Vivos voco: и.а. резанов, "история космогонической гипотезы о. ю. шмидта". Теории возникновения Солнечной системы

Теория немецкого астронома была хорошо встречена специалистами. Впрочем, в 1945 году во всем мире господствовала несколько восторженная атмосфера послевоенного оптимизма. Правда, претензий и к ней с первых же дней было высказано немало. Но главным достоинством новой работы, по мнению тех же Г. Гамова и Д. Хайнека, являлось то, что "Вейцзеккер внес свежую струю в стоячее болото теорий происхождения планет".

Гипотеза О. Ю. Шмидта. В 1944 году в "Докладах Академии наук СССР" были опубликованы две первые статьи Отто Юльевича Шмидта, посвященные космогонической гипотезе солнечной системы. И до конца жизни академик О. Шмидт занимался ее разработкой, создав большой творческий коллектив из молодых талантливых астрономов и математиков.

Интерес к его работе был огромен. Когда 31 января 1947 года он решил выступить с докладом на пленарном заседании II Всероссийского географического съезда, академия была поистине атакована людьми. Не только конференц-зал, но и все прилегавшие к нему помещения были заполнены до отказа. Затаив дыхание люди слушали глуховатый голос О. Шмидта, докладывавшего "Новую теорию происхождения Земли и планет". В чем же заключалась основная идея его гипотезы?

Некогда, возможно несколько миллиардов лет назад, одинокая звезда - Солнце - встретила на своем пути во вселенной большую газопылевую туманность. Таких скоплений довольно много в космосе, и встреча с ними не носит столь уникального характера, как, например, встреча с другой звездой. В результате такого свидания значительная часть туманности последовала за Солнцем. Избыток его скорости относительно туманности придал диффузной материи момент количества движения, не связанный с моментом вращения светила. По законам природы, облако начало вращаться, сплющиваться, сжиматься. Отдельные частицы стали сливаться друг с другом, образуя более крупные тела. И вот уже не газопылевое облако, а густой поток метеорных тел облетает Солнце. Метеоры сталкиваются, слипаются. В областях, близких к Солнцу, обращаются плотные комья будущих планет. Дальше от живительного тепла в состав этих комьев входят более легкие вещества, в том числе замороженные газы. Так образовалось солнечное семейство.

О. Шмидт не был астрономом-профессионалом. Да и сама идея встречи и последующего захвата газопылевого облака Солнцем во время его движения вокруг центра Галактики тоже была не нова. Об этом еще в конце прошлого и в начале нашего столетия говорили и писали многие. О. Шмидт внимательно изучил гипотезы предшественников, взяв от них рациональные зерна.

У И. Канта он взял идею о пылевом облаке, о пылевых частицах, как исходном материале для формирования планет, идею "холодного" происхождения Земли.

У П. Лапласа - мысли о роли конденсации газа в формировании планет, аналогию с туманностями, наблюдаемыми в нашей Галактике, мысль о сжатии, уплотнении вращающейся туманности.

У Ф. Мультона и Т. Чемберлина он взял идею о планетезималях как переходной форме к образованию планет.

У Д. Джинса - идею о том, что момент количества движения планет может быть привнесен извне в результате встречи Солнца с другим небесным телом.

"Но, несмотря на это, - пишет В. Бронштэн в книге "Беседы о космосе и гипотезах", - гипотеза Шмидта не была похожа ни на одну из ранее предложенных гипотез и не являлась их компиляцией. Эта гипотеза была совершенно самостоятельной".

Новая гипотеза получилась отменной. Она легко расправлялась с целым рядом трудностей, встречавшихся у других авторов, неплохо объясняла главные особенности солнечной системы. Но были у нее и слабые стороны. Одна из них - само предположение о захвате Солнцем части встретившегося газопылевого облака.

Представим себе: в пустом бесконечном пространстве имеются два тела: одним из них пусть будет неподвижное Солнце - тело А, другим - пролетающая мимо туманность - тело В. Под действием сил притяжения тела А траектория тела В искривляется и становится гиперболой. Но ветви гиперболы уходят в бесконечность. Чтобы осуществился захват туманности (тела В), ее надо сначала затормозить, чтобы перевести с гиперболической орбиты на эллиптическую. Однако одно Солнце сделать это не в состоянии. Даже, если бы у туманности не было первоначально никакой скорости и сближаться оба тела стали бы под действием лишь собственных сил притяжения, то и тогда захват произойти бы не смог. Туманность, пришедшая из бесконечности, обогнула бы Солнце по параболической траектории и снова ушла бы в бесконечность. Нет, для захвата нужны другие условия. Что, если рассмотреть задачу не двух, а трех тел?

Впрочем, такая задача уже была решена более десяти лет назад французским математиком Жаном Шази. Согласно его решению и в случае трех тел захват одного из них также невозможен. О. Шмидт не поверил Ж. Шази. Сформулировав начальные условия, он засел за расчеты. А когда первая прикидка показала, что, может быть, все-таки прав он, а не Ж. Шази, передал задачу П. Парийскому; тому самому знаменитому математику, который доконал своим численным расчетом гипотезу Д. Джинса. Не подвел П. Парийский и в этом случае. Уже в первом своем докладе О. Шмидт уверенно говорил о возможности захвата в системе трех тел.

