Вопрос возникновения планет солнечной системы — один из основных вопросов космогонии, того отдела астрономии, который изучает образование и развитие туманностей, звёзд и других миров вселенной.
Ещё в XVIII столетии философ Кант и математик Лаплас занялись этим вопросом. В своих гипотезах (научных предположениях) они пытались объяснить возникновение планет, часто основываясь на законах механики, без всякого вмешательства сверхъестественных сил.
Это был важный шаг вперёд на пути к материалистическому пониманию природы. Энгельс высоко расценивал космогонию Канта. В «Диалектике природы» он пишет: «В 1755 г появилась „Всеобщая естественная история и теория неба“ Канта Вопрос о первом толчке был устранён; земля и вся солнечная система предстали как нечто ставшее во времени» Здесь под словами «о первом толчке» Энгельс разумеет божественный творческий акт.
В эпоху Канта его космогоническая гипотеза была прогрессивной, но сейчас она имеет лишь историческое значение.
Гипотеза Лапласа была общепризнанной в течение всего XIX столетия. Лаплас полагал, что некогда Солнце было значительно больше, чем теперь. Оно было в те времена не звездою, а туманностью, газовым облаком. Медленно} вращаясь, оно постепенно охлаждалось и сгущалось. По мере сжатия этого первичного Солнца скорость его вращения должна была увеличиваться и, следовательно, центробежная сила у его экватора возрастала. В результате от экватора этой вращающейся туманности или Солнца должны были постепенно отделяться газовые кольца, из которых впоследствии и образовались планеты.
Однако против этой гипотезы позднее было выдвинуто немало возражений.
В начале XX века появилась и получила широкое распространение космогоническая гипотеза английского учёного Джинса. По этой гипотезе Солнце в очень отдалённые от нас времена претерпело катастрофу в результате прохождения около него более массивной звезды. Силой своего тяготения эта звезда оторвала от Солнца гигантскую струю раскалённого вещества. В дальнейшем раскалённый газовый сгусток распался на отдельные части, которые, остыв, превратились в планеты.
Джинс был идеалистом и богоискателем. В своей книге «Вселенная вокруг нас» он говорит совершенно откровенно о «персте бога», волнующем эфир и тем самым якобы создающем новые атомы во вселенной.
Гипотеза Джинса была опровергнута работами других учёных. Из числа этих работ большой интерес представляет исследование советского астронома Н. Н. Парийского.
Произведя точные расчёты, он доказал, что большая часть вырванного из Солнца вещества должна была либо улететь вместе со звездой, либо упасть обратно на Солнце, либо рассеяться в пространстве. Из оставшейся части вещества могли образоваться планеты, но они были бы расположены значительно ближе к Солнцу, чем находятся планеты солнечной системы в действительности.
Новые, более совершенные космогонические гипотезы о происхождении солнечной системы разработаны теперь в нашей стране. Эти гипотезы основаны на фактах, открытых астрономами в последнее время.
Согласно гипотезе академика О. Ю. Шмидта Земля и планеты возникли из гигантского облака космической пыли и газа, окутывавшего некогда наше Солнце. Облако имело сплюснутую форму, напоминая толстую лепёшку.
Фотографии Млечного Пути показывают в нём ряд тёмных областей, так называемых тёмных туманностей. Эти тёмные области представляют собой скопления не только твёрдых частиц, но и газов, которые поглощают свет расположенных за ними звёзд, вследствие чего выглядят на фотографиях чёрными.
Гипотеза академика Шмидта утверждает, что Солнце, двигаясь в недрах Галактики, своим мощным тяготением могло захватить часть подобного облака.
Мелкие пылинки и более крупные частицы с примесью газов (водорода, метана, углекислоты и др.), из которых состояло облако, обращались вокруг Солнца по различным орбитам. При таком движении частицы неизбежно сталкивались друг с другом. При каждом столкновении энергия движущихся частиц превращалась в теплоту, а частицы теряли свою скорость. Такой процесс вёл к уплотнению пылевой части облака. Облако всё больше сплющивалось и сжималось, уменьшалось в объёме. Сталкиваясь друг с другом, частицы иногда дробились, но чаще объединялись; это происходило особенно часто в момент столкновения частиц, различных по величине. Крупные притягивали к себе мелкие и всё больше увеличивались в размерах. В результате такого процесса, продолжавшегося многие миллионы лет, и образовались планеты.
