WWW.KNIGA.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА - Книги, пособия, учебники, издания, публикации

 


Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 6 |

«Сегодня позитивное познание вещей отождествляется с изучением их развития. П.Тейяр де Шарден. РАЗВИВАЮЩАЯСЯ ВСЕЛЕННАЯ Дополненное издание. 2007 г. ОТ АВТОРА За 10 лет ...»

-- [ Страница 3 ] --

Чтобы в однородном вещественном сгустке могли возникнуть процессы образования структур, в нем должны были существовать исходные неоднородности, способные с течением времени образовать крупные блоки вещества. До недавнего времени поиск ответа на вопрос о механизме формирования структуры велся в предположении, что движущей силой процесса выступает гравитация. Еще в 1947 году Е.М..Лифшиц выдвинул и расчетно обосновал идею о развитии уплотнений. Предполагается, что в расширяющейся Вселенной возникают и развиваются случайные уплотнения вещества. Силы тяготения внутри уплотнений проявляют себя заметнее, чем в невозмущенной среде. Поэтому, несмотря на общее расширение Вселенной, вещество в уплотнениях притормаживается, и его плотность постепенно нарастает. Концентрации вещества противодействуют факторы, стремящиеся выровнять плотность вещества в системе. До рекомбинации таким фактором служило излучение, связанное с барионным веществом. Но после завершения рекомбинации и отделения реликтового излучения от остального вещества, противодействие местным гравитационным возмущениям прекратилось. Слабые уплотнения постепенно превратились в сильные. К категории сильных отнесены уплотнения, в которых плотность вещества в два раза и больше превышает среднюю плотность во Вселенной. Появление сильных уплотнений и стало началом рождения крупномасштабных структур.

Эта идея получила развитие в теории адиабатических возмущений (А-теория), активно разрабатывавшейся Я.Б.Зельдовичем и его сотрудниками. В доступном для широкого круга читателей виде ее положения изложены в [34]. Здесь отметим основное. Адиабатическими названы совместные возмущения плазмы и излучения, по предположению возникавшие в дорекомбинационную эпоху, когда излучение было тесно связано с барионно-лептонным веществом. В случайно образовывавшихся слабых возмущениях температура и плотность барионного вещества были несколько выше, чем в окружающей среде. За счет лучистого теплообмена неоднородности сглаживались, и мелкомасштабные возмущения быстро выравнивались. К эпохе рекомбинации, когда излучение отделилось от барионного вещества и больше не влияло на развитие неоднородностей, мелкомасштабные возмущения полностью исчезли. Крупномасштабные же возмущения с характерным размером того же порядка, что и горизонт событий в ту эпоху, сохранились. Масса вещества в них достигала примерно 10 15 солнечных масс (миллион миллиардов солнц!). Такие возмущения развились в сильные. А-теория детально прослеживает дальнейшую судьбу сильных гравитационных возмущений. Из них формируются неоднородные массивные водородно-гелиевые уплотнения, образно названные "блинами" [35]. В то время, как Вселенная в целом расширялась, "блины" испытывали сжатие, у их поверхности возникали мощные ударные волны, разогревавшие разреженную оболочку до 1-10 миллионов градусов. Барионный "блин" был обернут как в шубу еще более мощным нейтринным "блином", радиус которого в 1,5 раза превышал радиус барионного образования.





В конечном счете, сжатие "блина" порождало его неустойчивость, и он распадался (фракционировал) на более мелкие подсистемы с массами 106 – 107 солнечных масс каждая. Это, согласно теории, были зародыши галактик, но их массы очень малы, современные галактики в среднем имеют массу на 5-6 порядков более высокую. Так что предсказываемые теорией образования скорее можно считать зародышами карликовых галактик, очень редко встречающихся в наши дни. Не привлекая дополнительных предположений, теория не в состоянии объяснить появление "нормальных" галактик современной Вселенной. Возникшие подсистемы, в свою очередь, достигали состояния неустойчивости и распадались на более мелкие уплотнения, которые стали зародышами звезд первого поколения с массами от 0,1 до 100 солнечных масс каждая.

А-теория привлекает симпатии своей разработанностью и способностью естественным образом объяснить формирование крупномасштабных структур с последующим их фракционированием на структуры более мелкого масштаба. Однако, теория уязвима для критики. Первая трудность кроется в ее исходных предпосылках. Слабые возмущения однородной Вселенной дорекомбинационного периода, если они существовали, должны были оставить свой след в структуре реликтового излучения. Расчет дает оценки тех минимальных значений амплитуд таких возмущений, которые обеспечивают их последующее перерастание в крупномасштабные возмущения. Однако, тщательные наблюдения за реликтовым излучением не выявили в его структуре следов ожидаемого возмущения. А структура реликтового излучения точно отображает структуру барионного вещества в период их разделения. Так что если в дорекомбинационный период и существовали возмущения плотности, то их амплитуды лежали за пределами чувствительности приборов, использовавшихся при измерениях, и не могли обеспечить развития крупномасштабных возмущений. Существовавшей барионной массы было для этого недостаточно.

Устранение противоречия теории и наблюдений возможно, если тяготеющая масса в вещественном сгустке определяется не только барионными частицами. Дело в том, что чем больше тяготеющая масса вещества в сгустке, тем при меньших амплитудах исходных возмущений достигаются крупномасштабные уплотнения. Спасая свою теорию, Зельдович предположил, что носителями недостающей массы могут быть нейтрино, если они обладают сравнительно небольшой собственной массой, порядка 30 электрон-вольт. В реальном существовании нейтрино ученые убедились в 1953 – 1956 годах, но во времена создания А-теории было неизвестно, имеют ли нейтрино массу, или являются безмассовыми частицами.. Как видно из таблицы 2.1, различают три разновидности нейтрино: электронный нейтрино е, мюонный нейтрино и тау-нейтрино. Каждая частица имеет соответствующую античастицу. Среди тогдашних проблем природы нейтрино выделялись две: это вопрос о наличии у нейтрино массы и вопрос о возможных переходах нейтрино одной разновидности в другую. А так как опыты с нейтрино сопряжены с большими трудностями из-за очень слабого их взаимодействия с другими видами вещества, то экспериментально обнаружить у них массу тогда не удалось. В самое последнее время прямые эксперименты показали, что нейтрино все же имеют небольшую массу, но эта масса не превышает примерно одного электрон-вольта.



Согласно оценкам Я.Б. Зельдовича и его сотрудников, в современной Вселенной концентрация нейтрино всех трех сортов очень высокая, от 150 до 500 частиц на кубический сантиметр, она на много десятков порядков превышает концентрацию барионного вещества и сравнима лишь с концентрацией фотонов (500 на см3). Малая масса нейтрино даже при таком огромном их количестве не способна обеспечить гравитационные процессы, ведущие к развитию уплотнений, способных привести к образованию наблюдаемых в Мире структур. Сегодня идеи А-теории упоминаются только в историческом плане.

Современные представления о появлении разномасштабных структур, возникших в однородной ранней Вселенной после этапа рекомбинации, еще далеки от завершения. Они базируются на понимании того, что необходимые для этого предпосылки возникли в самом начале. Решить проблему структурообразования удастся на пути объединения классической общей теории относительности с квантовой механикой. В таком направлении работает, в частности, С. Хокинг. Он пишет [36], что ранняя Вселенная не могла быть идеально однородной и равномерной, поскольку это нарушило бы основополагающий принцип квантовой механики, принцип относительности Гейзенберга. В соответствии с этим принципом, в первоначальном состоянии должны быть отклонения от равномерной плотности. Такие отклонения являются насколько возможно малыми, но они будут увеличиваться в процессе инфляционного раздувания. В результате в исходном вещественном сгустке возникают места с несколько большей или меньшей скоростью расширения. После рекомбинации области с замедленной скоростью расширения сожмутся в галактики и звезды. Подтверждением сказанного служит открытие в реликтовом излучении так называемых температурных точек, в которых температура на очень небольшую величину превышает среднюю температуру фона. Что подтверждает малую неоднородность вещественного сгустка в момент отделения излучения от вещества.

Однако механизм образования крупномасштабных структур представляет собой лишь часть проблемы образования галактик. Предстоит объяснить существование разнообразных типов галактик после фракционирования крупномасштабных исходных формирований.

На основании последних наблюдательных данных о галактиках, астрофизики выдвигают новые подходы, объясняющие их образование и разнообразие. Предполагается, что протогалактики представляли собой гигантские газовые облака, масса каждой из которых заметно превышала массу образовавшейся из нее галактики. В каждом таком облаке в силу особенностей протекавших там газодинамических процессов наступала стадия бурного звездообразования, во всем объеме рождались десятки и сотни миллионов звезд, среди которых с частотой, в тысячи раз большей, чем теперь, вспыхивали сверхновые. Это породило мощный поток раскаленных газов, некий фантастический галактический ураган с температурой газа в десятки и сотни миллионов градусов. За границы протогалактики выносились огромные массы вещества порядка сотни солнечных масс в год. Ураган звездообразования бушевал около ста миллионов лет, и потери вещества составили не менее 108 солнечных масс. Вместе с веществом ушла огромная энергия, порядка 1060 эрг. Нагрев газа в облаке остановил процесс бурного звездообразования. Затем начался период образования звезд второго и следующих поколений, растянувшийся на миллиард лет и более. Обсуждаемая модель формирования галактик получила название горячей. Популярно она рассматривается в [37].

В пользу горячей модели образования галактик говорят данные, полученные спутниками – лабораториями. Один из доступных проверке выводов этой модели состоит в том, что в период бурного звездообразования протогалактика интенсивно излучает в инфракрасной (ИК) и рентгеновской областях спектра электромагнитных волн, а видимое излучение в этот период очень слабое. Американский исследовательский спутник ИРАС, начиненный чувствительной аппаратурой для измерений ИК излучений, в 1983 году обнаружил несколько ИК галактик, почти невидимых обычными астрономическими оптическими инструментами, но излучающих с необычайно высокой мощностью в ИК области спектра. Эта мощность соответствует тому, что предсказывает горячая модель рождения галактик. На этом основании говорят о согласии модели с данными наблюдений. Из такого заключения следует еще один важный вывод: процессы образования галактик протекают и в относительно близкое к нам время.

Говоря о структуре Вселенной и, в частности, об образовании галактик, следует найти объяснение еще одной их особенности, а именно, проявляющихся в большинстве из них вихревых явлениях глобального и локального характера. Свыше 70% известных астрономам галактик, в том числе наша галактика и ее ближайшая соседка в созвездии Андромеды, имеют спиральные структуры. Такие галактики вращаются вокруг своего ядра со скоростями порядка 100-300 км/с. Вихрь, как показывают наблюдения, оказывается вездесущим элементом структурной Вселенной. Как возникли вихревые движения в первоначально однородной расширяющейся Вселенной – вот вопрос, давно волнующий астрономов и космологов. Согласно положениям газодинамики, вихревое движение либо существует изначально в системе, либо его создают особые обстоятельства, которые необходимо выявить. Предположение об изначальном существовании вихрей во Вселенной было отброшено, как только появились доказательства ее высокой однородности и изотропности в раннем периоде существования. Многочисленные же гипотезы о том, как возникали вихри по мере развития Вселенной, до недавнего времени оказывались неудовлетворительными, так как не могли объяснить наблюдаемые скорости вращения галактик. Лишь в 70-е годы был предложен газодинамический механизм вихреобразования, согласующий предсказываемые им скорости вращения галактик с наблюдаемыми скоростями.

