Лев Мухин - В нашей галактике

Итак, совершим короткую экскурсию по «дому моделей планетной космогонии». Я в своем изложении буду следовать приему, который использовал в своем докладе известный астрофизик Г. Ривс. Он… просто ставил перед учеными вопросы.

Основной вопрос, на который, к большому сожалению, очень трудно дать определенный ответ даже сегодня: что такое Солнечная система в Галактике? «Каприз природы», «урод» или же обычное, заурядное явление?

Этот вопрос имеет огромное философское, познавательное значение, и, пока нет точных данных наблюдательной астрономии о существовании других подобных систем, мы не можем исключить «уникальности» нашей Солнечной системы в Галактике. Но большинство специалистов склоняются к тому, что планетные системы не исключительное явление в Галактике. А тогда любая модель должна дать ответ на следующие вопросы:

Возникло ли Солнце и планеты из одного межзвездного облака?

Этот очень старый и очень спорный вопрос важен вот по какой причине. Если Солнце и планеты возникли из одного облака, то во время образования Солнца облако проходило высокотемпературную стадию. Если Солнце захватило облако, а температуры современных облаков в Галактике весьма низки, меньше 100 градусов по шкале Кельвина, тогда планеты формировались «холодным» путем. Окончательного решения этого вопроса нет.

Если считать, что Солнце и планеты происходят из одного облака, то как отделилось вещество планет от солнечного? Здесь исследователи придерживаются различных точек зрения. Но вот что интересно. При анализе этого вопроса был нанесен смертельный удар по гипотезе Джинса, о которой мы недавно говорили. Оказалось, что если внезапно извлечь из Солнца довольно значительную массу вещества, примерно равную массе всех планет Солнечной системы, то она просто-напросто взорвется, так как имеет огромные запасы тепловой энергии. В отделении вещества туманности от Солнца значительную роль могут играть магнитные поля и турбулентность в облаке. Окончательной ясности нет и здесь.

Сколько весила протопланетная туманность?

И здесь нет единой точки зрения. Совершенно ясно, что нижний предел массы туманности найти очень легко. Для этого мы должны сложить массу всех планет, добавив еще некоторое количество летучих элементов, с массой Солнца. А верхний предел массы уже зависит от «индивидуального счета». Самый верхний предел, который рассматривается сегодня, — две массы Солнца.

Каковы были физические условия в туманности?

Здесь я хочу привести остроумное высказывание американского астронома Г. Уитни. Он сказал, что различные космогонии, подобно романам, представляются истиной только для их автора. Всем же остальным они кажутся чистыми фантазиями. В этой шутке большая доля правды. Посудите сами. Значение только одного параметра — температуры туманности — очень сильно меняется от модели к модели. Одни авторы рассматривают очень высокие температуры — до 4 тысяч градусов по шкале Кельвина. Другие «довольствуются» низкими, 100 градусов. Создается такое впечатление, что сегодня физики лишь ходят по коридорам «дома моделей», но найти комнату, где лежит не модель, а истина, не могут. А тут возникает еще более неясный и туманный и самый главный — пятый вопрос.

Каким образом из газа и пылинок протопланетной туманности образовались планеты?

Ну как ответить на этот вопрос, если даже, по мнению специалистов, некоторые работы, написанные на эту тему сегодня, имеют определенное сходство с произведениями средневековых алхимиков. Тем не менее, поскольку все-таки именно этот вопрос главный, я попытаюсь представить читателю короткий сценарий рождения планет, основанный главным образом на работах школы замечательного советского ученого академика О. Шмидта.

Итак, на орбитах вокруг Солнца вращаются многие миллиарды пылинок. Из-за сил тяготения они опускаются к экваториальной плоскости. Одни частицы крупнее, другие помельче. Крупные частицы при своем падении «захватывают» мелкие и поэтому увеличиваются в размерах. Таким образом пылевой слой становится плоским, и вокруг Солнца образуются кольцевые зоны наподобие колец Сатурна. Механизм, по которому частицы слипаются, аналогичен механизму «холодной сварки», хорошо известному металловедам. Именно по этому механизму микронные частицы за 1000 лет вырастают до размеров около одного сантиметра. В других моделях частицы растут до размеров футбольного мяча, то есть их радиус около 20 сантиметров. Итак, пылевой слой становится плоским, и, по выражению Г. Ривса, «множество тел беззаботно движутся по орбитам и без конца сталкиваются друг с другом, как лихо мчащиеся машины на деревенских ярмарках».

Давайте попробуем рассмотреть на примере образования Земли, что же происходило дальше. Мы с вами знаем, что астрономы называют одной астрономической единицей расстояние от Земли до Солнца. Это около 150 миллионов километров. Так вот, вокруг Солнца на земной орбите вращалась кольцевая зона частиц толщиной примерно в половину астрономической единицы. Советский ученый В. Сафронов показал, что в такой кольцевой зоне большее тело в силу своего гравитационного поля будет захватывать меньшие тела. «Деньги идут к деньгам» — меланхолически заметил по этому поводу Ривс. Земля, таким образом, «рождается», по Сафронову, за 100 миллионов лет. Планеты-гиганты, по всей видимости, за значительно больший промежуток времени.

Здесь важно отметить одно обстоятельство, которое нам понадобится в дальнейшем. За время в 100 миллионов лет на орбите Земли вырастали тела километровых размеров, а на самых последних стадиях образования она сталкивалась с телами, размеры которых достигали десятков километров. Ясно, что подобные столкновения, да еще со скоростями порядка десяти километров в секунду, не могли не повлиять на историю развития нашей планеты. Об этом попозже, а сейчас подведем краткий итог запутанной и в общем-то малоутешительной на сегодняшний день истории образования нашей Солнечной системы. В этой истории сегодня более или менее понятно лишь общее направление некоторых физических процессов.

Пройдет еще немало времени, пока планетная космогония достигнет уровня однозначности и определенности других отраслей астрофизики. Несомненно, что сейчас это наиболее драматическая часть науки о небе. Но все-таки попробуем (отдавая себе отчет, что это только один из возможных сценариев) нарисовать исторический путь развития нашей Солнечной системы.

Итак, когда-то в Галактике плавало облако. Анализ изотопов алюминия и магния в метеоритах неопровержимо доказывает, что где-то неподалеку от этого облака взорвалась сверхновая звезда. При таких взрывах образуется коротко живущий изотоп алюминия, который затем превращается в магний. Поэтому, анализируя химический и изотопный состав метеоритов, ученые и пришли к выводу о взрыве сверхновой.