Однако этот вариант хоть и имел вероятность большую, нежели джинсовская встреча звезды со звездой, был все же весьма искусствен. Потому-то гипотеза гравитационного захвата и подверглась столь суровой критике на первом совещании по вопросам космогонии.

Мысли О. Шмидта были полностью заняты этой проблемой. В 1951 году ему исполнилось 60 лет. Друзья преподнесли юбиляру шутливые вирши:

На бреге бездны мировой
Сидел он с длинной бородой
И вдаль глядел…

Так начинались эти стихи. Потом шло рифмованное описание механизма гипотезы. И заканчивалась поэма сетованием на нерешенную проблему захвата.

И перед новою теорьей
Главой склонился б и Лаплас,
Когда бы о захвата роли
Не продолжался спор у нас.

А спор о механизме гравитационного захвата действительно все продолжался. И хотя ряд астрономов предлагали свои оригинальные решения этой проблемы, большинство специалистов склонялось в пользу совместного образования Солнца и протопланетного облака. В этой части проблемы постепенно все возвращалось "на круги своя", возвращалось в лоно классичеческой гипотезы.

Единая космогоническая проблема происхождения солнечной системы разбивалась на части. Отчаявшись, специалисты оставили в покое вопросы о том, как и откуда Солнце приобрело себе туманность, и принялись за обсуждение этапов эволюции уже готового облака возле готового Солнца.

Конечно, полной картины при этом не получить, но, может быть, удастся разработать теорию "механизма" образования планет из пыли и газа.

На решение задач, связанных с таким частичным подходом к проблеме происхождения солнечной системы, много труда положила группа сотрудников Института физики Земли АН СССР под руководством Б. Левина. Очень интересные и плодотворные исследования провели ленинградцы Л. Гуревич и А. Лебединский.

В процессе работы над гипотезой О. Шмидт показал образец современного стиля в науке. Так, начав в одиночку, он уже через некоторое время работал с коллективом представителей самых различных специальностей. Это дает нам право считать его теорию первым коллегиальным трудом в области космогонии.

В книгах можно прочесть о самом разном отношении к космогонической теории О. Шмидта. Причем, как правило, и "pro" и "contra" бывают одинаково убедительны. Нельзя не согласиться с замечанием о том, что рассматривать процесс возникновения планетной системы при готовом Солнце, пренебрегая эволюцией центрального светила, вряд ли правомерно. Скорее следовало бы считать, что проблема планетной космогонии самым тесным образом связана с вопросами происхождения не только Солнца, но и звезд и звездных систем.

Не получилось у гипотезы захвата и удовлетворительного объяснения совпадения направления вращения Солнца и планет, а также малых отклонений плоскостей орбит больших планет от экваториальной плоскости Солнца.

Не сумела "гипотеза Шмидта" удовлетворительно объяснить и распределение планет по расстояниям. Не дала она объяснения уникальности спутника Земли - Луны.

У многих вызывал сомнение даже главный тезис теории О. Шмидта - образование Земли из холодных частиц. Сторонники разогрева нашей планеты на ранней стадии ее образования утверждали, что в эволюции Земли большую роль должны были играть физико-химические, а не только гравитационные процессы. Но представить себе их в холодном коме первоначально слипшегося вещества трудно.

Вызывало недовольство специалистов и то, что "гипотеза Шмидта" "не могла предсказать ни одной ранее известной особенности солнечной системы, что косвенно говорит о неубедительности ее основных положений".

Так эти претензии были сформулированы астрономом С. Всехсвятским.

Все эти недостатки не были тайной для тех, кто многие годы занимался разработкой шмидтовской гипотезы. Почему же они не остановились, почему не бросили на полпути всю эту массу невероятно утомительных, и по-видимому, бесплодных расчетов? Может быть, не так уж они были бесплодны? Помните, мы уже говорили, что в науке ничто не пропадает даром, если, конечно, не иметь в виду откровенно антинаучных бредней.

Происхождение Земли (космогонические гипотезы)

Космогонические гипотезы. Научный подход к вопросу о происхождении Земли и Солнечной системы стал возможен после укрепления в науке мысли о материальном единстве во Вселенной. Возникает наука о происхождении и развитии небесных тел - космогония.

Первые попытки дать научное обоснование вопросу о происхождении и развитии Солнечной системы были сделаны 200 лет назад.

Все гипотезы о происхождении Земли можно разбить на две основные группы: небулярные (лат. «небула» - туман, газ) и катастрофические. В основе первой группы лежит принцип образования планет из газа, из пылевых туманностей. В основе второй группы - различные катастрофические явления (столкновение небесных тел, близкое прохождение друг от друга звезд и т.д.).

