Внимание наблюдателей было сначала обращено на маленькие темные пятна, наблюдающиеся на небе и имеющие размеры порядка одного светового года. Эти небольшие, имеющие примерно сферическую форму скопления названы глобулами. По мнению американских астрономов Бока и Уипла, из них непосредственно образуются звезды. Далеко идущие гипотезы, построенные на основании этого допущения, претендовали также на объяснение происхождения самих глобул, рассматриваемых как скопления межзвездной материи, «сметенной в кучу» давлением светового излучения соседних звезд. Однако последняя гипотеза, которая неразрывно связана с объяснением дальнейшей эволюции глобул и превращения их в звезды, опровергается наблюдениями. Как показал советский астроном В. Г. Фесенков, глобулы всегда принадлежат более обширной туманности, и до сих пор не удалось обнаружить сгущения, которые могли бы соответствовать промежуточному этапу между глобулами Бока и какими-нибудь звездами.
Цепочки Фесенкова
В. Г. Фесенков, используя превосходный телескоп системы Максутова, установленный в Алма-Ата, обнаружил на многочисленных снимках существование в некоторых туманностях очень тонких волокон, связывающих ясно различимые однотипные звезды. Звезды, составляющие подобные цепочки, очень близки друг к другу, их взаимные расстояния имеют порядок нескольких световых дней (в сто раз больше диаметра орбиты Плутона), что как раз соответствует тому теоретическому минимуму, при котором соседние сгущения могут быть устойчивыми.
Подобные цепочки в целом являются, по-видимому, неустойчивыми и, следовательно, образовались недавно. (Здесь мы опять столкнемся с применением положения, о важной роли неустойчивых состояний.) Что касается волокон, «связывающих» эти цепочки звезд, то они представляют собой, как можно думать, газовые остатки более плотных волокон, еще не сконденсировавшиеся в звезды. Некоторые снимки подтверждают эту точку зрения.[59] Идя дальше, В. Г. Фесенков пытается даже выяснить происхождение самих этих волокон. Сравнивая между собой различные галактические туманности,[60] он наметил возможный ход их эволюции. Сначала туманности имеют неправильную форму и являются чисто диффузными (т. е. газовыми и пылевыми); в их состав входят темные облака поглощающей материи. Затем под влиянием внутренних сил возникают волнообразные возмущения, которые приводят к образованию крупных изолированных волокон. На последнем этапе такой эволюции туманность имеет чисто волокнистую структуру, причем волокна обладают довольно большой плотностью, как раз такой, при которой оказывается возможным появление сферических сгущений, превращающихся в звезды.
IV. Происхождение солнечной системы
Возврат к гипотезе первичной туманности
Мы уже видели, что гипотеза Джинса о происхождении солнечной системы была оставлена после открытия других планетных систем и после теоретических работ различных астрономов (Спитцер, Рессел, Н. Н. Парийский). Крах идей Джинса в этой области немедленно вызвал появление большого числа новых гипотез.
Для того чтобы избежать трудностей, встречающихся в тех гипотезах, согласно которым планеты образуются из материи, вырванной из Солнца, некоторые ученые возвратились, хотя и разными путями, к гипотезе, предполагающей существование первоначальной туманности. Очень разреженное пылевое облако, окружающее Солнце и создающее при освещении его солнечными лучами эффект, известный под названием зодиакального света (видимого после захода Солнца в хорошую погоду), а также метеориты, все время падающие на Землю, имеют согласно этой гипотезе общее происхождение из первоначальной туманности.
Согласно новой гипотезе Земля и планеты образовались в условиях низкой температуры, что противоречит прежним геологическим теориям, но, наоборот, согласуется со многими более поздними работами, выполненными, в частности, В. И. Вернадским в СССР. Дискуссия в 1950 г. на Международной конференции в Санта-Фе, в которой участвовали геологи, геофизики и геохимики, показала большую вероятность того, что Земля находилась первоначально в холодном состоянии. Среди гипотез, основывающихся на этом соображении, мы отметим уже упомянутую гипотезу американского астронома Уипла, германского астронома Вайцзеккера, которая была недавно развита далее голландцем Тер Хааром, и гипотезу советского ученого О. Ю. Шмидта.
