Борис Воронцов-Вельяминов - Лаплас

Замечательно, что сторонники гипотезы Лапласа более или менее удачно оправились почти со всеми возражениями, которые против нее выставлялись. Некоторые из попыток улучшить или спасти гипотезу Лапласа противоречат друг другу или дополняют, а то и видоизменяют ее первоначальный вид, но во всех этих попытках основные идеи Лапласа остаются все-таки в силе. Поэтому, так или иначе, гипотеза Лапласа продержалась среди научных достижений вплоть до нашего столетия.

В сороковых годах XIX века Рош математически разработал гипотезу Лапласа, поскольку это вообще было возможно, и убедился, что в своих основных выводах Лаплас был прав. Кроме того, Рош детальнее разобрал механизм образования колец, которого Лаплас подробно не касался.

Соображения и расчеты Роша полвека спустя проверил третий выдающийся французский механик, Пуанкаре. Очень интересна, хотя и мало вероятна, найденная Рошем возможность образования в туманности, помимо внешних, особых «внутренних колец», как он их называет. У этих «внутренних колец» скорость вращения должна быть больше, чем у ядра туманности, и Рош думал, что из них должны были образоваться быстрые спутники Марса и внутренняя часть кольца Сатурна – явления, противоречившие гипотезе Лапласа в той форме, как он ее высказал сам.

Вопрос о происхождении в солнечной системе вращений, обратных тем, которые должны быть по Лапласу, мог быть улажен путем учета так называемого приливного трения. Это явилось некоторым добавлением к творению Лапласа, основанном на развитии теории приливов. Приливное трение, которому очень большое внимание уделил Фридрих Энгельс в своей «Диалектике природы», затрагивалось еще Кантом, но особенно блестяще оно было разработано трудами Джорджа Дарвина, сына знаменитого естествоиспытателя Чарльза Дарвина.

Если вблизи некоторого жидкого или газообразного тела, способного изменить свою форму, находится другое массивное тело, то оно притягивает к себе сильнее более близкую часть поверхности первого тела. Поэтому на теле, скажем, на планете, в этом месте получается выступ, направленный к притягивающему телу, – получается приливная волна. Такие приливные волны или водяные горбы создают на нашей Земле Луна и Солнце. В реальных жидкостях существует внутреннее трение, препятствующее, хотя и слабо, движению жидкости. Чем больше вязкость жидкости, тем сильнее в ней эти явления.

Приливный горб всегда стремится направиться по прямой, соединяющей планету с притягивающим телом. Поэтому, если планета вращается вокруг оси быстрее, чем вокруг нее обращается тело, вызывающее приливы, то приливный горб будет отставать от вращения планеты. Трение в жидкости, а на Земле и трение воды об океанское дно в таком случае тормозят вращение планеты, замедляют его. Действуя из года в год на протяжении сотен миллиардов лет, это ничтожное трение, как капля, долбящая камень, может сильно затормозить вращение планеты или даже остановить его совсем. Дарвин показал, что под действием лунных приливов Земля замедлилась в своем суточном вращении. Раньше она вращалась быстрее, и тогда Луна была к Земле ближе. Вообще торможение вращения центрального тела, благодаря действию приливов, ведет к удалению спутника от главного тела, и наоборот. Таким образом, для ряда планет с их спутниками, хотя и не во всех случаях, с полным основанием можно допустить, что в давно прошедшие времена эти спутники образовались гораздо ближе к своим планетам, чем то расстояние, которое отделяет их теперь. При этих условиях кольца могли образоваться при прежней скорости вращения, и между бывшим и теперешним моментом вращения противоречия уже нет. К сожалению, это об'яснение годится лишь в некоторых частных случаях. Ко всей солнечной системе в целом это об'яснение неприменимо.

Быть может, действие приливного трения об'ясняет даже различия в направлении вращения планет и спутников. Эта гипотеза так называемой планетной инверсии предложена Пуанкаре и Стрэттоном. Последние считают величину приливного трения еще большей, чем Дарвин (ведь установить ее точно за краткий срок наших наблюдений нельзя). Они полагают, что вначале все планеты и их спутники вращались в обратном направлении, как следует из поправленной гипотезы Лапласа. При этом оторвались внешние кольца, которые дали спутников с обратным движением – как раз наиболее далеких от своей планеты, что подтверждается наблюдением: обратные спутники Юпитера и Сатурна отстоят от них дальше, чем прямые.