Гипотеза Канта и Лапласа. Первой научной гипотезой о происхождении Солнечной системы была гипотеза И. Канта (1755). Независимо от него другой ученый - французский математик и астроном П. Лаплас - пришел к тем же выводам, но разработал гипотезу более глубоко (1797). Обе гипотезы сходны между собой по существу и часто рассматриваются как одна, а авторов ее считают основоположниками научной космогонии.

Гипотеза Канта-Лапласа относится к группе небулярных гипотез. Согласно их концепции, на месте Солнечной системы располагалась ранее огромная газо-пылевая туманность (пылевая туманность из твердых частиц, по мнению И. Канта; газовая - по предположению П. Лапласа). Туманность была раскаленной и вращалась. Под действием законов тяготения материя ее постепенно уплотнялась, сплющивалась, образуя в центре ядро. Так образовалось первичное Солнце. Дальнейшее охлаждение и уплотнение туманности привело к увеличению угловой скорости вращения, вследствие чего на экваторе произошло отделение наружной части туманности от основной массы в виде колец, вращающихся в экваториальной плоскости: их образовалось несколько. В качестве примера Лаплас приводил кольца Сатурна. Неравномерно охлаждаясь, кольца разрывались, и вследствие притяжения между частицами происходило образование планет, обращающихся вокруг Солнца. Остывающие планеты покрывались твердой корой, на поверхности которой стали развиваться геологические процессы.

И. Кант и П. Лаплас верно подметили основные и характерные черты строения Солнечной системы:

подавляющая часть массы (99,86%) системы сосредоточена в Солнце;

планеты обращаются почти по круговым орбитам и почти в одной и той же плоскости;

все планеты и почти все их спутники вращаются в одну и ту же сторону, все планеты вращаются вокруг своей оси в ту же сторону.

Значительной заслугой И. Канта и П. Лапласа явилось создание гипотезы, в основу которой была положена идея развития материи. Оба ученых считали, что туманность обладала вращательным движением, вследствие чего произошло уплотнение частиц и образование планет и Солнца. Они полагали, что движение неотделимо от материи и так же вечно, как и сама материя.

Гипотеза Канта-Лапласа существовала в течение почти двух сотен лет. Впоследствии была доказана ее несостоятельность. Так, стало известно, что спутники некоторых планет, например Урана и Юпитера, вращаются в ином направлении, чем сами планеты. По данным современной физики, газ, отделившийся от центрального тела, должен рассеяться и не может сформироваться в газовые кольца, а позднее - в планеты. Другими существенными недостатками гипотезы Канта и Лапласа являются следующие.

Известно, что момент количества движения во вращающемся теле всегда остается постоянным и распределяется равномерно по всему телу пропорционально массе, расстоянию и угловой скорости соответствующей части тела. Этот закон распространяется и на туманность, из которой сформировались Солнце и планеты. В Солнечной системе количество движения не соответствует закону распределения количества движения в массе, возникшей из одного тела. В планетах Солнечной системы сосредоточено 98% момента количества движения системы, а Солнце имеет только 2%, в то время как на долю Солнца приходится 99,86% всей массы Солнечной системы.

Если сложить моменты вращения Солнца и других планет, то при расчетах окажется, что первичное Солнце вращалось с той же скоростью, с какой сейчас вращается Юпитер. В связи с этим Солнце должно было обладать тем же сжатием, что и Юпитер. А этого, как показывают расчеты, недостаточно, чтобы вызвать дробление вращающегося Солнца, которое, как считали Кант и Лаплас, распалось вследствие избытка вращения.

3. В настоящее время доказано, что звезда, обладающая избытком вращения, распадается на части, а не образует семейство планет. Примером могут служить спектрально-двойные и кратные системы.

Гипотеза Джинса. После гипотезы Канта-Лапласа в космогонии было создано еще несколько гипотез образования Солнечной системы.

Появляются так называемые катастрофические, в основе которых лежит элемент случайности, элемент счастливого стечения обстоятельств:

Бюффон - Земля и планеты образовались за счет столкновения Солнца с кометой; Чемберлен и Мультон - образование планет связано с приливным воздействием проходящей мимо Солнца другой звезды.

В качестве примера гипотезы катастрофического направления рассмотрим концепцию английского астронома Джинса (1919). В основу его гипотезы положена возможность прохождения вблизи Солнца другой звезды. Под действием ее притяжения из Солнца вырвалась струя газа, которая при дальнейшей эволюции превратилась в планеты Солнечной системы. Газовая струя по своей форме напоминала сигару. В центральной части этого вращающегося вокруг Солнца тела образовались крупные планеты - Юпитер и Сатурн, а в концах «сигары» - планеты земной группы: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Плутон.

Джине полагал, что прохождение звезды мимо Солнца, обусловившее образование планет Солнечной системы, позволяет объяснить несоответствие в распределении массы и момента количества движения в Солнечной системе. Звезда, вырвавшая газовую струю из Солнца, придала вращающейся «сигаре» избыток момента количества движения. Таким образом устранялся один из основных недостатков гипотезы Канта-Лапласа.

