Новоженов В.А. Концепции современного естествознания

Подождите немного. Документ загружается.

162

В плотной атмосфере Урана обнаружены кольцевые

образования, пятна, вихри, струйные течения, что

свидетельствует о неспокойной циркуляции воздушных масс.

Направления ветров в основном совпадают с вращением

планеты, причем в высоких широтах ветры сильнее.

Зеленовато-голубой цвет холодной атмосферы Урана может

быть обусловлен наличием радикалов гидроксида [ОН"].

Содержание гелия в атмосфере около 15%. В глубине

атмосферы обнар ужены метановые облака.

У планеты установлены 10 колец шириной от нескольких

сотен метров до нескольких километров, белого и зеленовато-

голубого цвета. Большинство частиц в кольцах около 1 м в

диаметре. Внутри колец движутся каменные глыбы не-

правильной формы, диаметром 16-24 км, названные

спутниками-пастухами. Вероятно, это астероиды.

Уран имеет 15 сп утников. Пять из них значительных

размеров, от 1580 до 470 км в диаметре, остальные — менее

100 км; все они похожи на астероиды, захваченные

гравитационным полем Урана. Три больших сп утника: Умбриэль

(1170 км в диаметре), Ариэль (1160 км) и Миранда (470 км) —

располагаются в пределах магнитосферы Урана, создавая в ней

возмущения. Фотографии показывают, что сп утники имеют

шаровидную форму; на поверхности некоторых из них замечены

гигантские линейные по лосы — трещины, возможно, следы

скользящих ударов метеоритов.

Нептун, самая удаленная от Со лнца реальная планета,

вращается на расстоянии 4,5 млрд. км от него, делая полный

оборот за 165 земных лет. системы. Это в 30 раз дальше Земли

от Со лнца. Общий радиус планеты — 22 870 км, радиус

расчетного твердого тела порядка 16 тыс. км, мощность

атмосферы около 7 тыс. км. Средняя плотность с атмосферой —

2,2 г/см

, плотность твердого тела — 5,6 г/см

, масса планеты —

г. Осевая скорость вращения — 15 ч 8 мин, ось вращения

наклонена к плоскости орбиты под углом 29°. Облака

атмосферы в основном образованы метаном. Американский

космический аппарат «Вояджер-2» (ныне уже покинувший преде-

лы Солнечной системы), пройдя в 5 тыс. км от планеты,

обнаружил у нее второе кольцо, состоящее, как и первое, из

каменных обломков темного цвета.

163

В верхних слоях атмосферы установлены потоки ветра,

несущегося со сверхзвуковой скоростью. Это означает

существование в атмосфере градиентов температуры и

давления, вызванных, видимо, внутренним нагревом со стороны

планеты, что может свидетельствовать о происходящих

вулканических процессах. Нептун имеет 8 спутников, все

каменные. Три из них значительных размеров:

Тритон (диаметр 2700 км). Нереида (340 км) и Протей (400

км); остальные меньше — от 50 до 190 км. Тритон, ближайший к

Нептуну сп утник, по размерам больше половины Меркурия и

равен почти 2/3 Луны, движется вокруг своей планеты в

обратном направлении на расстоянии 353,6 тыс. км. Орбита

Нереиды проходит в 5,6 млн. км от Нептуна, полный оборот

спутник совершает за 360 земных суток. У Нереиды самая

вытянутая эллиптическая орбита из всех спутников Солнечной

Таким образом, планеты – гиганты резко отличаются от

планет земной группы и по своим характеристикам, и по

удаленности от Солнца. Столь огромные расстояния,

измеряемые сотнями миллионов и миллиардами километров,

сказываются и на продолжительности периодов их обращения

вокруг Солнца (составляющих соответственно 12, 29, 84 и 165

земных лет) и на физических условиях, господствующих на этих

планетах. Так, температура их на 100– 200 градусов ниже

средней земной, атмосферы отличаются высоким содержанием

легчайших газов – водорода и гелия. По-видимому, и в твердом

веществе гигантов преобладают легкие химические элементы,

так как все эти планеты имеют очень незначительную плотность:

