Факты, которые должна объяснять теория происхождения Солнечной системы

Было известно до Лапласа	Современные уточнения
Подавляющая часть массы Солнеч­ной системы сосредоточена в Солнце	Солнце содержит 99,87% полной массы Солнечной системы
Плоскости орбит всех планет и всех спутников почти совпадают друг с другом и с плоскостью солнечного экватора	Орбиты спутников лежат в плоско­сти экватора планеты-хозяина и могут быть сильно наклонены к плоскости планетной орбиты
Все планеты обращаются вокруг Солнца в одном и том же направле­нии — прямом, в котором Солнце вращается вокруг собственной оси	Не изменилось
Все спутники обращаются вокруг своих планет также в прямом на­правлении	Некоторые спутники обращаются в обратном направлении (Феб у Сатурна, Тритон у Нептуна и др.)
Планеты вращаются вокруг своих осей в прямом направлении	Две из девяти планет вращаются в обратном направлении (Венера и Уран)
Эллиптические орбиты большинст­ва планет и спутников близки к окружностям	Не изменилось
Вокруг Сатурна имеется тонкое широкое кольцо, состоящее из ряда узких колец	Кольца имеются у всех планет-ги­гантов
(Не обращалось внимания)	99,5% вращательного движения не­сут планеты, а не Солнце

Планеты не могли образоваться из вещества Солнца или других звезд: у них слишком разный химический и изотопный состав со звездами. Кроме того, звезды находятся в слишком хрупком равно­весии: попытка быстро изъять из звезды сколько-нибудь значительг ное количество вещества приведет к ее быстрому расширению, пре­пятствующему формированию планет или их зародышей. Поэтому теории, согласно которым планетная система образуется из газов, выброшенных Солнцем, проходящей звездой или сталкивающимися звездами, можно исключить из рассмотрения. Такой была, например, первая (1749) космогоническая теория Ж. де Бюффона, который по­лагал, что Земля и планеты сформировались из куска солнечного ве­щества, вырванного из нашего светила скользящим ударом огромной кометы.

Более правдоподобными представляются небулярные модели формирования Солнца и планет путем сжатия газовой или пылевой туманности (небулы). Первые такие модели были предложены в XVIII в. математиком и механиком П. С. Лапласом и философом И. Кантом.

Лаплас начал с предположения о том, что некогда существовала горячая, медленно вращавшаяся газовая туманность. По мере осты­вания она сжималась. При этом скорость вращения туманности в со­ответствии с законом сохранения момента импульса (п. 2.2.2) возрос­ла, и центробежные силы оторвали от нее ряд колец. Вещество колец под действием гравитационных сил собралось в компактные плане­ты, а из центральной части туманности сформировалось Солнце. Этот процесс, по мысли Лапласа, мог повторяться в меньших масштабах, приводя к образованию спутников планет и кольца Сатурна.

Кант в отличие от Лапласа полагал первичную туманность холод­ным облаком "пыли. Его рассуждения отличались умозрительностью: он был философ, а не механик. Однако и Лаплас избегал подробных расчетов, может быть, потому, что понимал проблемы своей космого­нии. К середине XIX в. две довольно разные модели слились в пред­ставлении ученых в «небулярную гипотезу Канта-Лапласа».

Первая из двух принципиальных проблем, с которыми столкнул­ся еще Лаплас, — это знаменитая проблема распределения момента импульса. Заключается она в том, что планеты, обладающие в сумме 0,13% массы Солнечной системы, несут 99,5% ее момента импульса (т. е. количества вращательного движения). Если бы космогониче­ская история развивалась по Лапласу, эти две цифры должны были бы совпадать. Другими словами, Солнце сейчас вращается слишком

218 Глава 5. Естественная история природы и человека

5.3. Геологическая эволюиия 219

медленно (оно делает один оборот вокруг своей оси примерно 25 суток). Поэтому любая теория происхождения Солнечной систё| мы из сгущающейся туманности должна включать механизм пере дачи «лишнего» момента импульса от Солнца планетам или ме>. звездной среде. Небесная механика не смогла предложить такогЯ механизма, если не считать отвергнутых представлений о столкнове| нии Солнца с другими небесными телами.

Вторая животрепещущая проблема лапласовой космогонии за| ключалась в том, что газовые кольца, тем более горячие, никак н! могли сконденсироваться в компактные планетные тела. По всем заЦ конам термодинамики и газодинамики они должны были рассеяться в пространстве. Отсюда вытекает, что образование планет шло jit сразу из газовых облаков, а через какие-то промежуточные этапьп! И опять чистая механика не смогла предложить правдоподобного^ механизма конденсации.

Заметное продвижение вперед началось лишь в середине XX в.,| когда было осознано, что происхождение Солнечной системы — этс не задача механики, а комплексная проблема, требующая согласован? ной работы представителей самых разных научных дисциплин.! Большая заслуга в этом принадлежит математику и геофизику! О. Ю. Шмидту, который организовал такие комплексные исследова-1 ния в руководимом им институте. Шмидт предложил свою модель*! в которой планеты формировались не из газового облака, а из метео-; ритного роя. Как показали расчеты, благодаря столкновениям метео-| ритов между собой и силам взаимного притяжения они постепенпс слипаются в большие массы — зародыши планет.

Шмидт полагал, что метеоритный рой был захвачен Солнцем при; прохождении через одно из газопылевых облаков Галактики. Однако! вероятность такого события весьма мала, поэтому требовался более'| убедительный вариант появления в окрестности Солнца множества! твердых тел. Выход был найден в представлениях о том, что газ по! мере остывания конденсировался в твердые частички вроде CHerafJ которые затем могли расти по тому же механизму. Ввиду торможс-? ния твердых пылинок окружающим газом они должны были очетть| быстро собраться в тонком слое вблизи экваториальной плоскости туманности. Это, в свою очередь, способствовало дальнейшему росту и слипанию пылинок и образованию планетезималей — первичных":! твердых фрагментов, которые затем объединялись в протопланеты.^|

Тем временем начались термоядерные реакции (с. 212) в молодом? Солнце. Солнечное тепло испарило легкие летучие компоненты из

ближайших окрестностей нашей звезды, благодаря чему четыре бли­жайшие к Солнцу планеты, в том числе наша Земля, состоят из плот­ных скальных пород. Четыре более удаленные планеты представ­ляют собой гигантские шары из водорода, гелия, метана и аммиака. Состав девятой планеты, далекого Плутона, пока остается загадкой.

Солнечное излучение начало ионизовать газ в окрестностях Солн­ца. Возникавшие заряженные частицы взаимодействовали с магнит­ным полем Солнца и, как показал Ф. Хойл, за счет этого могли эффек­тивно отбирать момент импульса у Солнца, тормозя его вращение. Давление солнечных лучей выметало это вещество из Солнечной сис­темы. Этот механизм потери молодым Солнцем большей части своего вращательного движения представляется сейчас наиболее вероятным.

Планетезимали притягивались друг к другу, сталкивались, разру­шались и слипались при столкновениях. Моделирование этих про­цессов на компьютере показывает, что современное распределение планет в Солнечной системе не случайно. Подобно животным, каж­дая планета требует определенной территории. Моделирование рису­ет картину почти дарвиновской конкуренции: «естественный отбор» благоприятствует тем телам, которые быстрее всего росли вначале. Они были способны ускорять свой рост за счет поглощения более мелких тел. В конце концов этот процесс завершился образованием современных планет.