В 1943 г. русский астроном Н. И. Парийский вычислил, что при большой скорости звезды, проходившей мимо Солнца, газовый протуберанец должен был уйти вместе со звездой. При малой скорости звезды газовая струя должна была упасть на Солнце. Только в случае строго определенной скорости звезды газовый протуберанец мог бы стать спутником Солнца. В этом случае его орбита должна быть в 7 раз меньше орбиты самой близкой к Солнцу планеты - Меркурия.

Таким образом, гипотеза Джинса, так же как и гипотеза Канта-Лапласа, не смогла дать верного объяснения непропорциональному распределению момента количества движения в Солнечной системе. Самым большим недостатком этой гипотезы является факт случайности, исключительности образования семьи планет, что противоречит материалистическому мировоззрению и имеющимся фактам, говорящим о наличии планет в других звездных мирах. Кроме того, расчеты показали, что сближение звезд в мировом пространстве практически исключено, и даже если бы это произошло, проходящая звезда не могла бы придать планетам движение по круговым орбитам.

Современные гипотезы. Больших успехов в развитии космогонии достигли ученые нашей страны. Наиболее популярными являются гипотезы о происхождении Солнечной системы, созданные О. Ю. Шмидтом и В. Г. Фесенковым. Оба ученых при разработке своих гипотез исходили из представлений о единстве материи во Вселенной, о непрерывном движении и эволюции материи, являющихся ее основными свойствами, о разнообразии мира, обусловленного различными формами существования материи.

Гипотеза О. Ю. Шмидта. Согласно концепции О.Ю. Шмидта, Солнечная система образовалась из скопления межзвездной материи, захваченной Солнцем в процессе движения в мировом пространстве. Солнце движется вокруг центра Галактики, совершая полный оборот за 180 млн лет. Среди звезд Галактики имеются большие скопления газово-пылевых туманностей. Исходя из этого, О. Ю. Шмидт полагал, что Солнце при движении вступило в одно из таких облаков и захватило его с собой. Силой своего притяжения оно заставило облако вращаться вокруг себя. Шмидт полагал, что первоначальное облако межзвездной материи обладало некоторым вращением, в противном случае его частицы выпали бы на Солнце.

В процессе обращения облака вокруг Солнца мелкие частицы сосредоточивались в экваториальной части. Облако превращалось в плоский уплотненный вращающийся диск, в котором вследствие увеличения взаимного притяжения частиц происходило сгущение. Образовавшиеся сгущения-тела росли за счет присоединяющихся к ним мелких частиц, как снежный ком. Таким путем образовались планеты и обращающиеся вокруг них спутники. Планеты стали вращаться по круговым орбитам вследствие усреднения орбит малых частиц.

Земля, по мнению О. Ю. Шмидта, также образовалась из роя холодных твердых частиц. Постепенное разогревание недр Земли произошло за счет энергии радиоактивного распада, что привело к выделению воды и, газа, входивших в небольших количествах в состав твердых частиц. В результате возникли океаны и атмосфера, обусловившие появление жизни на Земле.

Гипотеза О. Ю. Шмидта правильно объясняет ряд закономерностей в строении Солнечной системы. Ученый считает, что имеющиеся несоответствия в распределении моментов количества движения Солнца и планет объясняются разными первоначальными моментами количества движения Солнца и газово-пылевой туманности. Шмидт рассчитал и математически обосновал расстояния планет от Солнца и между собой и выяснил причины образования крупных и мелких планет в разных частях Солнечной системы и разницу в их составе. Посредством расчетов обоснованы причины вращательного движения планет в одну сторону. Недостатком гипотезы является рассмотрение вопроса о происхождении планет изолированно от образования Солнца- определяющего члена системы. Концепция не лишена элемента случайности: захвата Солнцем межзвездной материи.

Гипотеза В. Г. Фесенкова. Работы астронома В. А. Амбар-цумяна, доказавшего непрерывность образования звезд в результате конденсации вещества из разреженных газово-пылевых туманностей, позволили академику В. Г. Фесенкову выдвинуть новую гипотезу. Фесенков полагает, что процесс образования планет широко распространен во Вселенной, где имеется много планетных систем. По его мнению, формирование планет связано с образованием новых звезд, возникающих в результате сгущения первоначально разреженного вещества. Одновременное образование Солнца и планет доказывается одинаковым возрастом Земли и Солнца.

В результате уплотнения газово-пылевого облака сформировалось звездообразное сгущение. Под влиянием быстрого вращения туманности значительная часть газово-пылевой материи все больше удалялась от центра туманности по плоскости экватора, образуя нечто вроде диска. Постепенно уплотнение газово-пылевой туманности обусловило формирование планетных сгущений, образовавших впоследствии современные планеты Солнечной системы. В отличие от Шмидта Фесенков полагает, что газово-пылевая туманность находилась в раскаленном состоянии. Большой его заслугой является обоснование закона планетных расстояний в зависимости от плотности среды. ВТ. Фесенков математически обосновал причины устойчивости момента количества движения в Солнечной системе потерей вещества Солнца при выборе материи, вследствие чего произошло замедление его вращения. В.Г. Фесенков приводит также доводы в пользу обратного движения некоторых спутников Юпитера и Сатурна, объясняя это захватом планетами астероидов.

