Четыре лекции о теории происхождения Земли

Книга посвящена одному из важнейших вопросов естествознания — происхождению Земли и планет. Кратко рассмотрена история планетной космогонии (от Канта и Лапласа до наших дней). Большая часть книги отведена изложению теории академика О. Ю. Шмидта, разработанной в последние годы. Раскрыт процесс возникновения нашей планеты и прослежена ее дальнейшая эволюция — астрономическая история связана с геологической. Книга доступна широкому кругу читателей.

В течение шести лет, прошедших со времени 2-го издания этой книги, О. Ю. Шмидт, будучи тяжело больным, продолжал разработку своей космогонической теории, используя каждую кратковременную передышку, даваемую ему болезнью. За это время он напечатал статьи о происхождении астероидов и о роли твердых частиц в планетной космогонии и подготовил некоторые разделы большой книги о своей теории.

Преждевременная смерть помешала О. Ю. Шмидту закончить эту работу. Остались материалы к книге и много других рукописей по отдельным вопросам, рабочих заметок и расчетов. Большинство их относится к 1951–1955 гг.

В набросках предисловия к большой книге о своей теории О. Ю. Шмидт писал: «Теория непрерывно развивалась и обогащалась. В ходе этого развития предварительные, лишь ощупью намечаемые положения постепенно заменялись более точными и конкретными, пробелы постепенно заполнялись, а объем объясняемых теорией явлений увеличивался. Развитие теории было обусловлено тремя факторами: появлением в различных науках вновь установленных фактов или более глубоких теоретических обобщений, влиянием критики и многочисленных публичных {3} обсуждений и, наконец, внутренним ростом, т. е. дальнейшей углубленной работой над теорией. Отпали отдельные ошибочные детали, но в целом теория оказалась способной к развитию, ее основные положения оправдались. Она будет и должна развиваться и уточняться дальше».

Развитие теории после выхода в совет 2-го издания «Четырех лекций» было весьма существенным и потому их переиздание в прежнем виде представлялось нецелесообразным. Однако сохранился авторский план переработки книги для нового издания. Это дало возможность, используя статьи, опубликованные О. Ю. Шмидтом в 1951–1955 гг., и рукописные материалы, подготовить настоящее 3-е издание, в достаточной мере отображающее современное состояние теории.

В основу нового издания положено 2-е издание с включением в него частей из вышеуказанных материалов. Это неизбежно привело к некоторой диспропорции как между отдельными лекциями, так и в освещении в них отдельных вопросов.

Перестановка 2-й и 3-й лекций произведена в соответствии с планом автора. Некоторые подробности и расчеты вынесены, как и предполагал автор, в приложения. Дополнен список научных работ по космогонической теории О. Ю. Шмидта и связанным с ней вопросам.

Работу по подготовке настоящего издания выполнила С. В. Козловская. При редактировании учтены ценные советы и замечания Б. Ю. Левина, В. С. Сафронова и Г. Ф. Хильми.

Происхождение Земли, один из важнейших научных вопросов, привлекает к себе пристальное внимание как работников разных отраслей науки — астрономов, геофизиков, геологов, географов и других,— так и широкой советской общественности. Этот интерес широких масс является одним из ярких проявлений расцвета советской культуры. Наш народ вправе требовать от своих ученых скорейшего решения вопроса о происхождении Земли, одного из основных вопросов естествознания, особенно важных с точки зрения нашего научного мировоззрения — диалектического материализма.

Предложенная автором в 1944 г. гипотеза происхождения Земли и планет вызвала многочисленные отклики и критические замечания и подверглась широкому обсуждению. Непрерывно развиваясь, гипотеза превратилась в подробную теорию. Оказалось необходимым, кроме отдельных публикаций в научных журналах, дать хотя бы предварительное сводное изложение основных результатов и методов. В 1949 г. было выпущено первое издание настоящей небольшой книги, являвшееся обработкой лекций, прочитанных в 1948 г. в Геофизическом институте Академии наук СССР. {5}

В предисловии к первому изданию задача и характер книги были определены следующим образом: автор ставит своею целью сосредоточить внимание на отправных идеях новой теории и ее физических основах: поэтому в лекции включены лишь главные результаты из конкретных приложений теории, а изложение автор старался освободить от подробностей и, по возможности, от математических выкладок, с сохранением, однако, необходимого научного уровня. Этот же характер сохранен и во втором издании, но материал книги значительно расширен и переработан. За два года, прошедшие после 1-го издания, теория продолжала развиваться. Так, например, впервые было дано решение вопроса о происхождении вращения планет вокруг их осей и происхождении спутников. Наряду с новыми работами, выполненными автором и его сотрудниками, теория получила развитие и приложение в возрастающем числе работ других ученых. Все это новое отражено в книге. Чтобы не слишком расширять объем издания и сохранить характер сжатого изложения, во втором издании исключен раздел о двойных звездах, имеющий лишь косвенное отношение к главной теме.

Автор надеется, что и второе, дополненное, издание облегчит ознакомление с новой теорией, ее критику и проверку и ее дальнейшее развитие.

При обработке материала для второго издания автор, как всегда, опирался на большую помощь старших научных сотрудников Геофизического института Б. Ю. Левина и Г. Ф. Хильми. Автор выражает своим дорогим соратникам глубокую благодарность.

Лекция 1-я
СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ.
ОСНОВНЫЕ ИДЕИ И ФАКТЫ

Огромное значение вопроса о происхождении Земли нет необходимости доказывать. С точки зрения нашего научного мировоззрения вопрос о происхождении Земли — один из трех важнейших вопросов естествознания: происхождение Земли, происхождение жизни на Земле и происхождение человека. Это один из важнейших вопросов для всех наук о Земле: геологии, геофизики, геохимии. Велико его значение и для биологии, в части теории зарождения жизни.

Чтобы понять современные закономерности в области какой-либо науки, имеющей дело с объектом, возникшим во времени, правильнее всего изучать эти закономерности в их историческом развитии, начиная с их появления и прослеживая их дальнейшую эволюцию. Поэтому любой вопрос — будь это вопрос о причине горообразования, о причине магнетизма, о причине землетрясений — упирается в вопрос, когда и почему начали образовываться горы, стали происходить землетрясения, и поэтому в конечном счете упирается в решение вопроса о происхождении Земли.

Даже для практических приложений этот вопрос не безразличен. Например, практика геологии опирается, как всякая практика, на те или иные теоретические {7} взгляды о геологических процессах, зависящие в свою очередь от взглядов на происхождение Земли и ее раннюю догеологическую историю. Наши попытки создать методы прогноза землетрясений будут основываться на тех или иных взглядах и гипотезах о причинах землетрясений, т. е. о процессах в Земле, которыми они вызываются. Но придется также рассмотреть причины этих процессов. В конечном счете все приводит к причине причин, т. е. к вопросу о происхождении Земли.

Содержание космогонии, изучающей происхождение и развитие небесных тел и их систем, глубоко связано с коренными вопросами мировоззрения. Поэтому космогония от начала науки являлась ареной ожесточенной идеологической борьбы. Борьба эта продолжается и поныне, лишь меняя свою форму.

В самой постановке космогонических проблем уже происходит резкое размежевание между основными философскими мировоззрениями. Для идеалистического мировоззрения происхождение небесных тел либо сводится к откровенному или замаскированному акту «творения», либо объявляется непознаваемым (агностицизм). Агностицизм в замаскированной форме проявляется также в глубоко ошибочной недооценке того, чем располагает современная наука, и столь же ошибочной переоценке того, чем наука еще не располагает. Отсюда тезис, что время для построения космогонической теории еще не наступило.

Между тем обилие имеющихся в нашем распоряжении фактов, включая открытые уже в значительном количестве объективные законы природы, достаточно для решения, в основном, вопроса о происхождении Земли.

История космогонических учений с XVIII в. до наших дней на первый взгляд кажется хаотическим {8} нагромождением необоснованных, случайных и бесплодных фантазий, в смене которых не видно развития. Так именно, в виде каталога гипотез, обычно излагается история космогонии. Это — не научный подход. Наоборот, история космогонии становится осмысленной и глубоко поучительной, если рассматривать ее как борьбу материализма с идеализмом, борьбу, которая не прекращается ни на одном этапе. При таком подходе отчетливо выявляется материалистическая линия в развитии космогонии и вся история космогонии становится полезным уроком для современной прогрессивной науки. Уроки прошлого помогают правильно выделить то положительное, что накоплено предыдущим развитием науки, и предостерегают нас от ошибок.

Рассмотрим — очень коротко — историю планетной космогонии под этим углом зрения.

Научная космогония началась с известных работ Канта (1755) и Лапласа (1796). Они выдвинули первые гипотезы образования солнечной системы из рассеянного вещества, в результате закономерного развития материи по законам природы и без надобности в каком-либо вмешательстве божества. Именно в этой идее естественного развития материи заключалось огромное философское значение работ Канта и Лапласа, высоко оцененное, как известно, Ф. Энгельсом.

Необходимо подчеркнуть, что в середине XVIII в. идею развития природы обосновывал не только Кант, но и М. В. Ломоносов в своей замечательной книге «О слоях земных», которая только теперь стала общеизвестной. Достаточно привести начало известного высказывания: «И во-первых твердо помнить должно, что видимые телесные на Земле вещи и весь мир не в таком состоянии были сначала от создания, как ныне находим, но великие происходили в нем перемены...». {9}

Кант и Лаплас строили свои гипотезы на идее образования Солнца и планет из рассеянного вещества. В общей форме идея возникновения крупных тел из «хаоса» мелких частиц имелась еще у древнегреческих философов-материалистов (Демокрит). Но то, что у Демокрита было только гениальной материалистической догадкой, у Канта и Лапласа стало научной гипотезой, а в наше время переходит в научную теорию.

Гипотезы Канта и Лапласа общеизвестны и нет нужды их здесь излагать. Подчеркнем лишь те черты, которые были источником дальнейшего развития. Общность основной идеи и одинаковый уровень фактических знаний (XVIII в.) делают гипотезы Канта и Лапласа настолько близкими, что оправдано широко распространенное объединение их в одну «канто-лапласовскую гипотезу». Мы также, говоря об общих чертах, будем пользоваться этим термином. Но в новейшей, особенно в советской науке, различные стороны работ Канта и Лапласа проявили неодинаковое влияние и не лишним будет с этой точки зрения проанализировать их различие.

Во-первых, Лаплас прямо говорит, что первоначально материя туманности была в газообразном состоянии, Кант же употребляет менее определенный термин «частицы», под которыми можно подразумевать и газ, и пыль и другие мелкие тела. В этом отношении воззрения Канта шире, от них идет линия к современным представлениям о газово-пылевом характере допланетного вещества. Это различие очень существенно, так как участие пыли и других мелких частиц в облаке делает возможным перераспределение энергии и переход части кинетической энергии в теплоту. Как будет показано дальше, именно эти процессы являются главными двигателями эволюции. Во-вторых, Кант говорит о постепенном слипании сталкивающихся при движении частиц, как условии их {10} роста, тогда как у Лапласа планеты образуются из газовых сгустков. Обе эти линии нашли последующее развитие в космогонии.

В-третьих, у Канта нет отделения «колец», которое играет такую большую роль у Лапласа и больше всего занимало его последователей. Отсюда пошла линия «ротационных» гипотез, которые себя, однако, не оправдали.

Недостатки гипотез Канта и Лапласа известны. Наибольшее значение имела неспособность этих гипотез справиться с моментом количества движения. Кант, как известно, ошибочно полагал, что этот момент возникает в процессе эволюции, а Лаплас, предположив его в самом начале (вращающаяся туманность), не смог объяснить парадоксального распределения момента между Солнцем и планетами, и потому игнорирует его. Эта ошибка Лапласа была обнаружена во второй половине прошлого века (Бабине и Фуше), но из этого космогония долго не делала надлежащих выводов.

Концепции Канта и Лапласа были ограничены уровнем науки XVIII в. Не только фактов было известно неизмеримо меньше, чем теперь, но не хватало и очень существенных частей теоретических наук. Еще не вошел в науку закон сохранения энергии и закономерности перехода одного вида энергии в другие, без чего не мыслима современная космогония. Не хватало термодинамики и статистической физики, так что классики космогонии были довольно беспомощны в обращении со своими «частицами».

Но эта историческая ограниченность, к которой относится и ограниченность философская (примитивный механический материализм) не должны заслонять от нас громадного значения классических космогонических гипотез. Кант и Лаплас «пробили брешь» в метафизическом {11} мировоззрении, их гипотезы основывались на известных в то время закономерностях строения солнечной системы и дали объяснение ряда фактов, они содержат существенное приближение к пониманию объективной реальности, от них идет материалистическая линия развития космогонии.

Дальнейшее развитие космогонии должно было опираться на наследие классиков, осуществляя преемственность в науке, продолжать материалистическую линию, отбросив то, что в классических гипотезах было ошибочно, и опираясь на все дальнейшее развитие науки. Однако этого не произошло. Правда, идея развития проникла в геологию, а затем в биологию. Представление об огненно-жидкой вначале, а затем постепенно остывающей Земле, подсказанное явлениями вулканизма, вернулось в геологию, подкрепленное авторитетом Канта–Лапласа и поддержкой астрономов. Но в самой космогонии идеи классиков не получили развития.

XIX век не был творческим в космогонии. Безраздельно господствовала гипотеза Лапласа. Научные работы носили все черты эпигонства. Даже критики Лапласа почти не было, а отдельные критические указания (например, на необъяснимое в классической космогонии несоответствие в распределении масс и момента количества движения) игнорировались. Попытки развить, на канто-лапласовской основе, новые гипотезы, например Лигондеса, не имели существенного значения для развития науки.

Таким образом, в том же XIX в., который видел мощное развитие физики, химии, геологии, биологии,— космогония переживала застой. Можно отметить лишь отдельные положительные достижения, относившиеся к частным механизмам, имеющим космогоническое значение. Сюда относятся установление известного предела Роша и {12} в особенности развитие Дж. Дарвином теории приливных сил и приливного трения. Эти исследования сохранили свое значение, хотя ими часто пользовались неосмотрительно, преувеличивая роль этих механизмов.

Застой в космогонии в XIX в. нельзя объяснить только монопольным положением гипотезы Лапласа. Упадок именно этой отрасли науки объясняется ее особым положением в борьбе науки и религии. Материалистическая линия перестала развиваться. Появились такие гипотезы, как гипотеза французского академика Фая, ярого католика, который старался создать наукообразную картину образования солнечной системы, в точности соответствующую библейскому сказанию. Такие попытки делались и в других странах.

К началу XX в. недостатки гипотезы Канта–Лапласа стали уже слишком явными. От нее надолго отказались. Наука не сумела дать взамен что-либо равноценное по силе и глубине. Пошла полоса новых предположений, носивших, в большинстве, совершенно иной характер, проявляя все более явственно черты агностицизма и субъективизма. Для большинства этих гипотез характерна их случайность, скороспелость и быстрое исчезновение.

Само по себе появление гипотез есть закономерное явление в развитии науки. Обобщая весь опыт истории естествознания, Ф. Энгельс сделал совершенно правильный вывод: «формой развития естествознания, поскольку оно мыслит, является гипотеза». Но гипотеза гипотезе рознь. Настоящая прогрессивная научная гипотеза основывается на всей совокупности известных фактов и открывает дорогу для дальнейшего предсказания и открытия фактов. Многие же современные гипотезы строятся на отдельных выхваченных фактах, в трактовку которых вносятся субъективные домыслы. И, конечно, такие гипотезы оказываются бесплодными и недолговечными. {13}

Если для материалиста, ищущего объективную истину, обязательна систематическая и последовательная и притом количественная разработка гипотезы, то для ученого-идеалиста достаточно как-то «обобщить опыт» наиболее эффектным образом, в виде бегло набросанной качественной картины. Если ученый-материалист считает долгом тщательно сверять свои выводы с фактами и не может считать теорию завершенной, если есть хотя бы один противоречащий ей факт, то у идеалистов мы замечаем поразительное равнодушие к противоречиям. Один как-то обобщает одну группу данных пресловутого «опыта», другой — другую группу, а противоречия их не смущают, ибо все равно нет объективной истины. Отсюда — склонность к внешним эффектам, неряшливость в подсчетах, нередко даже отсутствие элементарной логики.

Крайним выражением этого направления являются работы и некоторых современных космогонистов. Одни из них вводят в исходные положения своих гипотез совершенно невероятные, фантастические начальные данные. Таковы гипотезы Милна–Холдейна о происхождении планетной системы в результате удара о Солнце одного чудовищной величины кванта, или гипотеза Хойла, по которой Солнце входило в двойную звезду, причем вторая компонента оказалась сверхновой и взорвалась. Другие прямо делают оговорки о роли «творца» в происхождении небесных тел. Так Смарт в популярной книге, вышедшей в 1951 г. в Англии, прямо говорит, что решение вопросов космогонии лежит за «пределами науки».

Из гипотез XX в. дольше других продержалась гипотеза Джинса. Причина ее популярности лежала не в ее научных достоинствах (их нет) и не в несомненной личной талантливости автора, а в том, что она оказалась наиболее приемлемой для господствующего в буржуазном обществе религиозно-идеалистического мировоззрения. {14}

Неудивительно, что авторы работ, посвященных обзору состояния космогонии этого периода, приходили к отрицательным оценкам всех существующих гипотез. Таковы обзоры Джеффриса, Тер Хаара, Лейтена.

Однако было бы неправильным не видеть, что само занятие естествознанием самим своим объектом непрерывно толкает ученых на материалистические выводы.

С начала 40-х годов в космогонии началось большое оживление и проделывается большая положительная работа. Для современного этапа в развитии планетной космогонии характерен возврат к идеям Канта и Лапласа о возникновении планет из рассеянного вещества. Однако исходную идею некоторые авторы дополняют рядом совершенно произвольных допущений.

В 1943 г. появилась гипотеза немецкого физика Вейцзеккера (вследствие Второй мировой войны она стала известна в СССР только в 1945–1946 гг.). Ее поддержали и пытались развивать Чандрасекар, Тер Хаар и др. Положительным в работах Вейцзеккера и его последователей является большее, чем в прежних космогониях, использование термодинамики и статистической физики. Но уже в первом же исходном положении автора обнаруживается его крайняя искусственность. Чтобы объяснить закономерность в расстояниях планет от Солнца, Вейцзеккер предполагает, что в допланетном облаке существовало столько вихревых областей, сколько есть больших планет. Эти вихри движутся по часовой стрелке, но между ними образуются как бы шарикоподшипники, вращающиеся против часовой стрелки, они-то и дают начало планетам. Работы Вейцзеккера пытался несколько поправить Тер Хаар. Отказываясь от произвольных вихревых областей Вейцзеккера, Тер Хаар применяет современную теорию турбулентности, созданную А. Н. Колмогоровым. С относительно большим успехом развивает Вейцзеккера {15} Кёйпер, но и он дополняет Вейцзеккера рядом новых субъективистских приемов, приводящих к путанице из правильных и ложных положений.

Новейшие космогонические исследования Кёйпера, Юри, Фесенкова рассматривают образование солнечной системы из газово-пылевого вещества. Такое же предшествующее состояние вещества лежит в основе теории, которая разрабатывается мною с 1943 г. в сотрудничестве с группой ученых и изложению которой посвящена эта книга.

Наша теория оказалась в состоянии объяснить с единой точки зрения основные черты строения солнечной системы, объяснить происхождение планет и других тел солнечной системы из газово-пылевого облака, некогда окружавшего Солнце. То, что почти круговыми орбитами обладают наиболее крупные тела — планеты, позволяет сделать вывод, что они возникли путем объединения многих тел, раньше самостоятельно обращавшихся вокруг Солнца по различным орбитам. Возникновением из мелких тел объясняется и заметное различие между двумя группами планет.

Для объяснения этого явления приходится обратиться к химическому составу и физическому состоянию частиц допланетного облака, к процессу его дальнейшей эволюции.

Сложной задачей является выяснение того, откуда и каким образом возникло это допланетное газово-пылевое облако. Мною была выдвинута гипотеза, что оно образовалось путем захвата Солнцем части одного из газово-пылевых облаков, многочисленных в нашей Галактике. Гипотеза захвата позволяет объяснить протяженность планетной системы, или, иными словами, распределение момента количества движения между Солнцем и планетами.

Опыт науки учит, что нередко возможность решения задачи зависит от ее правильной постановки. Постановка же задачи и ее решение зависят от методологии. Ища путь к решению задачи, мы должны стараться найти его в самих же фактах. Обобщением фактов явится гипотеза, которая должна всесторонне разрабатываться, по возможности в количественной форме, и непрерывно сверяться с данными наблюдений.

Критерий практики — это важнейший критерий истины. Он не применим в нашем случае в его простейшей форме — создать планету мы не можем, какова бы ни была наша теория. Но этот критерий тем не менее сохраняет свою силу в другой форме — в совпадении выводов теории с фактическими данными астрономической практики, т. е. наблюдений.

Теория, претендующая на то, что она в основном верна, должна объяснить все главные черты явления из одной основной гипотезы. Подробная и обязательно количественная разработка гипотезы превращает ее в теорию, а критерием истины является практика в указанном выше смысле.

Конечно, при этом надо объяснить главные черты солнечной системы. Не все явления, которые мы сейчас наблюдаем, подлежат непосредственному космогоническому объяснению. Многие из них являются результатом дальнейших стадий эволюции. Но главные черты должны быть объяснены космогонической теорией.

Нашей задачей является объяснение происхождения планетной системы — Земли и других планет. Несколько ниже мы разберем вопрос, входит ли в нашу задачу, и в какой мере, также объяснение происхождения других тел солнечной системы, кроме планет, а именно, с одной стороны, комет, астероидов и метеорных тел, а с другой стороны — самого Солнца. {17}

Мы говорим о происхождении планетной системы, а не только планет как отдельных тел. Реальным природным объектом, подлежащим нашему исследованию, является окружающая Солнце система планет, которой как системе присущ ряд характерных закономерностей. Вопрос о возможных путях происхождения вообще планетоподобных тел есть вопрос совершенно иной, хотя их часто путают.

Происхождение планетной системы должно объяснить ее основные закономерности. Каковы они? В наше время в науке уже нет разногласий о том, какие черты являются основными и подлежат объяснению в первую очередь. Эти черты сгруппировал Тер Хаар (1948). Он выделил следующие четыре группы.

Группа А — закономерности орбит: планетные орбиты почти круговые, лежат в одной плоскости и обращение происходит в одном направлении, а вращение Солнца — в том же направлении, причем экваториальная плоскость Солнца близка к той же плоскости орбит.

Группа В — закономерности планетных расстояний. Планеты распределены явно не случайно, в их расстояниях есть закономерность, эмпирически сформулированная в начале прошлого века, но до последнего времени не объясненная.

Группа С — разделение планет на две резко отличные группы: внутренние планеты — Меркурий, Венера. Земля и Марс — сравнительно небольшие, но зато с большой плотностью, довольно медленным вращением около оси, с малым числом спутников, и внешние планеты — Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун — большие, меньшей плотности, с большой скоростью вращения и многочисленными спутниками. Недавно открытый Плутон сюда не входит, он расположен на краю системы и может не укладываться, в закономерность. {18}

Наконец, группа D — это распределение момента количества движения: в то время как в Солнце сосредоточено более 99% всей массы солнечной системы, на него приходится менее 2% момента количества движения, остальные 98% принадлежат планетам.

Вот те четыре группы черт планетной системы, которые, по единодушному убеждению современных ученых, являются главными и которые должны быть объяснены теорией происхождения планет.

Тер Хаар анализирует существующие теории, главным образом новейшие, и из его анализа получается, что даже лучшие из них объясняют от 1 до 2¹/₂ из этих четырех групп главных черт; ни одна не объясняет даже трех. Как будет видно из дальнейших лекций, наша теория простым и естественным образом объясняет основные закономерности всех четырех групп. Сравнительный анализ прежних и современных гипотез показывает, что все они ограничивались попытками объяснить группу А, В и С, но никак не объяснялась группа D, т. е. своеобразное распределение момента количества движения. Исключением, до излагаемой теории, была только гипотеза Си (мы еще к ней вернемся), которая, однако, не объясняла ни одной из прочих черт системы и явно не верна.

Закон сохранения момента количества движения есть такой же основной, тысячи раз проверенный закон природы, как закон сохранения энергии и закон сохранения массы. Момент количества движения является мерой вращательных движений. По закону сохранения момента общая сумма вращений в замкнутой системе остается неизменной. Вращение может перераспределяться, т. е. переходить от одного тела к другому, но в сумме не возрастает и не убывает.

Кант этого еще не понимал. В его гипотезе первоначальная туманность находилась в покое, а потом начала {19} вращаться,— что невозможно. Солнечная система не могла возникнуть из покоя, это противоречило бы закону сохранения момента количества движения.

Лаплас, чтобы избежать этой трудности, предположил, что туманность с самого начала вращалась (как целое). Но при принятом Лапласом механизме отделения от Солнца «колец» — будущих планет — Солнце должно было сохранить в себе наряду с подавляющей частью массы, также подавляющую часть момента, т. е. должно было вращаться гораздо быстрее, чем оно вращается на самом деле. Как известно, Солнце вращается крайне медленно, один оборот совершается в 25–27 дней (по-разному для разных частей Солнца), что и дает менее 2% всего момента солнечной системы.

Трудно предполагать, чтобы такой блестящий представитель математики и небесной механики, как Лаплас, не видел этого коренного противоречия в своей гипотезе. Я лично склонен думать, что Лаплас видел его и именно по этой причине не разработал своей гипотезы в математической форме, а ограничился ее словесным изложением в виде приложения VII-го к научно-популярной книге «Изложение систем мира».

