Страницы биографии

Вблизи от Солнца формировались планеты небольшие и плотные. А в средней части протопланетного диска росли планеты-гиганты – Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун с огромным содержанием летучих веществ, воды, углекислого газа, метана и аммиака. Все это происходило около 5 млрд лет назад.

В развитие такого взгляда на происхождение Солнечной системы внес вклад выдающийся советский ученый и государственный деятель, математик и географ, неутомимый путешественник, отважный исследователь Арктики, Герой Советского Союза академик Отто Юльевич Шмидт.

В самые трудные для молодой Советской республики годы начинающий приват-доцент кафедры математики Киевского университета Отто Шмидт стал одним из организаторов продовольственного снабжения страны. В начале 1920 г. Совет Народных Комиссаров переводит его на работу по организации рабфаков, чуть позже О. Ю. Шмидт работает в качестве члена коллегии Народного Комиссариата финансов. Имея богатый опыт организаторской деятельности в общегосударственном масштабе, с 1921 г. тридцатилетний О. Ю. Шмидт возглавляет Государственное издательство – орган, который ведал делами всех издательств РСФСР; он становится одним из основателей и главным редактором Большой Советской Энциклопедии.

Ранние этапы формирования планет из газопылевого протопланетного облака. Эта иллюстрация заимствована из старой книги и в деталях может быть уточнена. Однако общий характер представлений о процессе формирования планет коренных изменений не претерпел

В тридцатые годы О. Ю. Шмидт является начальником Главного управления Северного морского пути и руководит арктическими экспедициями на ледоколах «Георгий Седов», «Сибиряков» и на пароходе «Челюскин». Геофизические работы Шмидта в Арктике привели его в дальнейшем к астрономическим проблемам происхождения и ранних стадий эволюции Земли.

Попытки объяснить происхождение Солнечной системы имеют длинную историю.

В середине XVIII в. французский натуралист Жорж Бюффон высказал мысль, по которой рождению планет предшествовала гигантская космическая катастрофа: по его мнению, в жидкое Солнце, словно пушечное ядро, врезалась комета. Солнечное вещество «брызнуло» в сторону, и огненно-жидкие капли его, остывая, превратились в планеты.

На уровне современных знаний гипотеза Бюффона – попросту заблуждение и не выдерживает никакой критики. Солнце вообще не жидкое, а кометы не имеют ничего общего с пушечными ядрами. Удара при сближении кометы с Солнцем произойти не может.

Теперь на основе физических свойств веществ математически доказано, что планеты могли возникнуть только при длительном слипании холодных твердых частиц, а вулканическая активность на планетах связана отнюдь не с их первоначально жидким состоянием, а с последующим разогревом верхних слоев за счет распада радиоактивных элементов.

Но в свое время гипотеза Бюффона была прогрессивной, поскольку она объясняла происхождение планет не как результат божественного творения, а как результат действия сил природы. В монархической Франции участь Бюффона отчасти напоминала участь Галилея. Через два года его принудили отречься от крамольных идей и признать божественное происхождение Солнца, Земли и планет.

Спустя полвека, уже в годы Великой революции, другой французский ученый – астроном, физик и математик Пьер Симон Лаплас, опираясь на предшествующие работы Д. Бернулли, выдвинул гипотезу о совместном возникновении планет и Солнца из медленно вращающейся туманности, состоящей из раскаленных паров и газов. Туманность понемногу охлаждалась, уплотнялась и сжималась.

Помните, как фигуристы на льду вдруг резко увеличивают скорость вращения вокруг оси? Для этого они сильно прижимают руки к груди. По тому же закону должна увеличивать скорость своего вращения и сжимающаяся туманность. По мере нарастания скорости вращения туманность сплющивается у полюсов, принимая форму диска. В конце концов постоянно увеличивающаяся скорость вращения приводит к неустойчивости диска. При громадной скорости в далеком экваториальном поясе от вращающейся туманности отслаивается «обруч». Вещество «обруча» охлаждается гораздо быстрей всей массы туманности, и ему предстоит сгуститься в планету.