Между тем на образовавшиеся клубки – будущие планеты, вращающиеся в обратном направлении, сразу же начинает действовать приливное трение. Продолжая действовать, приливное трение, вызываемое притяжением к Солнцу, будет все больше и больше тормозить обратное вращение планеты. В конце концов приливное трение может даже превратить вращение в прямое и, в связи с продолжающимся сжатием, сделать его достаточно быстрым. Кольца, образовавшиеся после этого, были уже ближе к своей планете и, следовательно, вращались в прямом направлении, дав «прямых» спутников.

Таким образом, можно было бы думать, что далекие планеты, начиная с Урана, имеют обратное вращение, так как, находясь дальше от Солнца, они испытывают меньшее приливное воздействие, и их обратное вращение не успело еще смениться на прямое, Если это верно для Урана, то неверно для Нептуна, вращение которого оказалось прямым, хотя его спутники двигаются обратным вращением. Что же касается Плутона, открытого лишь в 1930 году и наиболее далекого от Солнца, то о его вращении нам пока еще ничего неизвестно.

Конечно, такое об'яснение не свободно от ряда возражений и кажется несколько натянутым. Более вероятно положение Дарвина, который не шел так далеко и допускал лишь, что приливы, вызываемые Солнцем на Марсе, затормозили его вращение, так что оно стало более длинным, чем период обращения Фобоса, выделившегося из кольца еще в то время, когда Марс вращался быстрее, чем теперь.

Из всех предыдущих возражений, с которыми гипотеза Лапласа так или иначе справилась, наиболее серьезным, удовлетворительного объяснения которому, в сущности, еще не дано, является недостаточный момент вращения солнечной системы в настоящее время.

Все сделанные возражения носили до сих пор чисто механический характер. Развитие физики нанесло еще один, пожалуй, главный удар гипотезе Лапласа – именно образованию колец и возможности сгущения их в планеты. Современная физика показывает нам, что центральное раскаленное ядро должно было испускать мощные потоки света в окружающую его газовую атмосферу. Между тем свет производит сильное отталкивательное давление на молекулы газа, не учтенное Лапласом. Кроме того, частички газа, по кинетической теории материи, находятся в непрерывном движении, которое уже давно доказано. Это движение частиц обусловливает упругость газа, мешающую ему сгуститься под действием притяжения в один плотный шар. Новейшие исследования американского ученого Мультона и английского ученого Джинса показывают, что такое сгущение возможно лишь при условии, чтобы либо масса разреженной туманности имела порядок солнечной массы (а не порядок масс маленьких планет), либо чтобы плотность туманности была достаточно велика. Если мы вообразим себе, что масса всей солнечной системы равномерно распределена по об'ему шара с радиусом, равным радиусу Плутона, – а первичная туманность должна была быть еще больше, – то ее средняя плотность составляла бы одну трехсотмиллионную долю плотности обычного воздуха. Такую малую плотность газа мы пока еще не в силах создать искусственно при помощи самых лучших воздушных насосов. При такой гигантской разреженности газа он едва ли может иметь достаточную вязкость, чтобы вся туманность вращалась подобно твердому телу. Как предполагал Лаплас, сцепление между частичками газа при таких условиях практически отсутствовало бы. Тогда совершенно невероятно расслоение тонкого газового диска на кольца, разделенные промежутками, а тем более их сгущение в планету. Скорее всего, молекулы, вследствие вращения отрывающиеся от туманности на ее периферии, непрерывно рассеивались бы в мировом пространстве. Все это происходило бы тем вероятнее, чем большая часть массы была бы сосредоточена вначале в центре туманности, образовавшей впоследствии Солнце. Последнее предположение устранило бы первое из приведенных возражений (относительно момента количества вращения), но усугубило бы упомянутые выше возражения Джинса. Действительно, при этом плотность туманности в том месте, где в ней, по предположению, образовывались кольца, была бы еще меньшей.