Как бы то ни было, но с легкой руки Лапласа в космогонии установилось молчаливое игнорирование одного из основных законов природы. Между тем момент количества движения является важнейшей характеристикой систем с вращением (вокруг центрального тела или вокруг своей оси). В то время как энергия может переходить из одной формы в другую (при сохранении общей величины), момент всегда остается моментом, т. е. мерой вращения, и ни во что другое переходить не может. Этот своеобразный консерватизм момента вращения делает его особенно существенной характеристикой системы. {20}

В нашей теории мы широко используем закон сохранения момента количества движения и перераспределение этого момента. Именно в этом мы нашли ключ к объяснению группы В — закономерности планетных расстояний, а также впервые дали объяснение происхождению и направлению вращения планет вокруг их осей.

Мы объяснили распределение момента (группа D) гипотезой захвата допланетной материи Солнцем. Единственная попытка иначе подойти к распределению момента была выдвинута уже после нас в виде контр-гипотезы В. А. Кратом и В. Г. Фесенковым, предположившими, что Солнце вначале обладало большим моментом вращения, но затем постепенно потеряло его вследствие выброса Солнцем вещества (корпускулярное излучение). Эту гипотезу, наряду с нашей гипотезой захвата, мы рассмотрим в 3-й лекции.

Определив нашу основную задачу — объяснение происхождения планетной системы, в частности Земли,— мы не можем не сознавать тесной связи этой задачи с рядом других научных проблем как космогонических в широком смысле, так и иных. Необходимо также ориентироваться в том, какие из этих проблем должны включаться в нашу задачу, какие являются самостоятельными, но должны учитываться в нашей работе.

В состав солнечной системы входят не только планеты, но и малые тела — астероиды, кометы, метеорные тела, и, конечно, само центральное тело — Солнце. Принадлежность комет и метеорных тел к нашей солнечной системе была, как известно, предметом долгих споров и окончательно установлена сравнительно недавно. Тщательные определения орбит комет показали, что все они обращаются около Солнца по эллиптическим орбитам, {21} хотя часто и очень вытянутым, близким к параболическим. В отношении же метеорных тел, проявляющихся в виде метеоров и метеоритов, споры продолжались вплоть до последнего времени, так как казалось, что визуальные наблюдения в большинстве случаев давали скорости, соответствующие гиперболическим орбитам. Лишь в 30-х годах визуальные определения скорости были заменены точными фотографическими наблюдениями и было установлено, что во всех случаях скорости метеоров эллиптические.

Итак, малые тела также принадлежат к солнечной системе, хотя по характеру движений в большей или меньшей степени отличаются от планет. Поэтому объяснение их происхождения также является нашей задачей. Прежние космогонические гипотезы приходили к выводу, что каждая группа тел (планеты, кометы и др.) имеет свое особое происхождение. Но это заключение ошибочно. Метод объяснения явлений солнечной системы вне их взаимной связи метафизичен, несостоятелен. Наша теория утверждает наличие единого процесса развития для всех упомянутых тел солнечной системы — единого, но происходившего в различных условиях и потому приведшего не только к общему сходству, но и к частным отличиям. Мы покажем, что как сходство, так и различия вытекают из естественной эволюции системы. Эта проблема рассматривается во 2-й лекции.

Иначе обстоит дело с Солнцем. Солнце — звезда, одна из 10¹¹ звезд нашей Галактики. Проблема происхождения звезд — одна из важнейших астрономических задач. Рассмотрим подробнее, в чем состоит связь и в чем отличие звездной космогонии от планетной.

На первый взгляд наиболее простым кажется предположение, что Солнце и планеты одновременно произошли из одного и того же предшествующего состояния материи, {22} например из туманности. Основная масса образовала Солнце, а остатки материи — планеты. Так рассуждали Кант и Лаплас. Так рассуждают Кёйпер, Юри и Фесенков, полагая, что облако образовалось совместно с Солнцем в процессе образования последнего из космического газово-пылевого облака. Однако при таком совместном происхождении Солнце должно было бы обладать соответствующим большим моментом вращения, чего на деле нет. В 3-й лекции мы подробно покажем, что идея совместного — в канто-лапласовском смысле — происхождения Солнца и планет встречает непреодолимые трудности. Не исключено — и даже довольно вероятно,— что возникновение планет не отделено значительным промежутком времени от возникновения самого Солнца, но все же это процессы разные.

Планеты формировались в присутствии и под влиянием уже существовавшего Солнца. Солнце, по нашей теории, является не пассивным зрителем образования планет, а активным участником, основной причиной этого процесса. Солнце формирует планеты, со всеми их особенностями, действуя при этом через тяготение, световое и тепловое излучение, лучевое давление. Не исключаем мы и возможной роли корпускулярного излучения, но предостерегаем против переоценки последнего.

Мы еще не знаем, как произошли звезды, а также еще очень мало знаем достоверного об эволюции Солнца. Однако было бы неправильным откладывать решение вопросов планетной космогонии до объяснения происхождения звезд. О планетах, особенно о Земле, мы по понятным причинам знаем гораздо больше, чем о звездах. Планетная космогония располагает сейчас достаточным запасом фактов и может добиваться решения задачи. Вполне возможно, что разработка теории происхождения звезд и уточнение их эволюции внесет в свою очередь уточнения {23} в планетную космогонию, но и обратно — при построении теории эволюции Солнца необходимо учесть такой немаловажный факт, как существование у Солнца в течение уже нескольких миллиардов лет планетной системы. Не всякая гипотеза об эволюции Солнца совместима с этим фактом.

Неправильно также игнорировать существенные различия в самом процессе образования звезд и их спутников — планет. Выражая довольно распространенный взгляд, В. Г. Фесенков предполагает, что «происхождение планет по существу не должно отличаться от происхождения звезд». Правильно, что всякий процесс объединения материи в крупные тела имеет некоторые общие черты, например роль тяготения в этом процессе, но неправильно было бы не видеть, что при образовании звезд происходит уплотнение вещества в некотором замкнутом объеме, в то время как при образовании планет объединяются мелкие тела, до объединения порознь обращавшиеся вокруг Солнца, каждое по своей отдельной орбите, причем эти орбиты различны. Процесс объединения здесь существенно иной.

Ставя знак равенства между образованием звезд и планет, мы обедняем нашу конкретную задачу, отказываемся от специфики планетных систем, выраженной в приведенных выше группах свойств A–D, а потому и лишаем себя возможности понять и объяснить эти свойства.

Игнорирование специфических черт планетной системы проявляется нередко и в ее смешении с кратными звездами. Общим является то, что в том и другом случае мы имеем системы тел, связанные тяготением. Однако свойства этих систем резко различны. Так, орбиты визуально-двойных звезд, в отличие от планетных орбит, чаще всего вытянутые эллипсы, в тройных и вообще кратных системах звезд орбиты лежат в разных плоскостях. {24} Круговые орбиты планет являются резким и характерным отличием планет, указывающим на иной процесс их образования по сравнению с двойными звездами.

Большое внимание вызвало недавнее открытие у некоторых двойных звезд невидимых спутников, например у 61 Лебедя. Орбиты этих спутников и их массы могут быть определены по наблюденным колебаниям в орбитальном движении одной из компонент. Некоторые исследователи видят в этих невидимых спутниках связующее звено между планетными системами и двойными звездами. Однако все до сих пор вычисленные орбиты невидимых спутников оказались вытянутыми эллипсами и, таким образом, они гораздо ближе к компонентам двойных звезд, чем к планетам.

Систем, подобных нашей, пока не наблюдалось, да это и невозможно средствами сегодняшнего дня. Однако в их существовании сомнений нет.

Мы считали методологически необходимым подчеркнуть не только общую связь явлений, но и конкретность, специфичность планетной космогонии. Без такого выделения частного, специфичного был бы невозможен прогресс науки. Точка зрения некоторых астрономов, что с планетной космогонией следовало бы подождать до решения общего вопроса об эволюции материи, в частности звездной, на деле, против желания авторов этой точки зрения, смыкается с агностицизмом, с неверием в возможность решения вопроса о происхождении Земли силами современной науки, в наше время.

Конечно, знание общего помогает при изучении частного, но историческое развитие науки шло, в основном, как раз по обратному пути: от частного к общему. Например, вопрос о происхождении человека уже решен, а более общий вопрос о происхождении жизни на Земле еще находится в начальной стадии изучения. {25}

Образование планетной системы — небольшой по времени и пространству процесс, но особенно для нас важный,— мы рассматриваем на фоне общего грандиозного круговорота и развития космической материи. Во всем большом круговороте — развитии всей материи в целом — должна разобраться астрофизика. Она сделала большие успехи и является одной из особенно быстро растущих наук. Наша задача гораздо скромнее: выяснить, как возникают у некоторых звезд спутники — планеты.

Солнечную систему мы рассматриваем не изолированно, а как часть более крупной системы — Галактики. Если отказаться от изолированности солнечной системы и обратиться к ее окружению в Галактике, то отпадает затруднение с моментом количества движения, так как Солнце могло захватить из Галактики материю, обладающую достаточным моментом.

С нашей точки зрения, образование планет происходит на сравнительно поздней стадии развития материи, когда уже имеются галактики. Степень развития этого явления зависит от строения и возраста данной галактики. Поэтому в одних галактиках процент звезд, успевших обрасти планетами, больше, в других — меньше. Однако процесс образования планет есть процесс всеобщий, в той или иной степени происходящий в каждой галактике, так что число планет во вселенной бесконечно. В природе материи заключено то, что она в своем развитии приводит к возникновению планетных систем и планет, на которых возможно возникновение жизни. Во вселенной в целом таких систем бесконечно много, причем их бесчисленность закономерна.

Исторически возникнув в недрах астрономии, планетная космогония является проблемой, лежащей на стыке многих наук, комплексной проблемой астрономических {26} дисциплин и наук о Земле. С обоими кругами наук должны сверяться как отправные теоретические положения планетной космогонии, так и ее выводы. С астрофизикой и другими разделами астрономии наша проблема связана, в частности, через состояние материи, предшествовавшее образованию планет, с геофизикой и геологией она связана своим конечным результатом: космогония планетной системы должна исходить из предшествующего состояния материи, согласно данным астрофизики, и привести к такому состоянию планет, в частности Земли, которое согласно с геофизическими и геологическими данными.

При такой постановке проблема планетной космогонии естественно распадается на три части:

а) исследовать, откуда и в каком процессе около Солнца появилось то вещество, из которого образовались затем планеты;

б) определить состояние этого вещества, предшествующее процессу планетообразования, и из этого состояния и законов природы вывести все основные свойства планетной системы, т. е. причинно объяснить эти свойства;

в) вывести из этих свойств и процессов геофизические, геохимические и геологические следствия.

Эти три части а, б, в относятся к разным этапам по времени: первая часть — ко времени перед началом планетообразования, вторая — ко времени самого этого процесса, третья — к дальнейшей эволюции планет, в частности Земли, в результате их образования.

Из указанных трех задач средняя является наиболее специфической для планетной космогонии, ее можно назвать центральной задачей планетной космогонии. Мы начнем изложение теории именно с этой центральной задачи. Как мы увидим, внимательное рассмотрение нынешнего состояния планетной системы дает {27} нам прямой и определенный ответ на вопрос, в каком состоянии находилась материя в начале процесса плането-образования. Из этого состояния мы выведем, в качестве следствий, объяснение всех основных свойств системы указанных выше групп A–D. В этой задаче мы уже настолько вооружены фактами, что элемент гипотез сводится к минимуму, постепенно исчезающему в процессе научной работы, так что результатом исследования является более или менее законченная, в главных чертах, теория. Она изложена во 2-й лекции.

Таким образом, центральная задача может быть поставлена и решена до некоторой степени независимо от решения первой задачи (а). Эта относительная независимость очень важна. Дело в том, что чем дальше мы удаляемся в прошлое, в глубь времен, тем меньше фактов в нашем распоряжении, тем менее уверенны могут быть наши суждения, тем больше в них гипотетического. Таково положение с частью а.

Разработав теорию образования планетной системы, мы сможем с большей вооруженностью приступить к части а, которой посвящается 3-я лекция. И, наконец, в 4-й лекции мы изложим некоторые выводы, вытекающие из теории в приложении к эволюции Земли и ее современному состоянию.

Итак, первой, ближайшей, задачей является — на основании фактов о нашей планетной системе восстановить то состояние вещества, ныне составляющего планеты, в каком оно находилось до образования планет.

Один из хорошо известных фактов о планетных орбитах, а именно круговой характер орбит, является ключом, открывающим предшествующее состояние планетной материи. {28}

Планеты движутся по почти круговым орбитам. Между тем у других членов нашей же солнечной системы — астероидов и комет — орбиты в большинстве заметно эллиптические, иногда с большими эксцентриситетами. Вообще, из основных законов небесной механики — законов Ньютона и Кеплера — следует только, что орбита движения одного тела около другого под влиянием тяготения должна быть коническим сечением — эллипсом, параболой или гиперболой, но вовсе не следует, что орбиты должны быть обязательно эллипсами с очень малым эксцентриситетом, т. е. близкими к круговым. Конечно, среди эллипсов встречаются и круги — как результат тех или иных случайностей в начальных условиях, но почему все девять планет движутся по почти точным кругам? Это не может быть результатом совпадения девяти случайностей, а должно иметь общую причину.

Над этим вопросом задумывался еще Ньютон. В конце своей знаменитой книги он отмечает, что круговой характер планетных орбит не может явиться следствием одних законов механики. Ньютон не нашел ничего лучшего, как сослаться на вмешательство божества.

Проблемы научной космогонии, то есть возникновения тел в результате эволюции материи, Ньютон вообще не ставил. В этом сказалась не только приверженность Ньютона к религии, но и метафизический характер его мышления: небесные тела были для него раз навсегда данными и неизменными. Мы же должны вскрыть происхождение планет со всеми их свойствами, в том числе — круговыми орбитами, из процесса эволюции материи.

Несмотря на приведенное предупреждение Ньютона, позднейшие исследователи нередко пренебрегали тем, что именно круговые компланарные орбиты являются характерной особенностью планетной системы. Забывая об этом, они сближали планетные системы {29} с двойными и кратными звездами, преувеличивая аналогию между этими образованиями, и искали для них одинаковое происхождение. Об этой ошибочной тенденции мы уже говорили выше.

Итак, хотя законы небесной механики вовсе не требуют круговых орбит, на деле планетные орбиты очень близки к круговым. Вследствие какого космогонического процесса такое явление могло произойти? Если не заниматься придумыванием каких-то специальных, сложных и невероятных явлений, то остается только один простой и естественный процесс, а именно образование планет путем объединения большого числа тел, двигавшихся до того по самостоятельным эллиптическим орбитам вокруг Солнца. Эти первоначально самостоятельные орбиты могли иметь всевозможные эксцентриситеты, могли быть сколь угодно вытянутыми в любых направлениях эллипсами. Но при объединении многих тел в планеты произошло естественное осереднение орбит, в результате которого могли получиться только вполне симметричные, т. е. круговые орбиты, лежащие близко к плоскости, перпендикулярной к вектору главного момента всей системы.

Были ли предложены другие объяснения кругового характера планетных орбит? Да, были. Некоторые авторы прибегали к концепции так называемой сопротивляющейся среды.

Предполагалось, что даже если бы планеты первоначально и обладали вытянутыми эллиптическими орбитами, эти орбиты могли постепенно округляться, если около Солнца имелась «сопротивляющаяся среда» из дисперсной материи. Эта идея, использованная в разных космогонических гипотезах, была высказана Си в начале нашего века. Гипотеза Си состоит в том, что планеты были вначале самостоятельными телами, чуждыми солнечной системе, и поодиночке были «захвачены» Солнцем. Но {30} если планеты захватывались поодиночке, то их движение происходило бы в любых направлениях, в разных плоскостях, а орбиты могли быть сколь угодно вытянутыми. Чтобы выйти из затруднения, Си предположил, что около Солнца некогда существовала протяженная и достаточно плотная среда, оказывавшая сопротивление движению планет. Вследствие этого сопротивления скорость планет уменьшалась, из гиперболической становилась эллиптической (в этом и состоял захват). В дальнейшем, по Си, то же сопротивление уменьшило эксцентриситеты до их нынешней небольшой величины.

Действительно, известны дифференциальные уравнения, описывающие действие сопротивления на элементы орбиты. Они показывают, что эксцентриситеты постепенно — очень медленно — уменьшаются. Но в этих работах применялась далекая от действительности схема: предполагалось, что планета проходит сквозь среду, как пароход проходит по воде, т. е. испытывая сопротивление, но не изменяясь в массе. На самом же деле взаимодействие планеты со средой носит совершенно иной характер. Частицы среды вовсе не обтекают планету, а, ударяясь о нее (или проникая в ее атмосферу), присоединяются к ней (в огромном большинстве случаев). Таким образом, «сопротивляющаяся среда» есть на самом деле среда, питающая планету.

С учетом этого изменения массы, действие сопротивляющейся среды было математически изучено Нольке. Оказалось, что для того чтобы уменьшить величину эксцентриситета орбиты, например с 0,5 до 0,1, планета должна присоединить к себе из среды 5 своих масс! Ясно, что тут уже нельзя говорить о действии независимой среды на проходящую планету, а на самом деле мы имеем процесс постепенного образования планеты из среды вокруг небольшого зародыша, т. е. мы имеем дело {31} с дисперсным предшествующим состоянием планетной материи. Математически задачу надо решать не при помощи уравнений возмущений от сопротивления, а методом осереднения энергии и момента количества движения частиц, из которых складываются планеты. Сопротивляющаяся среда, будучи на самом деле питающей, привела нас, только обходным путем, к тому же дисперсному состоянию допланетного вещества.

К «сопротивляющейся среде» прибегал и Джинс. Как известно, по его гипотезе, от Солнца, под притяжением проходящей звезды, отделился клок газовой материи. Он имел сигарообразную форму, направленную к проходящей звезде. Затем эта сигара распалась на отдельные куски — планеты. Джинс вполне отдавал себе отчет в том, что получающиеся планетные орбиты будут сильно вытянутыми эллипсами. Эта вытянутость ему даже нужна для выделения спутников из-за приливного действия Солнца в момент прохождения сгустка через перигелий (т. е. точку орбиты, наиболее близкую к Солнцу).

Как же заставить планеты впоследствии все же перейти на круговые орбиты? Джинс обращается к той же сопротивляющейся среде. А именно, он предполагает, что часть вырванной из Солнца материи рассеялась, образуя вокруг Солнца газовую среду, действие которой затем округлило орбиты, как и у Си. Джинс при этом игнорирует отмеченный выше факт, что для существенного изменения эксцентриситетов необходимо, чтобы почти вся масса планет произошла из этой дисперсной среды, а не выделилась готовым куском из «сигары».

Были и другие попытки объяснения круговых орбит. Так, в 1944–1945 гг. В. Г. Фесенков предложил новый вариант гипотезы образования планетной системы, названной им «ротационной». По этой гипотезе Солнце вращалось раньше значительно быстрее — настолько быстро, {32} что наступила ротационная неустойчивость. По мысли В. Г. Фесенкова, при этом на Солнце образовался выступ размером в несколько солнечных радиусов. В конце концов выступ отделился и распался на несколько кусков — планет. Так как выступ вращался, до своего отделения, вместе с Солнцем как одно целое, то все его части двигались по круговым орбитам. Так объяснялся круговой характер орбит.

«Ротационная» гипотеза, а в особенности предположение о выступе, приводили к очень большим трудностям и противоречиям, часть которых отмечалась самим автором гипотезы. Обосновать этот «выступ» было еще более безнадежным делом, чем обоснование «сигары» Джинса. Нам здесь нет нужды заниматься детальным критическим разбором «ротационной» гипотезы, так как взгляды ее автора с тех пор изменились. В последние годы В. Г. Фесенков перешел к одному из вариантов облака дисперсной материи, как предшествующего состояния материи планет.

Итак, характер планетных орбит говорит о том, что планеты образовались из дисперсной среды.

Анализ другой характерной черты нашей планетной системы — деления планет на две группы по составу и массе — выявил большое значение степени испарения (и, наоборот, намораживания) льдов на различных расстояниях от Солнца. В результате этого анализа стало ясным, что начальным состоянием планетной материи могло быть только газово-пылевое облако, вращавшееся вокруг Солнца, а не просто пылевое (метеоритное), как это предполагалось в первые годы развития теории.

Твердые частицы каменистого и льдистого состава, входившие в состав этого облака, явились тем веществом, из которого образовалось большинство тел солнечной системы. Рассмотрение эволюции такого облака дает нам объяснение всех остальных основных закономерностей {33} планетной системы. Важно подчеркнуть, что при выводе этих закономерностей мы не будем нуждаться ни в каких дополнительных гипотезах. Они (выводы) являются простыми, естественными, и логически необходимыми следствиями образования солнечной системы в результате эволюции вращавшегося газово-пылевого облака, некогда окружавшего Солнце. Изучение хода эволюции облака приблизит нас также к пониманию причин и условий самого появления газово-пылевого облака около Солнца.

Лекция 2-я
ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ
ПЛАНЕТНОЙ СИСТЕМЫ
КАК РЕЗУЛЬТАТ ЭВОЛЮЦИИ
ГАЗОВО-ПЫЛЕВОГО РОЯ

Представление о дисперсном предшествующем состоянии вещества планет является основным итогом всего развития планетной космогонии. Оно является, в той или иной степени, общей чертой как классических гипотез Канта и Лапласа, так и большинства современных космогонии.

Однако одинаковая предпосылка — газово-пылевое облако — еще вовсе не предопределяет всей космогонической теории. Современные космогонические концепции, несмотря на общую основу в виде газово-пылевого облака, отличаются друг от друга представлениями о ходе эволюции этого облака, а также о его происхождении.

Разногласия возникают на каждом шагу, прежде всего в вопросе о том, как, какими темпами и под действием каких сил мелкие частицы объединяются в более крупные тела, По нашей теории планеты образовались путем постепенного вычерпывания окружающего твердого вещества первоначально небольшими зародышами. Кёйпер и некоторые другие придают главное значение уплотнению {35} больших частей облака под влиянием собственного тяготения. Они считают, что первоначальные массы таких протопланет должны были быть очень велики, в сотни и даже тысячу раз больше современных масс планет. Но тогда возникает большая трудность: куда же девался этот избыток массы? Почему, например, теперь Земля — маленькая? Сторонники этой ветви космогонии полагают, что избыток массы постепенно испарился из протопланет и рассеялся в пространстве. Однако И. С. Шкловский показал, что подобный процесс диссипации происходит очень медленно и для избавления от избытка требуется гораздо больше времени, чем те 5–6 миллиардов лет, которые прошли от начала формирования планет до наших дней. Кроме того, если бы Земля вначале была массивной, а затем подавляющая часть ее массы диссипировала, то вращение Земли полностью приостановилось бы. Это неизбежно произошло бы потому, что частицы, улетающие с поверхности, обладают максимальным удельным- моментом количества движения. Но Земля вращается, и это показывает, что она никогда не теряла большей части первоначальной массы.

Однако можем ли мы исследовать эволюцию облака, не установив предварительно его происхождения или не приняв хотя бы какую-либо определенную гипотезу на этот счет? Оказывается, можем. Во всех частях доступной нам вселенной, как в звездах, так и в межзвездной материи, мы имеем приблизительно один и тот же атомный состав, с очень небольшими отклонениями у отдельных объектов. Несколько большие различия существуют в физико-химическом состоянии облаков: соотношение газовой и твердой фазы, наличие зарядов (ионизация). Однако наблюдения указывают, что эти различия вызываются главным образом соседством (или отсутствием соседства) звезд и температурой последних. Мы рассматриваем {36} здесь облако, находившееся в близком соседстве с определенной звездой — Солнцем, поле тяготения и излучение которого определяют весь дальнейший ход эволюции облака.

Нет оснований считать, что окружавшее Солнце до-планетное облако материи, каково бы ни было его происхождение, существенно отличалось по составу от галактических облаков. Наряду с газами (в первую очередь водородом) в нем присутствовали твердые частицы (преимущественно, но не только, в виде пыли), значительную часть которых составляли льды Н₂О, CH₄, CO₂, NH₃, CN и других легких соединений. Кроме льдов в них имелись каменистые и металлические вещества.

Как же шла эволюция околосолнечного облака? Обязательно ли она должна привести к образованию планет? Как именно образуются планеты?

Исследование различных факторов эволюции газово-пылевого облака показывает, что в результате столкновений его частиц происходило выравнивание скоростей частиц около круговых, лежащих близ центральной плоскости, предопределенной общим моментом облака. В результате этого пылевая компонента облака должна была уплощаться и уплотняться, что вело к учащению столкновений — уменьшению свободного пробега. Необратимая потеря механической энергии при неупругих столкновениях, при сохранении момента количества движения, вела к дальнейшему уплощению системы и собиранию частиц в плоский слой повышенной плотности, что явилось первым этапом на пути к объединению рассеянного вещества в планеты.

Но встает вопрос о том, с чего начался процесс роста планет, что явилось «ядром конденсации» или «зародышем» планеты? Если в околосолнечном облаке, как я предполагал с самого начала, имелись и отдельные более {37} крупные тела, то они легко становились «зародышами» будущих планет. В самом деле, пути мелких частиц и этих более крупных тел иногда пересекались, они сталкивались, что приводило к слипанию одних и дроблению других. Если скорость встречи велика, то после удара, конечно, произойдет дробление, сопровождающееся потерей энергии. Пусть даже сначала преобладает раздробление, однако оно содействует уменьшению кинетической энергии относительного движения, т. е. сближению скоростей. Поэтому дальнейшие столкновения учащаются и происходят с малой относительной скоростью, т. е. уже в основном без раздробления. Немеханический фактор — переход значительной части кинетической энергии в теплоту — решает и довершает эволюцию.

