Новоженов В.А. Концепции современного естествознания
Подождите немного. Документ загружается.
142
Солнца в одном направлении, в единой плоскости (за
исключением Плутона) и почти по круговым орбитам. С точки
зрения законов небесной механики, это весьма редкий случай
обращения тел под действием сил тяготения. Ведь согласно
законам механики, такое движение должно происходить в
разных направлениях и разных плоскостях, по вытянутым
эллиптическим орбитам. Если бы Солнечная система
образовалась в результате случайного, беспорядочного
объединения небесных тел, то закономерности планетных
движений значительно бы отличались от существующих.
Обращает на себя внимание также и то, что по своим
физическим характеристикам планеты образуют две различные
группы, отличающиеся размерами, плотностью, химическим
составом планет. Одна из них состоит из сравнительно
небольших планет земной группы – Меркурия, Венеры, Земли и
Марса, которые имеют значительную плотность и состоят в
основном из силикатов и металлов. Другую группу составляют
планеты-гиганты – Юпитер, Сатурн, Ур ан и Нептун, обладающие
весьма малой плотностью, более быстрым вращением вокруг
своей оси. Планеты второй группы состоят в основном из легких
летучих элементов: на Юпитере и Сатурне преобладают
водород и гелий, а на Уране и Нептуне – метан, аммиак, вода.
Итак, центральное тело нашей планетной системы –
Солнце. Оно могучий источник энергии: ежесекундно наше
светило излучает такое количество тепла, которого бы впо лне
хватило, чтобы растопить слой льда, окружающий земной шар
толщиной в тысяч у километров.
Ученые давно задумывались над тем, каким образом
Солнце восполняет запасы своей энергии, столь щедро
излучаемой в мировое пространство. Эту проблему мы уже
рассмотрели в предыдущей главе, тем не менее, вспомним
некоторые проблемы. На первых порах наиболее естественным
считалось предположение, что энергия нашего дневного
светила не пополняется. Но в таком случае температура Солнца
должна была бы заметно понижаться (по расчетам, на 2% в год),
а следовательно, непрерывно уменьшалось бы количество
тепла и света, получаемых Землею. Между тем измерения,
проводившиеся на протяжении ряда лет на специальных горных
станциях, говорят о том, что поток светового и теплового
излучения Солнца практически не меняется. А это означает, что
143
энергия нашего светила постоянно пополняется из какого-то
источника.
В свое время высказывалось предположение, что таким
источником может служить непрерывное сжатие Солнца,
происходящее под действием сил тяготения. Так действительно
могло бы происходить, но тогда источника тепла и света
хватило бы лишь всего на 20 миллионов лет. Между тем
геологические данные убедительно свидетельствуют, что наша
планета существует не менее 5 миллиардов лет. Возраст
Солнца, следовательно, по крайней мере не ниже этой цифры.
Современная физика, раскрыв тайны атомного ядра и
сложнейших яд ерных превращений, пролила новый свет на
загадку солнечной энергии. Правда, мы лишены возможности
непосредственно наблюдать, что происходит в недрах Солнца.
Но о внутренней жизни светила можно судить по процессам,
протекающим на солнечной поверхности, по тем периодическим
изменениям, которые здесь происходят.
В настоящее время можно считать доказанным, что в
недрах Солнца при огромнейших температурах – в десятки
миллионов градусов – и чудовищных давлениях протекают так
называемые термоядерные реакции, которые сопровождаются
выделением огромного количества энергии. Одной из таких
реакций является, например, синтез ядер гелия. При этом
четыре ядра атома водорода в результате длинной цепи
ядерных превращений образуют одно ядро атома гелия.
Подсчитано, что каждую секунд у в недрах нашего дневного
светила 564 миллиона тонн водорода превращаются в 560
миллионов тонн гелия, а остальные 4 миллиона тонн водорода
переходят в излучение.
Итак, термоядерная реакция в недрах Солнца будет
происходить до тех пор, пока не иссякнут запасы водорода. В
настоящее время они составляют около 60% массы Солнца.
Такого резерва должно хватить по меньшей мере на несколько
десятков миллиардов лет. Следовательно, человечество на
долгие времена обеспечено солнечным теплом и светом.
