Как произошли Земля и другие небесные тела


Откуда взялись Земля, Солнце, Луна и звезды? Всегда ли они были такими, какими мы их сейчас видим?

Люди интересовались этими вопросами с давних пор, но правильно ответить на них было очень трудно, потому что для этого надо сначала узнать, что же эти светила собой представляют и как они движутся.

В древности служители культа — жрецы объявляли себя всезнающими. Они придумали легенды о происхождении мира. В разных странах и в разное время эти легенды были различны, но во всех этих легендах высказывалась одна и та же мысль: мир создан сразу, целиком, по воле сверхъестественных сил — богов — и с тех пор не изменяется, а существует таким, каким мы его видим.

Образование солнечной системы по гипотезе Лапласа.
Образование солнечной системы по гипотезе Лапласа.

В эти легенды люди верили, потому что не знали действительных причин многих явлений природы. Ведь только в XVIII в. был открыт великий закон природы о сохранении вещества и энергии его движения. Может меняться только состояние веществ: например, водяной пар превращается в воду или вода превращается в лед. То же касается энергии движения: например, энергия движения воды на Днепрогэсе превращается в электричество, которое приводит в движение машины, освещает квартиры и улицы города и т. д. Движение не уничтожается, оно только меняет свою форму.

Не понимая и не зная этого, но наблюдая, как человек своим трудом может создавать разные предметы, люди считали, что и весь мир сделан каким-то существом, но, конечно, существом необычайно могущественным. Так и возникли различные легенды и религиозные мифы о сотворении мира.

Но постепенно накоплялись знания о строении солнечной системы и звездного мира. Эти знания и послужили основой для создания научных гипотез о происхождении небесных тел.

Научное предположение о происхождении Земли и других небесных тел впервые выдвинул немецкий философ И. Кант. Это было в 1755 г. В конце того же века, не зная ничего о мыслях Канта, к сходному же заключению пришел выдающийся французский ученый Лаплас. Поэтому часто говорят о научной гипотезе (т. е. о научном предположении) Канта и Лапласа, хотя в их воззрениях было немало существенных различий.

Кант и Лаплас обратили внимание на то, что Солнце горячее, а Земля холодная и по своему размеру много меньше, чем Солнце. В то же время Земля — лишь одна из планет. Все планеты обращаются вокруг Солнца почти по окружностям, в одну и ту же сторону и почти в одной и той же плоскости. Это составляет основные отличительные черты солнечной системы, которые должны быть объяснены в первую очередь.

Кант и Лаплас утверждали следующее: все в природе непрерывно изменяется, развивается (иначе — эволюционирует). И Земля и Солнце раньше не были такими, какие они сейчас; было время, когда составляющее их вещество существовало совсем в другом виде.

Лаплас обосновал свою гипотезу более подробно и убедительно. Как же он представлял себе возникновение солнечной системы?

Когда-то, говорил Лаплас, солнечной системы не было, а была первичная разреженная и раскаленная газовая туманность с уплотнением в центре. Она медленно вращалась, и размеры ее были больше, чем поперечник орбиты самой удаленной от Солнца планеты.

Притяжение частичек туманности друг к другу — притяжение, свойственное всем телам,—приводило к сжатию туманности, к уменьшению ее размеров. По известному из опытов закону механики, при сжатии вращающегося тела скорость его вращения возрастает.

Вы можете в этом убедиться сами. Сядьте на легко вращающуюся табуретку у пианино и вертитесь, держа в вытянутых руках какую-либо тяжесть. Если затем вы прижмете руки к груди, то вращение ваше ускорится.

Но когда тело вращается быстрее, возрастает центробежная сила. Например, если вы вращаете камень, привязанный к веревке, слишком быстро, веревка может лопнуть, и камень оторвется.

Так и при вращении туманности большое количество частичек на ее экваторе (вращающихся быстрее, чем у полюсов) отрывалось, или, точнее, отслаивалось, от нее. Вокруг туманности возникало вращающееся кольцо. Вместе с тем туманность, круглая вначале, вследствие центробежной силы сплющивалась у полюсов и становилась похожей на линзу. По этой же причине сплющивается стальной обруч, надетый на ось и вращающийся на центробежной машине.

