. Наше Солнце имеет промежуточную температуру: его внешние слои нагреты примерно до 6 000°. По направлению к цен­тру Солнца температура быстро возрастает. Теоретические расчёты показывают, что в центре она должна достигать 20 миллионов градусов. Подобное возрастание температуры к центру имеет место во всех звёздах.

Ещё больше различаются звёзды по своим плотностям. Есть звёзды, средняя плотность которых в 40 000 раз больше плотности воды. Но существуют также звёзды, имеющие среднюю плотность в 100 000 раз меньше плот­

Ности воды (приблизительно в сто раз меньше плотности окружающего нас воздуха). Солнце и здесь находится между этими крайностями: его средняя плотность в пол­тора раза превышает плотность воды.

Чрезвычайное разнообразие физических условий, в ко­торых находится вещество различных звёзд, объясняется, конечно, различием возраста этих звёзд. Но какую же звезду следует считать более молодой и какую более ста­рой? Уверенно ответить на этот вопрос стало возможно только в самые последние годы, когда мы начали пони­мать те процессы, которые происходят на звёздах и под­держивают их излучение. А это, в свою очередь, стало возможным только после того, как физика открыла нам тайны явлений, происходящих внутри атомов.

Весь процесс развития звезды оказался теснейшим образом связанным с так называемыми ядерными реакци­ями, т. е. с превращениями атомов одних химических элементов в атомы других. Оказалось, что основным источником того невообразимо огромного количества энер­гии, которое излучается звёздами (в том числе и нашим Солнцем), является образование атомов гелия из атомов водорода.

Теория ядерных реакций, происходящих в веществе звезды, даёт нам общую картину развития звезды. Ака­демиком В. Г. Фесенковым недавно было указано, что в эту общую картину весьма естественно укладывается и образование у звезды планетной системы. Таким образом, в космогонии открываются совершенно новые возможности объяснить происхождение Земли и планет, если рассмат­ривать их, как продукты нормального развития Солнца, а не как результат катастрофических явлений, вроде столк­новения с другой звездой.

Согласно развитой В. Г. Фесенковым теории, жизнь звезды слагается из сравнительно длительных периодов, в течение которых излучение звезды поддерживается ядерной реакцией определённого типа, и промежуточных сравнительно быстрых переходов к ядерной реакции другого типа. В течение такого промежуточного состояния звезда, вследствие быстрого охлаждения, значительно уменьшит свои размеры, а это значит, что её скорость вращения соответственно возрастёт. Но при большом уве­личении скорости вращения состояние звезды становится неустойчивым, т. е. таким, которое долго сохраняться не может. Что же будет со звездой?

Сначала, по мере увеличения скорости вращения, звез­да будет всё более и более сплющиваться и примет форму, изображённую на рис. 1 (стр. 17). Развивая математически гипотезу Лапласа, Рош показал, что при дальнейшем воз­растании скорости вращения вдоль экватора звезды обра­зуется острое ребро (рис. 2, стр. 17), из которого начнёт выбрасываться вещество звезды. Для частиц, находящихся

На этом ребре, центробежная сила равна силе притя­жения.

Таким образом, эти частицы становятся «невесомыми» и потому теряют связь со звездой. Это выброшенное вещество и составит, по мнению Роша, то кольцо (рис. 3, стр. 18), которое обратится потом в планету. Так предполагает гипотеза Лапласа. На самом деле, как уже было сказано, выделяющиеся частицы будут постепенно рассеиваться в пространстве и не смогут образовать кольцо.

Но мы теперь знаем, что дело будет происходить таким образом только в том случае, когда звезда имеет очень сильное уплотнение в центре. Если же центральное сгущение не очень велико, то при соответствующем увели­чении скорости вращения звезда, вместо формы, изобра­жённой на рисунке 3, примет грушевидную форму, пока­занную на рисунке 4.