Наше Солнце – источник не только света и тепла: его
поверхность излучает потоки невидимых ультрафиолетовых и
рентгеновских лучей, а также корпускул – заряженных частиц
вещества. Воздействие этих излучений на характер процессов в
земной атмосфере было замечено уже много лет назад. Но
144
изучение их по-настоящем у началось лишь в последние годы.
Хотя количество тепла и света, посылаемого на Землю Солнцем
на протяжении многих сотен миллионов лет, остается
постоянным, интенсивность его невидимых излучений
значительно меняется: она зависит от уровня так называемой
солнечной активности.
Замечено, что в деятельности Солнца наблюдаются
своеобразные циклы, в течение которых солнечная активность
достигает максимального значения, а затем вновь убывает. Это
случается примерно через каждые 11 лет. В такие годы
увеличивается количество пятен и вспышек на поверхности
нашего дневного светила, невидимые излучения достигают
наибольшей интенсивности . Одновременно с этим на Земле
возникают магнитные бури, происходят нарушения радиосвязи,
наблюдается усиление ионизации верхних слоев атмосферы.
Кроме 11-летнего цикла солнечной активности существуют и
другие, в частности, 100-летний, или вековой. Такие циклы как
бы накладываются друг на друга. Благодаря этому общий
уровень солнечной активности зависит от того, на каком этапе
своего развития находится в данный момент каждый из циклов.
Невидимые излучения Солнца достигают наибольшей
интенсивности в те годы, когда максимумы циклов совпадают.
Подобное совпадение произ ошло, например, в 1957 г.
Солнце оказывает заметное влияние не только на такие
природные процессы, как погода, земной магнетизм, но и на
биосферу – животный и растительный мир Земли, а также и на
человека.
Влияние солнечной активности на биологические процессы
отмечалось многими исследователями. В конце прошлого
столетия русский ученый Н. Шведов обнаружил связь между
толщиной годичных колец у деревьев и циклами активности
нашего дневного светила. Другие ученые установили связь
между солнечной активностью и ростом морских кораллов,
размножением рыб и грызунов, набегами саранчи.
В 1934 г. по инициативе советского ученого профессора
А.Л. Чижевского бы л проведен интересный эксперимент. В
течение ряда лет Международный институт по изучению
солнечных, земных и космических излучений, почетным
председателем которого он являлся, рассылал французским
госпиталям и больницам специальные извещения о
145
предстоящих периодах усиления солнечной активности. В это
время врачи должны были с особой тщательностью отмечать
различные отклонения в состоянии пациентов: изменение
кровяного давления, колебание температуры, появление болей.
Полученные сведения пересылались в Институт излучений и
сравнивались с астрономическими данными о колебаниях
солнечной активности.
Результаты наблюдений оказались весьма любопытными. В
больницах и госпиталях было зарегистрировано около 40 тысяч
острых сердечных приступов. И когда медики вычертили кривую
распределения приступов по времени, то оказалось, что она
является почти точной копией графика изменений солнечной
активности за тот же период, составленного астрономами. В те
дни, когда активность дневного светила достигала максимума,
число сердечных заболеваний резко возрастало. Ленинградский
исследователь Б. Рыбкин, проанализировав большое
количество накопленных фактов, подтвердил, что число
заболеваний инфарктом миокарда значительно увеличивается в
дни повышенной солнечной активности.
Другая группа врачей установила, что 84% обострений
различных хронических заболеваний совпадает с прохождением
солнечных пятен через центральную часть диска Солнца.
Наблюдения Чижевского на Дальнем Востоке показали, что
большие вспышки заболеваний энцефалитом совпадали с
максимумом солнечной активности 1947 г. и 1957 г. Имеются
также данные, свидетельствующие о наличии связи между
колебаниями солнечной активности и появлениями новых
вариантов гриппозного вируса.
Какие же звенья цепи, связывающие солнечную активность
и биологические процессы, нам уже известны?
В 1941 г. японский ученый Маки Токата заметил, что
свойства крови человека зависят от солнечного облучения.
Токата изучал реакцию выпадения белковых хлопьев в
сыворотке крови при добавлении определенных реактивов.
Оказалось, что ее интенсивность зависит от высоты Солнца над
горизонтом: она постепенно нарастает к полудню и снижается к
вечеру. Причем суточный ход этой реакции не зависит ни от
того, где находится человек – на улице или в помещении, ни от
состояния погоды. Человек оказался как бы живыми солнечными
часами.