средняя плотность Юпитера – 1,3, Сатурна – всего 0,7, т.е. даже

меньше плотности воды. Др угая особенность планет-гигантов –

их быстрое вращение вокруг своей оси. Пр одолжительность

суток на Юп итере, Сатурне и Уране составляет всего 10-11

часов, на Нептуне – около 16 часов. Столь быстрое вращение

сказывается на форме этих планет: они сплюснуты сильнее, чем

Земля. Любопытно, что ось вращения Урана почти совпадает с

плоскостью орбиты – планета движется, «лежа на боку». Это

обстоятельство создает совершенно необычайные условия

освещенности. На Уране, в отличие от других планет, нет

деления на полярные и тропические зоны: Солнце периодически

бывает здесь в зените и над экватором, и над полюсами.

Правда, из-за огромной удаленности от Солнца такое

164

положение не имеет существенного значения для

температурного режима на поверхности планеты. Температура

на планете Уран не поднимается выше минус 200 градусов.

Поверхности планет-гигантов пока недостаточно исследованы:

мощные атмосферы, насыщенные непрозрачными облаками,

затрудняют их изучение. Атмосферы гигантских планет имеют

совершенно иную структуру и химический состав, чем земная.

Да и физические условия там никак не напоминают земные.

Очевидно, сказывается различие в размерах небесных тел.

Впрочем, размеры твердого тела планет измерить трудно –

ведь мы видим только их обширную газовую оболочку.

Особенно хорошо ее можно наблюдать у Юпитера. Даже в

небольшой телескоп на нем видны темные полосы,

пересекающие планету параллельно экватору. Астрономам

удалось выяснить, что в атмосферах планет-гигантов

содержится значительное количество метана и аммиака. Вместе

с тем, как уже отмечалось выше, для этих планет характерно

присутствие водорода и гелия. Низкая температура и высокое

давление, присущие их атмосферам, приводят к тому, что

внутренние газовые слои сг ущаются настолько, что постепенно

переходят в твердое состояние, образуя тело самой планеты.

Что касается плавающих в атмосферах облаков, то они могут

состоять только из замерзших кристалликов аммиака –

соединения водорода с азотом. Так внешне выглядят планеты-

гиганты. Значительно труднее выяснить их внутреннее

строение. Советские ученые - академик В.Г. Фесенков и доктор

физико-математических наук А.Г. Масевич, изучая не дра

Юпитера и Сатурна, пришли к любопытным выводам. Согласно

их расчетам, на незначительной глубине твердого тела Юпитера

давление достигает 700 тысяч атмосфер. При этом водород

приобретает удивительные металлические свойства. С глубиной

давление там достигает огромной цифры – 20 миллионов

атмосфер! Вместе с радиоактивным разогревом такое давление

доводит температуру недр до 200 тысяч граду сов! Это

превышает температуру всех других планет, но еще далеко не

достигает температур, господствующих в недрах звезд. Юпитер,

по существу, небесное тело, занимающее промежуточное

положение между планетой и звездой. И остальные планеты-

гиганты близки ему по своей природе.

165

Последняя из известных нам планет – Плутон – царство

холода и ночи. Он получает тепла и света в 1600 раз меньше,

чем Земля, и потому, безусловно, представляет собой мрачную

безжизненную пустыню. Плутон, самая дальняя из известных

планет, отнюдь не пр инадлежит к планетам-гигантам. Скорее

всего, это даже не планета, а бывший спутник Нептуна,

потерянный им при каком-то космическом катаклизме.

Поперечник Плутона около 3000 км, а масса в 10 раз меньше

земной. Быстро вращаясь вокруг оси (за 9 часов 17 земных

минут), Плутон имеет сильно вытянутую эллиптическую орбиту,

и потому с 1969 по 2009 г. он будет находиться ближе к Солнцу,

чем Нептун, — факт, может быть, дополнительно говорящий о

его «непланетной» природе. Поверхность Плутона

предполагается ледяной.

Таковы основные известные на нач ало 1997 г. сведения о

планетах Солнечной системы и их спутниках. Материл крайне

разнообразный, во многом не проанализированный из-за

отрывочности и неполной достоверности информации и методов

дешифрирования данных дистанционных наблюдений.