Процесс, тем временем, идет своим чередом. Туманность продолжает охлаждаться, уменьшается в размерах, раскручивается, сплющивается, и от нее отслаивается второе кольцо, второй «обруч». Так туманность расслаивается на несколько колец, а в центре ее остается горячая звезда.

В своей гипотезе Лаплас повторил и развил, помимо Д. Бернулли, некоторые идеи известного немецкого философа Иммануила Канта. По Канту, пространство первоначально было заполнено хаотически движущимися твердыми частицами. Вследствие непрерывных столкновений происходило упорядочение движения частиц. Первичная туманность начинала вращаться, и из вращающейся туманности возникали планеты. Лаплас придал идеям Канта стройную, законченную форму, подкрепил их физическими экспериментами.

Может быть, не совсем справедливо за изложенной гипотезой укрепилось название гипотезы Канта – Лапласа. Она имела огромное значение, для развития науки XIX в., однако вскоре выяснилось, что и такое объяснение происхождения Солнечной системы сталкивается с непреодолимыми трудностями.

В начале XX в. англичанин Джеймс Джинс подробно развил высказанные ранее другими учеными идеи о возникновении планет в результате «встречи двух солнц», т. е. в результате прохождения близ Солнца другой звезды. Это была новая «катастрофическая» гипотеза в духе гипотезы Бюффона.

Проходящая звезда, по мысли Джинса, исторгла из недр Солнца струю вещества, которая затем распалась на сгустки, давшие начало планетам. Вырванная струя должна была иметь форму сигары, и Джинс видел важные доказательства своей гипотезы в том, что самые близкие и самые далекие от Солнца планеты действительно малы по размерам, а в толстой части «сигары» действительно находятся планеты-гиганты.

Из гипотезы Джинса следовало, что планетные системы возникают совершенно случайно и крайне редко, поскольку тесные прохождения двух звезд во Вселенной чудовищно редки.

Последующие расчеты доказали полную несостоятельность такой гипотезы. Даже в идеальном случае, если бы массивная звезда и проходила сколь угодно близко от Солнца, вырванной струи вещества никоим образом не хватило бы на образование планет. Это была бы не мощная струя газа в 6 млрд км, которая требовалась Джинсу, а крохотный выброс – «поросячий хвостик», как едко окрестил его один из критиков.

В 1983 г. искусственный спутник «ИРАC», предназначенный для недоступных с Земли наблюдений в инфракрасной области спектра, обнаружил протяженный источник инфракрасного излучения около одной из близких к нам звезд северного неба – Веги. Размеры источника достигают 80 астрономических единиц, а температура его невелика и составляет 90 К. Возникло предположение, что Вега окружена широким диском твердых частиц размерами порядка 1 мм, который представляет собой не что иное, как протопланетное облако. Аналогичное образование с избыточным инфракрасным излучением наблюдалось близ альфы Южной Рыбы – звезды Фомальгаут.

Сравнительные размеры планет в зависимости от их расположения в протопланетном облаке

И Вега, и Фомальгаут принадлежат к числу молодых горячих звезд, возраст которых в несколько десятков раз меньше возраста Солнца. Почему бы им и впрямь не быть окруженными формирующимися планетными системами? Эти непредвиденные результаты инфракрасных наблюдений могут дать новый и неожиданный толчок в решении проблемы происхождения Солнечной системы.

Изучением происхождения Солнечной системы занимается раздел астрономии, носящий название планетной космогонии. В существующих космогонических представлениях остается еще достаточно нерешенных проблем, и ученые разных стран продолжают ломать копья, работая над созданием единой, приемлемой с точки зрения современной физики и современной математики космогонической теории. Но какова бы ни была эта теория, самая существенная, принципиально важная черта ее вполне определилась: возникновение и развитие всей планетной системы есть закономерный процесс, неразрывно связанный с историей нашего центрального светила – Солнца. По-видимому, планетные системы с неизбежностью возникают около многих одиночных протозвезд.