146
Советскому врачу-гематологу Н.Н. Шульцу впервые удалось
установить, что колебания солнечной активности приводят к
изменениям состава крови. При возрастающей активности
увеличивается число красных кровяных клеток и уменьшается
число белых. Влияние солнечной активности на сердечно-
сосудистую систему человека можно выявить при санаторном
лечении больных.
Но вернемся к нашим соседям по Солнечной системе.
Начнем с ближайшего к нам небесного тела – естественного
спутника Земли Луны.
Подобно тому, как наша Земля обращается вокруг Солнца,
вокруг Земли движется Луна. Луна меньше Земли, ее
поперечник составляет около одной четверти земного диаметра,
а масса в 81 раз меньше массы Земли. Поэтому сила тяжести на
Луне в 6 раз меньше, чем на нашей планете. Слабая сила
притяжения не позволила Луне удержать атмосферу, по той же
причине не может быть на ее поверхности и воды. Открытые
водоемы быстро испарились бы, а водяной пар улетучился бы в
космос.
Поверхность Луны весьма неровная: она покрыта горными
хребтами, кольцевыми горами – кратерами и темными пятнами
равнинных областей, называемых морями. Однако и в морях
расположено много мелких кратеров.
С развитием космической техники и созданием
автоматических космических аппаратов ученые получили в свое
распоряжение эффективное средство для изучения ближайших
к нам небесных тел, способное доставить прямую уникальную
информацию непосредственно с «места событий». Луна –
наглядный том у пример. Начиная с 1959 г., когда ее поверхности
впервые достигла советская автоматическая станция «Луна-2»,
и до настоящего времени космические аппараты принесли
немало новых сведений о нашем естественном спутнике.
Так, одна из интереснейших лунных проблем связана с
загадкой происхождения кольцевых лунных гор – кратеров. Ее
решение может пролить свет на всю историю Луны. Внешне эти
кратеры весьма напоминают воронки, образующиеся в местах
падения гигантских метеоритов. Такое сходство в свое время
привело многих астрономов к мысли, что лунные кольцевые
горы представляют собой не что иное, как своеобразные
147
метеоритные кратеры. Но это объяснение отнюдь не
единственное.
Существовала и другая, не менее распространенная точка
зрения, связывавшая образование лунных кратеров с былой
вулканической деятельностью. Удалось получить целый ряд
данных, явно свидетельствующих о том, что вулканические
процессы, бесспорно, играли существенную роль в
формировании лунной поверхности.
Однако для того чтобы ответить на вопрос, что же
представляют собой л унные горы – кратеры потухших вулканов
или воронки, образовавшиеся в рез ультате падения
космических тел (метеоритов), в распоряжении исследователей
Луны не было достаточного количества необходимых данных.
Такие данные появились лишь в результате изучения нашего
естественного спутника космическими аппаратами. Они
свидетельствуют в пользу гипотезы ударного происхождения
большинства лунных кратеров.
Ученые считают, что Луна подверглась наиболее
интенсивной метеоритной бомбардировке на протяжении
первого миллиарда лет своего существования. Этим
объясняется, что в ее морях (впадинах), образовавшихся
несколько позже континентальных районов, количество кратеров
примерно в 30 раз меньше. В настоящее время интенсивность
метеоритной бомбардировки весьма невелика. Согл асно
данным, по лученным с помощью космических аппаратов, на
площади радиусом около 200 километров метеорит с массой
около одного килограмма падает сейчас в среднем примерно
один раз в месяц. Что касается микрометеоритов, то за два с
половиной года на площадке радиусом около 20–25
сантиметров вообще не осело ни одной частицы.
Одно время считалось, что Луна покрыта толстым слоем
пыли, образовавшейся в результате постоянной бомбардировки
незащищенной атмосферой поверхности микрометеоритами.
Однако радионаблюдения, а затем автоматические космические
аппараты и лунные экспедиции не подтвердили этих
представлений. Толщина рыхлого поверхностного слоя на Луне
оказалась незначительной.
Длительное воздействие разнообразных внешних факторов
привело к тому, что на поверхности Луны образовался рыхлый
слой, покрывающ ий основную породу – риголит, состоящий из
148
осколков магматических пород, шлакообразных частиц и
застывших капель расплавленной магмы. Толщина его в разных
районах колеблется от нескольких миллиметров до нескольких
метров (а может быть, и десятков метров). Что касается лавы,
заполняющей лунные бассейны, то она имеет внутреннее
происхождение и не могла образоваться в результате
метеорных ударов. Но такие удары, возможно, вызвали
нарушение лунной коры, открыв тем самым выход лавовым
потокам на поверхность.