О. Ю. Шмидт подсчитал возраст образовавшейся таким путём Земли. Оказалось, что Земле около 6 миллиардов лет. Это не противоречит другим фактам, которые мы знаем о Земле.
Первое время планеты «росли» очень быстро, потом их «рост» замедлился, а в настоящее время уже почти закончился.
Так было и с Землёй. Когда земной шар увеличивался в размерах, в его недрах начались новые сложные явления. Под влиянием радиоактивных процессов, сопровождающихся выделением тепла, недра Земли стали разогреваться. Это повлекло за собой выделение газов и водяных паров, которые, выходя на поверхность, дали начало воздушной оболочке и океанам Земли.
Вещество Земли при этом размягчалось и становилось более вязким. Началось расслоение лёгких и тяжёлых веществ. Более тяжёлые опускались вниз, к центру Земли, более лёгкие «всплывали» кверху.
Гипотеза академика Шмидта довольно подробно разработана и во многом убедительна. Так, например, хорошо объясняются этой гипотезой закономерности в расположении планет вокруг Солнца. Однако есть в ней и спорные положения. Не все факты, известные о строении нашей солнечной системы, с ней согласуются.
Другой интересной космогонической гипотезой является гипотеза академика В. Г. Фесенкова. Он считает, что Солнце и планеты образовались одновременно из газо-пылевой туманности.
В период своего образования, — полагает В. Г. Фесенков, — Солнце было в 8—10 раз массивнее, чем теперь, и быстро вращалось вокруг своей оси, резко сокращаясь в размерах. Это привело к тому, что Солнце оказалось окружённым достаточно плотным облаком, состоящим из газа и пыли. Из этого облака со временем и образовались планеты, причём первой возникла самая далёкая из планет солнечной системы — Плутон, за ней Нептун и т. д.
Эта гипотеза хорошо объясняет многие закономерности, наблюдаемые в солнечной системе. Так, например, академик В. Г. Фесенков, исходя из своей гипотезы, показал, что планеты с большей массой, такие, как Юпитер и Сатурн, должны вращаться быстрее, чем планеты менее массивные. А именно это мы и наблюдаем в действительности.
Какая же из гипотез правильна?
Прежде чем ответить, мы должны уяснить себе, что вопрос о происхождении небесных тел, в частности о происхождении планет нашей солнечной системы, — это вопрос исключительно сложный. Многое ещё предстоит учёным выяснить, прежде чем будет дан достаточно полный и убедительный ответ о том, как же произошли Земля и другие планеты. Пока же можно сделать такой вывод: надо думать, что образование планет шло из газо-пылевого облака. С этим согласно теперь большинство учёных. Но как именно шёл этот процесс? Каково происхождение самого протопланетного облака? Решить эти вопросы — задача науки. Детали грандиозного процесса планетообразования нам пока ещё не ясны. Но мы твёрдо знаем, — то, что ещё не раскрыто сегодня, станет известным завтра.
А теперь скажем о том, что ожидает планеты и Землю в будущем. Нас, обитателей Земли, не может не интересовать этот вопрос. Мы знаем, что жизнь на планетах солнечной системы зависит прежде всего от Солнца. Но не будет ли Солнце со временем охлаждаться? И как долго оно сможет светить так же ярко, как сейчас, излучать столько же тепла?
Астрономия говорит нам, что наше Солнце — звезда ещё сравнительно «молодая». В настоящее время оно ещё заметно не охлаждается и так будет продолжаться ещё очень долго. В течение многих миллиардов лет планеты будут получать от Солнца примерно столько же тепла и света, как и в настоящее время. Ничтожно мало по сравнению с этими гигантскими сроками время, прожитое человечеством. Но не грозит ли нам опасность с другой стороны? Ведь не только от деятельности Солнца зависит будущее планет.