Но, видимо, это только первое приближение к истине. Необходимо обратить внимание на роль галактических ядер в формировании галактических структур. Пример тому – все та же спиральная галактика в созвездии Андромеды. Она удалена от нас на 2,4 миллиона световых лет. Проведенные с помощью спутников исследования ее излучения в ИК, рентгеновском и гамма- спектрах дали интересную информацию для размышления. На основе полученных сведений делается вывод, что точно в центре галактики расположена черная дыра с массой порядка 10 миллионов солнц, а вокруг нее на удалении нескольких световых лет вращается вторая черная дыра. В настоящее время предполагается, что черные дыры способны до 25% своей массы накапливать в энергии вращения и затем высвобождать ее. Поэтому может оказаться, что процесс образования галактической спирали связан не только с газодинамикой.

Предполагается также, что черные дыры в галактических ядрах не являются чем-то исключительным. Расшифровка этих деталей – дело будущего.

Ударные волны, потоки вещества, рождаемые их сочетаниями вихри, играли важную роль не только в процессах крупномасштабного структурообразования, но и при формировании последующих более мелких структур. Газодинамический механизм всегда сочетался с электромагнитными, магнитогидродинамическими, плазменными явлениями и с гравитацией.

Существование магнитных полей во Вселенной создает условия заметного проявления магнитодинамических эффектов, способных не только формировать структуры газовых и пылевых облаков, но и инициировать в них процессы звездообразования. Современные теории структурообразования на разных уровнях иерархии рассматривают комбинированное участие этих факторов в подобных процессах, причем гравитация не является среди них доминирующей.

Картина структурообразования будет неполной, если не попытаться выяснить, существует ли структура вещественной Вселенной как целого. Усилиями ряда астрономических обсерваторий определены местоположения и лучевые скорости многих тысяч галактик. С применением ЭВМ на базе таких данных воспроизведены элементы крупномасштабной структуры Вселенной и построена пространственная ее модель [38]. Выяснилось, что галактики, объединенные в скопления, образуют гигантские цепочки, пересечения которых создают характерную ячеистую структуру Вселенной.

Изолированные дискообразные сверхскопления галактик, названные в А-теории блинами, в этих структурах не обнаружены. Но открыты более мелкие структурные сетки из цепочек галактик, заполняющие всю крупномасштабную структуру. В развитие этих и более свежих данных тремя исследователями из Гарвардского Смитсоновского астрофизического центра (В. Лаппарен, М.Геллер и Д.Хучура) излагается новая точка зрения на крупномасштабную структуру, названная "Пузырьковой Вселенной". Галактики в подавляющем большинстве сконцентрированы на поверхностях соприкасающихся пузырьковых структур диаметром 50 Мпс. Предполагается, что при взрыве исходного зародыша очень активных галактик первого поколения возникают распространяющиеся наружу сферические ударные волны, что приводит к рождению галактик и образованию пузырьковообразных пустот во Вселенной, по краям которых располагаются разбрасываемые галактики. Но ни одно из предлагаемых теоретических построений не дает полного объяснения наблюдаемых явлений.

В ближайшее время можно ожидать новых сообщений о причудливости архитектуры Вселенной, поскольку интересные данные на этот счет поступают с внеземной обсерватории, вооруженной мощным телескопом имени Хаббла.

Наблюдательные данные позволяют говорить об образовании структур во Вселенной как о сложном коллективном процессе, еще не до конца понятом, но в общих чертах отвечающему представлениям о самоорганизации сложных систем. Основная работа по раскрытию механизмов этого процесса впереди и она может привести к новым открытиям и новым взглядам на образование крупномасштабных структур. Но любые новации, если они возникнут, лишь подтвердят факт скачкообразного перехода Вселенной в качественно новое состояние, характеризуемое "внезапным" появлением в ней крупномасштабных структур. Пока ясно одно:

Вселенная – это не набор случайных, не связанных между собой элементов, а единая структурно высокоорганизованная система.

Нам придется пропустить в просматриваемой "киноленте" еще несколько неразборчивых кадров и продолжить просмотр с момента появления в галактиках звезд первого поколения.

Они сыграли важную роль в последующем усложнении элементов Вселенной.

3.2. Тяжелые элементы – зола ядерных костров Вселенной Образование разномасштабных структур во Вселенной открыло возможность для новых усложнений вещества. Важнейшим моментом последующего развития стало образование всей совокупности элементов таблицы Менделеева, следующих после водорода и гелия. На стадии первичного нуклеосинтеза процесс образования атомных ядер оборвался на изотопе гелия с массовым числом 4. Причина такого ограничения – невозможность устойчивого существования ядер с массовыми числами 5 и 8. В массовых числах элементов и их изотопов образуется "щель массы", которая и воздвигла в ходе первичного нуклеосинтеза непреодолимый барьер на пути образования ядер элементов, содержащих более четырех нуклонов. А так как во Вселенной все же существуют более тяжелые ядра, то из этого факта следует, что природа имеет в своем распоряжении обходный путь для преодоления "щели масс".

Обходный путь открылся после того, как в ходе структурообразования во Вселенной возникли звезды, эти ядерные костры, горение которых поддерживается протекающими в их недрах реакциями нуклеосинтеза. В отличие от первичного нуклеосинтеза эти реакции получили название звездного нуклеосинтеза. Разнообразие типов звезд и, соответственно, реакций звездного нуклеосинтеза, изменение условий протекания таких реакций со временем, создало ситуацию, коренным образом отличную от существовавшей в раннюю эпоху развития Вселенной. Отсюда возникло убеждение, что элементы тяжелее гелия рождались и продолжают рождаться в недрах звезд, что они – зола и шлаки звездных костров. Как же звездный нуклеосинтез сделал то, что оказалось не под силу первичному нуклеосинтезу – преодолел "щель массы"?

Идею механизма такого преодоления впервые высказал английский физик Ф. Хойл. Возможно, что читателю он известен как автор интересных научно-фантастических произведений. Хойл убежденно постулировал, что на определенных стадиях развития некоторых типов звезд появляются условия для объединения трех ядер гелия (трех альфа-частиц) в ядро изотопа углерода 12С. Такая реакция решает проблему преодоления "щели масс", оставляя позади сразу оба барьера. Далее беспрепятственно могут идти реакции образования еще более тяжелых, чем углерод, ядер неона, кислорода, кремния и других.

Однако время для поздравлений не наступило. Теоретические расчеты скорости протекания реакции соединения трех ядер гелия в ядро углерода показали, что она недостаточна для создания наблюдаемого в мире количества тяжелых элементов. Казалось бы, по хойловской концепции нанесен неотразимый удар. Но сам Хойл не допускал мысли об ошибочности своей гипотезы. Выход из создавшегося положения он нашел в предположении, что у ядра углерода 12С должно существовать возбужденное состояние, энергия которого равна или очень близка суммарной энергии трех альфа-частиц. Известно, что атомное ядро (как и сам атом) может иметь либо минимальную присущую ему потенциальную энергию, либо ряд более высоких дискретных значений энергии. В первом случае говорят, что ядро находится в основном состоянии, а при получении дополнительных порций энергии извне состояние ядра называют возбужденным. Квантовая физика утверждает, что при синтезе ядра из исходных частиц реакция их объединения резко ускоряется, если у составного ядра существует возбужденный уровень, энергия которого равна или очень близка суммарной энергии объединяющихся частиц.

Тогда конечным продуктом реакции будет составное ядро, находящееся в возбужденном состоянии, и скорость его образования будет существенно выше скорости образования ядра в основном состоянии. Тем самым гипотеза Хойла может получить права гражданства.

Дело оставалось за малым, нужное возбужденное состояние ядра углерода не было известно физикам, его надо было найти экспериментально. Видимо судьба не случайно свела теоретика Ф. Хойла с блестящим экспериментатором У. Фаулером, одним из основателей нового направления в космологии – ядерной астрофизики. Особенностью школы, созданной этим ученым, было проведение широкого поиска ответов на многие вопросы ядерной космологии с помощью лабораторных опытов. Фаулер взялся за решение поставленной Хойлом задачи и, к всеобщему удовольствию, в лаборатории искомый уровень углерода был обнаружен.

Его энергия, равная 7,654 МэВ всего на 0,38 МэВ превышала суммарную энергию трех объединяющихся ядер гелия. Это была победа идеи об особой роли звездного нуклеосинтеза в образовании всех тяжелых элементов Вселенной.

Согласно современным представлениям, присутствующие в межзвездной среде тяжелые элементы изготовлены в звездах типа красных гигантов. Желтые карлики, к которым относится наше Солнце, поддерживают свое состояние главным образом за счет ядерной реакции превращения водорода в гелий. На самом деле речь идет о цепочке последовательно протекающих реакций превращения водорода в гелий под общим названием водородного цикла.

Звезды этого типа не создают элементов, тяжелее гелия. Красные гиганты обладают массой, в несколько раз превышающей солнечную. Водород в них выгорает очень быстро и в центре, где сосредоточен образовавшийся гелий, благодаря начавшемуся сжатию ядра звезды температура достигает нескольких сотен миллионов градусов. Этого достаточно для протекания реакций углеродного цикла, в которых три ядра гелия соединяются и образуют возбужденное ядро углерода. Оно, в свою очередь, может присоединить еще одно ядро гелия и стать ядром кислорода, затем неона и так далее вплоть до кремния. Выгорающее ядро звезды сжимается, и температура в нем поднимается до 3 – 10 миллиардов градусов. В таких условиях реакции объединения продолжаются вплоть до образования ядер железа. Ядро железа – самое устойчивое во всей последовательности химических элементов. Здесь проходит граница между ядрами элементов, синтез которых совершается с выделением энергии, и теми, образование которых требует энергетических затрат. Группа элементов от гелия до железа образуется с участием только заряженных частиц (протонов, альфа-частиц и т.д.), дальнейшее же усложнение ядер возможно лишь в реакциях с участием нейтронов.

Количественную теорию образования в недрах красных гигантов элементов от железа до висмута (атомный номер 83, атомный вес 209) разработали Бербидж, Фаулер и Хойл. Такие ядра возникают в процессах медленного захвата нейтронов (s - процессы). Теория имеет хорошее математическое обоснование, и ее результаты согласуются с данными наблюдений.

Для объяснения образования еще более тяжелых ядер привлекаются представления о процессах быстрого захвата нейтронов (r - процессы), в ходе которых ранее возникшие тяжелые ядра захватывают сразу несколько нейтронов до того, как успеет развиться неустойчивость конгломерата. Осуществление r–процесса требует наличия очень плотных потоков нейтронов, где-то на уровне 1024 – 1030 частиц/(см3с). Поэтому образование самых тяжелых ядер, замыкающих таблицу Менделеева, предположительно может происходить в оболочках взрывающихся звезд или при прохождении сильной ударной волны, созданной взрывом сверхновой, через гелиевую оболочку звезды с массой ~25 солнечных масс.

Следует отметить два важных обстоятельства. Во-первых, красные гиганты быстро расходуют запасы гелия и у них короткий жизненный цикл, порядка десятка миллионов лет. Вовторых, за время своего активного существования красный гигант отдает в межзвездную среду ежегодно не менее 10–4 – 10–5 солнечных масс своего вещества, а в конце существования он с взрывом сбрасывает внешнюю оболочку вместе с накопившимися в ней "шлаками", образовавшимися в процессах нуклеосинтеза. Благодаря этому межзвездная среда сравнительно быстро обретает известные на сегодняшний день элементы, более тяжелые, чем гелий. Подробности о превращениях химических элементов в звездах и об их последующей судьбе читатель найдет, например, в [39].

Мы столкнулись с интересным природным феноменом, определившим, в конечном счете, облик современной вещественной Вселенной. Неустойчивость ядер с массовыми числами 5 и 8, с одной стороны, и существование у ядра самого распространенного изотопа углерода возбужденного состояния, энергия которого почти точно совпадает с суммарной энергией трех ядер гелия, с другой стороны, создают естественный регулятор, прерывающий в самом начале первичный нуклеосинтез на рубеже образования гелия. Но путь для синтеза всех элементов открывается на более поздней стадии развития, после того, как во Вселенной сформировались разномасштабные структуры. Без такого регулятора не возникла бы водородно-гелиевая Вселенная, и не создались бы условия для последующего прогрессивного ее развития. Этот феномен обсудим позже вместе с другими удивительными фактами.