Для выяснения истории Луны очень важно знать возраст
различных ее образований. С этой целью производилось
определение возраста лунных пород, доставленных на Землю
космическими аппаратами из различных районов лунной
поверхности. Самые молодые лавы были обнаружены в Море
Дождей и в Океане Бурь: их возраст около 2,6 миллиарда лет. В
Море Изобилия, в месте посадки станции «Луна-16», возраст
пород составляет 3,5 миллиарда лет. В расположенном на
территории Океана Бурь континентальном остатке Фра-Мауер
лавы имеют возраст около 3,9 миллиарда лет. Еще старше
чисто континент альные области, но их возраст не превосходит 4
миллиардов лет. Более древних образований на Луне пока что
обнаружить не удалось.
На основе имеющихся в настоящее время данных можно
составить такую картину. В первые 500 миллионов лет
происходило расплавление вещества Луны, хотя оно и не
охватило всю массу сразу. К концу этого срока уже
образовались континенты, а в период с 700 миллионов лет до
1,2 миллиарда лет – моря. Как показывают исследования,
проведенные с помощью космических аппаратов, примерно 95%
пород, покрывающих лунную поверхность, прошли в свое время
через магматическое состояние. Причем все это разновидности
базальтов. Гранитов, часто встречающихся на Земле, на Луне
нет совсем. Впервые это показали измерения, проведенные
советским искусственным спутником Луны «Луна-10»,
регистрировавшим гамма-излучение лунных пород. Гранитный
слой должен был бы дать более интенсивную радиацию, чем та,
которую зарегистрировали приборы спутника.
Более ранняя стадия происхождения и развития Луны,
очевидно, не отличается от процесса возникновения и развития
Солнечной системы в целом.
149
Как уже было сказано, все планеты можно разделить на две
группы. В одну из них входят сравнительно небольшие и
плотные Меркурий, Венера, Земля и Марс. Вторая группа –
планеты-гиганты Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун, отличающиеся
малой плотностью и огромными размерами. Особняком стоит
еще мало изученный Плутон, открытый в марте 1930 г. По
размерам он почти равен Земле и, по всей вероятности, должен
быть отнесен к планетам земной группы, хотя есть
предположение, что это оторвавшийся и «заблудившийся»
спутник восьмой планеты – Нептуна.
Вокруг многих планет обращаются спутники. Особенно
богат ими Юп итер, у которого известно 13 спутников. Четыре из
них можно видеть в простой бинокль. Вокруг Сатурна по мимо 10
крупных спутников обращается огромное число песчинок и
пылинок, образующих широкое кольцо, опоясывающее планету.
Спутники имеются также и у Земли, Марса, Урана и Нептуна. Как
правило, спутники очень малы по сравнению со своими
планетами. Только в системе Земля – Луна спутник
представляет собой крупное и массивное космическое тело.
Ближайшая к Солнцу планета – Меркурий обладает, как и
Плутон, наибольшей эллиптичностью своей орбиты, в
результате чего расстояние от планеты до Солнца изменяется в
пределах от 47 миллионов (в перигелии) до 70 миллионов (в
афелии) километров. Среднее же расстояние от Солнца до
Меркурия составляет 58 миллионов километров, в 3 раза
меньше, чем до Земли. Несмотря на значительную яркость, эта
планета с трудом поддается наблюдению, так как никогда не
удаляется от Солнца более чем на 28 градус ов к западу или к
востоку. Это приводит к тому, что она почти всегда «прячется»
на светлом фоне утренней или вечерней зари. И все же
«неуловимая» планета иногда дарит ученым возможность
наблюдать ее в дневное время, когда она медленно проходит на
фоне солнечного диска. Это редкое астрономическое явление
наблюдалось, в частности, в ноябре 1973 г.
