Вам, земляне
(Издание второе, переработанное) - Зигель Феликс Юрьевич - Страница 33

Более существенно то, что осталась непонятной главная особенность Солнечной системы — «неестественное» распределение момента количества движения между Солнцем и планетами. Солнце вращается вокруг оси очень медленно, и потому из общего «запаса движения» (т. е. момента количества движения) Солнечной системы на его долю приходится лишь 2 %. Откуда у планет остальные 98 % «запаса движения» — неясно.

Для расслоения Земли на тяжелое ядро и более легкие внешние оболочки требуется, чтобы вязкость первичного ее вещества (а значит, и ее температура) была значительной. Расчеты показывают, что одна радиоактивность такой разогрев дать не может. Последователи О. Ю. Шмидта (в частности, В. С. Сафронов) полагают, что на первичную Землю падали тела астероидных размеров (до 1000 км в поперечнике) и их удары разогрели внешние слои первичной Земли до 1500 °C.

Надо заметить, что это объяснение малоубедительно. Во-первых, оно количественно пока плохо обосновано, а во-вторых, неясно, откуда взялись бомбардирующие Землю тела астероидных размеров, если Земля и планеты уже в основном сформировались, т. е. вещество «протопланетного» облака было исчерпано.

В гипотезе Шмидта Солнцу отводилась в основном чисто механическая роль — динамического центра Солнечной системы. Между тем в настоящее время почти все космогонисты пришли к выводу, что происхождение Земли и планет следует рассматривать в тесной связи с происхождением Солнца.

Совместно с Солнцем

В 1960 г. акад. В. Г. Фесенков, много лет работавший в области космогонии, предложил гипотезу, существенно отличающуюся от гипотезы Шмидта. По мнению В. Г. Фесенкова, планеты должны были сформироваться одновременно с Солнцем из одного газово-пылевого облака при его постепенной конденсации. Конденсируясь в компактное тело, Земля должна была постепенно разогреваться за счет уменьшения потенциальной энергии при этом терять легкие газы своей атмосферы. Подобная потеря вещества происходила и при эволюции других планет, поэтому, как считал В. Г. Фесенков, современные планеты представляют собой лишь ядра первичных огромных «протопланет», растерявших при разогревании и по другим причинам основную часть своей массы.

Эта гипотеза не была подкреплена какими-либо расчетами, а основная идея была заимствована В. Г. Фесенковым у американского астрофизика Ф. Уиппла, который еще в 1948 г. опубликовал гипотезу, где рождение Солнечной системы рассматривалось как результат конденсации глобулы — огромного шаровидного пылевого облака. Такие объекты с поперечником от 10 до 35 тыс. астрономических единиц (а. е.) действительно наблюдаются на фоне некоторых газово-пылевых туманностей. Однако совершенно неясно, могут ли глобулы сгущаться в звезды и планеты. Для того чтобы пылевая туманность начала сгущаться, она должна иметь вполне определенные массу, плотность, температуру и другие физические параметры. Расчеты последних лет показали, что лишь в исключительных случаях при высокой плотности в пылевом облаке начнется процесс конденсации. Известные астрономам газово-пылевые туманности соответствующими свойствами не обладают.

Как уже отмечалось, Солнце вращается очень медленно, а основной «запас движения» в Солнечной системе приходится на долю планет. Чтобы объяснить этот факт, некоторые современные космогонисты (английский астрофизик Ф. Хойл и другие) привлекли к объяснению происхождения Солнечной системы электрические и магнитные силы. При этом они предполагали, что планеты когда-то отделились от Солнца — старая идея, подкрепленная некоторыми фактами из современной звездной астрономии.