Но существовали ли в допланетном облаке с самого начала более крупные тела? Наблюдения поглощения света, как выяснено теоретически, выявляют лишь пылинки размером около 3 · 10^–5 см. Но, во всяком случае, нет прямых препятствий для предположения, что, наряду с преобладанием частиц малых размеров, существуют и крупные частицы, так как атомы и молекулы газа намораживаются на пылинках. Однако, хотя присутствие крупных тел вполне возможно, прямых доказательств их наличия мы не имеем. Поэтому оставались некоторые сомнения, всегда ли начнется процесс образования планет. Эти сомнения были окончательно сняты после работы Л. Э. Гуревича и А. И. Лебединского, доказавших, что процесс конденсации происходит обязательно, даже если первоначальных зародышей не было и облако состояло только из пыли и газа.

Пользуясь методами статистической физики, они рассмотрели неизбежный и обязательный ход эволюции системы твердых частиц с большим моментом и достаточной общей массой,— эволюции, двигателем которой {38} является постепенная потеря части энергии вследствие столкновений. А именно, обязательно происходит следующее:

а) в результате столкновений уменьшаются относительные скорости частиц; вследствие этого система уплощается и тем самым уплотняется, что увеличивает частоту столкновений;

б) после достижения некоторого критического значения плотности система не может сохраняться в прежнем состоянии; в ней под влиянием силы гравитации начинается интенсивное образование сгущений;

в) эти сгущения имеют уплощенную форму и массы порядка масс астероидов;

г) сгущения в свою очередь вынуждены сталкиваться (из-за малого свободного пробега) и сливаться в небольшое число крупных тел — планет.

Я не могу в краткой лекции изложить ход доказательства этих положений. Оно приведено авторами так, что позволяет обозреть не только качественную сторону процесса, но указывает и ряд количественных соотношений для каждой стадии эволюции.

Для простоты авторы провели детальное исследование для случая однородного пылевого облака, но принципиально метод применим и для смешанного случая, когда в облаке присутствуют также более крупные твердые частицы и газ.

Следует указать, что роль потери энергии при столкновениях для эволюции роя и образования планет была исследована также Эджвортом в Англии (1949) с близких позиций. Но рассуждения Эджворта не свободны от ошибок и произвольных допущений и недостаточно убедительны.

Исследование эволюции газово-пылевого облака показывает, что его пылевая компонента должна была уплощаться {39} и уплотняться, образуя плоский слой повышенной плотности.

Существенной стадией эволюции облака было образование многочисленных промежуточных тел астероидных размеров. Это могло происходить двумя путями. Во-первых, как это рассмотрено Л. Э. Гуревичем и А. И. Лебединским, уплощение пылевой компоненты могло зайти так далеко, что плотность вещества стала бы достаточной для возникновения многочисленных небольших первичных сгущений, способных противостоять приливным силам Солнца. Некоторые из этих сгущений, конденсировавшихся в небольшие тела, могли бы явиться зародышами будущих планет. Во-вторых, как было подсчитано В. С. Сафроновым, при плотности пылевого слоя, близкой к критической, рост отдельных более крупных частиц за счет вычерпывания окружающего пылевого вещества становится столь быстрым, что за короткий срок могут образоваться тела столь же массивные, как и первичные сгущения. Таким образом, гравитационная неустойчивость, несомненно имеющаяся в тенденции, может не успеть себя проявить до того, как зародыши планет образуются другим путем.

Может ли толщина пылевого слоя действительно уменьшиться до такой степени, какая нужна для достижения критической плотности и появления гравитационной неустойчивости? Достаточно неравномерности в процессе уплотнения, наличия в облаке более крупных и растущих частей, чтобы воспрепятствовать той крайней степени уплощения, которая необходима для наступления гравитационной неустойчивости.

Пока еще трудно нарисовать детальную картину первых этапов эволюции зародышей. Их столкновения иногда сопровождались их слипанием, а зачастую дроблением, после чего осколки могли вновь вовлекаться в процесс {40} объединения. В общем, процессы объединения вещества преобладали. Осколки, вместе с «первичными» частицами, являлись тем рассеянным веществом, за счет которого зародыши росли сперва быстро, а затем все медленнее и медленнее по мере вычерпывания этого вещества. Когда отдельные зародыши достигли размеров крупных астероидов, под их динамическим воздействием стали вновь усиливаться хаотические движения частиц. Но по мере роста крупных тел они перестают бояться ударов, так как раздробленная материя в большинстве случаев остается в поле их тяготения и падает на них обратно. Наибольшей скоростью роста обладают крупные зародыши, эффективный радиус которых много больше геометрического, и притом те из них, которые закономерно распределены по расстояниям от Солнца так, что меньше всего мешают друг другу в процессе вычерпывания. Из них постепенно образуются немногочисленные крупные тела — планеты.

Круговой характер планетных орбит является следствием естественного статистического осереднения движений отдельных тел, из объединения которых возникают планеты. Это же естественное осереднение просто объясняет и следующие две закономерности, принадлежащие к основным: движение всех планет почти в одной плоскости и в одном направлении. Эти закономерности — результат осереднения момента количества движения многих тел.

Как мы уже указывали, прежние гипотезы недостаточно принимали во внимание закон сохранения момента количества движения. Между тем при анализе эволюции сложной системы — например, облака частиц, переходящих в астероидные тела, а затем в планеты — сохранение {41} момента количества движения, т. е. сохранение всего количества вращения, имеющегося у системы, оказывается ключом к пониманию явления и предвидению результатов эволюции.

Как известно, момент есть вектор, направленный по оси вращения (положительным считается то направление, при котором, если глядеть с конца вектора, вращение происходит против часовой стрелки), а по величине момент равен произведению массы тела, скорости тела (по отношению к оси вращения) и кратчайшего расстояния от направления скорости тела до оси.

Каждая частичка, каждое тело системы имело свой момент по отношению к Солнцу. Моменты отличались по величине и направлению. При близком прохождении одного тела возле другого, в силу гравитационных возмущений видоизменялись их орбиты, и тела обменивались частью момента и энергии. При столкновениях часть механической энергии переходила в другие формы. Но во всех случаях сумма векторов-моментов (складываемых геометрически, т. е. по правилу параллелограмма) не изменялась. Общая сумма моментов — так называемый главный момент системы — остается неизменной по величине и направлению за все время эволюции системы. Плоскость, проходящая через Солнце и перпендикулярная к вектору главного момента, обычно называется «неизменной» или «лапласовской» плоскостью системы.

Система тел, общий момент которой равен нулю, не могла бы образовать планетную систему типа нашей. Но в общем случае момент отличен от нуля и даже может быть очень большим. Если множество тел с большим моментом объединится — все равно каким образом — в одно большее тело, то последнее будет обращаться около Солнца с тем же моментом, который был у этого множества до объединения (лишь весьма небольшая часть момента {42} может из орбитального перейти в момент вращения возникшего тела около его оси).

Рой сравнительно крупных тел и мелких частиц существовал некоторое длительное время до объединения в планеты. За это время эти тела и частицы перемешивались и взаимодействовали. Величина момента была различной в разных частях роя, но направление совокупного момента той или иной достаточно большой части роя не могло резко различаться для частей, пошедших на образование отдельных планет. Поэтому моменты планет должны быть приблизительно параллельными. Это и есть объяснение компланарности планетных орбит: все планеты движутся очень близко к неизменной (лапласовской) плоскости и притом в одну и ту же сторону.

Таким образом, все закономерности планетных орбит — движение почти в одной плоскости, в одном направлении и почти по кругам — объясняются простым и естественным образом, исходя из представления об образовании планет путем объединения очень большого числа тел.

Переходим к остальным, более тонким, характеристикам нашей планетной системы. Начнем с закона планетных расстояний.

Есть ли какая-либо закономерность в расстояниях планет от Солнца и чем она объясняется? Этот вопрос давно привлекал к себе внимание. Известен «закон Воде», опубликованный в 1772 г. Если принять расстояние от Земли до Солнца за единицу и расстояние от Меркурия до Солнца приближенно принять равным 0,4, то расстояния от Солнца до дальнейших планет по закону Воде выражаются формулой:

где n — номер планеты (для Венеры n = 0, для Земли n = 1 и т. д.).

Сопоставим цифры закона Боде с фактическими расстояниями.

Действительно, во многих случаях совпадение поразительное. Но имеются и крупные расхождения. Так, между Марсом и Юпитером нет соответствующей закону планеты и этот пробел плохо заполняется астероидами, вся совокупная масса которых гораздо меньше массы любой из планет. Неудовлетворительно число для Нептуна; если же его отнести к Плутону, что дало бы лучшее совпадение, то совершенно непонятно, почему маленький Плутон должен считаться закономерным членом ряда, а гораздо более массивный Нептун — выпадать из него.

В течение почти двух столетий продолжается обсуждение закона Боде. Некоторые ученые считали его действительным законом природы, только еще не объясненным, другие (вероятно, большинство) видели в нем лишь случайное совпадение двух рядов чисел.

Наша теория подходит к планетным расстояниям с тем же методом, как и к другим чертам движения планет, а именно — мы ставим своей задачей учесть в математической форме тот процесс естественного осереднения, который происходит при образовании планет. В данном вопросе мы будем опираться на рассмотрение момента количества {44} движения. Мы будем в дальнейшем говорить о моменте на единицу массы (удельном моменте).

Займемся судьбами двух соседних планетных зародышей, находящихся в стадии роста. Если их орбиты очень близки, они быстро исчерпают запас тел и частиц, движущихся в области между их орбитами. Если два планетных зародыша не объединятся в один, то в дальнейшем они будут приобретать массу и момент уже преимущественно от тел, обращающихся с наружных сторон исчерпанной зоны. При этом момент на единицу массы у одной планеты будет уменьшаться, у другой — увеличиваться, и радиусы орбит двух планет начнут расходиться. Таким образом, в самом процессе роста планет за счет тел и частиц заключается и принцип регулировки расстояний между ними.

Найдем закон планетных расстояний, минуя детальную кинетику процесса. Частицы облака обладают различной величиной удельного момента. Пусть вся масса тех частиц облака, которые вошли затем в состав планет, распределяется в зависимости от величины удельного момента q по некоторому дифференциальному закону распределения f(q)dq. Покажем, что каждому закону распределения, т. е. каждой функции f(q), соответствует свой закон планетных расстояний. Мы исходим из того, что при образовании планет каждая частица имеет всего более шансов попасть на ту планету, удельный момент которой всего менее отличается от удельного момента частицы. Конечно, отдельные частицы могут попасть и не на «свою» планету, но эти отступления взаимно компенсируются, так что для расчета можно предположить, что частицы точно распределены по «областям», отводимым на оси удельных моментов каждой планете. Границей области будем считать значение удельного момента, равноотстоящее от удельных моментов двух соседних планет. Пусть (β_n — значение момента, соответствующее границе между областями {45} n-ой и n+1-й планеты, удельные моменты которых равны соответственно q_n и q_n+1. Тогда, по сказанному выше,

При объединении частиц области в планету моменты осереднятся, так что удельный момент планеты

причем границами интегрирования служат β_n–1 и β_n. Выражая эти β через q_n–1, q_n, q_n+1 по (1), мы в (2) получаем разностное уравнение для моментов q_n. Но для планет, ввиду кругового характера их орбит, q = k√M √R_n где R_n — радиус орбиты n-ой планеты, М — масса Солнца, k — постоянная тяготения. Таким образом, формула (2) дает нам закон планетных расстояний, соответствующий функции распределения f(q). Физический смысл этой формулы заключается в том, что при образовании планет удельные моменты осередняются, причем весовой функцией этого осереднения является f(q), выражающая распределение масс по величинам удельного момента.

Для каждой конкретной функции f(q) получается свой конкретный закон расстояний. Если, например, считать — как это обычно делается в физике,— что функцию f(q) можно с достаточной для практических целей точностью аппроксимировать функцией вида cq^λ, то, произведя интегрирование, получим

Для каждой f(q) уравнение (2) или его специальная форма (3) связывает между собою расстояния трех соседних планет, а именно величины q_n–1, q_n, q_n+1, пропорциональные √R_n–1, √R_n, √R_n+1. Таким образом, наш закон выражается в форме разностного уравнения второго порядка. Степень совпадения теоретической связи с действительностью можно проверить непосредственно по уравнению, не решая его. Если в уравнение (2) подставлять значения √R_n для троек соседних планет одной группы (например, Юпитер — Сатурн — Уран), то мы легко убеждаемся, что при довольно различных значениях λ получается вполне удовлетворительный результат: правая часть отличается от левой только на немного процентов,— не больше чем можно ожидать от статистического закона, не учитывающего неизбежных флуктуации в плотности облака. Таким образом, такое сравнение по тройкам планет еще не позволяет нам однозначно определить функцию распределения масс f(q). В этом нет ничего удивительного так как известно, что различные способы осереднения, например среднее арифметическое, среднее геометрическое и т. д., не сильно разнятся по своим результатам. Для нас важно отметить, что закон (2) есть весьма общий закон, справедливый при очень широком классе функций распределения масс по величине удельного момента.

Однако, если сделать естественное предположение, что распределение масс f(q) не делает скачков и изломов и выражается одной и той же простой функцией не только для отдельных троек, но для всей группы планет (отдельно для 4-х ближних и для 5-ти дальних), то для сравнения с фактами нужно уже решать соответствующее разностное уравнение. В решение войдут две произвольных постоянных, которые можно определить, взяв из наблюдений, например, значение для первой и для последней планеты в каждой группе. {47}

Простейшим случаем является λ = 0, т. е. f(q) = const. В этом случае разностное уравнение (3) принимает вид

где А и В — произвольные постоянные. Переходя от моментов к расстояниям, можно этот же закон выразить и в таком виде:

т. е. «квадратные корни из расстояний планет от Солнца составляют арифметическую прогрессию». Это простейшая форма закона планетных расстояний.

Определив коэффициенты а и b — отдельно для каждой из двух групп планет — так, как выше сказано, мы получаем следующие таблицы (единицей служит астрономическая единица, т. е. среднее расстояние Земли от Солнца).

Совпадение для статистического закона хорошее и гораздо лучшее, чем у закона Боде. В частности, в наш {48} закон, в отличие от закона Боде, прекрасно укладываются и Нептун и Плутон, так что их положение можно было бы предсказать, если бы наш закон был известен раньше.

Интересно отметить, что спутники больших планет тоже укладываются в подобный же закон. Это было эмпирически найдено астрономом С. Петровым. Он путем подбора пришел к квадратичному закону расстояний спутников планет. Константы для каждой планеты свои, а по типу закон близок к нашему.

В то время как формула (4) вполне удовлетворительно представляет действительные расстояния планет от Солнца, закон f(q) = const не соответствует фактическим массам планет. Если бы я хотел стать на путь формальных поисков, то формулы (2) и (3) дают для этого достаточно простора. Так, при λ = –3 разностное уравнение (3) приводится к простому виду

а его общим решением является R_n = АВⁿ. В этом случае получается удовлетворительное согласие как для расстояний, так и для масс планет гигантов. Однако необходимо учесть, что f(q) менялось со временем в процессе эволюции облака (в первую очередь из-за изменения температурных условий). Это еще не решенная проблема. Но закон планетных расстояний и закон распределения масс планет должны отражать не только первоначальное распределение масс — на них должны сказываться различные процессы трансформации масс в ходе эволюции облака. Поэтому необходимо продолжать поиски теоретического обоснования закона планетных масс, который несомненно окажется в тесной связи с законом планетных расстояний.

В последнее время Кёйпером и В. Г. Фесенковым были сделаны попытки получить закон планетных расстояний. {49} Рассуждения Кёйпера таковы: сперва он убеждается в том, что притяжение между соседними планетами не могло предопределить закон планетных расстояний, так как оно в сотни и тысячи раз меньше их притяжения Солнцем. После этого Кёйпер выводит закон планетных расстояний, пользуясь понятием приливной устойчивости. Он исходит из того, что допланетное облако, когда оно уплотняясь достигает «критической плотности Роша», распадается на крупные сгущения — протопланеты. При плотности, превышающей «критическую», силы притяжения, действующие внутри сгущения, оказываются достаточно большими, и оно не может быть разорвано из-за разности притяжения со стороны Солнца на его ближние и дальние части. При этом Кёйпер делает совершенно искусственное предположение, что почему-то образуется только по одной протопланете для каждой планеты. Рассматривая две соседние только что возникшие протопланеты, расстояние между орбитами которых равно Δ, и считая их для простоты одинаковыми и шарообразными, Кёйпер полагает, что их радиусы равны как раз Δ/₂. Выражая «критическую плотность Роша» через массу Солнца М, среднее расстояние протопланет от Солнца а, и массу протопланет m, он получает формулу

Если считать m — массой рассматриваемой планеты, а Δ — расстоянием между нею и следующей, то формула (5) в приведенном виде не дает согласия с действительностью. Совпадение получается лучше, если предварительно поделить правую часть на 1000. Поэтому Кёйпер вводит предположение, что первоначальная масса протопланеты была в сотни раз больше нынешней планетной массы, т. е. более 99% массы улетучилось уже после выделения {50} протопланеты в процессе формирования из нее планеты. Но и после такого произвольного изменения масс в сто или тысячу раз получается лишь очень грубое согласие с действительностью. На самом деле приливная устойчивость имеет значение в планетной космогонии, но это значение не связано непосредственно с законом планетных расстояний.

В. Г. Фесенков, подобно Кёйперу, пользуется понятием приливной устойчивости при выводе закона планетных расстояний. Для получения закона планетных расстояний, приближенно согласующегося с действительностью, Фесенков высказывает произвольную гипотезу, что приливное влияние соседней планеты составляет некоторую малую долю К от приливного влияния Солнца, причем К одинаково для всех планет. Но и этого оказывается мало: массы планет земной группы приходится увеличить в 30 раз, что равносильно принятию разных значений К для двух групп планет. Вдобавок для одновременного представления расстояний всех планет проводится сглаживание кривой масс, при котором Юпитеру приписывается масса в два раза меньшая его действительной массы и вводится астероидная планета.

Рассмотрим физическую сторону примененного В. Г. Фесенковым метода. Нет никакого сомнения, что приливная сила Солнца гораздо больше, чем приливная сила соседней планеты. Значит, если допланетное образование не устойчиво по отношению к Солнцу, то его устойчивость по отношению к другим планетам роли не играет: его разрывает. Если же по отношению к Солнцу это образование устойчиво, то влияние соседних планет совершенно пренебрежимо. Так что все построение лишено физического основания. Сначала вводятся фантастические, необоснованные предпосылки, а дальше применяется вполне доброкачественный математический аппарат.

Перейдем к причине осевого вращения планет и образованию спутников. Как мы увидим, эти два процесса тесно связаны между собою. Вращение планет не получило объяснения в прежних космогонических гипотезах. Нам удается его объяснить потому, что в нашей теории последовательно учитываются превращения энергии при образовании планет.

Хорошо известно, что все планеты не только обращаются около Солнца, но, кроме того, вращаются вокруг своих осей. Все планеты, кроме Урана, вращаются в том же направлении, в каком проходят свою орбиту («прямое» вращение). Большинство планет имеет спутников — от одного до двенадцати,— причем бóльшая часть спутников обращается вокруг своих планет в том же «прямом» направлении, но есть и «обратные» спутники.

Осевое вращение планет отличается, конечно, от «орбитального» вращения их вокруг Солнца. Но и то и другое есть вращение, сумма их входит в одну и ту же неизменную величину — общий момент количества движения солнечной системы. Следовательно, величина этого осевого вращения — его «момент» — выделился из первоначального общего момента газово-пылевого облака. Как и почему это произошло? Правильная постановка вопроса о вращении планет должна исходить из того, что суточное вращение обладает энергией и моментом количества движения, его следует рассматривать в связи с общим балансом энергии и момента и их перераспределением в процессе образования планет.

При объединении частиц в планеты должны сохраниться как энергия частиц, так и их момент количества движения, причем необходимо учитывать потери кинетической энергии, частично переходящей в теплоту при {52} столкновениях. При этом происходит осереднение удельной энергии и удельного момента всех частиц, образовавших данную планету. Но так как осереднение момента происходит по другому закону, чем осереднение энергии, то практически невозможно образование такой планетной орбиты, при которой орбитальное движение поглотило бы в точности энергию (минус потери на удары и тепло) и полный момент. Избыток или недостаток суммарного момента частиц, образовавших планету, по сравнению с орбитальным моментом планеты, приводит к ее вращению в том или ином направлении. Такова исходная идея, которую мы сейчас разовьем подробнее.

Мы видели, что в ходе эволюции облака его пылевая компонента уплощается, и орбиты частиц приближаются к круговым. Затем из частиц образуются промежуточные тела астероидных размеров, эти тела возмущают друг друга и в результате этого начинают двигаться по эллиптическим орбитам. Объединение подобных тел и частиц в пределах отдельных областей облака (роя) приводит к образованию планет.

При приближении тел и частиц к планете уменьшается их потенциальная энергия и на столько же растет кинетическая энергия (увеличивается скорость этих тел). С момента присоединения тел к планете потенциальная энергия навсегда сохраняется, но куда уходит кинетическая энергия? Имеются три вида проявления этой энергии. Во-первых, после присоединения тел может измениться орбита планеты и ее орбитальная энергия; во-вторых, может измениться вращательная энергия планеты; в-третьих, часть кинетической энергии переходит в теплоту при ударах. Все эти виды изменения энергии должны быть отражены в нашем балансе.

Сопоставим два состояния системы: начальное (совокупность частиц, из которых образовалась планета) {53} и конечное (планета). О спутниках мы пока говорить не будем.

Сумма видов энергии слева должна равняться сумме справа (разумеется, кинетическая и потенциальная энергия должны браться с соответствующими знаками).

Таким же образом сумма моментов частиц должна равняться орбитальному моменту планеты плюс ее вращательный момент.

Для простоты приведем расчет для случая, когда все орбиты частиц области были в некий начальный момент в точности круговыми и расположенными в одной плоскости (поправку на эллиптичность и наклоны орбит ввести нетрудно). Пусть ρ — радиус орбиты одной из частиц, а закон распределения массы частиц по величине ρ пусть будет φ(ρ)dρ. Тогда, по известным формулам, мы имеем для массы всех частиц области (т. е. для массы планеты);

где R₁ и R₂ — граничные радиусы кольцевой области. Сумма потенциальной (по отношению к Солнцу) и кинетической энергии частиц области равна

Для возникшей планеты, имеющей массу m и радиус орбиты R, энергия по отношению к Солнцу и орбитальный момент равны, как известно,

Подставляя эти выражения в наш баланс, получаем уравнения

Рассмотрим потери кинетической энергии в процессе образования планет. И после первой стадии эволюции облака — уплощения пылевой компоненты и приближения орбит частиц к круговым — столкновения не прекратятся. При образовании промежуточных тел астероидных размеров будут сталкиваться отдельные частицы, теряя часть кинетической энергии на нагревание, а после образования зачаточной планеты при падении на нее астероидных тел и частиц будет вновь выделяться тепло. Количественно определить сумму этих потерь мы не можем, {55} но нет сомнения, что потери велики. От величины потерь энергии зависит знак правой части уравнения (6): при достаточно больших потерях правая часть (6) будет отрицательной, при меньших потерях — положительной. В процессе образования планет потери значительны, т. е. правая часть уравнения (6) отрицательна.

Но можно строго доказать^*, что при отрицательной правой части (6), правая часть (7) будет наоборот, всегда положительна, при любом законе распределения φ(ρ). Это значит, что вращательный момент одного знака с орбитальным моментом планеты, т. е. вращение планет должно быть прямым.

Вращательный момент планеты, по нашей теории,— малая величина, разность двух больших величин, каждая из которых является некоторой статистической средней. Наряду с общей тенденцией к прямому вращению, вполне возможно, в отдельных случаях, вращение обратное. Различия в распределении наклонов орбит неизбежно приводят к тому, что результирующий момент планет не всегда точно параллелен главному моменту системы. Отступление от параллельности скажется как в явлении некоторого различия в ориентировке планетных орбит, так и в боковых составляющих вращательного момента, которые, ввиду малости самого момента осевого вращения, скажутся в довольно значительных отступлениях осей вращения планет от параллельности, вплоть до исключительного положения оси Урана. Эти явления, имеющие место в действительности, не только не противоречат нашей теории, а, наоборот, предсказываются ею. Очень характерно, что у Юпитера, возникшего объединением наибольшей совокупности отдельных тел, флуктуации наилучшим образом компенсированы: его экваториальная плоскость наиболее точно совпадает с плоскостью орбиты. {56}

Возможны ли количественные выводы из нашей теории? Самая суть явления, его статистический характер, исключает возможность точных количественных предсказаний для отдельных планет. Но, если ограничиваться грубыми оценками, некоторые количественные выводы возможны. Приближенные формулы для оценки величины вращательного момента были даны Альфвеном и мною, а затем А. И. Лебединским и Л. Э. Гуревичем. Детальный анализ доказывает, что вид такой теоретической формулы должен зависеть от той или иной конкретизации закона планетных расстояний. Не приводя этих, пока еще грубо ориентировочных, формул, ограничимся одним важным выводом из них: все они приводят к тому, что периоды вращений (длина суток) должны быть у всех планет величинами одного порядка.

В действительности это так и есть,— все планеты имеют период вращения между 9 и 25 часами, за исключением, конечно, Меркурия и Венеры, вращение которых целиком или большей частью погашено приливным действием близкого Солнца. Факт такого малого различия в длине суток, на первый взгляд, поразителен, если вспомнить о громадном различии в массах, плотностях и других характеристиках планет. Однако, теория качественно предсказывает именно такую близость суток.

