Проблемы происхождения и эволюции
Солнечной системы и Земли
Существует несколько различных гипотез о происхождении Солнечной системы и планеты Земля. Пожалуй, здесь следует начать с гипотезы французского естествоиспытателя Жоржа Бюффона (1707–1788). В своей книге «Естественная история» он высказал идею, что Земля и другие планеты образовались из осколков, оторвавшихся от Солнца при его катастрофическом столкновении с кометой. Гипотеза Бюффона не подтверждалась ни фактами, ни расчетами и была чисто умозрительной. Так Бюффон, например, не имел каких – либо представлений о массах комет, которые очень малы.
Более подробно и шире проблема образования и развития Солнечной системы была рассмотрена в работе Иммануила Канта «Общая естественная история и теория неба» (1755) и в работе Пьера Лапласа «Изложение системы мира» (1796).
Согласно гипотезе Канта вначале мир находился в самом примитивном состоянии; все было равномерно заполнено неподвижными и твердыми частицами. Частицы первичного хаоса неподвижны, но уже в первые мгновения под действием сил тяготения у него появляется стремление к формированию. Более массивные частицы притягивают менее массивные, вследствие чего образуются отдельные сгустки материи. Вследствие столкновения частиц происходит постепенное образование звездных и планетных систем. Недостатком гипотезы Канта можно считать то, что введенные им силы отталкивания (взаимное расталкивание молекул при их соударениях) не могли породить кругового движения. Для появления такого кругового движения в первоначальной туманности уже должно было существовать вращение.
В своей работе «Изложение системы мира» П.Лаплас перечисляет пять основных особенностей Солнечной системы, которые должна объяснить теория:
1) планеты обращаются вокруг Солнца в одном направлении и приблизительно в одной плоскости;
2) спутники движутся вокруг своих планет в том же направлении, что и планеты вокруг Солнца;
3) вращение всех планет и Солнца вокруг своих осей происходит в ту же сторону, и плоскости их экваторов имеют слабый наклон к плоскостям их орбит;
4) эксцентриситеты орбит планет и спутников очень малы;
5) орбиты комет, наоборот, имеют большие эксцентриситеты и любые углы наклона к плоскости эклиптики.
Согласно гипотезе Лапласа, раньше на месте Солнечной системы была сильно разогретая туманность, которая медленно вращалась вокруг оси, проходящей через ее центр. Вследствие охлаждения туманность сжималась, а ее угловая скорость вращения увеличивалась. Центробежная сила, действующая на частицы, имела наибольшее значение в экваториальной плоскости. Когда центробежная сила превышала силу тяготения, то вещество отрывалось от туманности, продолжая вращаться в том же направлении и образуя кольца вещества. Затем каждое из колец распадается, образуя сгустки вещества, которые впоследствии образовали планеты.
Гипотеза Лапласа позволила объяснить ряд закономерностей в Солнечной системе, но имела и целый ряд принципиальных недостатков, которые не позволили войти ей в ряд допустимых гипотез. Так, еще при жизни Лапласа было установлено, что Венера вращается в обратную сторону, спутник Марса – Фобос делает один оборот вокруг планеты втрое быстрее, чем сама планета вокруг своей оси, Уран вращается в обратную сторону «лежа на боку» и др. Но самое главное состояло в том, что гипотеза Лапласа не могла объяснить распределение момента импульса в Солнечной системе, т.е. ответить на вопрос: «Почему планеты, масса которых около 0,15 % массы Солнца, имеют 98 % момента импульса?», или другими словами: «Почему Солнце вращается слишком медленно?».
В 1900 году вышла статья двух американских ученых: астронома Фореста Рея Мультона (1872–1952) и геолога Томаса Кроудера Чемберлина (1843–1928), где были отмечены недостатки гипотезы Лапласа, в частности, несоответствие в распределении момента импульса. В 1905 году ими была предложена новая гипотеза, в основе которой лежит предположение о том, что момент импульса планет был принесен извне, например, из-за сближения Солнца с какой – либо другой звездой. Недостатком этой гипотезы явилось то, что она не позволила объяснить происхождение спутников планет, ориентацию их орбит в пространстве и ряд других особенностей Солнечной системы. В дальнейшем эта гипотеза была несколько переработана английским астрономом и геофизиком Хэролдом Джеффрисом (род. в 1891), американским астрофизиком Генри Норрисом Ресселом (1877–1957) и др. Так, Рессел предполагал, что перед «встречей» Солнце было двойной звездой и имело спутника значительно меньше себя, который вращался вокруг него на расстоянии, сравнимом с расстоянием до больших планет. Столкновение с проходящей звездой (или, может быть, тесное сближение) разбило этот спутник на осколки, которые развились в теперешние планеты.
В отличие от гипотез И. Канта и П. Лапласа эти гипотезы носили катастрофический характер. Сами гипотезы Канта и Лапласа принадлежат к числу небулярных гипотез, т.е. исходят из создания естественной, постепенно развертывающейся во времени и пространстве картины образования Солнечной системы. К числу современных небулярных гипотез происхождения Солнечной системы принадлежит гипотеза советского математика, геофизика и астронома Отто Юльевича Шмидта (1891–1956), согласно которой образование планет Солнечной системы происходит из холодного газопылевого облака, окружающего Солнце. В настоящее время разрабатываются небулярные гипотезы происхождения планетной системы с учетом влияния магнитных полей (это делалось еще в 1946 году шведскими астрономами Альвеном и Аррениусом), конвективно-турбулентных движений вещества протопланетного облака и др.
ГЛАВА 4.