На данном этапе изучения Вселенной гипотеза В. Г. Фесенкова правильно освещает вопрос происхождения, развития и особенности строения Солнечной системы. Из концепции гипотезы вытекает, что планетообразование является широко распространенным процессом во Вселенной. Формирование планет происходило из вещества, тесно связанного с первичным Солнцем, без вмешательства внешних сил.

Строение и состав Земли

Масса Земли оценивается в 5,98-10 27 г, а ее объем - в 1,083-10 27 см 3 . Следовательно, средняя плотность планеты составляет около 5,5 г/см 3 . Но плотность доступных нам горных пород равна 2,7-3,0 г/см 3 . Из этого следует, что плотность вещества Земли неоднородна.

Земля окружена мощной газовой оболочкой - атмосферой. Она является своеобразным регулятором обменных процессов между Землей и Космосом. В составе газовой оболочки выделяется несколько сфер, отличающихся составом и физическими свойствами. Основная масса газового вещества заключена в тропосфере, верхняя граница которой, расположенная на высоте около 17 км на экваторе, снижается к полюсам до 8-10 км. Выше, на протяжении стратосферы и мезосферы, нарастает разреженность газов, сложно меняются термические условия. На высоте от 80 до 800 км располагается ионосфера - область сильно разреженного газа, среди частиц которого преобладают электрически заряженные. Самую наружную часть газовой оболочки образует экзосфера, простирающаяся до высоты 1800 км. Из этой сферы происходит диссипация наиболее легких атомов - водорода и гелия.

Главнейшими методами изучения внутренних частей нашей планеты являются геофизические, в первую очередь наблюдения за скоростью распространения сейсмических волн, образующихся от взрывов или землетрясений. Подобно тому, как от камня, брошенного в воду, в разные стороны расходятся по поверхности воды

волны, так в твердом веществе от очага взрыва распространяются упругие волны. Среди них выделяют волны продольных и поперечных колебаний. Продольные колебания представляют собой чередования сжатия и растяжения вещества в направлении распространения волны. Поперечные колебания можно представить как чередующиеся сдвиги в направлении, перпендикулярном распространению волны.

Волны продольных колебаний, или, как принято говорить, продольные волны, распространяются в твердом веществе с большей скоростью, чем поперечные. Продольные волны распространяются как в твердом, так и в жидком веществе, поперечные - только в твердом. Следовательно, если при прохождении сейсмических волн через какое-либо тело будет обнаружено, что оно не пропускает поперечные волны, то можно считать, что это вещество находится в жидком состоянии. Если через тело проходят оба типа сейсмических волн, то это - свидетельство твердого состояния вещества.

Скорость волн увеличивается с возрастанием плотности вещества. При резком изменении плотности вещества скорость волн будет скачкообразно меняться. В результате изучения распространения сейсмических волн через Землю обнаружено, что имеется несколько определенных границ скачкообразного изменения скоростей волн. Поэтому предполагается, что Земля состоит из нескольких концентрических оболочек (геосфер).

На основании установленных трех главных границ раздела выделяют три главные геосферы: земную кору, мантию и ядро (рис. 2.1).

Первая граница раздела характеризуется скачкообразным увеличением скоростей продольных сейсмических волн от 6,7 до 8,1 км/с. Эта граница получила название раздела Мохоровичича (в честь сербского ученого А.Мохоровичича, который ее открыл), или просто граница М. Она отделяет земную кору от мантии. Плотность вещества земной коры, как указано выше, не превышает 2,7-3,0 г/см 3 . Граница М расположена под континентами на глубине от 30 до 80 км, а под дном океанов - от 4 до 10 км.

Учитывая, что радиус Земного шара равен 6371 км, земная кора представляет собой тонкую пленку на поверхности планеты, составляющую менее 1% ее общей массы и примерно 1,5% ее объема.

Мантия - самая мощная из геосфер Земли. Она распространяется до глубины 2900 км и занимает 82,26% объема планеты. В мантии сосредоточено 67,8% массы Земли. С глубиной плотность вещества мантии в целом возрастает с 3,32 до 5,69 г/см 3 , хотя это происходит неравномерно.

Рис. 2.1. Схема внутреннего строения Земли

На контакте с земной корой вещество мантии находится в твердом состоянии. Поэтому земную кору вместе с самой верхней частью мантии называют литосферой.

Агрегатное состояние вещества мантии ниже литосферы недостаточно изучено и по этому поводу имеются различные мнения. Предполагается, что температура мантии на глубине 100 км составляет 1100- 1500°С, в глубоких частях - значительно выше. Давление на глубине 100 км оценивается в 30 тыс.атм., на глубине 1000 км - 1350 тыс. атм. Несмотря на высокую температуру, судя по распространению сейсмических волн, вещество мантии преимущественно твердое. Колоссальное давление и высокая температура делают невозможным обычное кристаллическое состояние. По-видимому, вещество мантии находится в особом высокоплотном состоянии, которое на поверхности Земли невозможно. Уменьшение давления или некоторое повышение температуры должны вызвать быстрый переход вещества в состояние расплава.