Перейдем к происхождению спутников. Образование спутников происходит в едином процессе с образованием планет. При образовании планет, в процессе сближения частиц с крупными зародышами планет, некоторые из частиц, сталкиваясь, настолько теряли скорость, что выпадали из общего роя и начинали обращаться вокруг планеты. Таким образом, около планетного зародыша образуется сгущение — рой частиц, обращающихся около него но эллиптическим орбитам. Эти частицы также сталкиваются, изменяют свои орбиты. В уменьшенном масштабе {57} в этих роях будут происходить те же процессы, что и при образовании планет. Большинство частиц упадет на планету (присоединится к ней), часть же их будет образовывать околопланетный рой и объединяться в самостоятельные зародыши — будущие спутники планет. Исключение составляет кольцо Сатурна, состоящее из отдельных мелких частиц, которые не смогли объединиться в силу приливного действия Сатурна, в непосредственной близости к которому они находятся (несостоявшийся спутник). При осереднении орбит частиц, образующих спутник, последний приобретает симметричную, т. е. близкую к круговой, орбиту, лежащую в плоскости экватора планеты, и уже не упадет на нее. Так появляются спутники у планет.

Образование спутников представляет собой, таким образом, побочный результат образования планетной системы. Поэтому и к спутникам приложимо то исследование баланса энергии и момента, которое приведено нами выше при рассмотрении вращения планет. Оно дает нам ключ к пониманию различного направления обращения спутников. Если при захвате частиц планетой значительная часть кинетической энергии в результате соударений превратится в теплоту, то у спутников, образовавшихся из этих частиц, будет прямое обращение. Вблизи растущей планеты пространственная плотность захваченных частиц относительно высока, и соударения при захвате неизбежны, так что следует ожидать больших потерь в результате превращения части кинетической энергии в теплоту. Поэтому обращение близких спутников должно быть прямым; что и наблюдается в действительности. Даже у Урана, у которого вращение своеобразное (ось Урана наклонена к плоскости орбиты на 98°), спутники «прямые» по отношению к вращению планеты.

Для предельного случая, когда потерями кинетической энергии при захвате частиц планетой можно, в первом {58} приближении, вовсе пренебречь, я доказал, что получающийся спутник должен обладать обратным движением. Обратные спутники Юпитера и Сатурна хорошо удовлетворяют этому теоретическому предсказанию. Система Нептуна является аномальной. Его обратный спутник имеет круговую орбиту, а недавно открытый второй спутник, который расположен дальше, чем первый, тем не менее обладает прямым вращением. Можно думать, что второй спутник был в готовом виде захвачен Нептуном, поскольку он расположен близко к плоскости орбиты Нептуна, а не в плоскости его экватора, и, кроме того, орбита этого спутника очень сильно вытянута.

Одной из ярких характерных черт нашей планетной системы является резкое разделение планет на две группы: четыре ближних к Солнцу планеты (от Меркурия до Марса) обладают малыми массами, но большими плотностями, а следующие за ними — от Юпитера до Нептуна,— наоборот, гораздо больше, но состоят из менее плотного вещества (см. табл. 3). Атмосферы этих планет-гигантов содержат метан и аммиак — соединения, не характерные

для Земли. Плутон по своей Maрсe уже не похож на остальные дальние планеты. Он образовался на краю системы, где материя допланетного облака сходила на нет.

Сейчас уже является общепризнанным, что малая средняя плотность планет-гигантов объясняется тем, что они состоят из плотного ядра, окруженного несравненно менее плотной оболочкой. Нет оснований считать, что состав ядер планет-гигантов отличается от состава Земли, кроме еще большей плотности этих ядер из-за большего давления в глубине. Что же касается оболочек, то некоторые считали их холодными и состоящими из льда и твердого водорода, другие считали их просто очень протяженными атмосферами. Низкая температура видимой внешней границы атмосферы Юпитера и других больших планет не должна вводить нас в заблуждение. В их недрах может быть высокая температура. В то же время надо иметь в, виду, что благодаря огромной силе тяжести, господствующей на этих планетах, давление очень быстро возрастает при погружении в глубь атмосферы. Уже на глубине 100–200 км ниже видимой поверхности все газы сжаты до плотности, подобной их плотностям в жидком или твердом состояниях.

Резкое различие двух групп планет настолько бросается в глаза, что его, конечно, нельзя было игнорировать. Однако объяснения этого факта не было дано, хотя некоторые частичные попытки все же были. Так, Джинс ссылается на свою «сигару». По Джинсу, в ее средней части сосредоточивалась наибольшая доля вырванной из Солнца массы, и там образовались Юпитер и Сатурн, тогда как к концам «сигары» массы планет становятся меньше. Это рассуждение могло бы, в лучшем случае, объяснить постепенный спад массы от Юпитера в обе стороны планетного ряда, но не объясняло резкого разрыва по массе между Юпитером и Марсом. {60}

Сторонники космогонических гипотез, исходящих из «горячего» начального состояния планет, так или иначе образовавшихся из материи Солнца, приводили, как известно, следующее объяснение различия в плотностях планет. Если планеты были первоначально горячими, то из их наружных слоев происходила непрерывная утечка вещества, так как хотя бы часть газовых молекул обладала, ввиду высокой температуры, достаточной скоростью, чтобы преодолеть притяжение планеты. Процесс этот, ослабляясь, должен был продолжаться и в дальнейшем, в стадии постепенного охлаждения планеты. У отдельных молекул разные скорости, и, в среднем, у более легких молекул скорости больше. «Скорость убегания» в свою очередь тем выше, чем больше масса планеты. Поэтому более массивная планета, например Юпитер, могла сохранить большее количество летучих и легких веществ, чем малая планета, например Земля. Отсюда различие в плотностях.

Благодаря своей простоте этот взгляд стал распространенным, ходячим. Тем не менее он оказался неверным.

Постепенная утечка легких газов из планетных атмосфер действительно происходит, этот факт ни у кого не вызывает сомнений. При этом утечка у менее массивных планет больше, это тоже верно. В частности, гелий, выделяющийся на Земле в результате радиоактивных процессов, или водород, выделяемый в небольшом количестве при некоторых геохимических процессах, не могут накапливаться в земной атмосфере. Верно и то, что по указанной причине на Луне не могла сохраниться атмосфера. Но сейчас речь идет о другом: могли ли уйти, с Земли и других ближних планет такие легкие газы, как водород и гелий, если первоначально состав Земли был тождественным с составом Солнца, т. е. водород преобладал над всеми другими элементами, а следующим по обилию был гелий? {61}

Этот вопрос был впервые правильно теоретически изучен И. С. Шкловским. Он показал, что механизм термической диссипации не может привести к заметному уменьшению массы газового сгустка, удерживаемого силами собственного тяготения, за космогонически приемлемые сроки. Поэтому никак нельзя объяснить термической диссипацией современный состав земных планет.

В этой связи следует напомнить и недавно открытый факт — наличие метановой атмосферы у спутника Сатурна — Титана, который сходен с Луной по массе, но похож на самого Сатурна — по составу атмосферы.

Земля содержит мало водорода не потому, что он некогда у нее был, но улетучился, а потому, что его в Земле никогда много не было,— Земля образовалась из вещества, в котором водород с самого начала составлял малую долю. Сейчас мы подробнее выясним, в чем состояло различие в условиях образования двух групп планет.

По нашей космогонической теории, деление планет на две группы является следствием воздействия Солнца на окружавшее его газово-пылевое облако. Происходило это под совокупным воздействием ряда факторов. Наиболее эффективным из них было различие в прогревании частиц облака солнечными лучами, которое обусловило отсутствие замерзших летучих веществ в составе прогретых частиц.

Б. Ю. Левин в 1948 г. справедливо отметил, что химический состав падающих на Землю метеоритов породил неправильное представление о составе мелких твердых частиц, присутствующих в других районах вселенной,— всем им приписывается каменистое или железное строение. На самом же деле повсюду во вселенной наиболее обильными химическими элементами являются водород, гелий, углерод, кислород и азот. При образовании из атомов молекул в первую очередь образуются СН₄, NH₃, Н₂О, СO₂. (Гелий химически инертен). Твердые конденсаты {62} этих газов могут образовывать отдельные частицы или входить в состав сложных частиц наряду с железом и каменистыми веществами, делая их похожими на загрязненный лед. В первоначальном облаке твердые частицы в ближней к Солнцу области не могли сохранить в своем составе лед, метан, аммиак, углекислоту и др.— они должны были испариться. В самом деле, на орбите Меркурия температура, вызванная солнечным излучением, составляет около 600°К, на орбите Земли 300°К. При такой температуре упомянутые легкоплавкие вещества не могут остаться в твердом состоянии, а ввиду низкого давления в облаке не могли сохраниться и в жидком. Б. Ю. Левин отметил, что испарение конденсатов аммиака, углекислого газа, воды должно происходить как раз около границы между областью планет-гигантов и областью планет земной группы.

Роль уплощения и уплотнения пылевой компоненты в делении планет на две группы была указана Л. Э. Гуревичем и А. И. Лебединским. Авторы, среди других важных следствий эволюции облака, отметили непрозрачность пылевого диска, начиная с некоторого расстояния от Солнца. До этого расстояния, совпадающего приблизительно с поясом астероидов, будет прогревание Солнцем, за этим же пределом, в зоне непрозрачности, температура будет недалека от абсолютного нуля. Поэтому в дальней области газы будут конденсироваться, намораживаться на пылинках, а из ближней области постепенно переходить в дальнюю. Получается необратимый процесс обеднения летучими соединениями ближней области пылевого диска в допланетном облаке. Таким образом в допланетном облаке возникли зональные различия в обилии и в составе вещества, обусловленные физико-химическими причинами. Из сказанного следует вывод большого методологического значения. Анализируя общие физические свойства и состав {63} Земли и других планет, мы должны исходить не из состава солнечного газа, как исходного материала, а из свойств допланетного облака, из состава его частиц на том расстоянии от Солнца, на котором возникла наша и другие планеты.

Небольшая внутренняя зона, ближайшая к Солнцу, прогревалась его лучами, и здесь могли существовать только частицы из тугоплавких каменистых веществ и металлические частицы с высокой плотностью, которые и послужили материалом для небольших планет земной группы. В огромной внешней зоне, загороженной от лучей Солнца, температура пылинок была столь низкой, что на них намораживались летучие вещества, такие, как водяные пары, углекислота, метан, аммиак и родственные им соединения. Поэтому в составе дальних планет преобладают легкие составляющие и их плотности низки.

Для случая прозрачного пространства подсчеты равновесной температуры черного или серого тела, находящегося на расстоянии R астрономических единиц от Солнца, дают

Первая формула относится к малым, насквозь прогреваемым телам (например, пылинкам), вторая — к центру освещенного полушария более крупных тел (например» астероид или планета, лишенная атмосферы), у которых теплота, полученная от Солнца, не успевает распространиться по всему телу, а излучается тут же, на месте поступления.

Рассмотрим температуру частиц облака на тех этапах его эволюции, когда пространство можно было считать прозрачным. Применяя первую формулу к твердым частицам в районе земной орбиты (R = 1), мы видим, что они прогревались более чем до 0°С, так что такие распространенные {64} летучие вещества, как метан или аммиак, не могли на них намерзать и находились в газообразном состоянии. На расстоянии Юпитера температура была –150°С, и упомянутые легкие соединения, в зависимости от их парциального давления, либо намерзали на частицах, либо медленно испарялись. Но на том этапе эволюции облака, когда в нем образовался непрозрачный пылевой диск, далекие его части, экранируемые более близкими к Солнцу частями, прогреваться не могли, и температура частиц в этой зоне могла понизиться до 3°К. При столь низкой температуре легкие летучие вещества не только сохранялись в составе пылевых частиц в далеких областях облака, но и присоединялись к ним, намерзая в виде слоя инея.

Таким образом, степень испарения (и, наоборот, намораживания) льдов на различных расстояниях от Солнца зависит как от температуры, соответствующей данному расстоянию, так и от прозрачности пылевого диска.

В химическом составе Земли, имеются такие отклонения от космического обилия элементов, которые прямо указывают на то, что вовсе не диссипация определила состав Земли, а то обстоятельство, что она образовалась только из твердого вещества. Огромный дефицит на Земле азота по сравнению с кислородом совершенно непонятен с точки зрения диссипации, так как они обладают почти одинаковыми атомными и молекулярными весами. Но он становится вполне естественным, если вспомнить о том, что окислы кремния и металлов составляют основу каменистых веществ, тогда как химически пассивный азот в них почти отсутствует.

Еще более непонятен, с точки зрения диссипации, колоссальный дефицит тяжелых благородных газов, в том числе столь тяжелых, как ксенон и криптон. Но этот дефицит становится вполне естественным, если вспомнить об их полной химической инертности, об их неспособности {65} войти в состав твердых частиц. По последним данным не только гелий и аргон, но также и остальные благородные газы, присутствующие на Земле, образовались при радиоактивных процессах.

Раньше предлагались искусственные модели планет-гигантов, в которых недооценивалось содержание водорода. Значительно большую ясность в этот вопрос внесли работы Рамзея, В. Г. Фесенкова, А. Г. Масевич, Н. А. Козырева, А. А. Абрикосова и С. В. Козловской.

Согласно расчетам С. В. Козловской, доля водорода у Юпитера составляет 70–90% по массе, у Сатурна — 50–70%, а у Урана и Нептуна — 15–20%. Мы можем указать два возможных объяснения того факта, что планеты-гиганты содержат значительные количества водорода: 1) как мы указывали, температура частиц во внешней зоне могла быть столь низкой, что допускала намерзание водорода; 2) на последних этапах роста планет-гигантов существенную роль мог играть процесс захвата в результате неупругих соударений, при котором захватывается не только пыль, но и газ. Но если в отношении планет-гигантов есть основания допускать их рост и за счет газа, то в отношении планет земной группы есть основания настойчиво отвергать эту возможность.

В 1946 г. я указывал еще другой фактор, вызывающий обеднение частицами ближней к Солнцу части роя. Известно, что давление света вызывает так называемое радиативное торможение (эффект Пойнтинга—Робертсона). Оно состоит в следующем. При движении частицы вокруг Солнца, вследствие аберрации света световое давление направлено не по радиусу орбиты, а слегка спереди. Поэтому происходит небольшое торможение движения, частица постепенно теряет момент количества движения и по спирали приближается к Солнцу, вплоть до испарения и присоединения к его атмосфере. {66}

Кроме частиц, выпавших на Солнце в результате радиативного торможения, на Солнце попали и те частицы, которые приобрели столь вытянутые орбиты, что они в перигелии приблизились к Солнцу и также присоединились к нему.

При падении частиц на Солнце (т. е. присоединении к его атмосфере) они приносят с собой свой орбитальный момент. А так как момент должен сохраниться, то Солнце приобретало вращение вокруг оси, приблизительно совпадающей с осью, перпендикулярной к лапласовской плоскости планетной системы (если только количество выпавших частиц было достаточно велико). Действительно, экваториальная плоскость Солнца наклонена к эклиптике только на 7°. В указанной причине можно искать объяснение современного вращения Солнца. Однако необходимо оговориться, что Солнце могло вращаться и до появления вокруг него газово-пылевого облака. Поэтому нельзя безусловно утверждать, что единственной причиной вращения Солнца является перенесение момента частиц роя.

Описанные выше факторы, приведшие к разделению планет на две группы, в то же время объясняют происхождение своеобразного явления в нашей планетной системе — кольца астероидов.

Астероиды — это малые планетообразные тела, размером от сотен километров в диаметре до километра и меньше, непрерывно переходящие в тела с массами, порядка масс метеоритов.

Астероиды, обращающиеся вокруг Солнца по орбитам, расположенным главным образом между орбитами Марса и Юпитера (около 97% орбит), обычно рассматриваются как тела, заполняющие «пробел» в известном эмпирическом правиле Тициуса — Воде о планетных расстояниях. {67}

Гипотеза Ольберса о происхождении астероидов путем взрыва ранее существовавшей между Марсом и Юпитером «обычной» планеты держится до наших дней, несмотря на отсутствие серьезного ее обоснования.

Недавно В. Г. Фесенков сделал попытку оживить гипотезу Ольберса, предположив, что планета-родоначальница имела сильно эксцентричную орбиту и во время одного из оборотов подошла настолько близко к Юпитеру, что притяжение последнего нарушило давление в недрах планеты, вследствие чего скачком повысилась температура, и планета взорвалась^*.

Однако этот вариант гипотезы Ольберса находится в противоречии с рядом фактов. Во-первых, орбиты планет не обладают большими эксцентриситетами, а близки к кругам; это явление, как показано нами, закономерно вытекает из образования планет путем объединения множества более мелких тел. Во-вторых, действие притяжения Юпитера не может привести к взрыву, так как адиабатическое расширение планетного вещества сопровождается его охлаждением, а не разогревом. В-третьих, разнообразие орбит астероидов, как известно, не может быть объяснено одним взрывом.

Стремление искать происхождение астероидов в распаде одной единственной относительно крупной планеты можно до известной степени понять, если вспомнить об исследованиях Роша, а затем и Джинса, показавших невозможность образования небольших тел из газовой среды. Но теперь, когда выяснено, что планеты возникли из газово-пылевой среды, когда показана возможность образования {68} из такой с роды тел астероидных размеров, нет оснований настаивать на образовании астероидов путем взрыва или распада планеты-родоначальницы.

В сеете развиваемой нами теории происхождения планет отпадает необходимость в каких бы то ни было специальных гипотезах о происхождении астероидов, так как их своеобразие вытекает из установленных теорией общих закономерностей.

Орбиты астероидов в большинстве располагаются в поясе около среднего расстояния в 2,8 астрономических единиц от Солнца. Там, по первой из приведенных выше формул (8), температура частиц в условиях прозрачного пространства близка к –100°С. При еще меньших температурах, имевших место на стадии непрозрачного диска, метан и аммиак могли находиться в твердом состоянии в виде «льдов», так что по составу твердых частиц область астероидов была сходна с областью планет-гигантов. Однако к возникшим от объединения мелких частиц крупным телам необходимо приложить уже вторую формулу. Она для расстояния R = 2,8 дает Т₁ = –38°С. Это значит, что хотя в районе астероидов в свое время и могли существовать «ледяные» частицы, но, объединившись в более крупные тела, эти «льды» должны были начать испаряться, так что практически в состав планеты в этом районе могли бы войти только более тугоплавкие вещества, как и у Земли, с прибавлением, быть может, большего количества воды. Таким образом, с точки зрения процесса образования крупных тел, пояс астероидов относится к области планет земной группы, обедненной твердым веществом, могущим войти в состав таких тел. Если бы там образовалась одна планета, она была бы небольшой, похожей на Землю и Марс, а не на Юпитер.

Но единая планета там не могла образоваться. Процесс планетообразования в этом поясе остановился, на промежуточной {69} стадии более мелких тел. Это обусловлено близостью массивного Юпитера и отмеченными выше особенностями температуры и состава тел, образующихся в этой зоне.

Образование планет начинается с возникновения многочисленных тел астероидных размеров («зародышей» планет), растущих путем присоединения частиц и дробящихся при взаимных столкновениях. Закономерности процесса роста, отображенные в закономерности планетных расстояний, не допускают образования двух крупных тел, движущихся по близким друг к другу компланарным орбитам. Еще на ранних стадиях эволюции допланетного роя возмущения растущего Юпитера оказали существенное влияние на движение тел, возникших в поясе астероидов, увеличив средние эксцентриситеты и наклоны их орбит и тем самым воспрепятствовав их объединению. При движении тел по слабо вытянутым и мало наклоненным орбитам скорость их роста оказывается больше скорости их разрушения. Но при дальнейшем увеличении эксцентриситетов и наклонов, т. е. при увеличении относительных скоростей, начинает преобладать процесс дробления.

Граничное положение пояса астероидов, приводящее к тому, что изменение температуры частиц в процессе их объединения в крупные тела сопровождалось существенным изменением химического состава, помогло возмущениям Юпитера оказать свое действие. Испарение летучих веществ из образующихся тел приводило к их распаду, либо, уменьшая их прочность, способствовало дроблению при столкновениях. Тем самым испарение замедлило процесс образования крупных тел в поясе астероидов и дало время возмущениям от Юпитера изменить их орбиты. В настоящее время суммарная масса астероидов оценивается в 10^–3 земной массы. Вследствие дробления астероидов (при столкновениях друг с другом и с более мелкими {70} метеорными телами) и выпадения мелких обломков на Солнце (в результате радиативного торможения) суммарная масса астероидов непрерывно убывает, и в прошлом она была больше, чем теперь. Однако есть основания считать, что она всегда была небольшой. Во-первых, массивный Юпитер поглощал залетавшие в его зону частицы из соседних зон, тем самым обедняя эти зоны. Во-вторых, возмущая движение тел и частиц, движущихся в зоне астероидов, Юпитер препятствовал их объединению, давая время проявиться эффекту радиативного торможения, сдвигавшему мелкие частицы из пояса астероидов в сторону Солнца.

На огромную роль этих факторов в поясе астероидов указывает тот факт, что даже в зоне Марса, расположенной значительно дальше от Юпитера, заметно проявилось действие столь массивного соседа, обусловившее небольшую массу Марса.

Таким образом, астероиды не являются последствием взрыва или распада крупной планеты, а являются телами, для которых процесс объединения частиц допланетного роя остановился на промежуточной стадии, вследствие положения их области на границе двух планетных семейств разного состава и разных масс, и затем повернул вспять — от преобладания объединения частиц и тел к преобладанию дробления и разрушения.

Известно, что кометы долго принадлежали к самым загадочным небесным телам. Резкие отличия их движений от планетных и наличие светящихся хвостов приводили к мысли об их совершенно ином происхождении, чем происхождение планет. Только Кант связывал происхождение всех тел солнечной системы в единый процесс, предположив, {71} в частности, что кометы образовались одновременно с планетами, но на периферий того облака, из которого образовалась вся система,

Вытянутость кометных орбит заставила Лапласа утверждать, что кометы — пришельцы из других миров, чуждые солнечной системе. При этом предполагалось, что близкое прохождение около планеты могло изменить некоторые орбиты на эллиптические. Однако наблюдательные данные, как известно, не дали ни одного бесспорного случая гиперболической орбиты.

Другая группа гипотез связывает происхождение комет с теми или иными позднейшими процессами внутри самой солнечной системы, например с Дроблением планет или астероидов. Главным аргументом при этом является тезис о недолговечности комет. Этот тезис опирается на следующие данные наблюдений: 1) яркость короткопериодических комет уменьшается при повторных прохождениях через перигелий; 2) некоторые кометы рассыпались, дав начало метеорным потокам. Эти данные бесспорны. Однако нельзя забывать о том факте, что условия недолговечности связаны с перигелиями, близкими к Солнцу. Тело совершенно такого же состава, как комета, но имеющее перигелий орбиты дальше 2–3 астрономических единиц от солнца, хвостов не образует. Между тем было бы абсурдно утверждать, что тела кометного состава, в том числе с протяженными орбитами, обязаны проходить близко от Солнца и не могут иметь перигелии дальше трех астрономических единиц. Итак, «недолговечность» есть свойство только тех же тел кометного состава, которые (в силу планетных возмущений или других причин) были переведены на короткопериодические орбиты с малым перигельным расстоянием. Вопрос о сущности комет и их происхождении нельзя решать на основе одних только временных и местных условий. {72}

Известно, что в головах и хвостах комет светятся газы, выделяемые ядром кометы при прогревании Солнцем. В спектрах комет обнаружены молекулы С₂, CN, СН, ОН, СО, N₂. По-видимому, они являются результатом диссоциации несколько более сложных молекул СН₄, NH₃, Н₂O, СО₂ и др. Но откуда берутся эти газы? Предполагалось, что это газы, сорбированные в твердом, каменистом или металлическом веществе ядра. В последнее время, однако, выяснилось, что сорбированных газов не могло бы хватить на повторные выделения наблюдаемой мощности. Приходится признать, что летучие вещества присутствовали в замороженном состоянии, в виде «льдов» разного состава, причем доля этих «льдов» в общей массе кометы велика. В 1950 г. «ледяная» модель ядра кометы была опубликована Уипплом. В согласии с более ранней работой А. Д. Дубяго, эта модель позволяет успешно объяснить вековые замедления или ускорения движения, наблюдавшиеся у комет.

В случае приближения к Солнцу (перигелий меньше 3 астрономических единиц) часть льдов испаряется, иногда весьма интенсивно. Но полному испарению препятствует наличие в ядре, кроме льдов, также и тугоплавких веществ (пыли и более крупных): одновременно с постепенным испарением льдов на поверхности остается защитная корка из каменистых веществ, замедляющая дальнейшее испарение, так что льдов хватает на много оборотов. В конце концов льды все же испаряются, и комета перестаёт выделять газы. В то же время испарение льдов лишает тяжелые: частицы связывавшего их «цемента», рыхлость ядра увеличивается, и оно оказывается более доступным для разрыва, от ударов пролетающих метеоритов, а также от отдельных более мощных, близких к взрыву случаев, испарения оставшихся льдов, при котором получается резкая отдача, разъединяющая части ядра. {73} В конце концов комета дробится и постепенно переходит в поток метеорных тел с близкими орбитами. Но каким же образом появились эти льды?

Необходимо отбросить неправильную методологию, при которой для каждого отдельного явления придумывается своя отдельная причина, вместо того, чтобы рассмотреть все различные явления солнечной системы как проявления единого процесса. Как сходство, так и различия должны вытекать из естественной эволюции системы.