Гипотеза Уипла содержит очень серьезные теоретические противоречия; она приводит, между прочим, к такому заключению, противоречащему наблюдениям: самые близкие к Солнцу планеты должны быть также и самыми большими. Гипотеза Вайцзеккера представляется на первый взгляд более удовлетворительной, однако в ней допускается совершенно произвольно, что в первоначальной туманности возникают вихри, характеристики которых кажутся вычисленными априори в предвидении тех результатов, какие необходимо получить.
Гипотеза Шмидта, которую ее автор разрабатывал, начиная с 1944 г., в сотрудничестве с другими советскими учеными, свободна от таких недостатков. К ее изложению мы сейчас и переходим.
Основные черты гипотезы Шмидта
Шмидт сначала предполагает, что Солнце в своем движении в пространстве встретилось с газово-пылевой туманностью и прошло через нее. Заметим, что подобная встреча в настоящих условиях мало вероятна, но не целиком невозможна. Было вычислено, что в среднем она может происходить раз в десять миллионов лет, т. е. Солнце должно было за свою жизнь уже встретиться с сотнями туманностей. Однако не каждая такая встреча заканчивается рождением планет. Необходимо при этом, чтобы Солнце могло благодаря своему притяжению увлечь за собой значительную часть вещества туманности. Подобный же захват возможен лишь при условии, что Солнце двигалось не очень быстро, со скоростью артиллерийского снаряда — порядка 1 км/сек. В настоящее время Солнце перемещается по отношению к ближайшим звездам со скоростью около 20 км/сек и оно не могло бы захватить в случае встречи с туманностью сколько-нибудь значительное количество ее вещества. Следовательно, та встреча, которая привела к появлению планет, относится к весьма отдаленной эпохе.
Облако, состоящее из газа и пыли, увлеченное за собой Солнцем и подверженное силам притяжения к Солнцу, в конце концов принимает форму плоского диска, в котором пылевые частицы собираются в плоскости, перпендикулярной оси собственного вращения диска. Давление солнечных лучей как бы выталкивает пыль из области, близкой к Солнцу, и диск превращается в кольцо. С другой стороны, вследствие нагревания солнечными лучами испаряются легкие частицы внутренней, наиболее близкой к Солнцу части кольца, и содержание здесь легких газов все более и более уменьшается.
Напротив, в более далеких областях температура остается столь низкой, что газы сгущаются и иногда намерзают па твердые частицы. В то же самое время кольцо распадается на десятки миллионов малых сгущений. Эти сгущения затем слипаются друг с другом и образуют твердые тела таких размеров, какие имеют малые планеты, а в конце концов, по истечении очень большого времени (по О. Ю. Шмидту — порядка миллиардов лет), некоторые из этих твердых тел в свою очередь соединяются друг с другом и образуют большие планеты. Образование спутников планет объясняется таким же образом, причем планеты играют в отношении частиц, которые они увлекают в свою сферу притяжения, ту же роль, какую играло Солнце по отношению к захваченному газово-пылевому облаку.
Факты, подтверждающие эту гипотезу
Сразу видно, чем эта гипотеза отличается от гипотезы Лапласа, которую она па первый взгляд напоминает (Солнце не формируется из первоначальной туманности, последняя не раскалена, образуются сгущения, а не кольца и т. д.). Но особенно она отличается тем, что использует все завоевания науки за те сто пятьдесят лет, которые отделяют эту теорию от времен Лапласа, и может дать удовлетворительное объяснение всем основным особенностям солнечной системы, чего не могла сделать до сих пор ни одна гипотеза.[61]
Если некоторые из этих объяснений (в частности, относящиеся к почти круговому движению больших планет) аналогичны тем, которые давались другими астрономами, например Джинсом (см. стр. 107), то другие являются совершенно новыми и дают успешное разрешение вопросам, оставшимся до сих пор неясными.
Рассмотрение процесса сгущения частиц позволяет без помощи дополнительных, специально подобранных гипотез (какие встречаются, например, у Вайцзеккера) получить теоретически значения расстояний больших планет от Солнца, согласующиеся с наблюдениями.
Гипотеза Шмидта объясняет также очень просто (достаточно сослаться на предыдущий параграф) тот факт, почему планеты, более близкие к Солнцу, содержат меньше газов, в частности водорода, а планеты, более удаленные от Солнца, имеют большие размеры (они образуются в областях, более насыщенных пылевыми частицами), обладают меньшей плотностью и содержат много соединений, куда входит водород, в частности аммиак и метан (в жидком или твердом состоянии).