За выдающийся вклад в развитие современной ядерной астрофизики У. Фаулеру присуждена Нобелевская премия по физике за 1983 год. В традиционной Нобелевской лекции Фаулер рассказал как об успехах этой сравнительно молодой научной дисциплины, вносящей весомый вклад в формирование новых космологических представлений, так и о трудностях, с которыми она сталкивается [40]. Пожалуй, главная трудность состоит в том, что, несмотря на достигнутые успехи, все еще нельзя считать надежно подтвержденными конкретные реакции звездного нуклеосинтеза. Например, по понятным причинам самое пристальное внимание уделено водородному циклу, составляющему основу энергетики Солнца. В цепочке реакций этого цикла, в результате протон – протонных взаимодействий, выделяются нейтрино, которые в силу своей исключительной проницаемости легко выходят через толщу солнечного вещества наружу. Теория детально описывает этот процесс и предсказывает плотность выходящего потока нейтрино. Определенная часть этого потока достигает Земли и может быть зарегистрирована. Несколько групп ученых в разных странах в течение многих лет регистрировали доходящие от Солнца нейтрино и пришли к выводу, что их количество в три раза меньше того, что предсказывает теория. По этому поводу Фаулер сказал в своей лекции следующее.

"Что-то неверно – или стандартная модель Солнца некорректна, или соответствующие ядерные сечения известны с ошибками, или электронное нейтрино, излучаемое Солнцем, по пути к Земле частично превращается в нерегистрируемые мю или тау - нейтрино... До тех пор, пока проблема солнечных нейтрино не будет решена, основные принципы, лежащие в основе ядерных процессов в звездах, останутся под вопросом... Великая концепция Хойла не будет доказана, пока мы не добьемся более глубокого и точного понимания многих ядерных процессов, протекающих в астрофизических условиях" [40]. Но в самое последнее время проблема нехватки солнечных нейтрино как будто нашла решение. Экспериментально установлено, что часть электронных нейтрино на пути к Земле превращаются в тау-нейтрино, которые в прежних экспериментах не регистрировались.

Появление во Вселенной всей гаммы химических элементов открыло новый этап в развитии вещества и в формировании его структур. Обратим внимание на два важных следствия этого события. Первое, в местах нахождения разнообразных химических элементов протекают процессы их объединения в молекулы, сложность которых, как оказалось, может нарастать до очень высоких уровней. Молекулы обладают качественно новыми свойствами по сравнению с атомами, и чем сложнее молекула, тем разнообразнее и богаче эти свойства. Открывается простор для практически безграничных вариаций, что в сочетании с неравновесностью открытых систем, собранных из молекул, создает условия для последовательного достижения все более высоких уровней упорядоченности. Далее, относительно тяжелые ядра и образуемые ими атомы и молекулы обеспечивают протекание процессов дальнейшего структурообразования во Вселенной. С их появлением открывается принципиальная возможность для образования около некоторых звезд второго поколения планетных систем, в состав которых входят "тяжелые" планеты типа планет земной группы. На них могут протекать процессы геологической и химической эволюций, что неосуществимо в межзвездном веществе.

Причину, заставляющую атомы объединяться в молекулы, наука знает достаточно хорошо, ведь процессы образования и распада молекул широко распространены в сфере нашего обитания. С давних пор люди используют процессы такого рода в своих практических интересах.

В основе объединения атомов лежат силы, называемые химическими. Но за ними скрыта одна из фундаментальных сил природы – электромагнитная сила. Дело в том, что электрическая нейтральность атома, обеспечиваемая равенством суммарного отрицательного заряда входящих в него электронов и положительного заряда ядра, начинает проявляться на некотором удалении от атома. Но если сблизить два атома на небольшую дистанцию, то начинает сказываться неравномерность распределения зарядов на их внешних оболочках, несимметричность суммарного заряда. Такая несимметричность и создает при сближении атомов их взаимное притяжение или отталкивание. В первом случае наступает химическое взаимодействие, завершающееся взаимопроникновением внешних электронов в сферу действия "чужого" ядра, что связывает атомы в молекулу. Во втором случае проявляется неспособность данных атомов к химическому взаимодействию.

Приведенное упрощенное описание природы химического взаимодействия позволяет качественно понять те минимально необходимые условия, которые способны обеспечить объединение атомов в молекулы. Прежде всего, необходимо сообщить атомам энергию, достаточную для их сближения на дистанцию, где проявят себя химические силы вопреки противодействию создаваемых внешними электронами сил отталкивания. Обычно необходимые энергии лежат в интервале температур от десятков до сотен градусов Цельсия (десятые – сотые доли электрон-вольта). Впрочем, возможны существенные отклонения от этих значений в обе стороны. Далее, температура окружающей среды не должна быть выше критической, при которой кинетическая энергия частиц превышает химическую энергию связи атомов в молекуле.

Как правило, энергия связи у молекул не превышает примерно нескольких электрон-вольт, чему соответствуют температуры порядка десятков тысяч градусов.

Процессы соединения атомов в молекулы весьма распространены во Вселенной. В межзвездной среде, где концентрация вещества исчисляется единицами частиц в кубическом сантиметре, тем не менее, обнаруживаются молекулы водорода в концентрациях порядка одной частицы на 10 см3. Там же встречаются мельчайшие пылинки, состоящие из кристалликов льда и углерода с примесью гидратов разных элементов. Молекулярный водород вместе с гелием образует газовые межзвездные облака с концентрациями молекул до 1000 частиц на см 3.

Скопления газов вместе с пылинками формируют газово-пылевые облака. Но самое интересное, с чем столкнулись наблюдатели – это неожиданно большое присутствие в космосе разнообразных органических молекул, вплоть до таких сложных, как молекулы некоторых аминокислот. В межзвездных облаках насчитали более 50 типов органических молекул. Еще удивительнее то, что органические молекулы находят во внешних оболочках некоторых относительно холодных звезд и в образованиях, температура которых незначительно отличается от абсолютного нуля. Так что синтез молекул, в том числе и органических, распространенное и, по-видимому, достаточно обыденное явление в космосе.

Возникает вопрос, способно ли усложнение вещества вне планет, в межзвездной среде или в оболочках не очень горячих звезд, достичь настолько высокого уровня организации, чтобы появились жизнь и разум? И хотя есть довольно веские доводы для предположения о невозможности такого развития событий, наука сегодня не может дать ни положительного, ни отрицательного ответа на этот вопрос. Нам пока известен только один вариант существования жизни в Космосе, и он реализован в локальном структурном образовании, сочетающем мощный источник энергии в виде центральной звезды и семейства гравитационно и радиационно связанных с ним планет. Планеты обладают высокой плотностью вещества в атомарной и молекулярной формах, что обеспечивает протекание геологической эволюции и разнообразных химических процессов, как за счет внутренних ресурсов планеты, так и энергии, поступающей от звезды. Такой системой является наша Солнечная система и в ней на одной из планет существует жизнь, эта высшая известная науке форма упорядоченности материи.

Уникальна ли Солнечная система во Вселенной, или процесс планетообразования закономерно происходит около звезд определенного типа в определенных локальных частях мироздания? Такие кардинальные вопросы стоят перед новой космологией. Рассмотрим современные представления об устройстве Солнечной системы и познакомимся с мнениями космологов о распространенности планетных систем в ближайших окрестностях Солнца.

3.3. Солнечная система как "малая часть звездной пыли" Может ли современная планетология, концентрирующая наши знания о планетах, дать ответ на два коренных вопроса, стоящих перед ней: является ли образование планетных систем около звезд некоторых типов во Вселенной правилом, или единственная известная человечеству Солнечная система появилась в результате редчайшего совпадения обстоятельств, что делает ее уникальной и чуждой остальной части мироздания? Каков механизм образования планетных систем около звезды, или конкретно, каков механизм образования Солнечной системы, даже если она появилась случайно? Современная научная мысль решительно отвергает предположение о случайном возникновении и уникальном механизме образования сложнейшего сообщества звезды и группы тесно связанных с ней планет.

В новых учебниках астрономии говорится, что у ученых накоплены серьезные аргументы в пользу наличия планетных систем около многих звезд, в пользу типичности таких систем, а не их исключительности. Об этом же говорится в интересной научно-популярной книге астрофизика Д.Фишера [41]. Обратимся к данным, которые дают основание для столь категоричного утверждения, и попытаемся, опираясь на них, составить собственное мнение об этом предмете.

В последние два десятилетия ХХ века появились надежные данные о том, что у многих звезд в радиусе примерно 70 пс от Солнца имеются планеты или газопылевые диски, из которых в принципе могут образовываться планеты. Начиная с 1983 года американский спутник ИРАС, заслуги которого отмечались нами в связи с его вкладом в "горячую модель" образования галактик, обнаружил примерно у 10% звезд, находящихся в окрестностях Солнца, избыточное инфракрасное излучение. Специалисты связывают этот факт с присутствием около таких звезд пылевых дисков, содержащих мелкие твердые частицы. Наземные исследования этих звезд подтвердили такие предположения. Так, наземным инструментом подробно исследовано обнаруженное спутником ИРАС пылевое облако около звезды бета-Живописца. Это молодая звезда, ее возраст оценивается в несколько десятков миллионов лет. Она удалена от Солнца на расстояние в 17 парсек, ее масса примерно вдвое превышает солнечную. Предварительные оценки показывают, что газопылевой диск около звезды имеет протяженность около 600 миллионов километров. Возможно, что этот диск знаменует начальный этап формирования планетной системы, хотя не исключены и другие трактовки феномена.

Начиная с 1987 года, стали поступать сведения об открытии крупных планет типа Юпитера около многих звезд. Эти открытия получены благодаря использованию метода прецизионного измерения периодических «блужданий» звезды около своей траектории под воздействием вращающегося вокруг нее крупного спутника. По сообщению журнала “New Scientist” к 1987-у году канадские астрономы Б.Кемпбелл, Г.Уокер и С.Янг сообщили результаты своих многолетних измерений траекторных блужданий у 16-и звезд. Обработка наблюдательных данных показала, что у 10 из 16 исследованных звезд изменения скорости указывают на наличие около них планетных спутников, масса каждого из которых превышает массу Юпитера, но не более, чем в 5 раз. Еще у 2-х звезд обнаружены неизвестные ранее звездные спутники, а у остальных 4-х звезд определенных результатов получить не удалось. Наиболее вероятное существование планетных систем отмечено у эпселон Эридана и гамма Цефея. Первая из этих звезд – ближайший к Солнцу кандидат на обладание планетами, она удалена от нас на 11 световых лет (около 4 парсек). Измеренные вариации скорости показали, что их источником служит планета с массой в 25 раз превышающая массу Юпитера. Эта методика не позволяет обнаруживать около звезды мелкие планеты типа Земли и можно только предполагать, что существование спутника типа Юпитера по аналогии с Солнечной системой указывает на большую вероятность наличия там и более мелких планет. Список звезд, подозреваемых в обладании планетными спутниками, дополняется Проксимой Центавра, 70 Змееносца, 61 Лебедя, Барнара, Лаланда 21185, альфа Лиры, альфа Южной Рыбы и ряда других.

Метод измерения «блужданий» звезды имеет серьезный недостаток. Оценка массы планеты на основании полученных данных зависит от наклона плоскости орбиты спутника по отношению к углу зрения наблюдателя. Но этот угол наблюдателю неизвестен. В 1995 году Джеф Марси и Пол Батлер, исследовали пылевое облако около звезды № 53 в созвездии Рака.