Мощная сила тяготения Солнца удерживает планеты на их орбитах. Мы можем утверждать, что солнечная система не распадается из-за силы тяготения Солнца, действующей на всех членов нашей планетной семьи.
Говоря об устойчивости планетной системы, следует отметить, что Солнце по массе превышает Землю более чем в 300 000 раз. Именно благодаря тому, что 99,86 процента всей массы солнечной системы сосредоточено в самом Солнце, оно главенствует среди планет, их спутников, астероидов и метеоров, направляет, упорядочивает их движение. Если бы планеты были сравнимы по своим массам с Солнцем, устойчивость солнечной системы была бы весьма сомнительной.
Но действие закона тяготения в солнечной системе не исчерпывается влиянием Солнца на движение планет. Между планетами, их спутниками, астероидами существует взаимное притяжение. Правда, это взаимное притяжение планет (не говоря уже об их спутниках и астероидах) не влияет существенным образом на их движение. Но его влияние в какой-то степени имеет место. Поэтому при изучении движения той или иной планеты приходится вводить небольшие поправки.
И вот, возникает вопрос: а не могут ли силы, порождённые взаимным притяжением планет, заметно изменить пути их движения? Не может ли это привести к каким-либо катастрофическим последствиям, например к столкновениям планет?
Современная небесная механика, располагающая весьма точными таблицами планетных движений, доказывает, что солнечная система будет устойчива ещё по крайней мере сотни миллионов лет. Срок этот астрономически не очень велик, но в сравнении с нашими земными масштабами времени он, конечно, огромен.
Иногда спрашивают, а не может ли Земля «выскочить» из своей орбиты? Нет, этого также не может быть. Хотя орбита Земли и меняется со временем, но очень медленно, — в будущем она больше будет походить на окружность, чем несколько тысяч лет назад, причём среднее расстояние Земли от Солнца изменится очень мало. Орбиты других планет тоже мало изменяются даже за миллионы лет.
Но не могут ли случиться с нашей планетой какие-либо другие неожиданные События? Не столкнётся ли Земля, например, с кометой или огромным метеоритом?
Такие столкновения, конечно, возможны. Однако они не представляют собой опасности для нашей планеты. Воздушная оболочка нашей планеты играет роль своеобразной брони, надёжно защищающей нас от небесных пришельцев — метеоров. Если бы не такой панцырь, то космическая частица даже весом в одну тысячную долю грамма представляла бы для нас, обитателей Земли, несомненную опасность. При скоростях 60–70 километров в секунду падение этой частицы было бы равносильно выстрелу в упор из пистолета. Более крупные космические частицы благодаря таким огромным скоростям могли бы свободно пробивать насквозь наши жилища и даже разрушать их. Попадая же в атмосферу, космические частицы чаще всего полностью распыляются в воздухе.
Более крупным метеорным телам (рис. 17) удаётся прорваться сквозь атмосферу, но она значительно замедляет их скорость, и разрушительная сила этих тел ослабляется.
Насколько же реальна «метеоритная опасность» на Земле? За минувшие три столетия отмечено около 30 случаев попадания метеоритов в строения. Как видим, подобные случаи далеко не часты.
Ещё более редки падения гигантских метеоритов в сотни и тысячи тонн весом. За последнее время произошли два таких события.
Рис. 17. Один из крупных метеоритов упал в 1937 году в Татарской АССР. Вес — 102,5 килограмма.
Первый случай — это столкновение нашей планеты с огромным метеоритом в 1908 году. Этот метеорит упал в районе Тунгусской тайги, отчего и получил название «Тунгусского». В результате этого столкновения произошёл взрыв, который опустошил лес примерно на 30 километров в окружности. Во всех странах это падение зарегистрировали приборы, отмечающие землетрясение.
Другой случай падения большого метеорита произошёл в начале 1947 года не очень далеко от Владивостока в Приморской тайге в районе Сихотэ-Алинского хребта. Сихотэ-Алинский метеорит распался в воздухе на тысячи частей самых различных размеров. В результате выпал метеоритный «железный дождь».
Таким образом, мелкие метеориты нам совершенно не опасны, а крупные и тем более гигантские метеоритные тела встречаются с Землёй чрезвычайно редко, но и они могут произвести лишь местные разрушения.