Образование солнечной системы по гипотезе О. Ю. Шмидта.
Образование солнечной системы по гипотезе О. Ю. Шмидта.

Все время сжимаясь и ускоряя свое вращение, туманность отслаивала от себя кольцо за кольцом, которые вращались в одну и ту же сторону и в одной и той же плоскости.

Но газовые кольца не могли быть везде одинаково плотными. Наибольшее из сгущений в каждом кольце постепенно притягивало к себе остальное вещество кольца. Так каждое кольцо превращалось в один большой газовый клубок, вращавшийся вокруг своей оси. После этого с ним повторялось то же, что с огромной первичной туманностью: он превращался в небольшой шар, окруженный кольцами, опять сгущавшимися в небольшие тела. Последние, охладившись, становились спутниками больших газовых шаров, обращавшихся вокруг Солнца и после затвердения превратившихся в планеты. Наибольшая часть туманности сосредоточилась в центре; она не остыла до сих пор и стала Солнцем.

Гипотеза Лапласа была научной, потому что она основывалась на законах природы, известных из опыта. Законы тяготения и центробежной силы действительно существуют в природе.

Однако после Лапласа были открыты новые явления в солнечной системе, которые его теория не могла объяснить. Например, оказалось, что планета Уран вращается вокруг своей осп не в ту сторону, куда вращаются остальные планеты. Были лучше изучены свойства газов и особенности движения планет и их спутников. Эти явления также не согласовались с гипотезой Лапласа, и от нее пришлось отказаться.

Развитие науки привело к более точному и глубокому знанию природы.

На смену гипотезе Лапласа выдвигались другие объяснения происхождения солнечной системы. При этом некоторые ученые за рубежом, так или иначе связанные с религией, нередко предлагали такие гипотезы, которые по возможности были согласованы с религиозными представлениями о сотворении мира.

Такие гипотезы в противоположность гипотезам научным, материалистическим, не двигают науку вперед, а ведут ее в тупик. Материалистическая наука утверждает, что вещество существует вечно и вечно развивается без вмешательства несуществующих божеств.

Опровергая псевдонаучные гипотезы, советские ученые наряду с прогрессивными учеными других стран упорно работают над решением труднейшего вопроса о происхождении солнечной системы и Земли.

Известный советский ученый академик О. Ю. Шмидт предложил гипотезу, в разработке которой приняли участие научные сотрудники Геофизического института Академии наук СССР и другие советские ученые. В своей гипотезе О. Ю. Шмидт, основываясь на ряде данных науки, пришел к выводу, что Земля и планеты никогда не были раскаленными газовыми телами, подобными Солнцу и звездам, а должны были образоваться из холодных, твердых частиц вещества.

Если допустить, что некогда вокруг Солнца существовало колоссальное облако из газа и пыли, то в дальнейшем, по расчетам 0.10. Шмидта и его сотрудников, должно было происходить следующее: бесчисленные частички при своем движении сталкивались бы друг с другом и потому стремились двигаться так, чтобы не мешать друг другу. А для этого нужно, чтобы все их пути расположились почти в одной плоскости и стали круговыми. Вращаясь вокруг Солнца по окружностям различного размера, частички уже не станут сталкиваться друг с другом.

При этом направление вращения в какую-либо определенную сторону со временем начнет преобладать, и в конце концов все частички станут вращаться в одну и ту же сторону.

Так вместо первоначального беспорядочного движения частиц возникнет стройное движение их всех в одном направлении. А это значит, что и все газово-пылевое облако станет вращаться в одном определенном направлении. Если же у частичек вначале не оказалось бы такого направления, по которому вращалось большинство их, то из них планеты образоваться не могли бы.

Но в результате столкновений частичек при первоначальном беспорядочном движении энергия их движения частично переходила в тепло и рассеивалась в пространство. До некоторой степени сходно с этим теряет свою энергию движения (т. е. уменьшает свою скорость) ружейная пуля, нагревающаяся при преодолении сопротивления воздуха.