Весьма любопытным представляется установление каменно-

силикатного состава практически всех обнаруженных спутников,

даже тех, которые принадлежат газово-жидкостным планетам-

гигантам, хотя, вероятно, и с твердыми ядрами. Эти

разноразмерные тела могут быть астероидами, захваченными

силой гравитационных полей планет, и тогда они чужеродны

своим «родителям». Но они могут быть и практически

одновременными образованиями и тогда характеризуют осо-

бенности планетной системы в целом, иногда подчеркивая

специфику, не установленную на планетах-хозяевах. Такой

единственный спутник есть даже у «псевдопланеты» Плутон —

это Харон (диаметр 1190 км), с орбитой, проходящей в 19 тыс.

км от планеты, и периодом обращения 6,3 земных суток.

Обратим внимание, что, судя по движению планеты Плутон,

исследователи предполагали наличие еще одной (десятой)

планеты Солнечной системы, настолько удаленной и малой, что

ее не удавалось обнаружить визуально. И вот в конце 1996 г.

появилось сообщение о том, что американским астрономам из

Гавайской обсерватории удалось открыть состоящее из ледяных

глыб небесное тело, которое вращается по околосолнечной

166

орбите за пределами Плутона. Эта малая планета пока не

имеет названия и зарегистрирована под номером 199611,66.

Все имеющиеся данные о строении и функционировании

космических тел нашей Вселенной важны для познания ее

истории, расшифровки эволюции каждой планеты, а главное —

для понимания возникновения и развития географической

оболочки Земли, возможных путей ее эволюции. Они играют

важную роль также в установлении космологической истории

мира: как и когда возникали планетные скопления в Космосе; как

они развивались и функционировали; что их и нас на Земле

ожидает в будущем; уникальна ли жизнь во Вселенной или она

существует и в других мирах?

В Со лне чной системе есть и много малых планет –

астероидов. Несмотря на свою многочисленность, они в общей

сумме не превышают одной тысячной доли массы земного

шара. Самая крупная из малых планет – Церера – имеет

поперечник около 1000 километров. Большинство же других

астероидов – это каменные бесформенные глыбы поперечником

в несколько тысяч, даже сотен метров. Громадное количество

астероидов движется в зоне, ограниченной орбитами Марса и

Юпитера. Ее так и называют – «пояс астероидов». Однако

некоторые из них, нарушая общий порядок, «смело» подходят к

планетам, движущимся вне этой зоны, в том числе к Земле.

Таков, например, астероид Эрот, приближающийся к нам на 26

миллионов километров. Еще ближе подходит к земле Икар, в

момент последнего свидания с Землей – 14 июня 1968 г. – его

отделяло от нашей планеты всего 6,4 миллиона километров.

Астероид было видно даже в небольшие телескопы. А

крошечная планета Гермес, имеющая поперечник около 2

километров, может сближаться с Землей до 580 тысяч

километров. К сожалению, следить за столь малыми небесными

телами очень трудно: их орбиты подвержены весьма сильным

возмущениям со стороны больших планет и даже их

собственных собратьев – более массивных астероидов.

Наиболее эфемерными космическими телами, входящими в

состав Солнечной системы, являются кометы, движущиеся

вокруг Со лнца по сильно вытянутым эллиптическим орбитам.

Имея незначительную массу, они ничем не обнаруживают себя,

когда находятся вдали от Солнца. Но по мере приближения к

нему твердое ядро кометы, состоящее из каменных и

167

металлических тел, заключенных в ледяную оболочку из

замерзших газов, начинает испаряться, образуя огромный

газовый шлейф – хвост, достигающий длины сотен миллионов

километров. Давление световых лучей и потоки электрических

частиц, исходящих от Со лнца (так называемый солнечный

ветер), отклоняют кометные хвосты в противоположную от

светила сторону. Эти же частицы вызывают свечение

разреженно го газа в хвостах комет. Некоторые кометы

достигают большой яркости – тогда они привлекают к себе

всеобщее внимание. В прежние времена кометы

воспринимались как небесное знамение. Большие кометы

остаются видимыми на небе в течение нескольких недель,

затем, облетев Солнце, они постепенно удаляются и исчезают.