Внутри этого облака методом измерения «блужданий» звезды была обнаружена юпитероподобная планета. Поскольку орбита планеты лежала в плоскости пылевого диска, астрономам удалось определить угол ее наклона по отношению к лучу зрения. Этим было обеспечено надежное определение массы открытой планеты. Оказалось, что она в 1,9 раза превосходит массу Юпитера.

В самое последнее время разработаны два новых метода, обеспечивающих в отдельных случаях обнаружение крупной планеты около звезды прямыми наблюдениями. Каждым из этих методов было обнаружено по одной планете. Таким образом, охота за планетами приобретает все более крупные масштабы. К 2005 году общее число открытых планет составило ~168. Но пока речь идет только о планетах типа Юпитера, а прямых данных о существовании планетных систем около звезд не имеется.

В последние годы ведется разработка методов обнаружения землеподобных планет. Эти методы основываются на регистрации небольших изменений яркости звезды при временном «покрытии» ее проходящей такой планетой. Планируется запуск в 2006 году экспедиции «Кеплер», которая сможет отслеживать минимальные падения яркости ближайших звезд при их затмении потенциальными планетами типа Земли. В более поздние времена предполагается осуществить ряд других подобных проектов.

Мы находимся лишь в самом начале поиска внесолнечных планет, и впереди предстоит нелегкая работа. Один из серьезных вопросов в этом плане – могут ли существовать планеты около двойных или тройных звезд? На этот счет существуют серьезные сомнения. Между тем, одиночные звезды типа нашего Солнца встречаются не так уж часто. По оценкам женевских астрономов А.Дюкенуа и М.Майера, одиночными бывают не более 20% из числа таких звезд.

Это обстоятельство резко сокращает число звезд, около которых возможно образование планетных систем.

С другой стороны, оптимизм по поводу распространенности планетных систем внушает факт недавнего обнаружения у одного из пульсаров (нейтронной звезды) трех планет с массами от 0,2 до 4 земных масс, удаленных от звезды на расстояния от 0,19 до 0,47 астрономических единиц. Это уже пример внесолнечной планетной системы, правда, с совершенно непонятными условиями на планетах.

О механизме образования планет, в частности, в Солнечной системе, нет общепризнанных заключений. Солнечная система, по оценкам, образовалась примерно 4,6 0,1 миллиардов лет назад, то есть примерно 7 миллиардов лет спустя после появления звезд первого поколения.

Так что Солнце – звезда второго или еще более позднего поколения, возникшая на продуктах жизнедеятельности звезд предыдущих поколений. Это обстоятельство дало повод Фаулеру назвать Солнечную систему "малой частью звездной пыли". О происхождении Солнечной системы и ее исторической эволюции наука знает меньше того минимума, который необходим для построения теории планетообразования. От первых научных гипотез, выдвинутых примерно 250 лет назад, до наших дней предложено большое число разных моделей происхождения и развития Солнечной системы, но ни одна из них не удостоилась перевода в ранг общепризнанной теории. Большинство из выдвигавшихся ранее гипотез сегодня представляют лишь исторический интерес.

Отсутствие общепризнанной версии происхождения планетной системы объяснимо. Прежде всего, единственность объекта наблюдения исключает применение сравнительного анализа и заставляет решать непростую задачу восстановления истории системы на основании одних только знаний о ее сегодняшнем состоянии. Пример противоположной ситуации – разработка теории эволюции звезд. Были накоплены обширные данные о современном состоянии звезд разных классов, находящихся на разных стадиях своего развития, от их рождения до финала жизненного пути. Статистическая обработка этих данных создала основу для последующих теоретических обобщений. Не удивительно, что о рождении и развитии далеких от нас звезд астрономия знает существенно больше, чем о происхождении и развитии Солнечной системы, места нашего обитания.

Далее, Солнечная система – очень сложное природное образование, сочетающее разнообразие входящих в ее состав элементов с высочайшей устойчивостью системы как целого. В 1979 году астроном и популяризатор астрономических знаний Бронштэн писал:

"Солнечная система представляет собой группу небесных тел, весьма различных по своим размерам и физическому строению. В эту группу входят: Солнце, 9 больших планет, десятки спутников планет, тысячи малых планет (астероидов), сотни комет и бесчисленное множество метеоритных тел, движущихся как роями, так и в виде отдельных частиц. В настоящее время (1979) нам известны 34 спутника, 2000 астероидов. Все эти тела объединены в одну систему благодаря силе притяжения центрального тела – Солнца" [42].

С тех пор внесено немало принципиальных изменений в это краткое описание. Такие изменения связаны, прежде всего, с началом эры освоения человечеством ближнего космоса. Отправляемые с Земли автоматические межпланетные станции побывали возле всех планет Солнечной системы, кроме далекого Плутона. А две такие станции, «Пионер 10» и «Пионер 11», достигли окраины нашей системы, за которой располагается пояс Койпера, хранитель кометных тел, отделяющий нашу систему от межзвездного космоса. За эти годы удвоено открытое количество спутников около планет-гигантов, получены детальные снимки как самих планет, так и наиболее интересных их спутников, получены многочисленные данные о физических состояниях планет и некоторых их спутников. Объем информации, которым располагает наука о Солнечной системе, неимоверно возрос.

Однако при этом наука практически не продвинулась в деле создания теории образования планетных систем вообще, и, прежде всего, в общепризнанном понимании механизма образования Солнечной системы. При таком количестве и разнообразии составляющих систему элементов, при тех сложных взаимоотношениях, которые устанавливаются между ними, задача теоретического описания Солнечной системы, не говоря уж о задаче определения механизма ее образования, оказывается очень непростой. На заре рождения современных космологических представлений усилиями Канта, Ньютона, Лапласа, Лагранжа и других крупнейших ученых прошлого была разработана теоретическая основа классической астрономии – небесная механика. Блестяще себя оправдавшая применительно к Солнечной системе, она стала главнейшим инструментом познания ее динамических свойств. Но в рамках небесной механики невозможно объяснить происхождение Солнечной системы, невозможно ответить на вопрос:

что создало и закрутило гигантскую карусель с находящейся в ее центре сравнительно небольшой желтой звездой – Солнцем?

Жизнеспособная модель происхождения Солнечной системы должна естественным образом объяснить появление в ней вращательного момента, особенности его распределения между звездой и планетами, механизм сохранения устойчивости системы, а также следующие важнейшие особенности:

1. Момент количества движения, характеризующий вращение тел, неравномерно распределен между центральным телом и планетами. На долю планет, суммарная масса которых составляет менее 2% от массы всей системы, приходится примерно 97% суммарного момента количества движения.

2. По своим физико-химическим характеристикам планеты делятся на две совершенно непохожие группы, к которым можно условно добавить еще одну – группу малых планет или астероидов. В ближайших окрестностях Солнца размещаются планеты земной группы – Меркурий, Венера, Земля, Марс. При относительно малых размерах они обладают относительно высокими плотностями, от 3 до 5,5 г/см3. Химический состав планет этой группы принципиально иной, чем у Солнца. Так, Солнце на 93,5% состоит из водорода, на 6,4% - из гелия и только на 0,1% - из элементов, более тяжелых, чем гелий. Планеты же земной группы в основном составлены из кислорода, кремния, железа и других тяжелых элементов, водород и гелий включены в их состав в ничтожных количествах. Меркурий и Венера не имеют спутников, Земля имеет крупный планетоподобный спутник Луну, у Марса два небольших астероидоподобных спутника – Фобос и Деймос. В более отдаленной от Солнца области расположены планеты– гиганты, составляющие вторую группу: Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун. Их плотности всего лишь порядка 12 г/см3, а химический состав близок к солнечному. Вокруг этих планет роятся многочисленные спутники, образуя вместе с планетой миниатюрные копии солнечной системы. Кроме того, около них обнаружены кольца, особенно хорошо различимые у Сатурна.

Между Марсом и Юпитером существует кольцо астероидов, диаметры которых не превышают 1000 километров. Большинство астероидов не имеют правильной формы и скорее напоминают крупные обломки, чем планеты. На краю планетной системы особняком располагается небольшая планета Плутон со спутником Хароном. Пока есть сомнения, является ли Плутон присоединенной планетой, или это большой астероид.

3. Орбиты всех планет, включая астероиды, почти круговые и с небольшими отклонениями все они лежат в плоскости, проходящей через солнечный экватор (плоскость эклиптики). У Плутона орбита представляет собой вытянутый эллипс, в своих отдаленных частях орбита Плутона пересекает орбиту Нептуна, так что он оказывается ближе к Солнцу, чем гигантский сосед.

4. Планеты движутся по орбитам в прямом направлении, совпадающем с направлением вращения Солнца вокруг своей оси. Как правило, они и вокруг своей оси вращаются в прямом направлении. Исключение составляют Уран и Венера, которые вращаются (первый – быстро, вторая – медленно) в обратном направлении. Оси вращения планет обычно немного наклонены к перпендикуляру, проведенному к плоскости орбиты. Уран и здесь составляет исключение, его ось почти лежит в плоскости орбиты. Немало отклонений от "правил" у спутников планет, входящих в системы планет-гигантов.

5. Расстояния планет от Солнца подчиняется закономерности, первоначально выраженной эмпирической формулой Тициуса-Боде, которая связывает расстояние планеты от Солнца с ее порядковым номером в последовательности планет. Начиная с 40-х годов, получены математические закономерности для расстояний в интерпретациях К.Вейцзеккера (1942 г.), О.Ю.

Шмидта (1947 г.), В.Г.Фесенкова (1951 г.) и некоторые другие.

6. Помимо планет в систему включаются метеоры, метеориты и кометы в значительных количествах. Сегодня Солнечная система во многом видится нам не такой, как, например, 50 лет назад. И нет гарантии того, что завтра она не предстанет перед нами в еще одном новом облике. Продолжающееся накопление новых сведений о Солнце и его планетах вынуждает к осторожности в выводах и обобщениях.

В свете сказанного понятно, почему многочисленные космологические гипотезы о происхождении Солнечной системы, выдвигавшиеся до середины ХХ века, не справились с объяснением всей совокупности наблюдательных фактов и не привели к созданию общепризнанной теории планетообразования, в частности, к теории образования Солнечной системы. Лишь в самое последнее время начали намечаться пути более успешного подхода к этой проблеме.

Создатели современных гипотез исходят из того, что невозможно построить удовлетворительную модель нашей планетной системы, опираясь, как это было в прошлом, только на действие гравитации или, тем более, прибегая к гипотезам об уникальных космических катастрофах. В качестве примера, иллюстрирующего содержание новых подходов, остановимся на модели образования Солнечной системы, разработанной астрофизиками шведского происхождения, лауреатом Нобелевской премии Х.Альвеном и профессором Г.Аррениусом [43].

Авторы модели поставили перед собой задачу построить общую теорию образования вторичных тел (планет, спутников) около первичного тела (звезды, планеты). Они исходили из постулата, что в природе существует единый механизм планетообразования, действие которого проявляется и в случае образования планет около звезды, и в случае, когда планетыспутники образуются около планеты. Для раскрытия такого механизма необходимо учесть вклад в процесс совокупности различных сил: гравитацию, магнитогидродинамику, электромагнетизм, плазменные процессы. Это диктуется наличием в Природе соответствующих сил и неизбежностью их прямого участия в образовании планет, спутников планет, и более мелких небесных тел, объяснить совместное образование которых только за счет гравитационного сжатия протопланетного газопылевого сгустка невозможно. Любая гипотеза, основанная на допущении только гравитационного сжатия, является заведомо ошибочной.

Приступая к изложению исходных предпосылок своей гипотезы, Альвен и Аррениус выделяют в самостоятельную задачу вопрос о механизме образования самого центрального тела:

к моменту, когда начали образовываться планеты, оно уже существовало в своем начальном облике. Только после его оформления начал протекать процесс образования планет. Центральное тело должно обладать магнитным полем, уровень которого превышает некое критическое значение, а пространство в его окрестности заполнено разреженной плазмой. Эти два требования обязательны, без их выполнения процесс планетообразования невозможен.