Рис. 18. В прошлые века кометы часто сильно пугали людей.
Что же ещё может угрожать нашей планете?
Временами к Земле приближаются «хвостатые звёзды» — кометы. Когда-то в древности и в мрачные годы средневековья верили, что кометы предвещают бедствия— мор, войну, голод. Происходило это потому, что людей пугал вид этих светил (рис. 18). Теперь мы знаем, что кометы — это обычные небесные тела нашей солнечной системы. Масса комет очень незначительна по сравнению с массой Земли. Поэтому, даже если комета и столкнётся с Землёй, то с нашей планетой ничего особенного не произойдёт. Только отдельные, наиболее крупные глыбы, из которых состоит голова кометы, упадут на поверхность нашей планеты в виде метеоритов. История человечества пока не знает таких случаев. Правда, в 1872 году отдельные осколки кометы Биэлы столкнулись с Землёй, в результате чего наблюдалось красивое зрелище — обильный дождь падающих звёзд.
Случалось, что Земля проходила через хвост кометы. Так было, например, в мае 1910 года. К Земле приблизилась знаменитая в истории астрономии комета Галлея. Приближение её было предвычислено и предсказано с большой точностью. Наша планета неизбежно должна была пройти сквозь кометный хвост, который простирался на небе на протяжении нескольких созвездий. По исследованиям астрономов он состоял преимущественно из угарного газа. Как известно, это — ядовитый газ, и поэтому во многих местах население со страхом ожидало прохождения Земли сквозь комету. Поговаривали даже о якобы приближающемся «конце мира».
Но ничего особенного не случилось. Земля прошла сквозь хвост кометы и это никем не было замечено. Да и как можно было заметить, если в 10 000 кубических метрах кометного хвоста заключалось примерно столько же вещества, сколько содержится в 15 кубических сантиметрах воздуха. Таким образом, кометы практически никакой опасности для нашей планеты не представляют.
Все звёзды, видимые нами на небе, принадлежат к великой звёздной системе Млечного Пути — той серебристой полосе, которая опоясывает всё небо. С изобретением телескопа (1610 г.) было установлено, что Млечный Путь состоит из огромного числа звёзд; его называют иначе Галактикой, что по-древнегречески значит — «молочный».
Теперь установлено, что наше Солнце также принадлежит к этому огромному скопищу звёзд — Галактике, что Солнце — одна из звёзд, составляющих Млечный Путь. Если бы мы могли взглянуть на Галактику не изнутри, а снаружи, то увидели бы, что она по своей форме напоминает чечевицу. От одного края этой невообразимо гигантской «чечевицы» до другого свет идёт около ста тысяч лет. Эта звёздная система, состоящая из десятков миллиардов звёзд, вращается вокруг некоторого центра, представляющего собой мощное скопление звёзд. Солнце вместе с Землёй и другими планетами также обращается около этого центра Галактики, совершая полный оборот вокруг него за 185 миллионов лет.
Может возникнуть вопрос: не произойдёт ли столкновение планет или Солнца с какой-нибудь другой звездой галактики? Ведь звёзды, образующие галактическую систему, не стоят на одном месте, а мчатся с большими скоростями. Но возможность сколько-нибудь частых столкновений даже только двух звёзд в Галактике совершенно нереальна. Не только столкновение, но даже сближение звёзд — редчайшая случайность. В самом деле: среднее расстояние между звёздами в той части Галактики, где находится Солнце, невообразимо огромно. Луч света, скорость которого, как мы уже знаем, равна 300 000 километров в секунду, пробегает межзвёздный промежуток лишь за несколько лет. Даже от ближайшей к нам звезды Проксима Центавра свет идёт свыше 4 лет.
Ясно поэтому, что вероятность встречи Солнца, а следовательно, и планет, с какой-либо звездой практически совершенно нереальна.
Таким образом, ни солнечной системе в целом, ни нашей планете не угрожает никакая реальная опасность. Во всяком случае, мы можем распространить это утверждение на «ближайшие» десятки и даже сотни миллионов лет,