Многие кометы имеют сравнительно небольшой период

обращения – всего несколько лет, поэтому их можно регулярно

наблюдать в течение десятилетий, даже столетий. Такова,

например, комета Энке-Баклунда, наблюдаемая через каждые

3,3 года. Одна из наиболее ярких и знаменитых комет – комета

Галлея – имеет период обращения 76 лет. Ее появление

зарегистрировано в летописях более 20 раз. Комета

наблюдалась в 1910 г. и в 1986 г. Очевидно, имеются кометы с

периодом, охватывающим многие тысячелетия. Орбиты таких

комет выходят далеко за пределы орбиты Плутона, т.е.

простираются на миллиарды и десятки миллиардов километров.

Общее число комет неисчислимо велико, и нам пока известна

только их небольшая часть. Возможно, что существует целое

облако комет, опоясывающее Солнечную систему. Вопрос о

происхождении комет еще не совсем ясен. Быть может, это

остатки допланетного вещества, из которого возникли планеты

Солнечной системы. Но есть и другие мнения. Согласно

выводам советского ученого С.К. Всехсвятского, поставщиками

комет могут сл ужить планеты-гиганты и прежде всего Юпитер:

мощные извержения, происходящие на нем, могут придавать

продуктам извержения космические скорости, пополняя тем

самым число комет в Со лне чной системе. Несмотря на обилие

комет, большие и яркие кометы появляются крайне редко.

Слабые же кометы можно видеть ежегодно.

Кроме перечисленных объектов, в Солнечной системе

встречаются метеориты и облака космической пыли. Недавно,

например, ученые объявили, что открыли вблизи Луны два

168

небольших таких облака. Такова в общих чертах картина

Солнечной системы – того уголка космоса, с которым так тесно

связана вся наша жизнь.

Теории образования планет

Один из центральных вопросов, связанных с изучением

нашей планетной системы, – проблема ее происхождения. Как

возникла семья небесных тел, обращающихся вокруг Солнца?

Ответ на этот вопрос имеет не только важное естественно-

научное, но и мировоззренческое, философское значение. На

протяжении веков ученые пытались выяснить прошлое,

настоящее, будущее Вселенной. Нередко их представления

были в той или иной степени связаны с господствовавшими

религиозными воззрениями. Но уже в глубокой древности

зародилась мысль, что Вселенная не была создана никем из

богов. Она всегда существовала и будет существовать. Одни

миры возникают, развиваются, другие – разрушаются и

умирают, 3емля, как и другие миры, сформировалась в

результате естественных причин.

Однако такие гениальные догадки настолько опережали

эпоху, что не могли быть восприняты современниками. В споре

о путях происхождения и развития Земли и планет столкнулись

два прямо противоположных и непримиримых суждения о том,

что лежит в основе мироздания – дух или вечно существующая

материя? Создан ли мир богом или он существует вечно?

В отличие от идеалистов, утверждающих первичность духа

и считающих мир продуктом творения высшего разума (бога),

материалисты признают первичность материи. Подтверждая

свои выводы практикой исследований и наблюдений,

основываясь на повседневном опыте, материалисты

доказывают, что планеты, в том числе и Земля, могли

возникнуть лишь из других форм материи, т.е. сформировались

естественным путем. В наше время все значительные

космогонические гипотезы являются последовательно

материалистическими.

Согласно современным представлениям, планеты

Солнечной системы образовались из холодного газопылевого

169

облака, окружавшего Солнце миллиарды лет назад. Наиболее

последовательно такая точка зрения проведена в работах

советского ученого академика О.Ю. Шмидта. До сих пор пла-

нетная космогония рассматривалась как чисто астрономическая

проблема, а Шмидт показал, что проблемы космогонии можно

решить лишь согласованными усилиями астрономии и наук о

Земле, прежде всего геофизики, геологии, геохимии. Такой

подход значительно укрепил наблюдательную базу космогонии,

предоставив в ее распоряжение обширные фактические данные

наук о Земле.

В основе теории О.Ю. Шмидта лежит мысль об образовании

планет путем объединения твердых тел и пылевых частиц.

Возникшее около Солнца газопылевое облако вначале состояло

на 98% из водорода и гелия. Остальные элементы

конденсировались в пылевые частицы. Однако беспорядочное

движение газа в облаке быстро прекратилось: оно сменилось

спокойным обращением облака вокруг Солнца.

