Космогонические гипотезы
Материал из Википедии — свободной энциклопедии
 |
Для улучшения статьи желательно?:
|
Космогонические гипотезы имеют целью объяснить однообразие движения и состава небесных тел. Они исходят из понятия о первоначальном состоянии материи, заполняющей все пространство, которой присущи известные свойства, вызывающие все дальнейшие эволюции. Позднейшие идеи построены на законе притяжения Ньютона [Гипотеза Сведенборга (1732) замечательна как последняя и наиболее разработанная из построенных не на законе притяжения. Сведенборг исходил из вихревой теории Декарта и в своих «Principia rеrum naturalium» (отдел «de Chao Universali solis et planetarum») так рассказывает происхождение мира: вследствие давления мировой материи местами появляются довольно плотные агломераты (зародыши звезд), а в них вследствие присущей частицам материи наклонности двигаться по спиралям образуются вихри. Эти вихри захватывают частицы материи иного порядка, и из них формируется нечто вроде шаровой темной корки, вращающейся около уже сияющего центра — солнца. Вследствие центробежной силы эта корка становится тоньше, наконец лопается, из ее осколков образуется кольцо около солнца, оно в свою очередь разрывается на части, которые и дают начало планетам.] и на так называемой гипотезе первичной туманности — бесформенного, крайне разреженного однородного [Химический состав туманности Крукс назвал протилом; из этого протила, по его мнению, сложились все химические элементы.] скопления вещества. Канту принадлежит в этом направлении первый опыт («Allgemeine Naturgeschichte und Theorie des Himmels», 1755); за ним следовал Лаплас. Совершенно ложно ходячее мнение, по которому гипотезы Канта и Лапласа совпадают. В них различны уже свойства первичной туманности и коренным образом расходятся все эволюции ее. Гипотеза Лапласа благодаря работам Роша («Essai sur la constitution et l’origine du syst è me solaire», 1875) имеет некоторое право на место в астрономических трактатах. Гипотеза Канта в слишком многих пунктах идет вразрез с основными законами механики и представляет лишь исторический интерес. Вообще все космогонические гипотезы имеют лишь спекулятивное значение и ни в каком случае не могут считаться принадлежащими к астрономии как к точной науке. В них совершенно произвольны как начальные обстоятельства, так и условия развития С.; многие детали противоречат друг другу и существующим явлениям. Эти гипотезы — лишь образец того, как без особенных натяжек и почти без явных противоречий законам механики могли бы развиться С., подобные солнечной. Переходя от Сведенборга и Канта к Лапласу и Рошу, а затем к Д. Дарвину, мы видим сужение задачи — от всего мироздания к солнечной С. и к образованию одного спутника. В то же время рассуждения постепенно переходят на более твердую почву. Лаплас, поместив свою гипотезу только в популярной книге: «Exposition du syst è me du monde» (1796), прибавляет: je pr ésente avec la défiance que doit inspirer tout ce qui n’est point un ré sultat de l’observation ou du calcul. Дарвин, разработав историю С. подобной земля — луна с небывалой полнотой, говорит: мы никогда не узнаем истинного происхождения луны, и все работы в этом направлении останутся бесплодными.
Содержание |
[править] Гипотеза Канта
Первичная туманность состоит из отдельных частиц. Более тяжелые начинают притягивать сравнительно легкие, образуются местами центры притяжения, вся туманность разбивается на участки, на шаровидные, более плотные скопления материи — будущие звезды. В каждой звездной туманности появляется центральное сгущение; частицы, стремясь к центру, сталкиваются; одни из них при этом падают к центру, другие получают боковое движение. Случайно накапливается перевес движения в одну сторону, и все частицы, как падающие к центру, так и остающиеся в туманности во взвешенном состоянии, получают вращательное движение, общее для всей массы. Вследствие вращения туманность сплющивается, частицы, не упавшие на солнце, начинают группироваться около местных, случайных центров притяжения — зарождаются планеты. В зависимости от положения зародыша планеты над экватором туманности орбиты планет будут более или менее наклонены к нему. Увлеченные общим вращением массы, все планеты движутся в одну сторону. Вопрос о вращательном движении планет вокруг их осей изложен у Канта весьма темно, и во всяком случае вращение должно бы происходить в обратную сторону существующему. Небольшие комки первичной туманности, далекие от экватора ее, образовали кометы. У Канта нет ни постепенного сокращения объема всей туманности, ни выделения колец — этих характерных особенностей гипотезы Лапласа. Кольца же Сатурна Кант объясняет, как продукт рассеивания атмосферы планеты.