Исследования А. М. Ляпунова доказали, что груше­видная форма вращающейся массы неустойчива. Звезда может иметь такую форму лишь самое короткое время и вслед за этим от неё отделится часть массы (рис. 5). После этого звезда (как бы сбросив с себя тот избы­ток количества вращения, который создавал неустой­чивость) станет вращаться медленнее. Теперь она будет уже в устойчивом состоянии — по крайней мере до тех пор, пока дальнейшее сжатие (вызванное дальнейшим

Охлаждением) не увеличит снова скорость её вращения до критического предела.

Таким образом, в промежутки времени, разделяющие те периоды, когда температура звезды поддерживается ядерной реакцией на постоянном уровне, от звезды будут отделяться массы, из которых в дальнейшем образуются планеты. Так как отделение масс происходит в то время, когда звезда вращается особенно быстро, то к планетам переходит значительная часть общего количества враще­ния. Это находится в полном согласии с указанной выше характерной особенностью нашей планетной си­стемы.

Разработка этой гипотезы только начинается и, ко­нечно, придётся преодолеть ещё очень много трудностей. Нужно, например, показать, что орбиты образовавшихся планет, сначала очень маленькие, могут увеличиться до тех размеров, какие мы наблюдаем в природе. Действие приливов, согласно теории, развитой Джорджем Дарвиным для движения Луны, будет увеличивать орбиты отделив­шихся масс. Но надо ещё показать, что это увеличение будет именно такое, какое нужно для согласования тео­рии с наблюдаемыми фактами.

В самое последнее время академик О. Ю. Шмидт вы­двинул новую космогоническую гипотезу. По своей основ­ной идее она примыкает к катастрофическим гипотезам, 28 так как рассматривает образование планет не как резуль­тат внутренних процессов, сопутствующих нормальному развитию звезды, а как результат воздействия на разви­тие звезды некоторых внешних обстоятельств.

В основе гипотезы О. Ю. Шмидта лежит использование двух недавно открытых фактов: вращения Галактики и на­личия в межзвёздном пространстве огромных скоплений тёмной пылеобразной материи.

Изучение Галактики, т. е. того огромного собрания звёзд, в состав которого входит наше Солнце, дало за последние годы много новых и неожиданных результатов. Оказалось, что сотни тысяч миллионов звёзд, образующих Галактику, обращаются вокруг её центра подобно тому, как планеты обращаются вокруг Солнца. Наше Солнце участвует в этом вращении, совершая оборот вокруг цен­тра Галактики примерно в 200 миллионов лет. Этот центр Галактики, находящийся в направлении созвездия Стрель­ца, скрыт от нас огромными скоплениями тёмной ма­терии.

Предположим теперь, что Солнце, проходя через цент­ральные области Галактики, пересекло облако тёмной материи и своим притяжением захватило часть этой ма­терии. Захваченные частицы будут вращаться вокруг Солнца приблизительно в одной плоскости. Более крупные частицы будут постепенно присоединять к себе более мелкие, пока этот процесс не завершится образованием планет. Сделанные О. Ю. Шмидтом подсчёты показывают, что рассматриваемая гипотеза хорошо объясняет многие свойства нашей планетной системы.

Итак, в настоящее время наука продолжает внима­тельно изучать несколько различных путей образования планет потому, что если некоторые особенности строения нашей планетной системы лучше объясняются одной гипотезой, то другие особенности естественнее вытекают из другой гипотезы. Всё это указывает только на чрезвы­чайную сложность стоящей перед нами задачи и на то, как ещё много труда нужно будет затратить, чтобы окон­чательно решить вопрос о происхождении Земли. Решение этого вопроса зависит, в первую очередь, от расширения наших знаний об окружающей нас Вселенной. Мы только что видели, как недавние открытия в области атомной фи­зики и звёздной астрономии позволили совсем по-новому рассматривать этот вопрос. Но отсюда не следует, что мы должны отложить вопрос о происхождении Земли, ожидая

Дальнейших открытий вместо того, чтобы пытаться решать его при помощи тех средств, которые имеются сейчас в нашем распоряжении. Если бы люди были так терпеливы, то наука никогда бы не возникла.