Как мы видели, одной из существенных промежуточных стадий эволюции облака было образование роя тел небольших размеров. Состав этих тел соответствовал температуре в месте их образования. Во внешней зоне газово-пылевого облака это были «ледяные», засоренные пылью тела. Они были «кирпичами», из которых постепенно складывались планеты-гиганты. Но часть таких же «кирпичей» не успела войти в состав планет, они остались отдельными телами.

Какие из этих тел имели наибольшие шансы уцелеть от слияния с планетами и сохранить самостоятельность? В ходе эволюции облака в процессе роста и новообразования таких тел, последние не только сталкивались в неупругих ударах, но еще чаще сближались без удара. В этом случае тела, обладавшие уже достаточной массой, своим притяжением взаимно изменяли орбиты. Часть возмущенных орбит оказывалась огромными эллипсами с большими эксцентриситетами и большими наклонами. Тела с такими орбитами имели наибольшие шансы сохраниться, так как они реже попадали в условия большей плотности (в плоскость симметрии системы) в зоне формирования планет и имели меньше шансов попасть в их состав.

Орбиты комет не остаются неизменными. Целый ряд причин изменяет их орбиты. Во-первых, комета, проходящая вблизи какой-либо планеты, в особенности такой {74} массивной, как Юпитер, обязательно претерпит то или иное изменение орбиты. При этом нередко долгопериодические кометы могут быть переведены в разряд коротко-периодических, и наоборот. Могут быть и переходы на гиперболические орбиты, приводящие к уходу из солнечной системы. Во-вторых, орбиты так называемых квазипараболических комет выходят далеко за пределы планетных орбит, и некоторые из них могут оказаться под воздействием других звезд, а это воздействие может несколько изменить орбиту, например приблизить перигелий к Солнцу, т. е. сделать комету видимой. В-третьих, наконец, при приближении к Солнцу происходит истечение газа и даже частичная дезинтеграция кометы. При этом орбита не может не измениться, иногда заметным образом.

Первая и вторая из указанных причин давно известны и нередко использовались для тех или иных теоретических построений, третья выдвинута А. Д. Дубяго (частично, для кометы Энко, она указывалась и раньше).

Таким образом, кометы не являются какими-то особенными, редкими телами, а представляют собою форму вещества, типичную для промежуточной стадии развития планетной системы. Кометы — живые свидетели этой промежуточной стадии. Причем состав кометных ядер дает нам прямое указание на наличие в допланетной материи твердых конденсатов легких веществ, составлявших значительную долю твердой фазы.

Двум группам планет, резко отличающихся по химическому составу, соответствуют, таким образом, две группы малых тел: кометы, образовавшиеся в холодной внешней зоне облака, и астероиды, образовавшиеся на границе внутренней и внешней зон. Ледяные ядра комет помогают {75} нам понять состав зародышей планет-гигантов и их спутников. Астероиды связаны непрерывным переходом с еще более мелкими телами — метеорными, включая и выпадающие на Землю метеориты. Обломки астероидов — метеориты, с их хондровой, а зачастую и брекчиевой структурой, помогают нам понять те процессы многократного дробления и объединения твердых тел и частиц, которые происходили на ранних этапах эволюции облака.

Если несколько миллиардов лет тому назад твердые частички были строительным материалом, из которого формировались крупные тела, то теперь твердые частицы, присутствующие в межпланетном пространстве, являются продуктом распада некоторых из этих тел. Остатки «первичных» частиц земной зоны давно уже выпали на Солнце в результате эффекта Пойнтинга — Робертсона. Большинство современных межпланетных частиц является продуктом распада малых тел солнечной системы, в недрах которых их вещество провело несколько миллиардов лет.

Испарение кометных льдов и освобождение заключенных в них тугоплавких частиц, столкновения и дробления астероидов — таковы те основные процессы, которые поддерживают в настоящее время существование в межпланетном пространстве твердых частиц, наблюдаемых нами в виде метеоров или в виде зодиакального света. На оба эти источника метеорных тел указывалось и раньше, но при этом эти два источника противопоставлялись друг другу, мы же считаем, что оба они имеют место. Конечно, теоретически возможно, что среди метеорных частиц сохранились и непосредственные остатки первоначального облака, но практически их доля, вероятно, мала.

Малые тела солнечной системы уже сравнительно давно, потеряли возможность увеличиваться в размерах. Для них наступил период преобладания дроблений, который продлится еще очень долго. Большая часть их осколков {76} присоединяется к Солнцу. Но некоторая малая доля их попадает на Землю и другие планеты, тем самым как бы продлевая процесс их роста.

Надо подчеркнуть, что изложенная в этой лекции теория образования планет из газово-пылевого облака и объяснение всех основных черт солнечной системы логически независимы от гипотез о происхождении этого облака. Раз около Солнца имелось газово-пылевое облако, то как бы оно ни возникло, дальнейшая его эволюция определялась внутренними законами системы Солнце — облако и привела неизбежно к образованию планет.

Не прибегая к дополнительным гипотезам, мы объяснили основные черты солнечной системы из простых положений о предшествующем состоянии материи и из проверенных законов природы. Мы уверены, что это — здоровый путь построения космогонической теории.

Лекция 3-я
ПРОБЛЕМА ПРОИСХОЖДЕНИЯ ГАЗОВОПЫЛЕВОГО
ОБЛАКА

В предыдущих лекциях из простых закономерностей планетной системы (круговые компланарные орбиты, деление планет на две группы) выводится предшествующее состояние допланетной материи, а именно газово-пылевое облако, обращавшееся около Солнца. Затем, с помощью законов физики, механики и химии, реконструируется ход эволюции облака. Это привело к эволюционному объяснению всех известных закономерностей солнечной системы. Объяснены были все закономерности, кроме одной: распределения момента количества движения. Объяснение этой последней закономерности связано с происхождением околосолнечного газово-пылевого облака.

Чем более ранние стадии эволюции мы рассматриваем, тем труднее становится исследование, потому что в нашем распоряжении оказывается все меньше достоверных фактов. По этой и многим другим причинам вопрос о том, откуда и каким образом возникло около Солнца газово-пылевое облако, еще вызывает сомнения и споры.

Вопрос о происхождении той материи, из которой складываются или возникают планеты, вставал и перед всеми ранее бывшими теориями и гипотезами. Для ориентировки {78} в современном положении дела будет полезно, если и не рассмотреть их все, что в мою задачу не входит, то по крайней мере установить основные типы, классифицировать предыдущий опыт науки.

Все существующие гипотезы и теории можно разбить на три класса по тому, откуда берется материал для планет. В один класс входили бы при этом теории, по которым Солнце и планеты возникают приблизительно одновременно из одной общей массы, которая в истории получила немного неопределенное название «туманности». Сюда относятся: теория Канта — Лапласа, большое количество других старых гипотез, которые я не буду упоминать, а из новых — гипотезы Вейцзеккера, Кёйпера, Юри, первая и третья (новейшая) гипотезы В. Г. Фесенкова и другие.

Ко второй группе космогонических гипотез можно отнести те, по которым материя планет тем или иным процессом выделилась из уже существующего Солнца. Сюда относятся из древних — мысль Лейбница о вулканическом извержении материи Солнцем, гипотеза Бюффона об ударе о Солнце кометы, которая вырвала клок материи, затем широко известные так называемые приливные теории, относящиеся уже к началу нашего века: теории Мультона — Чемберлина, Джинса, Джеффриса. К той же второй группе относится и ротационная гипотеза В. Г. Фесенкова.

Наконец, по третьей группе гипотез материя планет получается из межзвездной материи уже после образования Солнца благодаря тому или иному процессу. Сюда относится гипотеза Си, теория Альфвена, моя теория и гипотеза Эджворта.

Всякая классификация, как нам известно, неисчерпывающа. Можно классифицировать и иначе. Есть также промежуточные, компромиссные формы. Например, гипотезы Литтльтона и Хойля, по которым Солнце первоначально было одним из компонентов двойной или тройной звезды {79} и затем, в силу взаимодействия различных причин, выделилась материя как из Солнца, так и из звезды,— очевидно являются сложной мешаниной из всех трех категорий,

Я перечислил только те гипотезы, которые либо имели историческое значение, либо относились к самым последним годам, так как в мою задачу не входит изложение истории космогонии.

Анализ ошибок и недостатков прежних теорий, конечно, очень поучителен. Я не буду их детально рассматривать. Первым критерием является следующий: нельзя принимать теорию, которая противоречит основным, твердо установленным законам природы, таким, как закон сохранения энергии или закон сохранения момента количества движения. Оказывается, что, кроме индивидуальных недостатков, все гипотезы первых двух указанных мною групп не могут быть согласованы с законом сохранения момента количества движения.

В самом деле: распределение момента количества движения в солнечной системе очень характерное и резко расходящееся с распределением масс. Как известно, Солнце содержит более 99% общей массы системы и только 2% момента количества движения, тогда как на планеты падает около 1/700 массы, но 98% момента количества движения.

Как такое явление могло произойти? Ясно, что все теории первой группы, согласно которым планеты и Солнце образуются из одной общей массы, этого распределения не объясняют. Нет такого механизма, при котором подавляющая часть массы объединилась бы в центральном теле, а подавляющая часть момента оказалась бы сосредоточенной на периферии. Нет смысла придумывать новые и новые варианты лапласовской и аналогичных теорий, если эта гипотеза или теория тоже не объяснит распределения моментов. {80}

Это же относится и ко второй группе, т. е. к гипотезам, по которым материал для планет так или иначе выделяется из Солнца. Опять-таки нет механизма, при котором Солнце может передать Юпитеру, а тем более Нептуну, их момент количества движения, громадный, ввиду большого радиуса орбиты. Любопытно, однако, что сознание этого простого следствия из миллионы раз проверенного закона природы, это сознание как-то медленно стало проникать во всю толщу астрономии, если можно так выразиться.

Пуанкаре в своей известной книге о космогонических гипотезах даже не упомянул этого аргумента против Лапласа, хотя еще в XIX в. его определенно высказывали Бабине и Фуше, а в начале XX в. его настойчиво выдвигал Си. Пуанкаре цитирует вычисления Фуше, но не делает из них неизбежного вывода.

Крушение теории Джинса на этом же вопросе о распределении момента последовало после работ Рессела и Н. Н. Парийского в 30–40-х годах нашего века. Джеффрис, придерживавшийся близких к Джинсу взглядов, сам отказался от своей теории. И ротационная гипотеза В. Г. Фесенкова, относящаяся к этой группе, как признал сам автор, не объясняет распределения момента количества движения. Попытку В. А. Крата и В. Г. Фесенкова обойти трудность с моментом мы рассмотрим ниже.

Критерий момента показывает, что выход надо искать в третьей группе гипотез, т. е. надо отказаться от изолированного рассмотрения солнечной системы и привлечь к рассмотрению ту большую систему, частью которой является солнечная, т. е. систему Млечного пути — Галактику. С привлечением галактического материала отпадает всякая трудность с моментом, ибо звезды, как и облака газово-пылевой материи, двигаясь в Галактике, имеют огромный момент относительно друг друга и относительно центpa {81} тяжести Галактики, и при распределении этого момента очень легко и без всякой натяжки получается тот момент количества движения, которым обладают планеты, в том числе самые далекие от Солнца.

Это было ясно уже Си в начале XX в. По Си, планеты захвачены Солнцем из Галактики, где они существовали до того как самостоятельные тела, как темные шары. Такой темный шар, приближаясь к Солнцу с гиперболической скоростью, был задержан сопротивляющейся средой, окружающей Солнце, и настолько заторможен, что его скорость перешла в эллиптическую. Но материи, которая могла бы произвести этот эффект, вокруг Солнца нет. Кроме того, Си не смог объяснить ни одной из тех простейших черт солнечной системы, которые объяснил еще Лаплас: круговые орбиты, движение в одном направлении, в одной плоскости. Поэтому гипотеза Си не обратила на себя внимания и не имела последователей, хотя в ней, как мы сейчас увидим, заключался элемент здоровый и ценный, а именно — идея привлечения внесолнечной, галактической материи.

Очень ценную идею выдвинул в 1935 г. Линдблад. Он подчеркнул большое космогоническое значение процессов, происходящих в диффузной материи (газовой, дымовой, пылевой), которая заполняет межзвездное пространство с небольшой плотностью, но повсеместно. Линдблад обратил внимание на значение постепенного объединения в этом межзвездном пространстве молекул в пылинки, пылинок в более крупные тела. Эту глубокую и важную идею, однако, он никак не конкретизировал и не развивал.

Я предложил в 1944 г. для объяснения образования планет гипотезу захвата Солнцем межзвездной материи. Взаимное движение звезд и межзвездных газово-пылевых облаков, участвующих в галактическом вращении, навело меня на мысль, что здесь следует искать решение загадки {82} о появлении газово-пылевого облака около Солнца. Если бы Солнце, пройдя сквозь облако или вблизи него, могло «захватить» с собою часть вещества, увлекая его за собою, то Солнце оказалось бы окруженным таким облаком, из которого в дальнейшем образовались планеты. При таком происхождении облака отпадает трудность с распределением момента количества движения. Этот момент явился бы результатом перераспределения момента количества движения Галактики. А именно, тот момент, которым встречное облако обладало по отношению к проходящему Солнцу, сохранился бы в соответствующей доле в захваченной части облака.

Мы привлекаем к объяснению происхождения солнечной системы материю и силы Галактики. Правильно ли это? Не следует ли образование солнечной системы объяснить развитием только внутренних сил самой системы?

Учение о всеобщей связи явлений — одно из основных в диалектике и всем нам хорошо известно. Проблема взаимоотношений внутреннего и внешнего решается материалистической диалектикой конкретно, с учетом всех связей, которыми обладает данное явление. Можно указать много примеров, когда ограничение внутренними факторами антинаучно. Так, было бы неправильным объяснять циркуляцию земной атмосферы, не учитывая роли такого внешнего фактора, как солнечное тепло. Подобных примеров можно было бы привести сколько угодно. Нет оправдания тому, чтобы ограничиться только внутренними силами в системе, которая так тесно связана со всем окружающим, как наше Солнце с Галактикой. Нет оправдания тому, чтобы солнечную систему искусственно вырезать из Галактики. Наоборот, следует обратиться к той среде, в которой вращается Солнце. И то, что в рамках солнечной системы оставалось неясным, можно объяснить просто, если обратиться к Галактике и движению Солнца в ней. Это-то {83} обстоятельство и делает гипотезу захвата заманчивой, несмотря на то, что с нею связаны свои затруднения, о которых мы скажем дальше.

Рассмотрим явление захвата подробнее. Мы дадим несколько ниже примеры и других видов захвата, а сейчас ограничимся описанием явления захвата под действием сил тяготения.

В случае двух тел, изолированных от иных тел, движение одного из них относительно другого, под влиянием взаимного тяготения, будет, как известно, происходить по коническому сечению. Если когда-либо относительная скорость была гиперболической, то такое движение не может перейти в эллиптическое. При двух телах захват невозможен. При трех телах мыслима существенно иная картина.

Допустим, что два тела имели до известного момента гиперболическую относительную скорость. Под влиянием третьего тела это движение может измениться. Относительная скорость двух тел может затормозиться настолько, что движение перейдет в эллиптическое. Это и есть захват. При этом, конечно, между телами происходит перераспределение энергии и момента количества движения с сохранением, само собою разумеется, общей их величины. Разность между энергией относительного движения, гиперболического до захвата и эллиптического после него, возьмет на себя третье тело, скорость которого соответственно изменится.

Возможен ли захват при трех телах? Это один из основных вопросов в знаменитой задаче трех тел, которой особенно много занимались в конце прошлого века Пуанкаре и его последователи. В течение XIX и XX вв. у большинства астрономов и математиков укрепилось убеждение в невозможности захвата в задаче трех тел. Даже те, кто не вполне был уверен в этом, все же считали, что захват {84} столь невероятно редкое явление, что не имеет космогонического значения.

Астрономы первоначально заинтересовались захватом, решая задачу о возможности захвата Юпитером астероида с превращением его в спутника. В этом случае мы имеем Солнце, Юпитер и какое-то маленькое третье тело, столь малое по своей массе, что движение Юпитера практически не возмущается. Это приводит к схеме, получившей название «ограниченной круговой задачи трех тел», изучаемой еще со времен Якоби. Невозможность захвата в этой схеме была доказана Цейпелем и Хопфом.

Но что же будет, если отказаться от этой искусственной схемы и перейти к рассмотрению движения трех конечных масс в общем случае? В полной задаче трех тел невозможность захвата вытекала из известных работ Ж. Шази об асимптотическом характере движений. В 1929 г. им было опубликовано исследование для случая, когда константа интеграла энергии Н<0, а в 1932 г.— для случая, когда Н>0. Второй мемуар не содержал строгого доказательства, что осталось незамеченным в науке.

Эти исследования, а также привычка к «ограниченной» задаче, имеющей очень большую литературу, и создали то убеждение в невозможности захвата, о котором мы говорили, так что практически захват был исключен из арсенала космогонических исследований. Например, в довольно известной в свое время книге Нольке, вышедшей в 1919 г., педантично излагаются всевозможные космогонические схемы, но захват отброшен в самом начале, как нечто невозможное.

Несмотря на такое состояние вопроса, убеждение в физической реальности захвата позволило мне начать разработку космогонической теории, предполагая возможность захвата, хотя в то время я и не обладал доказательством его возможности. Однако в 1947 г. мне удалось дать {85} ответ на этот вопрос, а именно указать пример захвата в задаче трех тел. Были проинтегрированы численными методами уравнения движения трех тел при определенных начальных данных.

Выбрать начальные условия таким образом, чтобы быть уверенным, что движение приводит к захвату, конечно очень трудно. Но здесь помогает такое простое соображение, почему-то в данной задаче ранее не применявшееся. Уравнения небесной механики таковы, что они допускают изменение направления времени. Поэтому задача исследования такого движения, которое приводит к захвату, математически эквивалентна задаче о разрыве пары под влиянием третьего тела. Подобрать начальные условия для разрыва уже гораздо легче.

Так я и поступил. Рассматривалось движение трех тел в одной плоскости, с одинаковыми массами. Начальные условия были выбраны так, что рассматриваемый случай являлся одним из типичных для двойных звезд по размерам относительной орбиты и по скоростям. Начальные данные в момент t = 0 таковы, что невозмущенной орбитой тела P₁ под притяжением тела P₀ был бы эллипс с большой полуосью, равной 200 астрономических единиц (что соответствует периоду 2000 лет), и эксцентриситетом ¹/₂, а невозмущенной орбитой тела P₂ — гипербола. При этих начальных данных вычисления были проведены как вперед, так и назад^*.

На рис. 1 изображены траектории тел P₁ и P₂. Как видно из рисунка, движение одного из тел, находящегося на эллиптической орбите, резко меняется при близком прохождении третьего тела,— почти излом траектории, после которого и второе тело уходит в бесконечность. Если же рассматривать движение в обратном направлении, то {86} окажется, что взаимодействие двух приближающихся из бесконечности тел привело к тому, что одно из них уходит в бесконечность, а другое оказывается перешедшим на эллиптическую орбиту относительно тела P₀, т. е. произошел захват. Хотя это — единичный пример, однако он имеет решающее значение, как всякий пример, опровергающий неверное общее суждение.

С точки зрения астрономической при изучении захвата не надо следить за движением тел до бесконечности. В реальных условиях выделение трех тел из Галактики есть абстракция, допустимая до тех пор, пока эти три тела не разошлись до расстояний, сравнимых со средним звездным расстоянием. Как только они разошлись настолько, что взаимодействие с другими телами Галактики становится заметным, наша абстракция теряет свою силу. Поэтому для астрономов важно только знать, будет ли обеспечен устойчивый захват без разрыва, до достижения этого расстояния. В этом смысле вычисленный пример {87} астрономически вполне достаточен. Но с чисто математической точки зрения желательно решить задачу в общем виде, рассматривая движение на всей временной оси.

Решающее значение имеет вопрос о мере множества тех точек фазового пространства, которые будут начальными точками движений, приводящих к захвату, т. е. об оценке вероятности захвата. Пока речь идет не о количественном определении этой вероятности, а о том, чтобы выяснить, не будет ли захват следствием начальных данных, составляющих множество меры нуль. Если начальные данные, приводящие к захвату, заполняют целый кусок фазового пространства, то эта мера будет положительна.

Из существования хотя бы одного примера осуществления захвата на конечном промежутке времени и из общих свойств решений дифференциальных уравнений следует, что множество начальных данных, приводящих к захвату на том же промежутке времени, имеет положительную меру, а не меру нуль. Будет ли это так и в общем случае, когда мы рассматриваем бесконечный промежуток времени, таким индуктивным методом решить нельзя. Поэтому перед нами возникает математическая задача — доказать в общем случае, что захват осуществляется с положительной, а не нулевой мерой. Эту большую задачу решил Г. Ф. Хильми^*.

Таким образом, я и Г. Ф. Хильми доказали возможность захвата в задаче трех тел и положительную вероятность захвата. Этот результат имеет большое значение для космогонии, но представляет интерес и для небесной механики.

В построенном мною примере захвата участвовали три тела солнечной массы. Это было сделано для упрощения расчета. Захвачены могут быть тела любого размера от {88} пылинок до звезд. Принципиальный результат — возможность и положительная вероятность захвата — справедлив при любых массах и при любом соотношении масс. Взаимный захват двух звезд и есть, по моему убеждению, возможная причина образования двойных звезд.

Для случая захвата малой массы — пылинки — крупным телом первый численный пример был рассчитан О. А. Сизовой (1952). Например, если в газово-пылевое облако вступило не только Солнце, но одновременно с ним еще одна звезда, то, при соблюдении некоторых условий во взаимных расстояниях и скоростях, часть облака будет захвачена Солнцем.

Исследования возможности захвата в задаче трех тел были продолжены Г. А. Мерманом (1953–1956) и К. А. Ситниковым (1953). Г. А. Мерман, используя математический метод, предложенный Г. Ф. Хильми, дал несколько интересных и более совершенных критериев гиперболических и гиперболо-эллиптических движений трех гравитирующих тел. К. А. Ситников построил пример осуществления захвата аналитическом путем, т. е. не пользуясь численным интегрированием уравнений движения.

В явлении захвата при трех телах мы имеем простейший пример того, как благодаря гравитационному взаимодействию при сближении трех независимо движущихся тел выделяются два тела, образующие устойчивую, длительно существующую систему. Однако такие явления возможны при любом числе тел и для некоторых разделов нашей теории они интересны в случае очень большого их числа. Г. Ф. Хильми, обобщая теорию захвата, изучал наиболее общие законы в процессах этого рода. Мы не будем приводить довольно сложные формулы и теоремы Г. Ф. Хильми, но рассмотрим его общие выводы.

При сближении приходящих из бесконечности тел, система обладает слишком большим количеством энергии, {89} которое препятствует гравитационному объединению этих тел. Но если при сближении многих тел, благодаря гравитационному взаимодействию между ними, осуществится такой обмен энергией, что удалится часть тел, кинетическая энергия которых составит достаточно большую долю общей энергии системы, то остальные тела в некоторых случаях могут образовать недиссипирующую подсистему. Объединение в устойчивую подсистему одной части тел должно сопровождаться поглощением избытка энергии другой частью тел, быстро покидающих систему, и обратно — наличие быстро уходящих из системы тел может вызывать выделение устойчивого ядра системы. Г. Ф. Хильми резюмирует эти отношения в следующей формулировке: «Ассоциация и диссипация в гравитирующих системах — разные стороны одного явления гравитационного взаимодействия материи».

Такова картина в чисто механическом случае, т. е. когда течение процесса определяется одним тяготением. Тем не менее, полученные результаты дают общие указания и для тех случаев, когда, как это часто бывает в космогонических вопросах, мы не имеем чисто механического взаимодействия. В самом деле, если нет диссипации части системы, то в эпоху наитеснейшего сближения тел должен возникать какой-либо физический процесс, который поглощает мешающий объединению избыток механической энергии, превращая его в немеханические формы, т. е. должна происходить диссипация энергии. В этих случаях мы имеем гравитационно-физическое объединение материи, в котором «сток» избытка механической энергии осуществляется не через диссипацию системы, а физическими процессами.

При гравитационно-физическом объединении материи возникают многие космогонические закономерности, необъяснимые в узких рамках механических законов. Непонимание {90} границ механики, вытекающих из ее собственных принципов, было, по нашему мнению, источником ряда непреодолимых трудностей во многих классических гипотезах планетной космогонии, носивших слишком механический характер.

Наши работы о захвате в задаче трех тел привлекли внимание и других исследователей к проблеме захвата, причем были указаны новые, уже не чисто механические формы его. Т. А. Агекян исследовал динамику звездных прохождений сквозь облака пылевой материи и показал, что при этом может получиться захват из-за потери частицами скорости при взаимных столкновениях. Дело в том, что частицы, проходящие около Солнца, будут притягиваться им и огибать его по гиперболам, так что позади Солнца окажется область повышенной плотности. Т. А. Агекян подсчитал, что при вполне правдоподобных предположениях о начальных скоростях и плотностях, позади Солнца должна образоваться такая густота, что частицы будут неизбежно сталкиваться. При столкновениях скорости будут уменьшаться и из гиперболических — по отношению к Солнцу — станут эллиптическими, а это и есть захват. Это один из случаев, когда избыточная кинетическая энергия не уносится третьим телом, а переходит в тепло.