[править] Гипотеза Лапласа-Роша
Эта гипотеза не касается звездных миров, а только солнечной системы. Первичная туманность есть газообразная раскаленная атмосфера солнца, которая простиралась далеко за пределы нынешней планетной С. Солнце уже вырисовывалось как довольно плотное сгущение в центре. Вся С. подобна туманным звездам или планетарным туманностям с центральным сгущением. Солнцу и его атмосфере от вечности присуще равномерное вращение. Атмосфера ограничена поверхностью, где центробежная сила уравновешена притяжением центрального ядра и всей атмосферы. Под влиянием притяжения, частью же вследствие внешнего охлаждения атмосфера сжимается. Тогда вращение ускоряется; увеличивается центробежная сила; поверхность равновесия обеих сил отступает внутрь всей массы, и слой туманной материи должен отделиться под экватором в виде туманного вращающегося кольца. При этом частицы, которые были расположены вне экватора, стекают к нему; но, обладая недостаточными скоростями, чтобы оторваться от общей массы, впитываются обратно в туманность и образуют эллиптические потоки около солнца внутри самой атмосферы, образуют внутренние туманные кольца. Часть их падает на солнце и увеличивает его массу. Попеременное увеличение центрального сгущения, сменяясь внешним сокращением объема вследствие охлаждения и сжатия, вызывает то, что поверхность равновесия отступает скачками, а отделение туманных колец происходит ритмично — материя не выделяется безостановочно на экваторе. Каждое кольцо склубилось в один ком — будущую планету, образование одной планеты из кольца составляет самый слабый пункт гипотезы; кольцо должно бы распасться на множество мелких телец (как астероиды). Вращение планет вокруг осей было первоначально обратно движению планет вокруг солнца, но тут выступил новый фактор — приливы, вызванные солнцем в планетной массе. Трение их постепенно замедляет это обратное вращение, наступает момент, когда вращение исчезает, затем, в благоприятных случаях, может получиться прямое вращение. Приливы на Уране и Нептуне слишком малы, чтобы уничтожить их первоначальное обратное вращение. Период обращения планеты около солнца равен времени вращения атмосферы солнца в момент выделения кольца. Внутренние же кольца объясняют быстрое обращение спутников Марса и колец Сатурна. Образование спутников идет в каждой планетной массе совершенно аналогично образованию самих планет. Приливы препятствуют образованию спутников второго порядка. Наклонности и эксцентриситеты орбит планет вызваны последующими взаимными возмущениями планет. — Гельмгольц ввел в гипотезу Лапласа-Роша закон сохранения энергии, и указал на сжатие как на единственно достаточный источник лучистой энергии солнца (об этом — см. Солнце).
[править] Гипотеза Фая
Допускает предвечное существование «хаоса» как темной и холодной туманности. Вследствие начавшегося сжатия, вызванного притяжением, материя нагрелась и стала слабо светиться, совершенно подобно туманностям, открытым фотографией. По различным направлениям хаос бороздят «потоки» материи. Местами вследствие встречи противоположных потоков получаются вихри — родоначальники спиральных туманностей, а за ними и различных звездных систем. Основным типом этих систем служат тесные двойные и кратные звезды, где массы распределены довольно равномерно, а составляющие звезды вращаются вокруг общего центра тяжести. Для образования системы, подобной нашей солнечной, требовались исключительно благоприятные условия. Фай совершенно справедливо настаивает на ложности взгляда, по которому каждая звезда является центром движения многих планет. Планетные системы — редкое исключение среди звездных миров. Там, где в хаосе не было встречи движений, образовались не вихри, а медленно сгущающиеся облака мелких раскаленных телец (пример тому в созв. Геркулеса, Центавра). В такой системе равнодействующая сила ньютонианского взаимного притяжения отдельных частиц всегда направлена к центру системы и прямо пропорциональна расстоянию частицы до него. Такой же закон сил господствовал и в нашей системе до сложения солнца. Вследствие этого кольца, образовавшиеся внутри туманности, дают начало планетам с прямым вращением вокруг осей. Между тем формируется центральное сгущение — солнце, масса которого, наконец, далеко превосходит массу оставшейся туманности, и закон сил изменяется: начинает преобладать центральное притяжение, обратно пропорциональное квадрату расстояния. Все частицы туманности движутся уже по законам Кеплера. Планеты, которые еще не успели сложиться из колец, получают вращение обратное. Таким образом, по гипотезе Фая, земля и внутренние планеты старше солнца, а оно старше Урана и Нептуна. Несмотря на удачное замечание о перемене закона сил, гипотеза Фая объясняет некоторые пункты (напр. образование колец) менее удовлетворительно, чем гипотеза Лапласа-Роша. Даже главная цель ее — объяснить аномальное вращение Урана и Нептуна — не вполне достигнута.