Первое из требований не содержит каких-либо ограничивающих посылок, так как существование магнитного поля около вращающейся звезды – дело обычное. Солнце имеет дипольный момент и, вполне вероятно, имело его в своем далеком прошлом. Не исключено, что тот дипольный момент превышал теперешний. Что же касается плазмы, то ее источником служила гигантская корона молодого Солнца. В настоящее время Солнце обладает короной более скромных размеров, средняя плотность заряженных частиц в ней оценивается значениями от 102 до 108 см–3. Космические аппараты обнаруживают, что планеты земной группы практически погружены в разреженную атмосферу Солнца, а недавно открытый солнечный ветер доносит частицы от звезды до дальних планет. Вполне приемлемо допущение, что корона молодого Солнца распространялась гораздо дальше современной орбиты Плутона, то есть дальше 40 астрономических единиц (а.е.). За астрономическую единицу принято расстояние от Солнца до Земли, равное примерно 150 миллионам километров. Этой единицей удобно пользоваться при оценках расстояний, прежде всего внутри Солнечной системы. Обширная сверхкорона молодого Солнца активно взаимодействовала с его магнитным полем.

Альвен и Аррениус отказались от традиционного допущения об образовании Солнца и планет из одного массива вещества, в одном процессе. Ведь такое допущение не работает в случае образования спутников возле планет, чем нарушается исходный постулат о едином механизме образования вторичных тел возле первичного. Выдвигается другое предположение, сводящееся к тому, что сначала возникает из газопылевого облака первичное тело, затем к нему извне, из "бесконечности", поступает материал для образования вторичных тел. Мощное гравитационное притяжение центрального тела захватывает поток газовых и пылевых частиц, создавая условия для образования вторичных тел.

О том, что такие исходные посылки не беспочвенны, говорят недавно завершенные многолетние исследования изотопного состава вещества Солнца, метеоритов и Земли. Оказалось, что в метеоритах обнаруживаются два различных изотопных состава одних и тех же элементов, что говорит о различном термоядерном происхождении этих элементов. Отсюда следует вывод, что основная масса вещества Солнечной системы поступила из резервуара (то есть из газопылевого облака) с одним изотопным составом элементов, и из этого вещества образовалось Солнце. Значительно меньшая часть вещества с другим изотопным составом поступила из другого резервуара (из другого газопылевого облака) и она послужила материалом для формирования метеоритов и частично планет. Смешение двух составных частей со схожим химическим, но разным изотопным составом произошло, по оценкам, не позже, чем примерно 4,5 миллиарда лет назад, что совпадает с оценкой возраста Солнечной системы. При разработке своей модели авторы гипотезы не знали этих фактов, говорящих в их пользу.

Вернемся к рассматриваемой модели. Она рисует такую захватывающую воображение картину, предшествовавшую образованию планет. Молодое Солнце, предположительно обладавшее значительным магнитным моментом, имело размеры, превышавшие нынешние, но не доходившие до орбиты Меркурия. Его окружала гигантская сверхкорона, представлявшая собой разреженную замагниченную плазму. Как и в наши дни, с поверхности Солнца вырывались протуберанцы, эти плазменные токовые выбросы, формируемые с участием магнитных полей. Но в те времена выбросы имели протяженность порядка нескольких миллиардов километров, они достигали орбиты Плутона. Токи в них оцениваются величинами в сотни миллионов ампер. При таких токах идут процессы пинчевания – стягивания плазмы в узкие каналы. Поэтому плазма сверхкороны обладала волокнистой структурой. С токовыми каналамишнурами связаны многочисленные неустойчивости, образование двойных зарядовых слоев, прерывающих токи и магнитные силовые линии. В местах разрывов временами возникали электрические пробои, сопровождавшиеся взрывами, они вытесняли плазму и создавали области глубочайшего вакуума, откуда разбегались мощные ударные волны, уплотнявшие плазму на пути своего следования. Плазма сверхкороны быстро становилась неоднородной и крайне неравновесной. На фоне мощных магнитодинамических и других плазменных процессов гравитационные эффекты теряли ведущую роль. Любая модель образования планетной системы не может игнорировать эти эффекты.

Поступавшие из внешнего резервуара нейтральные частички вещества под действием гравитации ускоренно падали к центральному телу. Они практически не взаимодействовали с разреженной плазмой короны. Но на пути их скорость увеличивалась до определенного критического значения, при котором кинетическая энергия частицы становилась равной энергии ионизации вещества. Тогда частица ионизовывалась, обретала электрический заряд, что сразу же меняло характер ее взаимодействия с плазмой. Заряженная частица энергично тормозилась в плазме и захватывалась волоконной структурой. В процессе захвата частиц происходит некоторая их дифференциация из-за различия в скоростях. А различие в скоростях возникает изза различия масс и различия химической природы частиц, выражающегося в данном случае через потенциал ионизации. Соответственно торможение и захват частицы в зависимости от ее скорости произойдет на разных расстояниях от центрального тела, то есть с самого начала имелись предпосылки для дифференциации допланетного облака по химическому и весовому составу частиц. В конечном счете, выделились три-четыре концентрические области, плотности частиц в которых примерно на 7 порядков превышали их плотности в промежутках.

Существование критической скорости, по достижению которой нейтральная частица, движущаяся ускоренно в разреженной плазме, скачком ионизуется, подтверждено лабораторными экспериментами. Оценочные расчеты показывают, что предлагаемый "механизм выпадения вещества" способен обеспечить накопление необходимого для образования планет его количества за сравнительно короткий срок, порядка ста миллионов лет. Так что предложенный Альвеном и Аррениусом путь образования протопланетной массы вещества конкурентоспособен по отношению к другим предлагаемым сегодня механизмам. Например, по отношению к предполагаемому образованию планет около звезды из изначально возникающего около нее газопылевого диска. В дальнейшем в образовавшемся в результате выпадения вещества протопланетном облаке протекали два важных процесса: шла передача момента количества движения от центрального тела в сверхкорону, а из плазмы выпадали (конденсировались) зерна нелетучих веществ, материала будущих планет. В рассматриваемой модели эти процессы описываются так. Магнитные поля и токовые шнуры стали "приводными ремнями", через которые момент количества движения центрального тела передавался в плазму. Ранее Хойл и Викрамасингх разработали магнитодинамический механизм передачи момента количества движения от Солнца в протопланетное облако. В их теории плазма облака предполагалась однородной, с "вмороженными" в нее магнитными силовыми линиями. Авторы рассматриваемой нами гипотезы показали, что такие исходные посылки недостаточны и основанная на них теория в лучшем случае может рассматриваться как "первое приближение". В предлагаемой ими новой модели развивается "второе приближение", в упрощенном изложении выглядящее так.

Сверхкорона, по мере накопления в ней выпадающего вещества, начинает отставать в своем вращении от вращения центрального тела. Различие угловых скоростей вращения порождает взаимодействие магнитного поля звезды с плазмой, известное как процесс изоротации Ферраро. Этот процесс возникает в результате стремления к выравниванию угловых скоростей взаимодействующих объектов, он заставляет плазму вращаться быстрее, а центральное тело замедлять скорость своего вращения. Ускорение плазмы увеличивает центробежные силы, оттесняя ее от звезды. Между центральным телом и плазмой образуется область с очень низкой плотностью вещества, и одновременно, из-за разделения в этом пространстве зарядов, в нем возникает двойной зарядовый слой, прерывающий магнитные силовые линии звезды.

Тем самым прерывается процесс изоротации. Возникает временное квазиустойчивое состояние, определяемое условием равенства гравитационной и центробежной сил. Такое состояние благоприятствует процессу конденсации нелетучих веществ путем их выпадения из плазмы в виде отдельных зерен. Достигнув определенной массы, зерно получает от плазмы импульс и далее движется по кеплеровской орбите, унося с собой часть момента количества движения. В результате сверхкорона опять начинает отставать от вращения звезды, вновь возникает процесс изоротации, он ведет к передаче новой порции момента количества движения от звезды в плазму и т. д.

Выпавшие зерна, захватив часть момента количества движения, следуют вокруг Солнца по пересекающимся эллиптическим орбитам. Множественные неупругие соударения, происходящие между ними в поле тяготения центрального тела, сопровождаются обобщением кеплеровских орбит большой группы таких частиц. Их эллиптические орбиты превращаются в почти круговые, лежащие в плоскости эклиптики. Теория предсказывает, что движение большого числа сталкивающихся частиц в ньютоновском поле тяготения, в конечном счете, приводит к образованию самосжимающихся струйных потоков, имеющих форму тороидов. Струйный поток захватывает все частицы, которые с ним сталкиваются, эти частицы включаются в поток, внутри которого их скорости быстро уравниваются с его внутренней скоростью. Затем, при участии магнитных сил, электрической поляризации и статических зарядов частиц, происходит слипание зерен в зародышевые ядра. К ядрам продолжают прилипать частицы, что позволяет им со временем разрастись до крупных тел, называемых планетезималями, а объединение последних создает планеты. Как только планетное тело оформится настолько, что у него появляется достаточно сильное собственное магнитное поле, начинается процесс образования спутников, в миниатюре повторяющий то, что произошло при образовании планет возле Солнца.

Процесс "слипания" зерен получил название аккреции. В начале 40-х годов О.Ю.Шмидт разработал математическую теорию аккреции и прочно ввел в обиход представление об этом процессе как об основе "холодного" способа образования планет Солнечной системы. Эта математическая разработка не потеряла своей актуальности и в наши дни.

Модель Альвена и Аррениуса с общих подходов шаг за шагом объясняет основные процессы образования и особенности устройства Солнечной системы. В ее контексте пояс астероидов между Марсом и Юпитером – это струйный поток, в котором из-за нехватки выпавшего вещества процесс планетообразования прервался на стадии образования планетеземалий.

Кольца у крупных планет – остаточные струйные потоки, оказавшиеся слишком близко к первичному телу и попавшие внутрь так называемого предела Роша, где гравитационные силы могучего "хозяина" столь велики, что не позволяют образоваться устойчивому компактному вторичному телу. Метеориты и кометы, согласно модели, формировались на окраине Солнечной системы, за орбитой Плутона. В удаленных от Солнца областях плазма суперкороны была слишком разреженной, в ней механизм выпадения вещества еще работал, но струйные потоки, способные породить планеты, не могли образоваться. Слипание выпавших там частиц привело к единственно возможному результату, к образованию кометных тел.

В 1950 году известный голландский астроном Оорт на основании наблюдательных данных высказал предположение, что на периферии Солнечной системы существует могучий резервуар кометных тел. Случайные возмущения вырывают из него одиночные кометы, движущиеся по вытянутым орбитам вокруг Солнца. К 1981 году это предположение было уточнено и дополнено, теперь оно выглядит так. В Солнечной системе существует два кометных облака.

Внутреннее облако удалено от Солнца примерно на две тысячи а.е., в нем содержится порядка 1013-1014 кометных тел. На удалении от Солнца порядка 104-105 а.е. расположено внешнее облако, названное поясом Койпера, в котором запасено комет на два-три порядка меньше, чем во внутреннем «банке». Здесь проходит граница, отделяющая Солнечную систему от межзвездного пространства. Между облаками расположена разделительная зона, в которой кометы отсутствуют. В поясе Койпера в 2002 году открыто планетообразное тело, получившее название Квасар. Расстояние от Солнца равно примерно 6,3 миллиарда километров, а поперечник порядка 1250 километров. Пока шли между астрономами споры, считать ли Квасар планетой или астероидом, в 2003 году там же открыли более крупный объект, получивший имя Седаны. Диаметр Седаны 2000 километров, она движется по очень вытянутой эллиптической орбите, находясь в минимуме на расстоянии 13 миллиардов километров от Солнца, а в максимуме – на расстоянии 139 миллиардов километров. Пока существует тенденция называть Седану десятой планетой Солнечной системы, но по этому поводу единого мнения нет.