Пылевые частицы сконцентрировались в центральной

плоскости, образовав слой повышенной плотности. Когда

плотность слоя достигла некоторого «критического» значения,

его собственное тяготение стало «соперничать» с тяготением

Солнца. Слой пыли оказался неустойчивым и распался на

отдельные пылевые сгустки. Сталкив аясь друг с другом, они

образовали множество сплошных плотных тел. Наиболее

крупные из них приобрели почти круговые орбиты и в своем

росте начали обгонять другие тела, став потенциальными

зародышами будущих планет. Как более массивные тела,

новообразования присоединили к себе оставшееся вещество

газопылевого облака. В конце концов сформировалось девять

больших планет, движение которых по орбитам остается

устойчивым на протяжении миллиардов лет. По произведенным

расчетам, 98% своей массы Земля приобрела за 100 миллионов

лет.

Таким образом, почти круговые орбиты пл анет явились

результатом осреднения орбит тел, объединившихся в планеты.

Деление планет на две группы связано с тем, что в далеких от

Солнца частях облака температура была низкой, и все

вещества, кроме водорода и гелия, образовали твердые

частицы. Среди них преобладали метан, аммиак и вода,

определившие состав Урана и Нептуна. В составе самых

170

массивных планет – Юпитера и Сатурна, кроме того, оказалось

значительное количество газов (рис.3.2).

Рис.3.2. Внутреннее строение и предполагаемый вещественный

состав некоторых планет-гигантов: 1- молекулярный водород;

2 - металлический водород; 3 - водяной лед; 4 - ядро,

сложенное из каменных или железокаменных материалов

В области планет земной группы температура была

значительно выше, и все летучие вещества (в том числе метан и

аммиак) остались в газообразном состоянии и, следовательно, в

состав планет не вошли. Планеты этой группы сформировались

в основном из силикатов и металлов (рис.3.3).

Научная теория происхождения Солнечной системы

подтверждается многочисленными наблюдениями. Однако

сейчас мы еще не можем сказать, что процесс образования

планет досконально изучен. Например, рассматриваемая теория

не учитывает влияния электромагнитных явлений, которые,

оказалось, играют определенную роль в формировании

космических тел. Выяснение этого и некоторых других вопросов

– дело будущего.

Таким образом, в настоящее время считается, что планеты

возникли в результате объединения твёрдых тел и частиц,

образовавшихся во вращающемся вокруг Солнца гигантском

протопланетном облаке, состоящем из газа и пыли.

Температура в облаке составляла около 1000 К.

171

Рис.3.3. Строение и предполагаемый вещественный состав

планет земной группы: 1- силикатное вещество; 2- метал-

лическое; 3 - сульфид-металлическое вещество.

Протопланетное облако образовалось в каком-то

совместном процессе, механизм которого до сих пор является

предметом дискуссии. Но данные геофизики, исследования

метеоритов, лунного грунта содержат некоторые доказательства

этой гипотезы.

Протопланетное облако содержало газ «звёздного»

состава (водород и гелий) и пыль из более тяжёлых элементов.

Сжимающееся облако увеличивало скорость вращения, а это

создавало благоприятные условия для преим ущественного

сжатия вдоль оси вращения и накопления пылинок в средней

области облака. Тонкий пылевой слой гравитационно

неустойчив. Поэтому он распадается на множество сгустков,

превратившихся в рой твёрдых тел. Сначала это были тела

сравнительно небольшие по массе и размерам, двигавшиеся по

орбитам, близким к круговым. Но по мере роста масс

увеличивалось взаимное притяжение тел, возрастали их

относительные скорости, приобретали эллиптическую форму

орбиты. В процессе многочисленных неупругих столкновений и

объединений (слипаний) образовались зародыши планет.

Массы зародышей резко отличались от масс других тел,

находившихся вблизи них и образовавших для зародышей

своеобразную зону питания. Сначала было очень много таких

зародышей и окружавших их зон питания. Но постепенно среди

этих зародышей стали выделяться те, которые впоследствии

стали настоящими планетами. Такие массивные и двигавшиеся