Другой вид захвата, основанный на действии светового давления, указал В. В. Радзиевский. Как известно, световое давление уменьшает притяжение Солнца. Существует определенная область размеров частиц, при которых давление преобладает. Это частицы радиусом порядка 10^–5 см. Если частица больше или меньше, то световое давление тоже скажется, но преобладать будет притяжение. Интересно, что при радиусе 0,5 · 10^–5 см частицы будут нейтральны, т. е. отталкивание и притяжение уравновешиваются. {91}

Для частиц столь малого размера В. В. Радзиевский показал, что при учете светового давления третьего тела даже не нужно. Основная идея заключается в следующем. Если частицы нейтрального размера приближаются к Солнцу, то они, подвергаясь вблизи Солнца разнообразным физическим воздействиям, могут распасться на меньшие частицы. Но меньшие частицы уже не нейтральны, у них притяжение преобладает. Может оказаться, что первоначальная частица приближалась к Солнцу по гиперболической орбите, т. е. с положительной полной энергией, а еще более мелкие частицы, возникшие при распаде и притягиваемые Солнцем, будут обладать уже отрицательной полной энергией, т. е. окажутся на эллиптических орбитах. Произойдет мгновенный захват.

Таким образом, формы захвата оказались разнообразными. Наличие нескольких форм захвата увеличивает вероятность этого явления.

Одним из последствий захвата является наличие у облака отличного от нуля общего момента количества движения. Происходит это по следующей причине. Если бы в результате захвата с равной вероятностью появлялись потоки газово-пылевого вещества, обращающиеся около Солнца в противоположных направлениях, то общий момент был бы близок к нулю, но планеты в этом случае не могли бы образоваться, так как столкновения встречных потоков привели бы к потере скорости и постепенному выпадению вещества на Солнце. На деле такого симметричного захвата ожидать не приходится, кроме редких исключений. В случае гравитационного захвата, с участием второй звезды, ее наличие уже создает асимметрию по отношению к Солнцу, а при других формах захвата (без второй звезды) надо учесть известную из наблюдений клочковатую структуру межзвездных облаков. Достаточно Солнцу пройти через место с неравномерным распределением плотности, {92} например ближе к краю какого-либо местного сгущения, чтобы с одной стороны захватывалось больше частиц, чем с другой, и захваченное облако обладало каким-то преобладающим направлением вращения, т. е. отличным от пуля и, в общем случае, большим моментом.

Но встает неизбежный вопрос, насколько часто происходит захват, иными словами — какова вероятность захвата? Прохождение звезды сквозь облако есть явление нередкое: подсчитано, что примерно 30-ю часть своего пути в Галактике Солнце проходит в облаках. Но для захвата в его классической форме необходимо еще одновременное близкое прохождение второй звезды (для других форм захвата этого не требуется). Близкое прохождение двух звезд есть уже гораздо более редкое явление. Правда, не надо думать, что для захвата материи требуется очень большая близость. Если например, по гипотезе Джинса, требуется прохождение почти вплотную к Солнцу (на расстоянии нескольких солнечных радиусов), то при приобретении газово-пылевой материи, из которой образовались планеты, может оказаться действительным и расстояние в 10 000 раз большее, что увеличивает вероятность встречи в 10¹² раз. Но все же и это явление редкое, тем более, что захват требует еще некоторых ограничений скоростей^*.

Захват материи может осуществиться на любой стадии эволюции Солнца. Но его вероятность в сильнейшей степени зависит от того или иного состояния окрестностей Солнца в момент захвата. В наших условиях, которые наблюдаются в нынешней галактической окрестности Солнца, вероятность захвата очень мала. Но на своем пути в Галактике {93} Солнце проходило через разнообразные условий, в том числе и через плотные облака, а на более ранней стадии своей эволюции Солнце тем более имело шансы находиться в такой среде.

Эффективность захвата, т. е. количество захваченной материи, зависит от плотности пылевой среды в данном месте. Ясно, что чем плотнее облако, тем захват эффективнее. Самая же вероятность захвата, в его классической форме, зависит от звездной плотности, а в особенности от распределения относительных скоростей звезд: чем меньше относительная скорость звезд, тем чаще осуществляется захват. В галактических скоплениях мы имеем средние относительные скорости порядка 1 км/сек и даже меньше, против 20–30 км/сек в нынешних окрестностях Солнца. Поэтому захват в скоплениях звезд может происходить гораздо (на много порядков) чаще, чем вне их.

Кроме разнообразия условий в разных местах Галактики, возможно разнообразие во времени. Если Солнце образовалось из дисперсной материи в среде с повышенной плотностью и малыми относительными скоростями, то шансы захвата достаточной массы для планетного роя, конечно, соответственно выше, лока Солнце еще не покинуло материнской среды. Если звезды образуются при этом группами, то и это обстоятельство намного повысит шансы захвата еще в том же облаке.

Однако необходимы дальнейшие исследования об условиях захвата и его вероятности,

Даже после того, как нами доказана теоретическая возможность и положительная вероятность захвата, как механизма возникновения допланетного облака, не исключена возможность, что при образовании звезд существовали {94} условий, которые давали и другие, кроме захвата, способы возникновения облака. Этого наперед отрицать нельзя. Выше мы показали, что в природе существуют условия, при которых захват дает начало такому облаку, из которого дальше закономерно образуются планеты. Но этим доказано только то, что некоторые из существующих в природе планетных систем возникли из вещества, приобретенного путем захвата, но вовсе не доказано — и мы этого никогда не утверждали,— что захват, в частности гравитационный захват, есть единственная форма приобретения звездами вещества для планетных систем. Сегодня еще нет достаточных данных для того, чтобы окончательно сказать, произошла ли именно наша планетная система из облака, возникшего путем захвата или иным, еще неизвестным путем. Доказано лишь, что она могла произойти путем захвата облака и его дальнейшей эволюции. Это, конечно, не малый шаг в развитии науки. Но окончательный ответ будет дан только после того, как мы узнаем происхождение Солнца и все обстоятельства, сопровождавшие его возникновение.

Не следует ли отсюда, что в книге, посвященной планетной космогонии, мы должны здесь поставить точку, а в отношении происхождения Солнца должны занять выжидательную позицию, пока астрономы не решили эту проблему? Нет, это было бы неправильно. Действительно, вопрос о происхождении звезд есть другая, не менее важная, научная проблема, которая в тему этой книги не входит. Но между двумя проблемами есть пограничная область, в которой мы, работники планетной космогонии, должны сказать свое слово, вытекающее из данных нашей, планетной тематики. Оставляя в стороне вопрос о том, каковы вообще те (возможно различные) пути, которыми в природе происходит образование звезд, мы специально заинтересованы в вопросе, существуют ли среди них такие, {95} при которых возможно одновременно возникновение планет? Еще конкретнее: могло ли при возникновении именно нашего Солнца одновременно иметь место возникновение нашей планетной системы иным способом, кроме захвата допланетного облака?

Рассмотрение этого вопроса существенно для планетной космогонии и может оказаться далеко не бесполезным для космогонии звездной.

Известные черты нашей планетной системы дают не которые указания на то, могли ли они осуществиться при том или ином способе возникновения Солнца. Эти черты могут оказаться не совместимыми с некоторыми гипотезами об образовании звезд. Эта несовместимость не означала бы, что звезды вообще так не могут образовываться, но из нее вытекало бы, что наше Солнце либо образовалось иначе, либо обросло материалом для планет уже после своего возникновения. Например, как было показано Б. Ю. Левиным, гипотеза о том, что Солнце возникло в виде очень яркой звезды, обладавшей массой в 5–10 раз больше современной, и затем эволюционировало вдоль главной последовательности, лишь в том случае совместима с теорией образования планет, изложенной во 2-й лекции, если допланетное облако было захвачено уже после того, как масса Солнца уменьшилась до 2–3 современных масс.

Существует несколько гипотез о том, как возникло около Солнца газово-пылевое облако, ни одна из которых еще не разработана настолько, чтобы она могла стать общепризнанной. В качестве главных гипотез можно указать, кроме гипотезы о захвате, гипотезу о выбросе материи облака из самого Солнца и идею о совместном образовании Солнца и допланетного облака. {96}

Некоторые исследователи противопоставляют идее захвата идею совместного образования звезд и планет. Но такое противопоставление неправильно. Они полагают, что когда звезда, например Солнце, сгущалась из диффузной материи, то рядом часть этой материи могла сгуститься в меньшие тела, которые начнут вращаться вокруг главного. Но тут-то и лежит вся трудность: почему же они начнут вращаться? Откуда у них появится момент количества движения? По существу и в этой концепции не избежать захвата, но только приходится применять его к гипотетическому и пока еще совершенно неясному начальному состоянию. В самом деле, если из диффузной галактической материи выделяется, вследствие взаимного притяжения, некоторое сгущение, и разница в моменте галактического вращения его частей переходит в момент вращения около центра масс, то это и есть то же явление захвата. Таким образом, оказывается, что и в случае идеи «совместного образования» появление допланетной материи — это вопрос момента времени, а не механизма и его причины. Наша теория шире, она не ограничивает время осуществления захвата никакими рамками. Захват материи и момента для планет могут произойти и в начальный период возникновения той или иной звезды и на любой дальнейшей стадии, и сегодня, и в любое время в будущем. Во всех этих случаях образование планет происходит в недрах протяженного роя диффузной материи, обладающего большим моментом.

Рассмотрим еще отделение допланетного облака от Солнца. Если это отделение произошло в начальной стадии, то это и есть совместное возникновение, а если в последующей, то в таком случае необъясним парадокс с распределением момента количества движения между Солнцем и планетами.

Чтобы обойти трудности с моментом количества движения, В. А. Крат и затем В. Г. Фесенков предположили, что {97} Солнце сначала было значительно массивнее и вращалось во много раз быстрее, чем теперь, так что обладало некогда всем необходимым моментом вращения. Подавляющая часть массы была затем постепенно потеряна в результате так называемого «корпускулярного излучения», т. е. выброса заряженных атомов из звезд. Так как выброс происходит с поверхности, где удельный момент вращения больше, то общий момент уменьшается быстрее, чем масса. Аналогичную мысль высказал еще в 1924 г. К. Э. Циолковский. Только он не прибегал к корпускулярному излучению (в то время еще не известному), а подсчитывал убыль массы и момента из-за потери, вызванной обычным световым излучением: как известно, свет обладает массой. Циолковский исходил из схемы Лапласа и подсчитывал, что для приведения гипотетической начальной солнечной системы в нынешний вид потребовалось бы время порядка 10³¹ лет! Такое время существования солнечной системы никак не вяжется с современной астрофизикой, поэтому гипотезу Циолковского не могли принять и прибегли к новому виду излучения — корпускулярному. В. А. Крат ограничился общей идеей без конкретизации, а В. Г. Фесенков считал, что Солнце, при потере массы, эволюционировало вдоль так называемой главной последовательности звезд. Скорость эволюции, принимавшаяся В. Г. Фесенковым, требует, чтобы потеря массы через корпускулярное излучение была в тысячу раз больше потери от светового, хотя по современным данным она в тысячу раз меньше. В. С. Сафронов подсчитал, что, в случае эволюции вдоль главной последовательности, для того чтобы удельный момент на экваторе первоначального Солнца равнялся удельному моменту Нептуна, оно должно было обладать массой в 150 современных солнечных масс, а таких звезд мы не знаем. Приходится, следовательно, уходить еще дальше назад, в эпоху, когда Солнце еще не было {98} звездой главной последовательности. Но тогда возникают новые трудности, а главное — нет никаких фактических данных. Таким образом, распределение момента не объясняется, а только отодвигается в туманную даль.

Корпускулярное излучение — интересный объект исследования. Не исключено, что корпускулярное излучение может иметь некоторое значение для космогонии солнечной системы, как добавочный фактор эволюции. Но значение этого фактора не следует переоценивать. Корпускулярное излучение не способно объяснить распределение момента количества движения в солнечной системе.

Как мы уже говорили, результаты эволюции допланетного облака, изложенные во 2-й лекции, логически независимы от гипотез о происхождении этого облака. Считая своим долгом указать на это обстоятельство, я все же, не колеблясь, утверждаю, что только захват галактической материи мог обеспечить Солнце допланетным облаком такого протяжения и с таким громадным моментом количества движения.

Тема этой последней лекции — наша планета Земля. Эта тема включает вопросы, выходящие за пределы собственно космогонии, переходящие в область геофизики и геологии. Конечно, эти вопросы должны решаться самими этими науками. Поэтому в ряде случаев наша космогоническая теория не будет предлагать готовых решений, а ограничится постановкой вопросов и сообщением некоторых новых точек зрения и некоторых выводов, вытекающих из нашей теории, и не бесполезных для решения вопросов, стоящих перед науками о Земле.

Космогоническая теория должна не только раскрыть процесс возникновения планеты, но и проследить ее дальнейшую эволюцию, связав ее «астрономическую» историю с «геологической». Только такое историческое рассмотрение проблемы происхождения Земли может выявить действующие в Земле силы и дать геологам, геофизикам, геохимикам возможность по-новому поставить стоящие перед ними проблемы, дать основу для их теоретических построений. Космогоническая теория, сама по себе как будто не имеющая непосредственно практического производственного значения, на самом деле может служить практике, помогая в построении правильной геологической {100} теории, на основе которой развивается практика геологических изысканий вплоть до поисков полезных ископаемых. Размер пользы, которую науки о Земле смогут извлечь из планетной космогонии, зависит от того, насколько полно и глубоко удастся ей раскрыть те черты строения и состояния Земли в ее начальный период, которые обусловили ее дальнейшее развитие.

Представления о ранних стадиях истории Земли всегда были связаны с космогоническими идеями своего времени. Космогония оказывала сильное влияние на развитие наук о Земле. Однако обратная связь — проверка космогонических представлений данными наук о Земле — была до сих пор недостаточной. Такое положение обусловлено не уровнем развития наук о Земле, а методологически ограниченной постановкой проблемы планетной космогонии. По существу, решение вопроса о происхождении Земли является комплексной астрономо-геофизической проблемой. Однако осуществление такой программы требует большой исследовательской работы.

Лаплас, один из основателей материалистической космогонии, хорошо понимая ее значение для разработки геологических проблем, писал: «Первичное газообразное или жидкое состояние, к которому мы приходим при рассмотрении астрономических явлений, должно, конечно, проявляться и в других естественных явлениях. Однако, чтобы открыть его там, необходимо принять во внимание огромное разнообразие соединений, образованных всеми земными веществами, находившимися в газовой смеси, когда понижение температуры дало возможность их элементам вступать в соединения; затем нужно учесть необыкновенные изменения, которые это понижение вызвало внутри и на поверхности Земли,— во всех ее образованиях, в строении и давлении атмосферы, в океане и во всех телах, которые он содержал растворенными. Наконец, {101} нужно считаться и с резкими изменениями, вроде крупных вулканических извержений, которые в некоторые эпохи должны были нарушать правильность этих изменений. Геология, изучаемая с этой точки зрения, сближающей ее с астрономией, сможет выиграть по многим вопросам в точности и достоверности».

Последующее развитие науки показало, что эти слова оказались историческим предвидением. В самом деле, гипотеза Лапласа появилась в последние годы XVIII в., а в 30-х годах XIX в. возникла первая научная геологическая гипотеза — так называемая контракционная гипотеза. По существу она была прямым порождением концепции Лапласа. С этой же концепцией связаны сложившиеся в дальнейшем геохимические представления о зональном распределении химических элементов в Земле.

Многие геологи XIX в. подчеркивали связь геологических и космогонических представлений. Геологи XX в., часто оставляя в стороне космогонические взгляды, просто исходили из того, что Земля некогда была «огненно-жидким» телом.

Конечно, нельзя строить теорию развития Земли, не имея какой-то отправной точки зрения на ее происхождение. Естественно, что взгляд геологов на происхождение Земли формируется под влиянием теории, господствующей в астрономии. Но очень плохо, что этот процесс взаимной связи двух наук часто запаздывает. Хотя в астрономии несостоятельность гипотезы Лапласа была окончательно установлена к началу нашего века, ее влияние в геологии сохранялось значительное время и отражено в геологических работах некоторых современных авторов.

На основе теории происхождения Земли, изложенной в предыдущих лекциях, мы приведем ряд следствий, касающихся процессов, происходящих в земном шаре, характера его эволюции, темпов эволюции и действующих сил. {102} Мы рассматриваем Землю не как застывшее в своем развитии тело, а как живое, продолжающее развиваться.

В этой лекции мы последовательно рассмотрим следующие вопросы: продолжительность процесса образования Земли; тепловой режим, при котором протекал этот процесс, и роль радиогенного тепла в дальнейшей истории Земли; химический состав Земли и сравнение его с составом других планет и Луны; вопросы плотности и давления; происхождение морей и атмосферы; расслоение вещества в Земле; дальнейшая эволюция недр Земли в геологическую и современную эпохи и действующие в Земле силы; коснемся также приложения изложенного к вопросу о глубокофокусных землетрясениях и к вопросу о причине горообразования.

Земля, как и все планеты, росла путем объединения отдельных небольших тел и более мелких частиц. Процесс этот шел вначале очень бурно и интенсивно, затем быстро ослабел вследствие исчерпания вещества в допланетном облаке. За время геологической истории он почти прекратился. Мы говорим почти, так как проникновение в земную атмосферу метеоров и падение метеоритов есть в сущности процесс становления и роста Земли, но уже крайне ослабленный и несколько искаженный дальнейшим ходом эволюции облака. За последние два миллиарда лет выпал слой только в несколько сантиметров, так что неудивительно, что прямых следов построения Земли из метеорного вещества мы указать не можем.

В 1945 г. мною была опубликована работа, которая содержит математический анализ темпа накопления массы Земли. Для удобства математической трактовки вводились некоторые упрощающие предположения, в частности мы пренебрегли, в первом приближении, динамическим воздействием массы Земли, ограничиваясь учетом пересечений путей метеоритов и Земли. При этих предположениях {103} было выведено следующее уравнение:

Здесь обозначены: m и r — масса и радиус Земли в рассматриваемый момент; Q — масса вещества того «кольца» допланетного роя материи, которое отводится Земле, как это было разъяснено во 2-й лекции; R₁ и R₂ — расстояния от Солнца границ этой области; Р — период обращения Земли (год). Решение имеет следующий вид:

Здесь Т — возраст Земли, т. е. время, протекшее от начала процесса до настоящего времени; m — современная масса Земли; А — константа, зависящая от современного радиуса Земли и прежних констант; Δ — масса метеорного вещества, выпадающего на Землю за год в настоящее время.

Приведенное выше уравнение показывает, что процесс вначале шел очень быстро. Половина массы Земли образовалась меньше чем за 1 миллиард лет. Затем процесс замедлился, и сейчас в районе Земли могли остаться невычерпанными только слабые остатки вещества земного «кольца». Мелкие частицы из области Земли были уже давно заторможены лучевым давлением и упали на Солнце. На их место к Земле приблизились частицы, ранее обращавшиеся дальше от Солнца, по той же причине они постепенно исчезнут из наших окрестностей. Вместе с тем более крупные тела в результате возмущений их орбит будут залетать в «чужие» области. Поэтому те метеорные тела, которые теперь падают на Землю, необязательно являются остатками той именно «области», материал которой пошел на образование Земли.

Подставляя численные величины, я получил в 1945 г. для возраста Земли 7,6 миллиарда лет. В моем расчете {104} принято, что Δ составляет около тонны в сутки. По новейшим определениям эта масса должна быть увеличена до 100 тонн и тогда получается 6,3 миллиарда лет.

Ввиду тех упрощений, которые были допущены при решении задачи, я, разумеется, не настаиваю на каком-либо определенном численном значении возраста, но важно, что мы получили величину того же порядка, как и возраст земной коры, определенный подсчетом продуктов распада радиоактивных элементов.

Следует подчеркнуть, что смысл возрастов, полученных радиоактивными методами, зависит от космогонических представлений. В самом деле, с точки зрения гипотезы о первичной «огненно-жидкой» Земле, процесс образования коры был столь кратковременным, что возраст Земли практически совпадает с возрастом коры. Но если иметь в виду ту картину длительного образования коры, какая получается при холодном начале Земли (о ней мы скажем ниже), то не только нельзя говорить о совпадении возраста коры и Земли в целом, но само понятие возраста коры становится недостаточно определенным.

Перехожу к тепловому режиму, иными словами — к термической истории Земли. Большинство космогонических теорий предусматривало горячее жидкое или даже газообразное состояние Земли после ее образования. Несомненно, что это — отзвук прежних представлений о происхождении вулканизма, отзвук картины жидкой расплавленной Земли с тонкой корой, сквозь которую иногда прорывается вещество из расплавленных недр. Однако, как мы хорошо знаем, геофизические данные, в частности характер прохождения сейсмических волн, давно доказали, что глубинные области Земли не могут {105} быть целиком в жидком состоянии. Открытие радиоактивного распада и подсчет тепла, выделяемого им в Земле, уже в начале XX в. показали, что этого тепла хватает для обеспечения разогрева недр и расплавления в отдельных местах под корой, так что для объяснения расплавленной лавы нет никакой нужды в жидкой первичной Земле. Тем не менее вера в жидкую, в прошлом, Землю, упорно держится, к ней привыкли, с нею трудно расстаться. Казалось бы, открытие радиоактивности должно было сразу перевернуть вопрос о тепловой истории Земли. Однако представление о постепенном остывании Земли из «огненно-жидкого» начального состояния настолько прочно укоренилось в науке, что ради его сохранения ученые согласились принять крайне искусственное предположение о том, что радиоактивные элементы присутствуют только в земной коре и полностью отсутствуют в недрах Земли.

Тем важнее отметить, что такие крупнейшие представители русской науки, как Ф. А. Бредихин и В. И. Вернадский возражали против господствующего взгляда. Ф. А. Бредихин считал более правильным объяснить вулканизм и другие термические явления в земной коре не остатком первичного жара, а местными процессами, как он полагал — «электро-химическими». В семидесятых годах прошлого века больше нельзя было сказать, но по существу это — гениальное предвидение того, что будет найден новый источник тепла, предвидение, оправдавшееся в открытии радиоактивного разогрева Земли.

В. И. Вернадский высказывался по этому вопросу неоднократно. Например, в «Очерках геохимии» он пишет: «Все представления о некогда существовавшем огненно-жидком или расплавленном состоянии планеты, бывшем или ныне существующем, внесены в науку в связи с чуждыми ей по существу теологическими, философскими и космогоническими представлениями о мире, не поддерживаемыми {106} известными сейчас научными фактами. Можно и нужно сейчас все эти представления оставить в стороне при суждении о внутренности Земли».

В. И. Вернадский почти 40 лет боролся против представления о раскаленном начальном состоянии Земли, за признание радиоактивного происхождения современной теплоты земных недр. Но его борьба была безуспешной потому, что его взгляды находились в противоречии с космогоническими гипотезами, господствовавшими в науке. Только после крушения гипотезы Джинса взгляды Вернадского получили признание.

Мы надеемся, что развитая в предыдущих лекциях теория происхождения планет окажется не бесполезной при дальнейшем развитии геофизики и геотектоники на путях, указанных Ф. А. Бредихиным и В. И. Вернадским.

Что может сказать новая космогоническая теория о термической истории Земли? Абсолютно черное тело на расстоянии Земли от Солнца, в результате равновесия между поглощением солнечного тепла и его обратным излучением в пространство, имело бы температуру около 277° абсолютных, т. е. около 4° С. Приблизительно с этой же температурой, очевидно, и приходят к нам метеориты. Однако самый процесс образования Земли неизбежно приводил к некоторому разогреванию того вещества, из которого она формировалась. При падении частиц и более крупных тел на зародыш Земли происходило превращение в теплоту части их кинетической энергии. Однако эта тепловая энергия, возникая на поверхности формировавшейся планеты, быстро излучалась в пространство. Поэтому эта энергия не могла привести к значительному разогреву или расплавлению Земли. Авторы некоторых расчетов пришли к противоположному выводу, но они исходили из совершенно неправильного закона увеличения массы со временем, игнорируя непрерывное вычерпывание {107} вещества допланетного облака формирующимися планетами. Сжатие недр, неизбежное при постепенном увеличении объема формировавшейся Земли, также было источником небольшого разогревания. Эти процессы изучались В. С. Сафроновым и Е. А. Любимовой. Их работы показали, что первоначальный разогрев вещества глубин Земли не превосходил нескольких сот градусов.

Решающую роль в термическом режиме Земли играет теплота от радиоактивного распада урана, актиноурана, тория и калия. Нельзя забывать, что несколько миллиардов лет тому назад радиоактивных веществ было в Земле гораздо больше, чем теперь (в особенности калия и актиноурана), так как значительная их часть за это время уже успела распасться.

Земля — плохой проводник теплоты, и отток из внутренних частей наружу происходит крайне медленно. Как только Земля в процессе роста достигла достаточных размеров, теплота от радиоактивного распада стала накапливаться в ее внутренних частях. Процесс разогревания Земли за счет радиоактивной генерации тепла длился миллиарды лет и в глубинных слоях может продолжаться, как показывают расчеты, до сих пор.

Правильная картина термической истории Земли имеет большое значение для геофизики и геологии. При этом важно выяснить не только температуру в недрах Земли на разных этапах ее развития, но также и распределение температуры вдоль радиуса. В самом деле, например гравитационная дифференциация вещества возможна только начиная с некоторого определенного уровня температуры (разного для разных глубин), обеспечивающего достаточную пластичность среды.

Одним из первых тепловую историю Земли с учетом уменьшения количества радиоактивных веществ вследствие распада начал исследовать А. П. Соколов в 1922 г. {108}

В 1937 г. А. Н. Тихонов опубликовал очень важные работы, посвященные математическому исследованию теплового режима при наличии внутренних источников тепла и излучения с поверхности. В последние годы появился ряд заграничных работ.