Возвращаясь к модели Альвена и Аррениуса, следует отметить, что существование облака Оорта и пояса Койпера хорошо вписывается в эту модель.

А как обстоит дело с приложением основополагающей идеи о едином процессе образования вторичных тел возле первичного применительно к появлению спутников возле планет?

Здесь выявляются трудности, носящие двойственный характер. По отношению к планетам земной группы гипотеза не может объяснить, почему спутником Земли стала Луна, а спутниками Марса – Фобос и Деймос. В своей книге Альвен и Аррениус посвятили специальную главу загадке происхождения Луны. В отличие от Меркурия и Венеры, у которых слабые собственные магнитные поля, магнитное поле Земли достаточно сильное, чтобы около нее, согласно гипотезе, образовалась планетная система из пяти маленьких спутников. Вместо них спутником Земли стала планетоподобная Луна. Авторы выдвинули предположение, что формирование Луны началось в своем струйном потоке, где она образовывалась как полноценная планета. Но близость этого струйного потока к более мощному земному струйному потоку привела к их взаимодействию, завершившемуся захватом протолуны протоземлей и их формированием в совместном процессе. Вторжение протолуны в околоземное пространство прервало процесс формирования "естественной" спутниковой системы Земли и вместо нее появилось сообщество планеты с планетоподобным спутником. Вряд ли нарисованную картину можно признать убедительной. Существует несколько других гипотез о происхождении Луны, их я коснусь несколько позже.

К сказанному остается добавить еще одну загадку происхождения спутников у планет земной группы – загадку спутников Марса. С точки зрения гипотезы Альвена и Аррениуса, суть этой загадки в том, что магнитное поле Марса слишком слабое, чтобы около этой планеты могли появиться какие бы то ни было спутники. Предположение же о захвате Марсом двух астероидов выглядит правдоподобно, но наталкивается на трудности объяснения такого события, пока не преодоленные.

Спутниковые системы планет-гигантов хорошо развиты и укладываются в гипотезу Альвена – Аррениуса. В последние годы благодаря усовершенствованию наземных методов наблюдений и, особенно, благодаря беспилотным космическим аппаратам, побывавшим в непосредственной близости от этих планет, на Землю поступил мощный поток новых сведений о них и их спутниках. Открыты новые спутники у Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна, их общее количество 57. Уточнены химические составы планет и выявлены определенные отличия, говорящие о том, что химическая дифференциация протопланетного облака носила более сложный характер, чем предполагали раньше. Получены сведения о разнообразии химических составов и рельефов у наиболее крупных спутников планет и многое другое. Некоторые заключения указывают на определенную структурную общность, как спутниковых систем крупных планет, так и Солнечной системы как целого. Во-первых, во всех случаях максимумы концентрации летучих веществ (водорода и гелия) приходятся на само первичное тело, будь то Солнце, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, и на периферийную часть системы. На некотором удалении от первичного тела отмечается минимум концентрации летучих веществ и в нем расположены наиболее плотные планеты или спутники. Во-вторых, на долю первичного тела всегда приходится более 98% общей массы системы. В-третьих, имеются признаки того, что планетные и спутниковые тела образовались в процессе аккреции частиц вплоть до окончательного оформления планеты (спутника).


Изучение внутренних планетных систем только начинается. Результаты, полученные до настоящего времени, в целом не противоречат допущению о существовании единого механизма образования вторичных тел около первичных. Но модель Альвена-Аррениуса выдвигает определенные требования к параметрам молодого Солнца – его размерам, величине магнитного поля и другим. Так, механизм передачи момента количества движения от Солнца к протопланетному облаку мог функционировать при условии, что магнитный момент Солнца имел настолько большую величину, что при современных размерах Солнца ему соответствует напряженность магнитного поля у поверхности, во много раз превосходящая все разумные пределы. Выход из затруднения состоит в допущении, что радиус молодого Солнца в период, когда около него формировались планеты, был примерно в 15 раз больше теперешнего, тогда напряженность магнитного поля у поверхности снизится до приемлемого значения. Возможно ли естественным путем обосновать такие размеры молодого Солнца? Оказывается, можно.

Независимо от конкретного механизма образования звезды в темном газопылевом облаке, сразу после завершения ее формирования наступает недолгая стадия выгорания дейтерия.

Браун и Кокс, исходя из предположения, что протосолнце содержало такую же долю дейтерия, которая наблюдается в Космосе, оценили продолжительность его выгорания примерно в 200 миллионов лет. Выгорание дейтерия сопровождается сильным расширением звезды, по расчетам радиус Солнца достигал примерно 1012 см, что в 16 раз превышает его современное значение. Это как раз то, что необходимо для оправдания рассматриваемой модели.

Авторы излагаемой гипотезы имели свое оригинальное мнение и о процессе образования звезд, в частности, Солнца. Они отвергают широко распространенную гипотезу об их образовании в результате гравитационного коллапса, развивающегося во фракционирующем темном облаке. "Несмотря на интенсивные поиски, - пишут они, - все еще не найдены какие-либо наблюдательные данные, которые подтвердили бы это мнение. Таким образом, "общепринятая" теория может оказаться одной из сотни недоказанных догм, которые составляют значительную часть современной астрофизики". Взамен коллапса предлагается магнитогидродинамическая модель сжатия части облака в протозвезду. Темное облако находится в ионизованном состоянии и обладает магнитным полем. Наблюдаемые в нем волоконные структуры, в которых идет процесс звездообразования, объясняются протеканием токов вдоль магнитных силовых линий. Сжатие волоконных структур вызывается пинч-эффектом, способным образовать газопылевые ядра, зародыши будущих звезд.

Согласно модели Альвена-Аррениуса, планеты земной группы образовались на стадии выгорания дейтерия. Им была передана незначительная доля момента количества движения, и период вращения Солнца практически не изменился. Затем начали формироваться планетыгиганты, и им Солнце передало не менее 97% своего количества движения. При этом Солнце перешло в состояние изоротации с Юпитером, то есть его период вращения стал равным периоду вращения Юпитера вокруг Солнца, в настоящее время равному 12 годам. После завершения периода выгорания дейтерия Солнце сжалось до современного своего размера и увеличило угловую скорость вращения тоже до современного значения, период его вращения составил примерно 26 земных суток. После чего, по-видимому, никаких серьезных изменений ни в массе, ни в скорости вращения Солнца больше не происходило.

Теорию Альвена и Аррениуса нельзя считать завершенной, в ней сохраняется немало нерешенных проблем. Сами авторы оценивают свою модель как качественную или, в лучшем случае, полуколичественную теорию. Она не является общепризнанной, как не является общепризнанной и любая другая разрабатываемая сегодня теория происхождения Солнечной системы. Но предлагаемая модель образования Солнечной системы содержит идеи и механизмы сложнейшего процесса рождения планетной системы, которые нельзя игнорировать при разработке любой теории возникновения и эволюции планет около звезды.

Подведем итоги. Пока наука не может доказательно утверждать, что образование планетных систем около некоторых звезд является закономерным процессом, этапом локального структурообразования во Вселенной. Тем не менее, существуют достаточно убедительные косвенные данные, на основании которых космологи берут на себя смелость утверждать, что, по крайней мере, в определенной части нашей Галактики, в ближайших окрестностях Солнца, планетные системы существуют или появляются около молодых звезд в заметном количестве.

Дополнительный довод в пользу такого мнения высказан известным астрофизиком И.С.Шкловским [44]. Исходя из иных, чем Альвен и Аррениус, предпосылок об образовании звезд и планетных систем, он обратил внимание на тот факт, что все горячие звезды, температура поверхности которых превышает 7000 К, имеют высокие скорости вращения, от 100 до 500 км/с. По мере перехода ко все более холодным звездам на определенном температурном рубеже наблюдается внезапный резкий спад скорости вращения. Звезды класса желтых карликов (Солнце принадлежит к их числу), температура атмосферы у которых порядка 6000 К, имеют аномально низкие скорости вращения, почти равные нулю. Например, скорость вращения Солнца составляет всего 2 км/с. Шкловский считал, что физические условия вблизи горячих звезд препятствуют образованию возле них протопланетного облака, поскольку весь необходимый для этого материал "выдувается" мощным излучением возникшей молодой звезды. У желтых и красных карликов этого не происходит, низкие скорости их вращения могут быть результатом передачи не менее 97% первоначального момента количества движения в протопланетное облако. Если такое предположение верно, то наука получит точный адрес для поиска планетных систем. Тогда появится возможность оценить распространенность планетных систем в Галактике.

Несмотря на известную незавершенность, рассмотренная модель наглядно показывает, что решение проблемы образования Солнечной системы на современном уровне требует учета присутствующих магнитных полей, плазменного состояния вещества, эффектов взаимодействия магнитных полей с плазмой, магнитогидродинамических и газодинамических процессов, химических взаимодействий элементов в протопланетном облаке. Хотя сегодняшние представления о взаимном участии всех перечисленных процессов в образовании Солнечной системы еще далеки от завершенности, складывается уверенность в том, что образование планетных систем носит закономерный характер, что оно протекает в общем потоке структурной самоорганизации Вселенной. Локальные структуры формируются при участии двух противоположных, но взаимосвязанных механизмов: фракционирования крупных неорганизованных образований, таких как газопылевые облака, и аккреции мелких частиц вещества с образованием более крупных высокоорганизованных объектов, развивающихся затем как цельное естественное тело. Необходимое условие совместного действия этих механизмов – значительная неравновесность среды, в которой появляются организованные структуры.

Солнечная система как целое проявляет высокую степень устойчивости. За почти пять миллиардов лет своего существования, находясь под действием возмущающих факторов, она стабильно сохраняет свою структуру. Пока о причинах такой устойчивости строят догадки.

Обращают внимание на существование формулы Тициуса-Бозе, которая относительно точно определяет орбиту каждой планеты в зависимости от ее номера, отсчитываемого от центрального тела. Факт существования такой формулы, не зависящей от массы и размеров планеты, наводит на мысль о не случайном ее характере. Чем-то это напоминает квантование. Другие гипотезы связывают с распространенностью в Солнечной системе резонансных структур, которым по определению присуща высокая устойчивость, стабилизирующая систему в целом на длительные промежутки времени. Резонансность структур выражается в соизмеримости периодов их обращения вокруг Солнца и вращения вокруг своих осей. Более уверенно говорится о неизбежном конце Солнечной системы, связанном с исчерпанием Солнцем запасов водорода. В ходе такого окончания жизненного цикла системы будет происходить возрастание светимости Солнца со временем. По расчетам специалистов через 1,1 миллиард лет яркость светила возрастет на 10%, на Земле наступит влажная парниковая катастрофа. Через 3,5 миллиарда лет светимость Солнца увеличится на 40% по сравнению с нынешним временем. Это приведет не только к гибели жизни, но и к самой возможности существования планеты. Еще примерно через два миллиарда лет Солнце превратиться в красного гиганта и завершит свое существование взрывом, после чего от него останется белый карлик. Но до всего этого еще очень далеко, по пути могут произойти космические катастрофы, способные досрочно уничтожить жизнь на Земле.

Только признав, что планетная система формируется как единое целое, в общем процессе, можно понять и объяснить наблюдаемую взаимную пригнанность элементов и высочайшую устойчивость системы в целом. Но у локальных ее элементов, таких как планеты, появляется определенная автономность, индивидуальность развития. В основе индивидуальности лежат исходные условия, при которых формировалась планета – ее местоположение относительно центрального тела, размеры, физико-химические особенности, динамические характеристики.