[править] Гипотезы форм планет
Во времена Лапласа считалось, что вращающаяся жидкая масса для равновесия должна принять форму тела вращения. Отсюда гипотетическое деление массы на части неизбежно происходила в виде круговых колец. Якоби (1856) первый указал на трехосный эллипсоид как на форму равновесия вращающейся жидкости и тем положил начало новым исследованием. Пуанкаррэ (1890) нашел, что при увеличении скорости вращения эллипсоид Якоби переходит в иную, «грушевидную» (апиоид) форму равновесия; дальнейшее же увеличение скорости должно вызвать разрыв всей массы на две неравные части. Д. Дарвин пришел к тем же результатам обратным путем. Исследуя приливное взаимодействие двух близких масс, он вывел, что подобные массы должны были раньше составлять одну, фигура которой близко подходит к апиоиду Пуанкаррэ. Ни одна из вышеизложенных гипотез не объясняет сформирование планеты из кольца; тем вероятнее новый вывод, по которому образование кольца — совершенно аномальное явление и имело место в солнечной системе только раз (для астероидов), все же планеты и спутники произошли путем отделения клуба материи. Если оторванный клуб был слишком мал, он не успевал удалиться от большей массы и был разорван ее приливным действием. Пример тому — кольца Сатурна, истинный генезис которых, как рассеянного спутника, был выяснен еще Рошем (1848). Для системы луна — земля исследования Дарвина можно назвать весьма удачными; меньше значения они имеют для эволюции других планет. Лишь для системы спутников Марса они дают новые разъяснения. Си (See) приложил вывод Д. Дарвина к звездным системам. Он указал (1893) сходство фигур, найденных Пуанкаррэ и Дарвином, с двойными туманностями и объяснил приливным действием значительные эксцентриситеты орбит большинства двойных звезд. Си подтверждает взгляд Фая, по которому планетные системы составляют исключение во вселенной, господствует же тип двойных звезд, лишенных планет. У всех изложенных космогонических теорий имеются общие слабые пункты, которые, быть может, следует отнести на счет самой гипотезы первичной туманности. Зачатки этой гипотезы видны в объяснении новых звезд 1572 и 1606 годов Тихо Браге и Кеплером. Галлей в 1714 г. говорит о повсеместном и предвечном существовании материи в разреженном состоянии. Параллельно с умозрениями Канта и Лапласа к гипотезе туманной материи пришел В. Гершель, из наблюдений. Он думал проследить в различных туманностях все стадии развития звезд. Несколько времени спустя лорд Росс показал, что многие из этих туманностей распадаются на отдельные звезды, и тем поколебал было доверие к гипотезе. Однако спектральный анализ подтвердил, что существуют светящиеся газообразные массы с очень слабым сплошным спектром, на котором выделяются блестящие линии. Но нужно признать, что гипотеза эволюции всех небесных светил из первичной туманности совершенно эмпирична и не имеет еще никакого фактического подтверждения.
[править] Еще одна гипотеза возникновения планетной системы.