В 1951–1955 гг. в Геофизическом институте АН СССР Е. А. Любимовой произведен расчет теплового режима всей Земли в целом, с учетом данных о ее свойствах и расслоении, строгими методами. Была исследована несколько упрощенная, но все же в известной степени отражающая реальную картину модель радиоактивно разогревающейся и расслаивающейся в процессе нагрева Земли. Возраст Земли был принят равным 5 миллиардам лет. Для упрощения задачи было предположено, что первые 2 миллиарда лет распределение радиоактивных веществ было равномерным, а затем произошло мгновенное выделение коры, сопровождавшееся выносом части радиоактивных веществ в верхние слои. Исследование этой модели Земли показало, что температурный градиент у поверхности достиг максимума примерно 2–3 миллиарда лет тому назад, после чего началось его медленное убывание. Максимальное значение градиента получилось в 2–3 раза больше, чем современное его значение. Следовательно, в земной коре температура могла раньше быть несколько выше, чем теперь, что соответствует предположениям некоторых геологов о большей тектонической активности Земли в прошлом.

Старые космогонические гипотезы, предполагавшие, что Земля и планеты образовались из раскаленных сгустков газов, так или иначе отделившихся от Солнца, приводили к выводу об одинаковом первоначальном составе всех планет. Фактические же различия в составе планет, {109} и прежде всего деление планет на две группы, объяснялись различием планет по массе. Указывалось, что массивные планеты-гиганты с большой силой тяжести на поверхности, смогли удержать легкие газы от рассеивания, и они сохранились в составе этих планет. Небольшие же планеты земной группы, на поверхности которых притяжение значительно слабее, находясь якобы в раскаленном состоянии, не могли удержать легкие и подвижные атомы, в первую очередь водорода и гелия, и эти элементы не могли поэтому сохраниться в составе этих планет. Как мы уже говорили, теперь известны факты, опровергающие эту точку зрения (например, метановая атмосфера у спутника Сатурна — Титана); установлено также, что ее теоретические предпосылки ошибочны (исследование И. С. Шкловского).

Во 2-й лекции нами дано объяснение деления планет на две группы. Как было указано, в ближних к Солнцу частях облака могли существовать только частицы из тугоплавких каменистых веществ и поэтому планеты земной группы, в том числе и Земля, состоят преимущественно из силикатов и металлов. Однако важно подчеркнуть, что в ближние к Солнцу районы попадали тела и из отдаленных районов, содержавшие «льды» из легких веществ.

Точных данных о составе Земли пока нет. Известно, что Земля состоит из нескольких оболочек разной плотности, а именно — коры, промежуточной силикатной оболочки и плотного ядра, которое обычно считали железным. Масса ядра составляет приблизительно ¹/₃ от массы всей Земли. Поэтому предполагалось, что на ¹/₃ Земля состоит из никелистого железа.

В последние годы появилось новое решение вопроса о природе ядра Земли. Оказалось, что большую плотность ядра можно объяснить не концентрацией железа, а только действием давления. Еще в 1939 г. В. Н. Лодочников {110} высказал взгляд, что оболочка и ядро отличаются не по химическому составу, а по физическому состоянию. Рамзей в 1948 г. конкретизировал идею о том, что при некотором давлении внешние электронные оболочки атомов как бы раздавливаются, атомы упаковываются плотнее, а внешние электроны приобретают подвижность, как у металлов, так что и неметаллическое вещество переходит в «металлическую фазу». После работ Рамзея существование ядра стали объяснять фазовым переходом силикатного вещества в металлическое состояние, вызванным высоким давлением в глубинах Земли. Резкость границы ядра, отмечаемая при прохождении сейсмических волн, говорит, на мой взгляд, за участие какого-то процесса, наступающего внезапно при достижении некоторого критического давления (постепенная дифференциация не дала бы столь резкой границы). Такой процесс весьма вероятен, но неправильно делать отсюда вывод, что средний химический состав ядра совершенно не отличается от состава остальной Земли. На деле постепенная дифференциация оболочки могла привести к некоторой концентрации железа в ядре.

Идею Лодочникова–Рамзея можно подкрепить сравнением состава планет земной группы и Луны, образовавшихся в одной и той же зоне околосолнечного облака. Известно, что в средней плотности этих тел существуют большие различия. Например, Луна и Марс имеют гораздо меньшую среднюю плотность, чем Земля. На смену прежнему, довольно фантастическому объяснению этого явления — различием в атомарном составе планет — опубликован ряд исследований, показывающих, что различие в средней плотности может быть целиком объяснено различием в давлении, т. е. в степени сжатия внутренних слоев при одинаковом среднем химическом составе. Этой точки зрения придерживаются в новейших работах ряд авторов. Благодаря различию в массе планет давление в центральных {111} областях будет различно, и доля уплотненной части в общей массе будет больше или меньше. Расчеты внутреннего строения планет земной группы и Луны, произведенные Рамзеем, Булленом и С. В. Козловской в предположении, что состав оболочки и ядра Земли, в основном, сходен, указывают на единство состава этих тел (кроме Меркурия).

Наш спутник, Луна, вызывает, естественно, особый интерес со стороны не только астрономов, но и геологов. Нельзя пройти мимо того, что некоторые авторы астрономических и геологических учебников и популярной литературы до сих пор продолжают излагать теорию Дж. Дарвина о происхождении Луны, хотя она давно отвергнута. По Дж. Дарвину, Луна некогда отделилась от Земли. Предполагалось, что Земля тогда вращалась значительно быстрее, чем теперь. Если период ее собственных колебаний совпадал с полупериодом вращения, то вызванная Солнцем приливная волна могла, по Дарвину, достигнуть вследствие резонанса такой величины, что значительная часть Земли отделилась, образовав спутника — Луну. Эта гипотеза, выдвинутая в конце прошлого века, приобрела особенную популярность, когда Джеффрис в своей известной книге «Земля» (второе издание 1929 г.) подкрепил ее математическими расчетами и геофизическими соображениями. Однако уже в следующем 1930 г. тот же Джеффрис опубликовал более подробный расчет, полностью опровергающий гипотезу. Оказалось, что вследствие трения приливная волна гасится и никогда не может вызвать разрыва. Это исследование было совершенно убедительным и никогда не оспаривалось.

Остановимся еще несколько на характере поверхности Луны. Широко известна теория Вегенера, объясняющая происхождение лунных кратеров падением метеоритов {112} по аналогии с известным Аризонским метеоритным кратером. Можно указать подобные, но меньшие кратеры и у нас на острове Саарема. Ввиду практического отсутствия атмосферы на Луне такие кратеры должны были там долго сохраняться. Однако незачем приписывать все лунные кратеры обязательно падению метеоритов. Ввиду одинакового состава Земли и Луны, в том числе и в отношении радиоактивных веществ, на Луне также должен был происходить разогрев ее недр, должны были быть вулканические извержения с лавовыми потоками и образованием кратеров.

Метеориты наших коллекций не показательны для среднего состава твердых частиц всей солнечной системы, потому что этот состав зависит от расстояния от Солнца. Метеорные тела могут быть по своему составу различными, напоминая в большей или меньшей степени то кометы (точнее говоря, их ядра), то астероиды. Больше того, как отметил Б. Ю. Левин, метеориты неточно отражают химический состав даже тех метеорных тел, которые движутся в районе земной орбиты, так как непрочные тела должны были распасться в атмосфере и до поверхности Земли не дошли. Тем не менее изучение метеоритов дает очень много ценного.

Теперь уже можно считать вполне установленным сходство состава Земли с составом метеоритов. Подчеркиваю, что речь идет об атомарном составе, а не минералогическом. В настоящее время на поверхности Земли — не первоначальное вещество, а изверженные породы, а также осадочные, являющиеся дальнейшей переработкой тех же изверженных. Таким образом, на поверхности мы имеем результаты дальнейшей эволюции Земли. Минералогически метеориты могут отличаться поэтому в том или ином отношении от известных на Земле пород. Но атомарный {113} состав Земли, в целом и метеоритов, в общем, один и тот же. Это лишь один из частных случаев, частное проявление единства общего состава вещества во вселенной, единства, которое с каждым годом все более подкрепляется и подтверждается данными наблюдений. В частности, наблюдения указывают на одинаковый состав планет и Солнца (в отношении тяжелых элементов), с одной стороны, Солнца и остальных звезд — с другой. С развитием спектроскопических исследований это единство вещества во вселенной все больше и больше подтверждается. В отношении Земли, а также метеоритов, это сходство не распространяется на легкие элементы, такие как водород и гелий, которых на Солнце, как известно, очень много, а на Земле — очень мало, так как они не могли попасть на нее в больших количествах и не могли на ней удержаться.

Из сходства состава Солнца, Земли и метеоритов делались разные, в том числе противоположные друг другу выводы. Некоторые, как известно, видят в этом аргумент в пользу выделения Земли из Солнца. Однако тождественность состава Земли и метеоритов не хуже аргументирует в пользу связи последних прямо между собой, а не с Солнцем. Многие минералоги, занимающиеся составом метеоритов, объясняют сходство состава последних с Землей тем, что метеориты образовались в результате распада, взрыва, некогда существовавшей планеты, похожей на Землю. Но и этот аргумент столь же хорошо действует в обратном направлении — Земля составлена из метеоритов.

Сторонники гипотезы взрыва особенно напирали на деление метеоритов на каменные и железные, что соответствовало бы железному ядру планеты и ее каменной оболочке. Но, как мы видели, за последние годы вера в железное ядро Земли подорвана. В то же время никаких правдоподобных причин для взрыва некогда существовавшей родительской планеты никогда не было указано. {114}

О силах, действующих в Земле, мы уже знаем не мало — среди этих сил ни одна не грозит нам взрывом Земли. Гипотеза взрыва планеты оказывается искусственным построением, не основанным на проверенных законах природы. Критику этой гипотезы мы уже приводили, когда говорили о происхождении астероидов. Мне лично кажется мало вероятным, чтобы планеты когда-либо взрывались или распадались, но столкновение и дробление астероидов, несомненно, происходило не раз, как и новое образование их из более мелких частей. Структура метеоритов — начиная от хондр и кончая крупными обломками, из которых состоят многие из них,— говорит о том, что они прошли сложный и длительный путь развития,— путь, на котором процессы объединения и процессы дробления многократно сменяли друг друга.

Метеориты — результат столкновений и дроблений астероидов, т. е. тел, образовавшихся в той же зоне, что и планеты земной группы.. Это и объясняет сходство их состава с составом Земли.

Мы отметили сходство химического состава Земли и метеоритов с составом межзвездной материи и Солнца (за исключением легких элементов). Но имеются и некоторые отличия, которые естественно объясняются космогонической теорией, а именно тем обстоятельством, что Земля образовалась из твердого вещества и потому состоит в основном из тех веществ, из тех химических элементов, которые могли войти в состав частиц при температурных условиях, господствовавших в земной зоне околосолнечного облака. Например, кислород составляет более ¹/₄ массы Земли. Будучи химически активным, он легко образует различные соединения, а окислы кремния и металлов составляют основу каменистых веществ. В то же время химически инертный азот лишь в незначительных количествах присутствует в Земле. {115}

В земной атмосфере почти полностью отсутствуют благородные газы — неон (обильный в межзвездной материи) и даже столь тяжелые, как криптон и ксенон. Это и понятно: будучи инертными, они не вступают в химические соединения. Но на Земле в обилии присутствует аргон (крайне редкий в межзвездной материи). Его обилие объясняется тем, что он образуется в результате распада радиоактивного изотопа калия — К⁴⁰. Большая скорость распада К⁴⁰ вместе с данными о содержании его в Земле, объясняет его значительное содержание в земной атмосфере.

Остановимся очень кратко на вопросе об образовании морей и атмосферы, также составляющем часть проблемы происхождения и развития Земли.

Мы указывали, что на построение Земли пошли в основном тугоплавкие частицы и сформированные из них тела. Дальнейшие исследования должны уточнить вопрос о том, допускали ли температурные условия, господствовавшие в земной зоне околосолнечного облака, намерзание или сорбцию достаточного количества водяных паров, или же вода была принесена залетавшими в земную зону из отдаленных районов льдистыми телами, содержавшими конденсаты из летучих веществ. На Земле они, разумеется, таяли и испарялись, если оставались на поверхности, но частично сохранялись, если их быстро засыпало следующим слоем частиц. Таким образом, с самого начала на поверхности Земли была вода и имелась атмосфера. В глубине Земли также имелось некоторое количество воды, метана и других веществ, которые затем выжимались на поверхность и поднимались по трещинам, проходя по пути иногда ряд процессов химического связывания и выделения. Эти наши выводы о наличии воды и атмосферы с самого начала, быть может, представят интерес для геохимиков и минералогов. {116}

В последнее время геофизики и геохимики пришли к заключению, что атмосфера Земли вторичного происхождения. С нашей точки зрения, это является несомненным — атмосфера всех близких к Солнцу планет образовалась в результате длительного выделения газов из их недр. Этот процесс продолжается и поныне. Что же касается конкретного химического состава атмосферы Земли, то, как показал В. И. Вернадский, он в значительной мере обусловлен жизнедеятельностью организмов.

Несколько слов об условиях возникновения жизни на Земле, требуемых теорией А. И. Опарина. Эта теория заключает в себе, как известно, следующее положение: живое вещество возникло, путем постепенного усложнения состава, из простых органических соединений, таких как метан и формальдегид, находившихся в растворе в воде океана.

Каким образом метан и другие соединения оказались на поверхности Земли в водном растворе? Это уже вопрос космогонии.

А. И. Опарин был вынужден считаться с наиболее распространенным в то время космогоническим взглядом, что Земля первоначально состояла из горячего газа, который затем, охлаждаясь, превратился в жидкость, из которой постепенно выделялась твердая фаза. В поисках тех путей, при которых мог появиться метан, А. И. Опарин привлек к рассмотрению следующую схему: при остывании образовывались карбиды (соединения углерода с металлами). Водяной пар, также образовавшийся во время остывания, приходя в соприкосновение с карбидами при высокой температуре, вступал с ними в реакцию, при которой образовывался метан (реакция, указанная Менделеевым). Метан вместе с водяным паром поднимался по трещинам на остывшую поверхность Земли и таким образом оказался в водном растворе. {117}

Необходимо отметить, что высокая температура нужна была А. И. Опарину только для образования метана, дальнейший процесс, приводящий к возникновению жизни, протекал уже в воде, т. е. при температуре не выше 100° С.

Как указано выше, метан, углекислота, аммиак, циан существовали на Земле с самого начала и еще на начальной стадии находились на поверхности Земли в водном растворе. Поэтому нет нужды в особых условиях для образования метана — он уже налицо. Мелководные бассейны первичной Земли прогревались Солнцем, что могло обеспечить достаточную температуру некоторых из них, необходимую для зарождения жизни на Земле.

Итак, выводы из нашей космогонической теории обосновывают наличие у Земли, с начала ее существования, как раз тех условий, которые нужны для процесса возникновения жизни.

Большое значение для геофизики имеет расслоение Земли на несколько оболочек разной плотности.

В прежних геофизических концепциях, исходивших из представлений о первичной огненно-жидкой Земле, считалось, что расслоение вещества по плотности произошло в самой начальной стадии ее существования. С этой точки зрения основное перераспределение вещества в недрах Земли завершилось еще до начала геологической истории, и после этого происходили только второстепенные процессы.

Согласно нашей космогонической теории, тела, из которых образовалась Земля, были различны по своим размерам — от пылинок до тел астероидных размеров — и прошли разный путь развития. Поэтому Земля, возникшая из подобного вещества, не могла быть вполне однородной. Отдельные области в недрах Земли отличались физическими свойствами, деталями химического состава, {118} концентрацией радиоактивных элементов и т. п. Поэтому встречающиеся иногда в геологической литературе утверждения, что из нашей теории вытекает однородное строение первичной Земли, измененное лишь давлением, верны только при рассмотрении огромных объемов. Возникшие в прошлом нарушения однородности в той или иной мере сохранились и до сих пор.

Некоторое время в Земле сохранялось первоначальное распределение вещества, в том числе крупные местные неоднородности. Только после того как от разогрева недра Земли стали достаточно пластичными, в них началась гравитационная дифференциация — опускание огромных более тяжелых областей и всплывание более легких. Эти перемещения, начавшись несколько миллиардов лет назад, продолжаются до сих пор и далеко еще не завершены.

На первых этапах разработки теории мы объясняли гравитационной дифференциацией также возникновение железного ядра Земли. Однако вязкость земных недр, несмотря на их нагретое состояние, столь велика, что такой процесс, как показал Е. Н. Люстих, проходит чрезвычайно медленно, и за истекшие миллиарды лет могла бы возникнуть лишь небольшая концентрация тяжелых веществ (но не тяжелых элементов) к центральной части Земли. Сравнительный анализ внутреннего строения и состава земных планет и Луны, проведенный С. В. Козловской, также показал, что гравитационная дифференциация незначительно продвинулась вперед.

Земная кора рассматривалась раньше как слой шлаков, всплывших при первичном расслоении Земли. Застыванием коры завершалась огненно-жидкая стадия.

С точки зрения нашей теории, самый верхний, доступный непосредственному наблюдению слой земной коры возник при радиогенном разогревании земных недр в результате всплывания и выдавливания наиболее легких {119} и наименее вязких веществ и расплавов на поверхность. Необходимо иметь в виду, что процесс образования коры мог протекать по-разному в разных местах земного шара.

Таким образом, в основе процесса формирования коры лежит не быстрое остывание поверхности, а длительное, по-видимому, продолжающееся до сих пор взаимодействие наружных и глубинных зон Земли.

Не касаясь других вопросов расслоения — это дело геохимиков,— скажу несколько слов специально о распределении радиоактивных веществ. Общеизвестно то затруднение, которое возникло вскоре после начала приложения физики и химии радиоактивных веществ к Земле. Если предположить, что во всей толще Земли мы имеем такое же содержание радиоактивных веществ, как, скажем, в гранитах, то оказался бы избыток потока тепла против наблюдаемого на поверхности. Поэтому предполагали, что радиоактивные вещества по какой-то причине сосредоточены в коре, даже в довольно тонком слое.

Необходимо подчеркнуть, что, в отличие от ряда исследователей, мы никогда не считали, что радиоактивные вещества целиком ушли в верхние слои Земли. Повышенная концентрация в коре несомненна, но значительная часть радиоактивных веществ может остаться во всей толще Земли. Теперь этой точки зрения придерживаются уже многие ученые.

Те передвижки, о которых мы говорили в связи с гравитационной дифференциацией Земли, происходили не всегда плавно, чаще скачками, при которых внезапно разряжается накопившееся напряжение. Этот процесс продолжается и в наше время. Не в этом ли процессе причина глубокофокусных землетрясений? Я могу только ограничиться постановкой вопроса.

Интенсивность тектонических и геологических процессов сильно зависит как от самой температуры, так и от {120} величины ее градиента. Подсчет Е. А. Любимовой, указывающий, что разогрев Земли ближе к поверхности возможно уже прошел через свой максимум, может означать, что общая интенсивность процессов в земной коре была некогда — быть может в архее — выше, чем теперь, и с тех пор, в общем, медленно убывает. Не объясняется ли именно этим наличие сплошных весьма подвижных зон (геосинклиналей) в далеком прошлом и дальнейшее постепенное вытеснение их более спокойными — платформенными? Это открывает некоторые новые возможности для построения геотектонических теорий.

Основной вопрос геотектоники — это, конечно, причина горообразования. Литература по этому вопросу колоссальная, гипотез, как известно, предложено множество. Наиболее распространена была до последнего времени контракционная гипотеза, объясняющая образование гор сокращением земной коры вследствие охлаждения Земли. В контракционной гипотезе постепенно обнаружилось много противоречий и неувязок, но ее главный недостаток, как, впрочем, и других существующих гипотез горообразования,— в отсутствии разработанной физической теории сокращения и его последствий и в отсутствии количественной оценки возможного эффекта от постулируемых причин. Академик Л. С. Лейбензон подверг этот вопрос количественному анализу методами теории упругости и пришел к выводу, что сокращение коры, если оно вообще существует, могло бы привести только к образованию небольших складок метровой высоты, не больше.

Когда выяснилась роль радиоактивности в Земле, стало очень трудным поддерживать прежние воззрения об охлаждении первично-горячей Земли. Но продолжаются попытки, основывающие объяснение тектонических движений на сокращении и охлаждении, имея в виду падение радиоактивности со временем. При этом иногда смешивают {121} два совершенно различных понятия: падение темпа выделения тепла и падение температуры. Несомненно, радиоактивные вещества постепенно истощаются, поэтому тепла выделяется с каждым миллиардом лет все меньше и меньше, однако температура в глубине Земли при этом вовсе не падает. В самом деле, вследствие низкой теплопроводности Земли, накопленное тепло лишь в небольшой части уходит наружу, и потому даже малые очередные прибавки тепла продолжают повышать температуру. Только на поздней стадии развития должно установиться равновесие, а затем начаться медленный спад температуры. Таким образом, и новые варианты контракционной гипотезы лишены физического основания — необходимого им охлаждения.

В последние десятилетия наряду с контракционной гипотезой предлагаются различные формы пульсационной гипотезы. Вместо одностороннего развития в сторону сокращения, пульсационная гипотеза допускает переменный режим из сменяющихся фаз сокращения и расширения. Но физический характер движущих сил и причины смены режима остаются без объяснения. Была попытка объединить представления о холодной в начале Земле с контракционной гипотезой, считая причиной сокращения уже не уменьшение первичного жара, а постепенное уплотнение Земли. Не мне судить о геологической стороне этих исследований, но они подтверждают, что смена космогонических идей открывает перед геологами возможность новых творческих исканий.

Сближение космогонии и наук о Земле исторически назрело, оно уже началось и, несомненно, будет продолжаться.

В ходе этих лекций, излагая теорию происхождения планет, мы установили состояние вещества, предшествовавшее {122} процессу планетообразования. Оказалось, что первоначальным состоянием допланетного вещества могло быть только газово-пылевое облако, обращавшееся вокруг Солнца. Эволюция этого облака привела к образованию роя тел астероидных размеров и более мелких частиц, двигавшихся по различным эллиптическим орбитам. Из этого состояния допланетного вещества и законов природы были объяснены основные свойства солнечной системы. Рассматривая связь Солнца с Галактикой, мы изложили гипотезу возникновения газово-пылевого допланетного облака путем захвата его Солнцем из галактического материала. Мы теоретически обосновали возможность захвата и его положительную вероятность. Мы видели, наконец, что новая космогоническая теория не противоречит данным геофизики, геохимии и геологии и может дать этим наукам полезный материал для обоснования их положений. Развитие теории вглубь и вширь подтвердило ее жизненность и дает серьезные основания для убеждения, что она находится на верном пути, что в ней отражена какая-то существенная часть объективной действительности. Но я далек от мысли, что теория уже закончена. Она должна и будет развиваться дальше, обогащаясь новым содержанием, а когда надо — и изменяться. Будучи закономерным звеном в развитии науки, теория тем скорее достигнет своей цели, чем более она станет общим делом большого коллектива ученых.

Рассмотрим тот случай, когда в формуле (6), на стр. 55, правая часть ≤0, а следовательно,

Пределы интегрирования везде одни и те же, а именно R₁ и R₂. Докажем, что правая часть (А) всегда положительна, при любом законе распределения φ(ρ). Знак одинаков со знаком разности квадратов двух членов (А), т. е. со знаком выражения: {124}

Введем независимую переменную х = √ρ, так что dρ = 2x dx, обозначим φ(ρ) = у(х). Тогда (В) напишется так (после сокращения на 8):

с положительными пределами интегрирования α и β и положительными значениями у(х).

Заменим интегралы суммами, с разбивкой на равные интервалы длины Δх, предполагая, что функция у(х) именно так интегрируема (единственное ограничение). Тогда имеем, отбросив множитель (Δх)³:

В (С) после раскрытия скобок члены с у_i³ исчезают, а остальные члены будут двух видов:

Покажем, что в обоих выражениях коэффициенты положительны.

Для первого выражения это очевидно, так как коэффициент тождественно равен

Займемся вторым коэффициентом, который равен

Но в скобках мы имеем разность между арифметическим и геометрическим средним трех положительных чисел x_i³x_k³, x_i³x_l³, x_k³x_l³, т. е. величину всегда положительную.

Итак, мы доказали, что выражение (С), а потому также (В) и правая часть (А) всегда положительны, при любом законе распределения (φ/ρ). Следовательно, при сделанных предположениях вращательный момент планет всегда положителен, одного знака с орбитальным моментом планеты, т. е. вращение планет должно быть прямым.

При расчетах единицей расстояния служила астрономическая единица, а единицей времени — год, деленный на 2π. Рассматривалось движение трех тел в одной плоскости, с одинаковыми массами, равными массе Солнца, которая принималась за единицу. При этих условиях постоянная тяготения равна 1, что упрощает вычисление. Изучалось движение по отношению к одному из трех тел, с которым мы неизменно свяжем начало координат системы (точка О). Уравнения относительного движения тел с координатами х₁, y₁ и х₂, y₂ имеют вид:

и аналогичная пара уравнении для х" и y"₂. Здесь r_ik — расстояние между телами Р_i и Р_k.

Точные и подробные вычисления были выполнены в Геофизическом институте Академии наук СССР под руководством Н. Н. Парийского. Начальные положения и скорости тел Р₁ и Р₂, а также их положения и скорости для крайних моментов времени даны в таблице:

Г. Ф. Хильми рассматривал задачу в точной классической постановке, поэтому уместно дать точное определение захвата. Пусть Р₀, Р₁, Р₂ — три точки, притягивающиеся по закону Ньютона, a r_ik — расстояние между ними. Кроме того, через ρ мы обозначим расстояние Р₂ от центра тяжести точек Р₀ и Р₁.