Меркурий вокруг собственной оси оборачивается за 58,6
земных суток, а вокруг Солнца — за 88 суток. Температура на
освещенной стороне оценивается в 325-437° С , на но чной
стороне — от -123 до -185°С. Американский космический
корабль «Маринер-10» в 1974 г. обнаружил на Меркурии
разреженную атмосферу (давление 10
-11
атм), состоящую из
150
гелия и водорода в соотношении 50:1. Магнитное поле на
Меркурии в 100 раз слабее земного, что в большой мере
связано с медленным вращением планеты вокруг собственной
оси. Анализ переданных кораблем «Маринер-10» изображений
показал, что поверхность Меркурия имеет много общего с
лунной. В то же время явно отмечается преобладание
материкового рельефа над «морями». Наряду с похожими на
лунные кратерами разных размеров отмечены отсутствующие
на Луне эскарпы — обрывы высотой 2-3 км и протяженностью в
сотни и тысячи километров.
Масса Меркурия равна 0,33
.
10
27
г, что составляет 1/18
массы Земли. Несмотря на небольшие размеры (диаметр
планеты 4880 км), Меркурий имеет необычайно высокую
плотность (5,42 г/см
3
), что значительно выше плотности Луны и
близко к плотности Земли.
О химическом составе пов ерхностных пород и недр
Меркурия можно судить лишь по косвенным данным.
Отражательная способность меркурианского реголита
свидетельствует о том, что он состоит из тех же пород, которые
слагают лунный грунт. Высокая плотность п ланеты , видимо,
означает наличие горячего, вероятно расплавленного,
металлического ядра, на которое приходится, по расчетам,
около 62% всей ее массы. Ядро окружено силикатной оболочкой
толщиной порядка 600 км.
Меркурий – наименьшая из всех планет, его диаметр –
всего 4880 километров. В телескоп он виден в виде серпика.
Любопытной особенностью планеты является длительный
период суточного вращения: продолжительность солнечных
суток на Меркурий равна 176 земным суткам. Это приводит к
весьма резкому колебанию температуры: она меняется почти от
450 градусов тепла днем до 160 градусов холода в ночное
время. Диапазон колебания температуры, таким образом,
достигает почти 600 градусов. Таким образом, условия на
Меркурий таковы, что органическая жизнь на этой планете
невозможна: там нет кислорода и воды, чрезвычайно высокая
температура, атмосферу пронизывает жесткое излучение
Солнца – радиация, способная уничтожить жизнь в самом ее
зародыше.
Вторая от Солнца планета – Венера, ближайшая наша
соседка: при ее наибольшем сближении с Землей нас разделяет
151
всего около 40 миллионов километров. Орбита Венеры
отдалена от дневного светила на 108 миллионов километров.
Энергетический «паек» этой планеты в 2,5 раза превышает
земной. За 225 земных суток Венера совершает полный оборот
вокруг Солнца. Скорость ее движения по орбите – около 35
километров в секунду.
Несмотря на сравните льную близость к Земле, Венера –
одна из наиболее «неразгаданных» планет. Густой облачный
покров Венеры затрудняет ее изучение. Поперечник Венеры
почти равен земному и составляет 12 000 километров.
Наличие атмосферы и почти одинаковые с Землей размеры
и масса долгое время позволяли ученым считать Венеру
«близнецом» наше й планеты. Но исследования пос ледних лет
заставили ученых решительно отказаться от такого взгляда.
Главное отличие Венеры от Земли – особенность ее суточного
вращения. Оказалось, что сутки на этой планете, подобно
Меркурию, длиннее ее года: оборот Венеры вокруг оси длится
дольше, чем обращение вокруг Солнца, и совершается в
обратном направлении, чем у других планет земной группы.
земных суток. Ось вращения практически перпендикулярна к
плоскости орбиты. Это значит, что на Венере не происходит
смены времен года.
Через каждые полтора года Венера сближается с Землей,
причем в это время всегда бывает обращена к Земле одним и
тем же участком поверхности.
Отмеченные особенности движения Венеры создали
совершенно особые условия снабжения ее солнечной энергией
и нашли свое отражение в других ее физических
характеристиках. Многие из этих условий были выяснены в
последние полтора-два десятилетия методом
радиоисследования. Они показали, что на планете царит очень
высокая температура, а ее атмосфера чрезвычайно насыщена
углекислотой. Эти сведения блестяще по дтвердились во время
полетов к планете советских автоматических космических
станций «Венера-4», «Венера-5», «Венера-6», «Венера-9» и
«Венера-10».
Венера оборачивается еще медленнее, чем Меркурий,
вокруг собственной оси — за 243 земных дня, причем в
обратном направлении, в связи с чем Солнце на Венере