Глава III
РОЖДЕНИЕ ПЛАНЕТ
В древности были известны пять планет: Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн. Платон полагал, что все светила находятся на сферах, расположенных вокруг Земли. На ближайшей сфере - Луна, далее Солнце, еще дальше остальные планеты и потом звезды. Уже в те далекие времена многие философы считали, что Луна светит отраженным светом Солнца, в то время как Солнце являет собой "чистейший огонь". Заметим, что современник царя Ксеркса греческий философ Анаксагор был уверен, что на Луне есть дома, холмы, долины.
По крайней мере, в отношении холмов и долин Анаксагор не ошибся.
В течение последних двухсот лет были открыты еще три наиболее удаленные от Земли планеты - Уран (1781 год), Нептун (1846 год) и Плутон (1930 год). Плутон настолько далек от Земли, что луч света или радиосигнал идет до него около пяти часов.
Таким образом, солнечное семейство планет состоит из родительского светила и девяти потомков - планет.
Возникает естественный вопрос. Как образовалась эта стройная система небесных тел? Когда она возникла?
Что будет с ней в дальнейшем? Есть ли еще в нашей Галактике подобные системы?
Следует подчеркнуть, что в солнечной системе слишком много закономерных процессов, чтобы она могла возникнуть чисто случайным образом. Каковы же эти закономерности?
Прежде всего планеты, включая астероиды, обращаются вокруг Солнца в одном и том же направлении, а их орбиты лежат почти в одной плоскости, которая называется плоскостью эклиптики. Форма орбит близка к круговой. Более того, плоскости планетных орбит почти полностью совпадают с плоскостью экватора Солнца, которое, в свою очередь, вращается вокруг своей оси в том же направлении, что и планеты.
Это несколько упрощенная, но в целом верная картина солнечной планетной системы. Наука, которая занимается объяснением ее закономерностей, называется планетной космогонией, а вопрос, как могла возникнуть система, подобная солнечной, составляет главную, самую трудную и вдобавок к этому нерешенную проблему космогонии.
По-видимому, одна из самых старых гипотез о возникновении солнечной системы была выдвинута шведским ученым и богословом Э. Сведенборгом и развита знаменитым немецким философом И. Кантом в его очерке "Общая естественная история неба или теория устройства мироздания", который был опубликован в 1755 году.
Следуя идеям Сведенборга, Кант предположил, что до образования планет и Солнца существовала огромная рассеянная туманность (у астрономов принято говорить, диффузная туманность). Эта туманность обязательно должна была вращаться, чтобы из нее могло возникнуть центральное тело - Солнце и планеты. Конечно, прав был "сторонник" движения Диоген и ошибался Платон, утверждавший, что движения нет.
Кант не сумел правильно объяснить причину вращения первичной туманности. Он предполагал, что сначала туманность была неподвижной, а движение ее возникло из местных "локальных" вращений. Но если по какой-то причине и появлялись местные вращения, то половина их должна была быть направлена в одну сторону, например, по часовой стрелке, а половина - в другую. Поэтому местные вращения никогда не могли послужить причиной возникновения общего вращения туманности.
Через 40 лет после выхода в свет очерка Канта великий французский математик П. Лаплас в дополнении к "Изложению системы мира" ввел принципиальное предположение о том, что первичная туманность с самого начала медленно вращалась. Знаменитая книга Лапласа вышла в 1796 году.
Лаплас считал, что туманность была изначально горячей. По мере охлаждения она сжималась, а скорость ее вращения росла. С увеличением скорости вращения возрастали центробежные силы на экваторе туманности, что в конце концов привело к расслоению на кольца.
Из колец впоследствии образовались планеты и спутники.
Такова в самых общих чертах гипотеза Канта - Лапласа. Эта схема хорошо объясняла, почему все планеты движутся в одном направлении и в одной плоскости. Вот поэтому в течение долгого времени теория Канта - Лапласа было общепринятой.
Однако эта стройная теория имела свои слабые стороны, которые отчетливо проявились к середине XIX века. В 1859 году Максвелл математически доказал, что превращение кольца в планету невозможно. Дополнительно к этому оказалось, что Солнце и планеты по схеме Канта - Лапласа должны вращаться совсем не так, как это происходит в действительности.
Здесь речь идет о так называемом угловом моменте вращающегося тела, который определяет полное количество вращательного движения. Оказалось, что Солнце обладает лишь 2 процентами от общего углового момента солнечной системы, а около 98 процентов приходится на долю планет-гигантов.
Почему львиная доля углового момента приходится именно на планеты, хотя их общая масса составляет около 0,001 массы Солнца? С этой задачей теория Канта - Лапласа справиться не могла.
Естественно, что ученые стали искать другие возможные пути возникновения нашей солнечной системы.
Появились идеи о так называемом катастрофическом образовании солнечной системы (здесь намеренно дается достаточно подробный исторический материал, чтобы читателю яснее стала грандиозная сложность проблемы образования солнечной системы).
Итак, гипотезы, связанные с катастрофой. Предположим, что миллиарды лет назад какая-то массивная звезда прошла сравнительно недалеко от молодого Солнца.
Что же могло произойти во время такого сближения?
Подобно океанским приливам, происходящим в системе Земля - Луна, приближение массивной звезды вызывало грандиозные приливы в огненной атмосфере Солнца. Высота этих приливов достигала многих тысяч километров. И, наконец, в точке максимального сближения произошла великая космическая катастрофа. Огромный поток вещества вырвался из Солнца и образовал сигарообразную нить раскаленного газа, которая впоследствии распалась на капли, подобно тому как облако пара, остывая, образует отдельные капли воды. Конечно, некоторая часть потока могла быть захвачена проходящей звездой, но часть вещества осталась в сфере гравитационного воздействия Солнца, и именно из этой части и образовались планеты.
Теорию катастроф обычно связывают с именем знаменитого английского астронома Д. Джинса, однако еще раньше профессор Т. Чемберлин выдвинул планетезимальную гипотезу, согласно которой крупные сгустки вещества выбрасывались во время извержений с поверхности Солнца, усиливающихся при сближении с другой звездой.
Выброшенное из Солнца вещество быстро остывало.
Из него возникало большое число отдельных тел, планетезималей, двигающихся независимо друг от друга по самостоятельным орбитам вокруг Солнца. Затем при столкновениях этих тел возникали зародыши планет, еще более крупные тела, которые притягивали к себе другие планетезимали, и в конце концов ооразовались планеты.
Таковы в двух словах основные идеи, заложенные в теорию катастроф.
Но и здесь ученым пришлось столкнуться с фатальными препятствиями. Объяснить существующее в солнечной системе распределение углового момента можно, лишь предположив, что Солнце и звезда не прошли рядом, на расстоянии двух-трех миллионов километров друг от друга, а столкнулись! Возможно ли это?
В принципе да. Но вероятность такого события ничтожна. И тогда, если мы будем стоять на позиции теории катастроф, наша солнечная система представляет редчайшее исключение во Вселенной.
Сэр Д. Джине вычислил вероятность столкновения одной звезды с другой и нашел, что каждая звезда "имеет право" на столкновение один раз за 6-Ю17 лет, а возраст Вселенной "всего" около 1010 лет.
Эти цифры, конечно, сильный, но не решающий аргумент против теории катастроф. Вряд ли позиция, согласно которой маловероятное явление исключается из сферы рассмотрения, логична. Либо мы должны найти более приемлемое и правдоподобное объяснение какомулибо событию, либо любая, даже крайне невероятная гипотеза имеет право на существование и должна играть роль рабочей модели.