Мы будем говорить, что имеет место явление захвата между телами Р₀ и Р₁ если

(где t обозначает время) и если можно указать такой момент времени Т* и такое положительное число R, что 0 < r₁₀ < R при всех t > T*.

Это, конечно, то же самое, о чем говорилось выше, но только выраженное в необходимой для математического анализа форме. Воспользуемся в дальнейшем такими обозначениями:

Первый результат Г. Ф. Хильми заключается в следующем. Если в некоторый момент времени t₁

(где М* — константа, зависящая от масс материальных {128} точек), то все три расстояния r₁₀, r₁₂, r₂₀ неограниченно возрастают при t → –∞. Каков смысл этого результата? Он дает критерий того, что для любых двух из трех рассматриваемых тел мы в прошлом, вплоть до момента t₁, не имели явлений захвата и в этом смысле их движения были независимыми.

Перехожу ко второму результату Г. Ф. Хильми. Он формулируется так. Если постоянная энергии Н > 0 и если можно указать два положительных числа R и ε > R и такой момент времени t₂, что

(где m, μ и М — константы, зависящие от масс), то при всех t > t₂ точка Р₂ монотонно удаляется в бесконечность от центра тяжести точек Р₀ и Р₁, а взаимное расстояние точек Р₀ и Р₁ остается не превышающим R. С точки зрения теории захвата этот результат означает следующее: если до момента t₂ произошел захват, то он в дальнейшем не расторгается.

На концах отрезков орбит, вычисленных в указанном мною примере, критерии Г. Ф. Хильми выполняются. Это означает, что при указанных мною начальных условиях осуществляется захват и при рассмотрении движений в промежутке времени от –∞ до +∞. Этим самым решается вопрос о существовании захвата в смысле строго классического определения этого явления в небесной механике.

Теперь перехожу к основной теореме Г. Ф. Хильми, которую в его формулировке я приведу буквально: «Мера множества Ω тех точек в фазовом пространстве системы трех тел, которые изображают начальные состояния {129} системы трех тел, приводящие к захвату, не может быть равной нулю».

Г. Ф. Хильми дал очень изящный способ доказательства, основанный на качественной теории дифференциальных уравнений, в то же время в его доказательстве существенным является существование одного решения, т. е. тот же мой пример.

НАУЧНЫЕ РАБОТЫ
ПО КОСМОГОНИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ О. Ю. ШМИДТА
И СВЯЗАННЫМ С НЕЙ ВОПРОСАМ

1. О. Ю. Шмидт. Метеоритная теория происхождения Земли и планет. ДАН СССР, т. 45, № 6, стр. 245–249; 1944.

2. О. Ю. Шмидт. Астрономический возраст Земли. ДАН СССР, № 46, № 9, стр. 392–395; 1945.

3. О. Ю. Шмидт. О законе планетных расстояний. ДАН СССР, т. 52, № 8, стр. 673–678; 1946.

4. О. Ю. Шмидт. О происхождении вращения Солнца. ДАН СССР, т. 54, № 1, стр. 15–18; 1946.

5. О. Ю. Шмидт. Новая теория происхождения Земли. Природа, № 7, стр. 6–18; 1946.

6. О. Ю. Шмидт. Новая теория происхождения Земли и планет, Изв. Всесоюз. геогр. об-ва, № 3, стр. 265–274; 1947; Труды 2-го Всесоюз. геогр. съезда, т. 1, стр. 210–222; 1948.

7. О. Ю. Шмидт. О возможности захвата в небесной механике. ДАН СССР, т. 58, № 2, стр. 213–216; 1947.

8. О. Ю. Шмидт и Г. Ф. Xильми. Проблема захвата в задаче о трех телах. Усп. матем. наук, т. 3, в. 4 (26), стр. 157–159; 1948.

9. О. Ю. Шмидт. Четыре лекции о теории происхождения Земли. Изд. АН СССР, 70 стр.; 1949; изд. второе, дополненное, Изд. АН СССР, 95 стр.; 1950.

10. О. Ю. Шмидт. Возникновение планет и их спутников. Изв. АН СССР, сер. физич., т. 14, № 1, стр. 29–45; 1950; Тр. Геофиз. ин-та, № И (138), стр. 3–20; 1950.

11. О. Ю. Шмидт. Проблема происхождения Земли и планет. Труды первого совещания по вопросам космогонии. Изд. АН {131} СССР, стр. 9–32; 1951 (см. также «Вопросы философии», № 4, стр. 120–133; 1951).

12. О. Ю. Шмидт. О происхождении Земли и планет. Вопросы философии, № 5, стр. 267–270; 1953.

13. О. Ю. Шмидт. О происхождении астероидов. ДАН СССР, т. 96, № 3, стр. 449–452; 1954.

14. О. J. Schmidt. Role des particules solides dans la cosmogonie planetaire. Memoires Soc. R. Sc. Liege, IV serie, t. XV, стр. 638–649; 1955 (см. также «Природа», № И, стр. 3–6; 1956).

15. О. Ю. Шмидт. Происхождение и ранняя эволюция Земли (доклад, прочитанный на сессии Ученого совета Геофиз. ин-та в 1952 г.). Тр. Геофиз. ин-та, № 26 (153), стр. 5–10; 1955.

16. А. А. Абрикосов. О внутреннем строении водородных планет. Вопросы космогонии, т. 3, стр. 11–19; 1954.

17. Т. А. Агекян. К динамике звездных прохождений сквозь облака метеорной материи. ДАН СССР, т. 69, № 4, стр. 515–518; 1949 (см. также «Ученые записки Ленингр. ун-та», № 136, стр. 33–46; 1950).

18. В. М. Алексеев. Обмен и захват в задаче трех тел. ДАН СССР, т. 108, № 4, стр. 599–602; 1956.

19. В. В. Белоусов. Проблемы внутреннего строения Земли и ее развития, ч. 1. Изв. АН СССР, сер. геогр. и геофиз., т. 15, № 1, стр. 3–19; № 2, стр. 4–16; 1951.

20. В. В. Белоусов. О геологических фактах, имеющих космогоническое значение. Изв. АН СССР, сер. геофиз., № 3, стр. 94–96; 1951.

21. В. В. Белоусов. Тектоническое развитие земного шара. Природа, № 2, стр. 49–58; 1952.

22. В. В. Белоусов. Внутреннее строение и развитие Земли в свете геотектонических данных. Тр. Геофиз. ин-та, № 26 (153), стр. 51–60; 1955.

23. Ю. Л. Газарян. О доказательстве Шази невозможности захвата в задаче трех тел. Сообщения Гос. астрономич. ин-та им. Штернберга, № 92, стр. 23–45; 1953.

24. Л. Э. Гуревич и Б. Ю. Левин. Эволюция систем гравитирующих тел. ДАН СССР, т. 70, № 5, стр. 781–784; 1950.

25. Л. Э. Гуревич. Об эволюции плотных гравитационных систем и образовании небесных тел. ДАН СССР, т. 70, № 6, стр. 981–984; 1950. {132}

26. Л. Э. Гуревич. Гравитационные системы и их эволюция. Природа, № 2, стр. 14–21; 1951.

27. Л. Э. Гуревич. Двустороннее взаимодействие звезд с диффузным веществом и его значение в космогоническом процессе. Вопросы космогонии, т. 3, стр. 94–226; 1954.

28. Л. Э. Гуревич и А. И. Лебединский. Об образовании планет. Изв. АН СССР, сер. физич., т. 14, № 6, стр. 765–799; 1950 (см. также: ДАН СССР, т. 74, № 4, стр. 673–676; № 5, стр. 905–908; № 6, стр. 1061–1064; 1950).

29. А. Д. Дубяго. О строении кометных ядер и образовании метеорных потоков. Астрономич. журнал, т. 27, № 1, стр. 5–14; 1950.

30. Г. М. Идлис. К вопросу о законе планетных расстояний. Астрономич. журнал, т. 29, в. 6, стр. 694–707; 1952.

31. С. В. Козловская. Сравнительный анализ внутреннего строения и состава земных планет и спутников. ДАН СССР, т. 92, № 5, стр. 903–906; 1953.

32. С. В. Козловская. Внутреннее строение и химический состав планет-гигантов. ДАН СССР, т. 108, № 3, стр. 409–412; 1956.

33. В. А. Крат. О происхождении солнечной системы. Вопросы космогонии, т. 1, стр. 34–91: 1952.

34. В. А. Крат. О развитии звезд. Изв. Главной астрономич. обсерватории, т. 19, в. 2, стр. 1–39; 1952.

35. В. А. Крат. О массе Солнца в эпоху формирования планет. ДАН СССР, т. 95, № 3, стр. 481–484; 1954.

36. В. А. Крат. Происхождение солнечной системы. Изв. Главной астрономич. обсерватории, т. 20, в. 3, стр. 1–15; 1956.

37. П. Н. Кропоткин. Основные проблемы энергетики тектонических процессов. Изв. АН СССР, сер. геолог., № 5, стр. 89–104; 1948.

38. П. Н. Кропоткин. Космогоническая теория О. Ю. Шмидта и строение Земли. Изв. АН СССР, сер. географ. и геофиз., т. 14, № 1, стр. 37–63; 1950.

39. П. Н. Кропоткин. Современные геофизические данные о строении Земли и проблема происхождения базальтовой и гранитной магмы. Изв. АН СССР, сер. геолог., № 1, стр. 38–62; 1953.

40. Н. Г. Кочина. Примеры гиперболического и гиперболо-эллиптического движения в ограниченной гиперболической {133} задаче трех тел. Бюлл. ин-та теор. астрономии, т. 5, № 7, стр. 445–454; 1953.

41. Н. Г. Кочина. Пример движения в ограниченной параболической задаче трех тел. Бюлл. ин-та теор. астрономии, т. 5, № 9, стр. 617–622; 1954.

42. В. И. Лебедев. Распространенность элементов в земной коре и гипотезы о происхождении Земли. Минералогич. сборник Львовского геолог, об-ва, № 9, стр. 38–49; 1955.

43. Б. Ю. Левин. Космогония Джинса и современная астрономия. Природа, № 9, стр. 3–10; 1946.

44. Б. Ю. Левин. О внутреннем строении планет земной группы. ДАН СССР, т. 55, № 6, стр. 489–492; 1947.

45. Б. Ю. Левин. Строение Земли и планет и метеоритная гипотеза их происхождения. Природа, № 10, стр. 3–14; 1949.

46. Б. Ю. Левин. Некоторые вопросы развития, строения и состава Земли. Изв. АН СССР, сер. геофиз., № 4, стр. 289–306; 1953.

47. Б. Ю. Левин. Космогония планетной системы и эволюция Солнца. ДАН СССР, т. 91, № 3, стр. 471–474; 1953 (см. также: Вопросы космогонии, т. 3, стр. 20–32; 1954).

48. Б. Ю. Левин. Метеориты и строение Земли. Метеоритика, в. И, стр. 47–62; 1954.

49. Б. Ю. Левин. Значение определений абсолютного возраста для космогонии солнечной системы. Труды первой сессии Комиссии по определению абсолютного возраста геологич. формаций. Изд. АН СССР, стр. 136–156; 1954.

50. Б. Ю. Левин. Состав Земли. Тр. Геофиз. ин-та, № 26 (153), стр. 11–38; 1955.

51. В. J. Levin. On the character and causes of the separation of molecules during planet formation. Memoires Soc. R. Sc. Liege, IV serie, t. XVIII, 186–197, 1957.

52. Б. Ю. Левин, С. В. Козловская, А. Г. Старкова. Средний химический состав метеоритов. Метеоритика, в. 14, стр. 38–53; 1956.

53. Б. Ю. Левин и Е. А. Любимова. Термическая история Луны. Природа, № 10, 81–84; 1955.

54. Б. Ю. Левин и Г. Л. Слонимский. К вопросу о происхождении метеоритных хондр. ДАН СССР, т. 113, № 1, стр. 62–64, 1957.

55. Е. А. Любимова. Влияние радиоактивного распада {134} на тепловой режим Земли. Изв. АН СССР, сер. геофиз., № 2, стр. 3–14; 1952.

56. Е. А. Любимова. Роль температуропроводности в тепловом режиме Земли. Изв. АН СССР, сер. геофиз., № 6, стр. 523–552; 1953.

57. Е. А. Любимова. О тепловом режиме Земли. Тр. Геофиз. ин-та, № 26 (153), стр. 39–50; 1955.

58. Е. А. Любимова. О нагревании земных недр в процессе образования Земли. Изв. АН СССР, сер. геофиз., № 5, стр. 416–424; 1955.

59. Е. А. Любимова. Влияние перераспределения радиоактивных источников на термическую историю Земли. Изв. АН СССР, сер. геофиз., № 10, стр. 1145–1160; 1956.

60. Е. А. Любимова. О термической истории Земли и ее геофизических последствиях. ДАН СССР, т. 107, № 1, стр. 55–58; 1956.

60а. Е. А. Любимова. О роли лучистого теплообмена в тепловом режиме Земли. Изв. АН СССР, сер. геофиз., № 5, 673–676, 1957.

61. Е. А. Любимова и А. Г. Старкова. О радиоактивном разогреве крупных астероидов и структуре метеоритов. Астрономич. журнал, т. 31, № 5, стр. 429–432; 1954.

62. Е. Н. Люстих. О возможности использования теории акад. О. Ю. Шмидта в геотектонике. ДАН СССР, т. 59, № S, стр. 1417–1419; 1948.

63. Е. Н. Люстих. Проблема энергетического баланса Земли в геотектонических гипотезах. Изв. АН СССР, сер. геофиз., № 3, стр. 1–8; 1951.

63а. Е. Н. Люстих. О конвекции в оболочке Земли по расчетам Пекериса. Изв. Ан СССР, сер. геофиз., № 5, 604–615, 1957.

64. Г. А. Мерман. Об одном критерии осуществимости гиперболо-эллиптического движения в задаче трех тел. ДАН СССР, т. 85, № 4, стр. 727–730; 1952.

65. Г. А. Мерман. Новые критерии гиперболического и гиперболо-эллиптического движений в задаче трех тел. Астрономич. журнал, т. 30, в. 3, стр. 332–339; 1953.

66. Г. А. Мерман. О достаточных условиях захвата в ограниченной гиперболической задаче трех тел при тесных двойных сближениях. Бюлл. Ин-та теор. астрономии, т. 5, № 6 (69), стр. 325–372; 1953. {135}

67. Г. А. Мерман. Пример захвата в плоской ограниченной гиперболической задаче трех тел. Бюлл. Ин-та теор. астрономии, т. 5, № 6 (69), стр. 373–391; 1953.

68. Г. А. Мерман. О достаточных условиях захвата в задаче трех тел. ДАН СССР, т. 99, № 6, стр. 925–928; 1954.

69. Г. А. Мерман. К вопросу об исследованиях Шази в задаче трех тел. Бюлл. Ин-та теор. астрономии, т. 5, № 9 (72), стр. 594–605; 1954.

70. Г. А. Мерман. Ограниченная параболическая задача трех тел. Бюлл. Ин-та теор. астрономии, т. 5, № 9 (72), стр. 606–616; 1954.

71. Г. А. Мерман . Новый критерий гиперболического движения в задаче трех тел. Бюлл. Ин-та теор. астрономии, т. 6, № 2, стр. 69–72; 1955.

72. Г. А. Мерман. Гиперболические сближения в задаче трех тел. Бюлл. Ин-та теор. астрономии, т. 6, № 2, стр. 73–84; 1955.

73. Г. А. Мерман и Н. Г. Кочина. Применение метода оценок к примеру О. Ю. Шмидта. Бюлл. Ин-та теор. астрономии, т. 6, № 2, стр. 85–111; 1955.

74. Г. А. Мерман и Н. Г. Кочина. О границах области захвата в плоской ограниченной гиперболической задаче трех тел. Бюлл. Ин-та теор. астрономии, т. 6, № 6 (79), стр. 349–377; 1956.

75. В. А. Николаев. О некоторых вопросах гранитизации и генезиса гранитной магмы. Изв. АН СССР, сер. геолог., № 1, стр. 15–27; 1953.

76. Г. Д. Панасенко. К вопросу о внутреннем строении Земли в свете космогонической теории акад. О. Ю. Шмидта. Сообщ. Тадж. филиала АН СССР, т. 22, стр. 3–6; 1950.

77. Г. Д. Панасенко. К вопросу о механизме расслоения Земли. Докл. АН Тадж. ССР, в. 1, стр. 3–7; 1951.

78. Д. Г. Панов. О происхождении материков и океанов. Вестник Ленингр. ун-та, № 7, стр. 62–76; 1949.

79. Д. Г. Панов. О происхождении и истории развития океанов. Вопросы географии, сб. 12, стр. 183–205; 1949.

80. Д. Г. Панов. Проблема происхождения материков и океанов в свете новых исследований. Природа, № 3, стр. 10–24; 1950.

81. Н. Н. Парийский. Вычисление траектории захвата в плоской проблеме трех тел равной массы. Вопросы космогонии, т. 3, стр. 33–62; 1954. {136}

82. Н. Н. Парийский. О моменте количества Движения Солнца. Вопросы космогонии, т. 4, стр. 5–33; 1955.

83. В. Ф. Проскурин. К вопросу захвата в примере О. Ю. Шмидта. Бюлл. Ин-та теор. астрономии, т. 5, № 7, стр. 429–434; 1953.

84. В. В. Радзиевский. О причине экваториального ускорения Солнца. ДАН СССР, т. 67, № 5, стр. 807–810; 1949.

85. В. В. Радзиевский. О неконсервативности фото-гравитационного поля и о возможном механизме захвата Солнцем космической пыли. ДАН СССР, т. 72, № 5, стр. 861–864; 1950.

86. В. В. Радзиевский. Торможение лучистой и корпускулярной радиацией при переменной массе Солнца. ДАН СССР, т. 81, № 2, стр. 167–170; 1951.

87. В. В. Радзиевский. Торможение радиацией в солнечной системе и возраст колец Сатурна. Астрономич. журнал, т. 29, в. 3, стр. 306–312; 1952; см. также: Планетоцентрический эффект лучевого торможения. ДАН СССР, т. 74, № 2, стр. 197–200; 1950.

88. В. В. Радзиевский. Происхождение Луны в свете космогонической теории О. Ю. Шмидта. Бюлл. ВАГО, № 11, стр. 3–8; 1952.

89. В. В. Радзиевский. К вопросу о происхождении протопланетного облака в космогонической теории О. Ю. Шмидта. ДАН СССР, т. 90, № 4, стр. 517–520; 1953.

90. Е. Л. Рускол. Физические процессы в плотном газо-пылевом облаке, приводящие к его сжатию. Астрономич. журнал, т. 32, в. 1, стр. 3–15; 1955. Сжатие газо-пылевого облака в результате неупругих соударений его частиц. Астрономич. журнал, т. 32, в. 3, стр. 244–254; 1955 г. (см. также: Sur la contraction des nuages denses de gaz et de poussiere. Mémoires Soc. R. Sc. Liege, IV serie, t. XV, 650–665; 1955).

91. В. С. Сафронов. Уменьшение вращательного момента Солнца в связи с убылью его массы в процессе эволюции. Астрономич. журнал, т. 28, в. 4, стр. 244–252; 1951.

92. В. С. Сафронов. Плотность материи в Галактике в окрестности Солнца. Астрономич. журнал, т. 29, в. 2, стр. 198–208; 1952.

93. В. С. Сафронов. Межзвездная среда. Вопросы космогонии, т. 2, стр. 275–310; 1953. {137}

94. В. С. Сафронов. О росте планет в протопланетном облаке. Астрономич. журнал, т. 31, № 6, стр. 499–510; 1954.

95. В. С. Сафронов. Изменение вращения Солнца в результате выпадения на него вещества под действием эффекта Пойнтинга-Робертсона. ДАН СССР, т. 105, № 6, стр. 1184–1187; 1955.

96. В. С. Сафронов и Е. Л. Рускол. О возможности возникновения турбулентности в протопланетном облаке. ДАН СССР, т. 108, № 3, стр. 413–416; 1956.

97. В. С. Сафронов и Е. Л. Рускол. О гипотезе турбулентности в протопланетном облаке. Вопросы космогонии, т. 5, стр. 22–46; 1957.

98. О. А. Сизова. О возможности захвата в ограниченной задаче трех тел. ДАН СССР, т. 86, № 3, стр. 485–488; 1952.

99. К. А. Ситников. О возможности захвата в задаче трех тел. ДАН СССР, т. 87, № 4, стр. 521–522; 1952 (см. также: Математич. сборник, № 32 (74), в. 3, стр. 693–705; 1953).

100. А. Г. Старкова. Содержание радиоактивных элементов в метеоритах. Метеоритика, в. 13, стр. 19–32; 1955.

101. Труды первого совещания по вопросам космогонии 16–19 апреля 1951 г. Изд. АН СССР, 372 стр.; 1951.

102. В. Г. Фесенков. О возможности захвата при близком прохождении. Астрономич. журнал, т. 23, в. 1, стр. 45–48; 1946.

103. В. Г. Фесенков. О космогонической гипотезе акад. О. Ю. Шмидта и о современном состоянии космогонической проблемы. Выступление на совещании по космогонии. Труды 1-го совещания по вопросам космогонии, стр. 35–60; 1951 (см. также: Вопросы философии, № 4, стр. 134–147; 1951).

104. В. Г. Фесенков. Критерий приливной устойчивости и его применение в космогонии. Астрономич. журнал, т. 28, в. 6, стр. 492–517; 1951.

105. В. Г. Фесенков. Метеориты и их роль в космогонии солнечной системы. Астрономич. журнал, т. 33, в. 5, стр. 767–777; 1956.

105а. В. Г. Фесенков. О ранней термической истории Земли. Астрономич. журнал, т. 34, в. 1, стр. 105–120, 1957.

106. Г. Ф. Хильми. О возможности захвата в проблеме трех тел. ДАН СССР, т. 62, № 1, стр. 39–42; 1948.

107. Г. Ф. Хильми. Эволюция системы гравитирующих тел при неупругих столкновениях. ДАН СССР, т. 77, № 4, стр. 589–592; 1951. {138}

108. Г. Ф. Хильми. Об одном критерии нерасторжимости захвата в задаче трех тел. ДАН СССР, т. 78, № 4, стр. 653–656; 1951.

109. Г. Ф. Хильми. О вполне неустойчивых системах n гравитирующих тел. ДАН СССР, т. 79, № 3, стр. 419–422; 1951.

111. Г. Ф. Хильми. Качественные методы в проблеме n-тел. Изд. АН СССР, 1957 (в печати).

112. Г. Е. Храповицкая. Об одном случае захвата в задаче трех тел. Бюлл. Ин-та теор. астрономии, т. 5, № 7, стр. 435–444; 1953.

113. И. С. Шкловский. К вопросу о диссипации планетных атмосфер. ДАН СССР, т. 76, № 2, стр. 193–196; 1951 (см. также: О возможности объяснения различий в химическом составе Земли и Солнца термической диссипацией легких газов. Астрономич. журнал, т. 28, № 4, стр. 234–243; 1951).

* В последнее время взгляды В. Г. Фесенкова изменились (см. «Астрономический журнал», т. 33, № 5, 1956 г.). На основании детального анализа метеоритных данных он приходит к выводу, что астероиды возникли одновременно с планетами из той же прото-планетной среды. (Прим. ред.)

* Приведенный выше абзац взят из рукописи автора, основанной на его неопубликованном исследовании эффективности гравитационного захвата (1951). В последние годы О. Ю. Шмидт считал более эффективным механизм захвата, связанный с неупругими соударениями частиц. (Прим. ред.)

	Меркурий	Венера	Земля	Марс		Юпитер	Сатурн	Уран	Нептун	Плутон
По закону Боде	0,4	0,7	1	1,6	2,8	5,2	10,0	19,6	38,8	77,2
Фактическое . .	0,39	0,72	1	1,52	–	5,20	9,54	19,19	30,07	39,5

Планеты	Юпитер	Сатурн	Уран	Нептун	Плутон
√R теоретическое	2,28	3,38	4,28	5,23	6,28
√R фактическое	2,28	3,09	4,38	5,48	6,29

Планеты	Меркурий	Венера	Земля	Марс
√R теоретическое	0,62	0,82	1,02	1,22
√R фактическое	0,62	0,85	1,00	1,23

Ближние планеты	Масса (масса Земли = 1)	Плотность, г/см³	Дальние планеты	Масса (масса Земли = 1)	Плотность, г/см³
Меркурий .	0,0545	5,5	Юпитер . .	318,35	1,34
Венера . .	0,816	5,1	Сатурн . .	95,33	0,70
Земля . . .	1,000	5,516	Уран . . .	14,58	1,4
Марс . . .	0,107	3,9	Нептун . .	17,26	2,2
			Плутон . .	?	?

t	x₁	x'₁	y₁	y'₁	x₂	x'₂	y₃	y'₃
8000	141,10	0,07172	169,81	–0,01627	321,49	0,05388	–8490,59	–0,9327
0	291,50	–0,01950	–49,958	–0,05608	320,00	0,000	–1200,000	–0,9549
–129764	17004	–0,1283	10975	–0,0843	–28636	0,2261	116430	–0,9053

Предисловие к 3-му изданию..........	3
Предисловие автора ко 2-му изданию.......	5
Лекция 1-я. Состояние вопроса. Постановка задачи. Основные идеи и факты.............	7
Лекция 2-я. Основные закономерности планетной системы как результат эволюции газово-пылевого роя.....	35
Лекция 3-я. Проблема происхождения газово-пылевого облака....................	78
Лекция 4-я. Планета Земля............	100
Приложение 1-е................	124
Приложение 2-е...............	127
Приложение 3-е...............	12S
Научные работы по космогонической теории О. Ю. Шмидта и связанным с ней вопросам...........	131