Мантию подразделяют на верхнюю (слой В, простирающийся до глубины 400 км), промежуточную (слой С - от 400 до 1000 км) и нижнюю (слой Д - от 1000 до 2900 км). Слой С именуют также слоем Голицина (в честь русского ученого Б.Б.Голицина, установившего этот слой), а слой В - слоем Гутенберга (в честь выделившего его немецкого ученого Б.Гутенберга).

В верхней мантии (в слое В) имеется зона, в которой скорость поперечных сейсмических волн значительно уменьшается. По-видимому, это связано с тем, что вещество в пределах зоны частично находится в жидком (расплавленном) состоянии. Зона пониженной скорости распространения поперечных сейсмических волн предполагает, что жидкая фаза составляет до 10%, что отражается на более пластичном состоянии вещества по сравнению с выше и ниже расположенными слоями мантии. Относительно пластичный слой пониженных скоростей сейсмических волн получил название астеносферы (от греч. asthenes - слабый). Мощность ослабленной зоны достигает 200-300 км. Располагается она на глубине примерно 100-200 км, но глубина меняется: в центральных частях океанов астеносфера располагается выше, под устойчивыми участками материков опускается глубже.

Астеносфера имеет весьма важное значение для развития глобальных эндогенных геологических процессов. Малейшее нарушение термодинамического равновесия способствует образованию огромных масс расплавленного вещества (астенолитов), которые поднимаются вверх, способствуя перемещению отдельных блоков литосферы по поверхности Земли. В астеносфере возникают магматические очаги. Исходя из тесной связи литосферы с астеносферой эти два слоя объединяют под названием тектоносфера.

В последнее время внимание ученых в мантии привлекает зона, расположенная на глубине 670 км. Полученные данные позволяют предполагать, что эта зона намечает нижнюю границу конвективного тепломассообмена, который связывает верхнюю мантию (слой В) и верхнюю часть промежуточного слоя с литосферой.

В пределах мантии скорость сейсмических волн в целом возрастает в радиальном направлении от 8,1 км/с на границе земной коры с мантией до 13,6 км/с в нижней мантии. Но на глубине около 2900 км скорость продольных сейсмических волн резко уменьшается до 8,1 км/с, а поперечные волны глубже вообще не распространяются. Этим намечается граница между мантией и ядром Земли.

Ученым удалось установить, что на границе мантии и ядра в интервале глубин 2700-2900 км, в переходном слое Д 1 (в отличие от нижней мантии, имеющей индекс Д) происходит зарождение гигантских тепловых струй - плюмов, периодически пронизывающих всю мантию и проявляющихся на поверхности Земли в виде обширных вулканических полей.

Ядро Земли - центральная часть планеты. Оно занимает только около 16% ее объема, но содержит более трети всей массы Земли. Судя по распространению сейсмических волн, периферия ядра находится в жидком состоянии. В то же время наблюдения за происхождением приливных волн позволили установить, что упругость Земли в целом очень велика, больше упругости стали. По-видимому, вещество ядра находится в каком-то совершенно особом состоянии. Здесь господствуют условия чрезвычайно высокого давления в несколько миллионов атмосфер. В этих условиях происходит полное или частичное разрушение электронных оболочек атомов, вещество «металлизируется», т.е. приобретает свойства, характерные для металлов, в том числе высокую электропроводность. Возможно, что земной магнетизм является результатом электрических токов, возникающих в ядре в связи с вращением Земли вокруг своей оси.

Плотность ядра - 5520 кг/м 3 , т.е. это вещество в два раза тяжелее каменной оболочки Земли. Вещество ядра неоднородно. На глубине около 5100 км скорость распространения сейсмических волн вновь возрастает с 8100 м/с до 11000 м/с. Поэтому предполагают, что центральная часть ядра твердая.

Вещественный состав разных оболочек Земли представляет весьма сложную проблему. Для непосредственного изучения состава доступна лишь земная кора. Имеющиеся данные свидетельствуют, что земная кора состоит преимущественно из силикатов, а 99,5% ее массы составляют восемь химических элементов: кислород, кремний, алюминий, железо, магний, кальций, натрий и калий. Все остальные химические элементы в сумме образуют около 1,5%.

О составе более глубоких сфер Земного шара можно судить лишь ориентировочно, используя геофизические данные и результаты изучения состава метеоритов. Поэтому модели вещественного состава глубинных сфер Земли, разработанные разными учеными, различаются. Можно с большой уверенностью предполагать, что верхняя мантия также состоит из силикатов, но содержащих меньше кремния и больше железа и магния по сравнению с земной корой, а нижняя мантия - из оксидов кремния и магния, кристаллохи-мическая структура которых значительно более плотная, чем у этих соединений, находящихся В Земной коре.

. ... геологии КУРС ЛЕКЦИЙ ГЕОЛОГИИ Лекция 1. Геология и цикл геологических наук . Краткий обзор истории Геология и цикл геологических наук . Геология ...