Дело в том, что гигантские горячие звезды, массы которых в десятки раз больше солнечной, вращаются так быстро, что точки на их экваторе движутся со скоростью 300–500 км в секунду (для Солнца эта скорость близка всего к 2 км в секунду). Менее горячие и массивные звезды вращаются медленнее, и это убывание скорости вращения происходит непрерывно и постепенно вплоть до желтовато-белых звезд с температурой поверхности около 8000 °C. А дальше — резкий скачок: у звезд типа Солнца и более холодных экваториальные скорости сразу становятся очень малыми, порядка нескольких километров в секунду. При этом такие важные характеристики звезд, как температура поверхности, светимость и масса, продолжают меняться от одного класса звезд к другому медленно и постепенно. Что же вызвало скачок?

Так как быстро вращающиеся желтовато-белые звезды лишь немного горячее Солнца, но имеют почти такую же массу, как Солнце, можно думать, что скачок во вращении вызван тем, что у звезд типа Солнца есть планеты, которые при малой массе, но зато больших радиусах орбит несут на себе основную долю момента количества движения. Действительно, несложный подсчет показывает, что если бы все планеты Солнечной системы упали на Солнце, оно стало бы вращаться с экваториальной скоростью около 100 км в секунду, т. е. как раз с такой же, какая наблюдается у желтовато-белых звезд!

Но если планеты на самом деле когда-то отделились от Солнца, то что затормозило Солнце и перевело основной «запас движения» на планеты? На этот вопрос дает ответ гипотеза Ф. Хойла, опубликованная им в 1960 г. Представим себе Протосолнце — быстро вращающуюся вокруг оси в ту отдаленную эпоху еще совсем молодую звезду. Если она по каким-либо причинам постепенно сжималась (рис. 30), то скорость ее вращения непрерывно возрастала.

Рис. 30. Образование планет по Ф. Хойлу. Показано расположение магнитных силовых линий внутри протопланетного облака.

В конце концов наступила эпоха ротационной неустойчивости, когда под действием центробежных сил с экватора Протосолнца (его радиус был тогда равен радиусу орбиты Меркурия) началось истечение вещества, которое образовало «протопланетное» облако, имевшее форму сплющенного диска.

Допустим, что Протосолнце, сгустившееся газово-пылевой туманности, обладало сильным магнитным полем, вещество «протопланетного» облака хотя бы частично содержало ионизированный газ. В таком случае в этом газе возникало собственное магнитное поле, взаимодействующее с магнитным полем Протосолнца. В результате между диском и центральным сгущением (будущим Солнцем) установилось сильное магнитное «сцепление», вследствие которого вещество диска удалилось от центра, распространяясь на всю Солнечную систему, а Протосолнце, теряя момент, продолжало сжиматься и в конце концов превратилось в современное медленновращающееся Солнце.

Таким образом, по Ф. Хойлу, магнитное торможение вращающегося Протосолнца окружающей его туманностью привело к переходу момента количества движения от Протосолнца к облаку, а значит, и к сгустившимся из него планетам. Однако эта остроумная схема, объясняющая одну из главных загадок Солнечной системы, сама нуждается в солидном обосновании.

Расчеты показывают, что у горячих звезд атмосфера охвачена интенсивной конвекцией, и магнитное поле при этом располагается почти целиком внутри звезды. Значит, если Протосолнце было горячо, намагнитить «протопланетное» облако оно не могло. Если же оно было холодным, то облако «раскручивалось» магнитным полем звезды столь быстро, что протопланетный диск просто не успевал сформироваться и не смог принять на себя основной доли момента количества движения.

Гипотезы о совместном возникновении Солнца и планет в последнее время предложили также А. Камерон, Э. Шацман и другие астрофизики. Но и их объяснения страдают теми же недостатками, что и гипотеза Ф. Хойла. Сам механизм отделения планет от Протосолнца остается физически необоснованным, как, впрочем, и процесс сгущения газово-пылевого облака в Протосолнце. Может быть, планеты и сформировались совместно с Солнцем, но как именно это произошло, пока никто не знает.

«Горячее» рождение Земли

Может быть, Земля и планеты родились в итоге какого-нибудь катастрофического события?