Потеря движения сталкивающихся частичек, как показывают расчеты, вела к тому, что шарообразное облако постепенно сплющивалось и наконец стало по форме похожим на блин.

Образование солнечной системы по гипотезе О. Ю. Шмидта.
Образование солнечной системы по гипотезе О. Ю. Шмидта. На схеме показано постепенное уплотнение метеоритно-пылевой туманности вокруг Солнца.

Но, когда частички приблизились к одной плоскости, расстояния между ними стали меньше и они начали заметно притягивать друг друга. Они объединялись, уплотнялись, причем особенно быстро росли в размере и в весе крупные частички. Они и притягивали к себе сильнее и столкнуться с ними было легче.

Постепенно большая часть пылинок в блиноподобном облаке таким путем собралась в несколько гигантских комков вещества, которые стали планетами. Ком—будущий Юпитер «пожирал» страшно много вещества со стороны, ближайшей к Солнцу, и мешал частичкам соединиться вместе: он притягивал их к себе. По другую же сторону от будущего Юпитера, дальше от Солнца и от Юпитера, образовался вскоре другой крупный ком — будущий Сатурн, который соперничал с «зародышем» Юпитера в поглощении мелких частиц.

Поэтому рядом с Юпитером, ближе к Солнцу, не возникло большой планеты, а образовалось много мелких и разрозненных: возникли астероиды, или малые планеты.

Впрочем, они могли образоваться и в результате того, что возникшая все же здесь сравнительно небольшая планета по какой-то причине распалась на части. Так, по крайней мере, предполагают некоторые ученые.

О. Ю. Шмидту удалось рассчитать, что в середине планетной системы должны были возникнуть самые крупные планеты, а ближе к Солнцу — более мелкие и далее всего от него — тоже мелкие, такие, как Плутон. За Плутоном мы уже едва ли откроем крупные планеты, подобные Юпитеру и Сатурну. Чем больше возникающая планета, тем больше вещества она должна вобрать в себя из «окрестностей». Эта гипотеза позволила О. Ю. Шмидту, а потом В. Г. Фесенкову и другим ученым теоретически обосновать существующие расстояния планет от Солнца и расстояния между планетами, что раньше сделать никому из астрономов не удавалось.

Точно также О. Ю. Шмидту впервые удалось доказать расчетами, что при косом падении частичек на зародыши планет последние станут вращаться непременно в ту же сторону, в какую они обращаются вокруг Солнца, как это и есть в действительности. Только для самых далеких планет вращение под действием косых ударов может принять обратное направление.

Зародыши планет, особенно крупных, должны были окружаться скопищами мелких частиц (т. е. облаками пыли и газа), из которых возникали спутники планет — их луны, подобно тому как сами планеты возникали из газово-пылевого облака, окружавшего Солнце.

При собирании пыли и газа в планеты происходило одно важное явление, о котором раньше тоже не догадывались. Советские ученые нашли, что вследствие нагревания Солнцем пылинок из них выделялись газы. Наиболее легкие и летучие из них, в особенности водород, рассеивались в пространство навсегда, чему помогало давление солнечных лучей, точно так же как солнечные лучи отталкивают газовые частицы кометных хвостов. Но так было лишь вблизи Солнца, которое прогревало толстый слой пыли до некоторой глубины.

Дальше, где находится Юпитер, солнечные лучи не проникали сквозь толстый слой пыли в блинообразное облако, и там водород уцелел. При сильном холоде, который был в этой части облака, водород намерзал на пылинках, оседал на них, подобно инею, покрывающему на рассвете в осеннее утро холодную поверхность камней.

Поэтому в состав планет, формирующихся вблизи Солнца, например в состав Земли, водород почти не вошел, а вдали от Солнца гигантские планеты, наоборот, оказались очень богатыми водородом. Поэтому в среднем вещество, из которого состоят дальние планеты, гораздо легче, чем вещество планет, близких к Солнцу.