Лекция 1 Геология и цикл геологических наук (1)

Курс лекций

... ГЕОЛОГИИ Лекция 1. Геология и цикл геологических наук . ... геологии КУРС ЛЕКЦИЙ ВВЕДЕНИЕ В СПЕЦИАЛЬНОСТЬ Минск 2005 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ГЕОЛОГИИ Лекция 1. Геология и цикл геологических наук . Краткий обзор истории Геология и цикл геологических наук . Геология ...

Б 2 математический и естественнонаучный цикл базовая часть б 2 1 математика и математические методы в биологии аннотация

Документ

... лекций Кол-во часов Формы текущего контроля успеваемости 1 2 3 4 Геология

В данной работе производится анализ темы солнечная система, как она устроена. Какие версии были раньше и существуют в настоящее время. В исследовании подробно рассматриваются разные факты о солнечной системе и о всем что окружает ее.

Цели и задачи работы

1.Представить читателю наиболее подробную информацию о солнечной системе.

2.Разьяснить и детально рассмотреть гипотезы ученых о солнечной системе.

3.Определить важность и значимость каждой гипотезы и формирования солнечной системы.

Объем работы составляет 20 страниц формата А4.

Информация для работы взята из 8 различных источников.

Работу выполнил и подготовил студент первого курса ЧСХТ группы 112

Батанов Всеволод Олегович.

1.Введение……………………………………………………………………………………………………………….3стр

2.Первые теории образования Солнечной системы и планет………………………….....4стр.1) Гипотеза Иммануила Канта……………………………………………………………………………..4стр.2) Гипотеза Пьера Си­мона Лапласа…………………………………………………...................4стр.3) Гипотеза Джеймса Джинса………………………………………………………………………………4стр.

4) Гипотеза Ханнеса Альвена……………………………………………………………………………….6стр.5) Гипотеза Фреда Хойла……………………………………………………………………………………..6стр.6) Гипотеза В. А. Амбарцумяна……………………………………………………….....................7стр.7) Планетная космогония Шмидта………………………………………………….....................7стр.

8) Солнечная система…………………………………………………………………........................10стр.

3.Современные представления об образовании Солнечной системы………………..11стр.

4.Заключение……………………………………………………………………………………………………………17стр.

5.Список литературы………………………………………………………………………………………………..19стр.

Введение С начала времен людей интересовало происхождение Земли, Солнца, звезд и планет. Как они возникли, как развиваются и чем всё закончится? На протяжении человеческой истории существовало множество самых различных гипотез происхождения Солнца и планет - от мифологической и божественной до космологических. Ученые выдвигали множество гипотез: хорошо обоснованных и не очень, правдоподобных и невероятных, но большинство из них так и не смогли приблизиться к тому, чтобы стать настоящей теорией. По сей день единой, завершённой теории образования звёзд, планет или галактик не существует. Об истории возникновения Солнечной системы, происхождении звезд, Солнца и Земли с давних времен создавалось много учений, и во многих из них содержалась доля истины, объяснявшая какую-либо особенность космогенеза. Развитие астрономии и других естественных наук послужило основой для создания научных космогонических гипотез. Слово «космогония» происходит от греческого «космос», что означает Мир, Вселенная. Космогония - это наука, которая изу­чает происхождение и развитие небесных тел, в частности нашей Солнечной системы. В вопросе происхождения Солнечной системы еще много не­ясного. Поэтому для объяснения недостаточно изученных явле­ний обычно выдвигают то или иное научное предположение, или гипотезу. Следовательно, космогоническая гипотеза - это науч­ное предположение о происхождении и развитии небесных тел. Открытие Ньютоном в XVII веке закона всемирного тяготения лежит в основе главных идей первых эволюционных космогонических гипотез Канта, Гершеля, Лапласа. Их смысл - в постепенном изменении гравитирующей материи, непрерывной эволюции космических образований путем их уплотнения и ведущей роли в этом процессе сил гравитации. Начиная уже с Vв. до новой эры проблемой образования Солнечной системы интересовался Гераклид Понтийский. Из наиболее ранних теорий происхождения Солнечной системы известно учение Рене Декарта 1644 года. Но только со второй половины XVIII века порождаются эволюционные космогонические гипотезы такими учеными, как Бюффон, Кант, Лаплас, Рош, Мейер, Лоньер, Бикертон. И начиная с ХХ века, начинают образовываться современные модели образования Солнечной системы и планет.