Для нас особенно важно понять, как возникли в ходе образования и развития Земли условия, сделавшие ее единственной планетой Солнечной системы, на которой появились и существуют развитые формы жизни, породившие разум.

По образному высказыванию К.Э.Циолковского Земля – колыбель человечества. Ребенок, подрастая, покидает свою колыбель. Возможно, и человечество со временем освоит жизнь в Космосе. Однако, в ближайшем будущем Земля останется для него не только колыбелью, но и родным домом. А родной дом следует хорошо знать, и он является главным объектом изучения. В науке Земля занимает выделенное положение, львиную долю усилий и средств человечество прямо или косвенно тратит на познание своей планеты и на поиски способов упорядочения условий своей жизни на ней. К сожалению, на данном этапе своего развития оно допускает непозволительную роскошь растрачивать огромную часть своих ограниченных ресурсов на неконструктивные цели, не только отвлекая их от актуальных современных задач, но и ставя под угрозу само существование жизни на планете.

В определенном плане Земля выделена и самой Природой: в Солнечной системе только на этой планете существуют развитые формы жизни, только на ней локальное упорядочение вещества достигло необычайно высокой ступени, продолжая общую линию развития материи.

На Земле пройден сложнейший этап самоорганизации, знаменующий глубокий качественный скачок к высшим формам упорядоченности. В чем сущность этого этапа, каков механизм его свершения, как он согласован с общей тенденцией развития Вселенной? Вопросы поставлены, но для науки сегодняшнего дня они слишком сложны. Один из перспективных путей поиска ответа – сопоставление данных о Земле с тем, что становится известным о других планетах, прежде всего о планетах земной группы.

Отличия планет земной группы от планет-гигантов очевидны. Благодаря автоматическим межпланетным аппаратам мы смогли напрямую познакомиться с этими планетами и их спутниками. Планеты-гиганты, по предположению, имеют железно-каменные расплавленные ядра и гелиево-водородные оболочки. Как выяснилось, две ближайшие к Солнцу планеты этой группы – Юпитер и Сатурн – по своему водородно-гелиевому составу подобны веществу Солнца. В отличие от них, два других гиганта – Уран и Нептун – обладают веществом, сходным с веществом комет. У всех планет-гигантов имеются кольца, особенно четко выраженные у Сатурна.

Юпитер, ближайшая к Земле планета из этой группы, является самой крупной планетой Солнечной системы. Его диаметр равен примерно 143 тысячам километров, а расстояние до Земли 628 миллионов километров. У Юпитера самая высокая средняя плотность вещества среди гигантов – 1,31 г/см3. Из глубины планеты поступает тепло, сопоставимое с энергией, получаемой от Солнца, а в окрестностях планеты наблюдается очень сильное радиоактивное излучение. Возможно, что в недрах планеты протекает слабая реакция нуклеосинтеза. Если когда-нибудь к Юпитеру направят экспедицию с участием людей, то придется принимать серьезные меры по их биологической защите.

Гравитационное притяжение Юпитера влияет на вс планетное пространство системы, но особенно достается небесным телам, которые попадают в относительно близкую сферу его воздействия. В 1994 году удалось наблюдать уникальное событие: комета Шумейкеров-Леви попала в сферу притяжения Юпитера, раскололась на несколько фрагментов, и затем все эти фрагменты друг за другом начали падать в атмосферу планеты. Каждое падение сопровождалось огромным взрывом, сопровождавшимся локальным возмущением верхних слоев атмосферы. Суммарный эффект падений, по оценкам, эквивалентен взрыву нескольких миллионов атомных бомб, сброшенных на Хиросиму.

Особый интерес был проявлен в отношении трех спутников Юпитера – Европы, Ганимеда и Каллисто. В 2001 году межпланетный аппарат «Галилей», снабженный прибором для магнитных измерений, выявил на этих спутниках подледные океаны. На Ганимеде соленый океан расположен на глубине 170 километров под промерзшей поверхностью, он разогрет радиационными излучениями скал.

С неожиданной стороны представил себя еще один относительно крупный спутник Юпитера – Ио. На нем протекает необычайно активная вулканическая деятельность. Обнаружено не менее 300 действующих вулканов, непрерывно выливающих на поверхность горячую лаву.

У этой планеты с ее вулканами весьма необычный рельеф поверхности, приводящий в изумление исследователей.

Планета-гигант Сатурн исследована аппаратом «Кассини», ставшим его искусственным спутником. Диаметр Сатурна 120660 километров, расстояние от Земли 1,25 миллиарда километров, средняя плотность ~0,7 г/см3. Подробно исследованы знаменитые кольца около этой планеты, открыто немалое количество мелких спутников, в том числе находящихся внутри колец. Особый интерес проявлен в отношении двух крупных спутников – Титана и Фебы. Титан, размером вдвое меньшим, чем у Земли, вращается в направлении, противоположном вращению Сатурна, он имеет прозрачную атмосферу, на нем отмечена вулканическая деятельность. Специалисты высказывают предположение о возможности существования под его холодной поверхностью простейших форм жизни.

Планета Уран заснята относительно близко пролетевшим мимо нее 24 января 1986 года аппарата «Вояджер 2». Диаметр Урана равен примерно 51 тысяче километров, расстояние от Земли 2,75 миллиарда километров. В атмосфере планеты содержится метан и ацетилен, 10гелия, что придает планете голубовато-зеленый цвет. Длительность суток примерно часов. Число вторичных планет 15, но большинство из них имеют диаметры от 14 до 72 километров. Пять наиболее крупных – Миранда, Ариэль, Умбриэль, Титания, Оберон - двигаются в противоположном направлении по отношению к вращению Урана. А поскольку сам Уран вращается вокруг своей оси в противоположном направлении по отношению к вращению Солнца, то его крупные спутники вращаются «в правильном» направлении. К этому остается добавить, что ось вращения Урана лежит почти в плоскости эклиптики, что также является отклонением от общего правила. Считается, что отклонения Урана от нормы, возможно, возникло в результате некоего катастрофического события.

При своем дальнейшем полете «Вояджер 2» пролетел 24 августа 1989 года вблизи планеты Нептун, сделав множество его снимков. Диаметр Нептуна примерно 50 тысяч километров, расстояние от Земли 5,75 миллиардов километров. Были обнаружены кольца вокруг планеты, в атмосфере присутствует водород, гелий, много метана и аммиака. Спутник Тритон, примерно размером с Луну, располагается на расстоянии 353 тысяч километров от Нептуна (почти как Луна относительно Земли) и вращается в обратном направлении. На нем присутствуют следы вулканической деятельности.

За планетой Нептун находится девятая планета Плутон, причем ее принадлежность к рангу планеты оспаривается. Внеземной телескоп им. Хаббла позволил установить размеры Плутона – диаметр 2300 километров, и размеры его спутника Харона 1190 километров. Масса Плутона на 75% имеет каменистую природу, и на 25% - лед. Вытянутая эллиптическая орбита и его вещественный состав, напоминают кометные объекты пояса Кейпера, но при этом наличие спутника приближает его к планетам. В настоящее время НАСА готовит проект посылки к Плутону межпланетного аппарата для более глубокого его исследования.

Группа планет-гигантов преподносит исследователям неожиданные сюрпризы, меняющие прежнее отношение астрономов к этим планетам и, особенно, к их спутникам. Впереди число сюрпризов, скорее всего, возрастет.

Ближе к Солнцу располагается группа из четырех планет, кардинально отличных от планет-гигантов, в число которых входит Земля. Среди ближайших соседей Земли нет двух одинаковых планет. Все они отличаются размерами, физико–химическими параметрами, строением поверхностей и недр, атмосферами, короче, всеми компонентами, характеризующими их индивидуальности. Основные различия между планетами земной группы, по-видимому, определили начальные условия их формирования – химический состав и плотность вещества протопланетного диска в месте их образования, расстояние от Солнца, резонансные взаимодействия с Солнцем и другими планетами. Сведения о химическом составе и состоянии вещества глубинных частей планет при существующих там давлениях и температурах очень приблизительны, они находятся на уровне гипотез, надежность которых не гарантируется. Что же касается поверхностей планет и их атмосфер, то наибольшей полнотой, естественно, отличаются данные о Земле. Прямые исследования других ближайших планет с использованием космических аппаратов только начаты. Тем не менее, уже теперь появилась возможность сравнивать данные о внешних оболочках Земли с соответствующими сведениями о других планетах Солнечной системы. На этой основе возникло новое научное направление, названное сравнительной планетологией [45].

Первые представления о сравнительных особенностях планет земной группы дают содержащиеся в таблице 3.1 данные, в основу которых положены сведения, приводимые в обстоятельной книге М.Я. Марова [46]. Земля – самая большая планета в своей группе. Но, как показывают расчеты, даже такие размеры и масса оказываются минимальными, при которых планета может удерживать свою газовую атмосферу. Земля интенсивно теряет водород и некоторые другие легкие газы, что подтверждают наблюдения за так называемым шлейфом Земли. Венера почти равна по размерам и массе Земле, но она располагается ближе к Солнцу Наклонение экватора и получает от него больше тепла. Видимо поэтому она давно потеряла весь свой свободный водород. У остальных двух планет этой группы атмосфера либо отсутствует (Меркурий), либо сохранилась в очень разреженном состоянии (Марс).

Наиболее близкие к Солнцу планеты – Меркурий и Венера – обладают медленным вращением вокруг оси, их периоды исчисляются десятками – сотнями земных суток. Медленное вращение этих двух планет, по-видимому, связано с их резонансным взаимодействием с Солнцем и друг с другом. Земля и Марс вращаются почти с одинаковыми периодами порядка 24-х часов. Земля и Венера также образуют резонансную структуру. В этой группе только Венера имеет обратное вращение (противоположное направлению вращения Солнца вокруг своей оси), она как бы опрокинута "вверх ногами" на своей орбите. Наконец, только Земля в своей группе имеет сильное собственное магнитное поле, более чем на два порядка величины превосходящее значение магнитных полей у других родственных планет.

К сказанному в порядке повторения остается добавить, что в земной группе планет отсутствуют развитые системы спутников, что характерно для планет группы Юпитера. Планетоподобный спутник Земли, Луна, по своим размерам близок к планете Меркурий, а спутники Марса скорее напоминают астероиды, как-то присоединившиеся к этой планете. Ранее уже говорилось, что ни о происхождении Луны, ни о спутниках Марса до сих пор нет общепризнанных теоретических представлений. В отношении Луны, кроме упоминавшейся гипотезы Альвена и Аррениуса, сегодня существует, по крайней мере, еще четыре идеи о путях ее появления в качестве спутника Земли. Во-первых, идея "отделения": на самой ранней стадии образования скорость вращения Земли значительно превышала современную, и под действием центробежных сил возник приливной выступ, который оторвался и стал Луной. Эту идею отвергли, поскольку ей противоречит угловой момент количества движения системы ЗемляЛуна и, к тому же, химические составы поверхности Земли и Луны отличаются, чего не должно было бы быть при образовании Луны из земного материала. Во-вторых, идея "совместного рождения": планета и спутник образовались в едином творческом процессе. После того, как прямые исследования лунного грунта показали его отличие от земных пород, и эта идея в ее нынешнем варианте была отправлена в отставку. В-третьих, идея "захвата": Луна образовалась отдельно от Земли как самостоятельная планета, но затем была захвачена Землей и стала ее спутником. Любопытно, что существует "контргипотеза" захвата планеты, согласно которой предлагается рассматривать Меркурий в качестве бывшего планетоподобного спутника Венеры, по каким-то причинам покинувшего "хозяйку" и повысившего свой статус до равноправной планеты. Но и идея захвата Луны испытывает серьезные трудности, поскольку объяснить захват не удается без нарушения законов небесной механики.

Наибольшей популярностью в наши дни пользуется гипотеза "Гигантского столкновения".



Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 6 |
 


Похожие работы:

«Федеральное агентство по образованию Томский государственный педагогический университет Научная библиотека Библиографический информационный центр Педагогическая практика: в помощь студенту-практиканту Библиографический указатель Томск 2008 Оглавление Предисловие Педагогическая практика Методика преподавания в начальной школе Методика преподавания естествознания Методика преподавания химии Методика преподавания биологии Методика преподавания географии Методика преподавания экологии Методика...»

«Валерий ГЕРМАНОВ МИФОЛОГИЗАЦИЯ ИРРИГАЦИОННОГО СТРОИТЕЛЬСТВА В СРЕДНЕЙ АЗИИ В ПОСТСОВЕТСКИХ ШКОЛЬНЫХ УЧЕБНИКАХ И СОВРЕМЕННЫЕ КОНФЛИКТЫ В РЕГИОНЕ ИЗ-ЗА ВОДЫ По постсоветским школьным учебникам государств Средней Азии посвящённым отечественной истории, родной литературе, экологии подобно призракам или аквамиражам бродят мифы, имеющие глубокие исторические корни, связанные с прошлым и настоящим орошения и ирригационного строительства в регионе. Мифы разжигают конфликты, а конфликты в свою очередь...»

«#20 Февраль – Март 2014 Редакция: Калытюк Игорь и Чвартковский Андрей Интервью Интервью с Жаком Валле Жак. Ф. Валле родился во Франции. Защитил степень бакалавра области математики в университете Сорбонне, а также степень магистра в области астрофизики в университете Лилль. Будучи уже как астроном переехал в США в Техасский Университет, где был одним из разработчиков компьютерной карты планеты Марс по заказу NASA. Защитил докторскую диссертацию в области компьютерных наук в СевероЗападном...»

«11стор11л / географ11л / этнограф11л 1 / 1 вик Олег Е 1 _ |д а Древнего мира Издательство Ломоносовъ М осква • 2012 УДК 392 ББК 63.3(0) mi Иллюстрации И.Тибиловой © О. Ивик, 2012 ISBN 978-5-91678-131-1 © ООО Издательство Ломоносовъ, 2012 Предисловие исать про еду — занятие не­ П легкое, потому что авторов одолевает множество соблаз­ нов, и мысли от компьютера постоянно склоняются в сто­ рону кухни и холодильника. Но ры этой книги (под псевдонимом Олег Ивик пишут Ольга Колобова и Валерий Иванов)...»

«Annotation В занимательной и доступной форме автор вводит читателя в удивительный мир микробиологии. Вы узнаете об истории открытия микроорганизмов и их жизнедеятельности. О том, что известно современной науке о морфологии, методах обнаружения, культивирования и хранения микробов, об их роли в поддержании жизни на нашей планете. О перспективах разработок новых технологий, применение которых может сыграть важную роль в решении многих глобальных проблем, стоящих перед человечеством. Книга...»

«4. В поэме Медный всадник А. С. Пушкин так описывает наводнение XXXV Турнир имени М. В. Ломоносова 30 сентября 2012 года 1824 года, характерное для Санкт-Петербурга: Конкурс по астрономии и наукам о Земле Из предложенных 7 заданий рекомендуется выбрать самые интересные Нева вздувалась и ревела, (1–2 задания для 8 класса и младше, 2–3 для 9–11 классов). Перечень Котлом клокоча и клубясь, вопросов в каждом задании можно использовать как план единого ответа, И вдруг, как зверь остервенясь, а можно...»

«ИЗВЕСТИЯ КРЫМСКОЙ Изв. Крымской Астрофиз. Обс. 103, № 3, 225-237 (2007) АСТРОФИЗИЧЕСКОЙ ОБСЕРВАТОРИИ УДК 523.44+522 Развитие телевизионной фотометрии, колориметрии и спектрофотометрии после В. Б. Никонова В.В. Прокофьева-Михайловская, А.Н. Абраменко, В.В. Бочков, Л.Г. Карачкина НИИ “Крымская астрофизическая обсерватория”, 98409, Украина, Крым, Научный Поступила в редакцию 28 июля 2006 г. Аннотация Применение современных телевизионных средств для астрономических исследований, начатое по...»

«200 ЛЕТ АСТРОНОМИИ В ХАРЬКОВСКОМ УНИВЕРСИТЕТЕ Под редакцией проф. Ю. Г. Шкуратова ГЛАВА 1 ИСТОРИЯ АСТРОНОМИЧЕСКОЙ ОБСЕРВАТОРИИ И КАФЕДРЫ АСТРОНОМИИ Харьков – 2008 Книга посвящена двухсотлетнему юбилею астрономии в Харьковском университете, одном из старейших университетов Украины. Однако ее значение, на мой взгляд, выходит далеко за рамки этого события, как относящегося только к Харьковскому университету. Это юбилей и всей харьковской астрономии, и важное событие в истории всей украинской...»

«АВГУСТ СТРИНДБЕРГ Игра снов Перевод со шведского А. Афиногеновой Август Стриндберг — один из талантливейших, во всяком случае, самый оригинальный шведский романист, драматург, новеллист. Круг научных интересов Стриндберга заставлял сравнивать его с Гёте: он изучал китайский язык, писал работы по востоковедению, языкознанию, этнографии, истории, биологии, астрономии, астрофизике, математике. Вместе с тем Стриндберг занимался живописью, интересовался мистическими учениями, философией Ницше и...»

«Введение Рентгеновская и гамма-астрономия изучает свойства и поведение вещества в условиях, которые невозможно создать в лабораториях, — при экстремально высоких температурах, под действием сверхсильных гравитационных и магнитных полей. Объектами изучения являются взрывы и остатки сверхновых, релятивистские компактные объекты (нейтронные звезды, черные дыры, белые карлики), аннигиляция антивещества, свечение межзвездной среды из-за ее бомбардировки космическими лучами высоких энергий и т.д....»

«издается с 1994 года.. ОкТЯбрь 2012 ИДЕИ СОВЕТЫ ПУТЕШЕСТВИЯ w w w. v o y a g e m a g a z i n e. r u программа-минимум Голубая кровь арт стамбула главная тема гастрономические пу тешес твия -отели на практике -кварталы -маршруты спорный момент: как быть со сварливым попу тчиком помощь юрис та: арест за границей 16+ география номера в е л и ко б р ита н и я | и з ра и л ь | ита л и я | к ита й | н и де рл а н ды | оа Э | с и н га п у р | та и л а н д | т у р ци я с л о в о р е д а к т о ра...»

«УДК 133.52 ББК86.42 С14 Галина Волжина При рода Черной Луны в свете современной оккультной астрологии М: САНТОС, 2008, 272 с. ISBN 978-5-9900678-3-7 Книга известного российского астролога Галины Николаевны Волжиной При­ рода Черной Луны в свете современной оккультной астрологии написана на базе более чем двенадцатилетнего исследования. Данная работа справедливо может претендовать на звание наиболее полной и разносторонней. Автор попытался не только найти, но и обосновать ответы на самые спорные...»

«ЖИЗНЬ СО ВКУСОМ №Щ октябрь–ноябрь 2013 18+ КУХНЯ-МЕТИС Латинская Америка — рецепты шефов и взгляд изнутри СТЕЙК Всё, что нужно знать о большом куске мяса БАРСЕЛОНА Кафе на рынках, тапас-бары и гастропабы — маршрут на выходные ПИСЬМО ЧИТАТЕЛЮ ДОРОГИЕ ДРУЗЬЯ! Чтобы оставаться в форме, необходимы покой, хорошая еда и никакого спорта, любил повторять Уинстон Черчилль. Безусловно, во всём доверяться даже такому авторитету, как знаменитый премьер Великобритании, не стоит. Однако как важно подчас...»

«Курс общей астрофизики К.А. Постнов, А.В. Засов ББК 22.63 М29 УДК 523 (078) Курс общей астрофизики К.А. Постнов, А.В. Засов. М.: Физический факультет МГУ, 2005, 192 с. ISBN 5–9900318–2–3. Книга основана на первой части курса лекций по общей астрофизики, который на протяжении многих лет читается авторами для студентов физического факультета МГУ. В первой части курса рассматриваются основы взаимодействия излучения с веществом, современные методы астрономических наблюдений, физические процессы в...»

«СОЦИОЛОГИЯ ВРЕМЕНИ И ЖОРЖ ГУРВИЧ Наталья Веселкова Екатеринбург 1. Множественность времени и Гурвич У каждой уважающей себя наук и есть свое время: у физиков – физическое, у астрономов – астрономическое. Социально-гуманитарные науки не сразу смогли себе позволить такую роскошь. П. Сорокин и Р. Мертон в 1937 г. обратили внимание на сей досадный пробел: социальное время может (и должно) быть определено в собственной системе координат как изменение или движение социальных феноменов через другие...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ РЯЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. С.А. ЕСЕНИНА А.К.Муртазов Русско-английский астрономический словарь Около 10 000 терминов A.K.Murtazov Russian-English Astronomical Dictionary About 10.000 terms Рязань - 2010 Рецензенты: доктор физико-математических наук, профессор МГУ А.С. Расторгуев доктор филологических наук, профессор МГУ Л.А. Манерко А.К. Муртазов Русско-английский астрономический словарь. – Рязань.: 2010, 188 с. Словарь является...»

«http://eremeev.by.ru/tri/symbol/index.htm В.Е. Еремеев СИМВОЛЫ И ЧИСЛА КНИГИ ПЕРЕМЕН М., 2002 Электронная версия публикуется с исправлениями и добавлениями Оглавление Введение Часть 1 1.1. “Книга перемен” и ее категории 1.2. Символы гуа 1.3. Стихии 1.4. Музыкальная система 1.5. Астрономия 1.6. Медицинская арифмосемиотика Часть 2 2.1. Семантика триграмм 2.2. Триграммы и стихии 2.3. Пневмы и меридианы 2.4. Пространство и время 2.5. “Магический квадрат” Ло шу 2.6. Триграммы и теория люй 2.7....»

«АстроКА Астрономические явления до 2050 года АСТРОБИБЛИОТЕКА Астрономические явления до 2050 года Составитель Козловский А.Н. Дизайн страниц - Таранцов Сергей АстроКА 2012 1 Серия книг Астробиблиотека (АстроКА) основана в 2004 году Небо века (2013 - 2050). Составитель Козловский А.Н. – АстроКА, 2012г. Дизайн - Таранцов Сергей В книге приводятся сведения по основным астрономическим событиям до 2050 года в виде таблиц и схем, позволяющих определить место и время того или иного явления. Эти схемы...»

«В.А. СИТАРОВ, В.В. ПУСТОВОЙТОВ СОЦИАЛЬНАЯ ЭКОЛОГИЯ Рекомендовано Министерством образования Российской Федерации в качестве учебного пособия для студентов высших педагогических учебных заведений Москва ACADEMA 2000 УДК 37.013.42(075.8) ББК 60.56 Ситаров В. А., Пустовойтов В. В. С 41 Социальная экология: Учеб. Пособие для студ. высш. пед. учеб. заведений. М.: Издательский центр Академия, 2000. 280 с. ISBN 5-7695-0320-3 В пособии даны основы социальной экологии нового направления междисциплинарных...»

«Genre sci_math Author Info Леонард Млодинов (Не)совершенная случайность. Как случай управляет нашей жизнью В книге (Не)совершенная случайность. Как случай управляет нашей жизнью Млодинов запросто знакомит всех желающих с теорией вероятностей, теорией случайных блужданий, научной и прикладной статистикой, историей развития этих всепроникающих теорий, а также с тем, какое значение случай, закономерность и неизбежная путаница между ними имеют в нашей повседневной жизни. Эта книга — отличный способ...»






 
© 2014 www.kniga.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Книги, пособия, учебники, издания, публикации»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.