Сама по себе планетная система Солнца изучена очень хорошо. И не только методами наблюдательной астрономии, но и прямыми исследованиями с помощью межпланетных автоматических станций. Но что касается того, как она возникла, единого мнения нет до сих пор. На протяжении последних триста лет, начиная от Рене Декарта (1596 - 1650), было высказано несколько десятков космогонических гипотез, в которых рассмотрены самые разнообразные варианты ранней истории Солнечной системы. Теория, рассматривающая происхождение планетной системы, должна объяснить следующее:
1) почему орбиты всех планет лежат практически в плоскости солнечного экватора;
2) почему планеты движутся по орбитам, близким к круговым;
3) почему направление обращения вокруг Солнца одинаково для всех планет и совпадает с направлением вращения Солнца и собственным вращением планет вокруг своих осей;
4) почему 99,8% массы Солнечной системы находятся на Солнце, и лишь 0,2% на планетах, тогда как планеты обладают 98% момента количества движения всей Cолнечной системы;
5) почему планеты делятся на две группы, резко различающиеся между собой средней плотностью;
6) почему вещество планет обладает таким большим относительным количеством химических элементов от железа и более тяжёлых, включая и уран;
7) почему до сих пор надёжно не обнаружены планетные системы у других звёзд?
Чаще всего приводятся три гипотезы:
1) планеты образуются из того же газопылевого облака, что и Солнце (Кант),
2) это облако было захвачено Солнцем при его обращении вокруг центра Галактики (О.Ю.Шмидт), и
3) оно отделилось от Солнца в процессе его эволюции (Лаплас, Джинс и др.). Однако ни одна из этих гипотез на все вышеприведенные вопросы не отвечает.
Как известно, порядка 30% звёзд входят в кратные системы, чаще всего в двойные. Можно допустить, что 7 миллиардов лет назад сформировалась двойная звёздная система, где меньшей звездой было Солнце. Другая звезда была значительно больше, поэтому она быстро прошла свой путь эволюционного развития и взорвалась, вспыхнув сверхновой звездой и оставив вместо себя нейтронную звезду. Затем эта нейтронная звезда почему-то разрушилась. Единственной причиной её разрушения было столкновение с достаточно плотным объектом, которым вряд ли было другое тело, кроме как белый карлик – железная звезда. Белый карлик проходил настолько близко мимо системы Солнце – нейтронная звезда, что был захвачен их гравитационным полем. При этом, в процессе их взаимного вращения, нейтронная звезда и белый карлик настолько сблизились, что или столкнулись, или гравитационное поле нейтронной звезды настолько деформировалось, что она потеряла устойчивость. Последовал грандиозный взрыв. Разрушились и нейтронная звезда, и белый карлик. Часть его короны Солнца была сорвана. Продукты взрыва приобрели такие скорости, что 99 процентов их покинули окрестности Солнца. И только около одного процента центральной области взрыва осталось в области гравитационного влияния Солнца, образовав диск обломков разной величины и газа. Далее, под действием солнечного ветра газовая составляющая была оттеснена на периферию диска. Обломки сначала двигались по разным эллиптическим орбитам. Но, сталкиваясь и объединяясь с другими обломками, стали приобретать орбиты всё более близкие к круговым. А объединяясь, обломки стали формировать планеты. Далее по гипотезе Шмидта. В конечном счёте, сформировались планеты. Причем, более дальние образовались конденсацией водорода и его соединений метана и азота на твёрдых небольших периферийных планетах. Такая гипотеза отвечает на все вопросы, поставленные выше. В том числе и на вопрос об аномально высоком содержании тяжёлых элементов в веществе планет. Действительно, белый карлик состоит в основном из железа. И мы имеем много железа в недрах планет. Нейтронная же звезда, разрушаясь, порождала весь спектр элементов таблицы Менделеева, в том числе и уран. Эта гипотеза объясняет и происхождение метеоритов а также комет. Известно, например, что метеориты представлены двумя основными видами – железные метеориты (5,7%), каменные хондриты (85,7%) и каменные ахондриты (7,1%). Причём железные метеориты имеют кристаллическую структуру, которая может сформироваться в недрах объекта радиусом 100-200 км. То есть быть крупными астероидами. Такими же размерами обладали и объекты, из которых образовались и каменные хондриты. То есть они образовались из тел, которые в свою очередь образовались из остатков белого карлика и нейтронной звезды.
Такая катастрофа, как описанная выше, исключительно редкое явление. По крайней мере, можно понять, почему планетные системы так редко встречаются, что до настоящего времени они ещё надёжно не обнаружены.
Эта гипотеза изложена на сайте http://grigam.narod.ru/vselen/i3.htm