Первые теории образования Солнечной системы и планет. Одна из первых попыток научного объяснения происхожде­ния небесных тел принадлежит известному немецкому философу Иммануилу Канту (1724-1804). В 1755 году была напечатана его книга «Всеобщая естественная история и теория неба». В ней Кант образно сказал: «Дайте мне ма­терию, и я покажу вам, как из нее должен образоваться мир». По­добно древним грекам, он считал, что первоначальным состоянием мира был хаос, когда пространство Вселенной было заполнено хо­лодными пылевыми частицами. Но вследствие притяжения, дей­ствовавшего между ними, хаос распался на отдельные сгущения. В течение долгого времени сгущения росли и уплотнялись. Из более крупного (центрального) сгущения образовалось Солнце, а из других, малых сгущений, - планеты и их спутники. Знаменитый французский астроном и математик Пьер Си­мон Лаплас (1749-1827) ничего не знал о гипотезе своего со­временника Канта: космогонические идеи немецкого философа еще не успели проникнуть во Францию. Создавая собственную гипотезу, Лаплас учел основные особенности строения Солнеч­ной системы и, опираясь на известные ему факты, описал про­цесс образования Солнечной системы из вращающейся раска­ленной газовой туманности... Главная же несостоятельность гипотезы Лапласа вскрылась лишь после того, как был сделан подсчет моментов количества движения в Солнечной системе. Как известно, момент количества движения планеты равен произведению ее массы на скорость движения по орбите и на рас­стояние планеты от Солнца. Когда ученые подсчитали все орбитальные и вращательные моменты в Солнечной системе, то оказалось, что на долю планет и их спутников приходится более 98% момента количества движения, а на до­лю массивного Солнца - только около 2%. Это прямой результат слишком медленного вращения нашего дневного светила, что полностью исключает воз­можность отделения колец от протосолнца. В самом деле, зная скорость вращения Солнца вокруг своей оси (линейная скорость на солнечном эква­торе около 2 км/с), можно, исходя из закона сохранения момента количества движения, подсчитать угловую скорость, которой должно было обладать первичное Солнце. Она действительно оказалась совершенно недостаточной. Для гипотезы Лапласа эта трудность оказалась непреодолимой. На смену ей стали выдвигаться другие гипотезы. В частности, гипотеза Джинса, предложенная в 1916 году Джеймсом Джинсом, согласно которой вблизи Солнца прошла звезда и ее притяжение вызвало выброс солнечного вещества, из которого в последующем образовались планеты, должна была объяснить парадокс распределения момента импульса. Эта гипотеза во всех отношениях представляет собой полную противоположность гипотезе Канта - Лапласа. Если последняя рисует образование планетных систем (в том числе и нашей Солнечной) как единый закономерный процесс эволюции от простого к сложному, то в гипотезе Джинса образование таких систем есть дело случая и представляет редчайшее, исключительное явление. Согласно гипотезе Джинса, исходная материя, из которой в дальнейшем образовались планеты, была выброшена из Солнца (которое к тому времени было уже достаточно "старым" и похожим на нынешнее) при случайном прохождении вблизи него некоторой звезды. Это прохождение было настолько близким, что практически его можно рассматривать как столкновение. При таком очень близком прохождении благодаря приливным силам, действовавшим со стороны налетевшей на Солнце звезды, из поверхностных слоев Солнца была выброшена струя газа. Эта струя останется в сфере притяжения Солнца и после того, как звезда уйдет от Солнца. В дальнейшем струя сконденсируется и даст начало планетам. Эта гипотеза, владевшая умами астрономов в течение трех десятилетий, предполагает, что образование планетных систем, подобных нашей Солнечной, есть процесс исключительно маловероятный. В самом деле, как подсчитано, столкновения звезд, а также их близкие взаимные прохождения в нашей Галактике могут происходить чрезвычайно редко. Отсюда следует, что, если бы гипотеза Джинса была правильной, то планетных систем, образовавшихся в Галактике за 10 млрд. лет ее эволюции, можно было пересчитать буквально по пальцам. А так как это, по-видимому, не соответствует действительности и число планетных систем в Галактике достаточно велико, гипотеза Джинса оказывается несостоятельной. Несостоятельность этой гипотезы следует также и из других соображений. Прежде всего, она страдает тем же фатальным недостатком, что и гипотеза Канта - Лапласа: гипотеза Джинса не в состоянии объяснить, почему подавляющая часть момента количества движения Солнечной системы сосредоточена в орбитальном движении планет. Математические расчеты, выполненные в свое время Н. Н. Парийским, показали, что при всех случаях в рамках гипотезы Джинса образуются планеты с очень маленькими орбитами. Еще раньше на эту классическую космогоническую трудность применительно к гипотезе Джинса указал американец Рессел. Наконец, ниоткуда не следует, что выброшенная из Солнца струя горячего газа может сконденсироваться в планеты. Наоборот, расчеты ряда известных астрофизиков, в частности, Лаймана Спитцера, показали, что вещество струи рассеется в окружающем пространстве и конденсации не будет. Таким образом, космогоническая гипотеза Джинса оказалась полностью несостоятельной. Это стало очевидным уже в конце тридцатых годов ХХ столетия. Прогрессивное значение этих гипотез огромно, ибо впервые в истории науки на основе известных в то время законов приро­ды была сделана попытка объяснить происхождение Солнечной системы. И начиная с ХХ века, начинают образовываться современные модели образования Солнечной системы и планет. Из таких гипотез происхождения солнечной системы наиболее известна электромагнитная гипотеза шведского астрофизика X. Альвена, усовершенствованная Ф. Хойлом.. Альвен исходил из предположения, что некогда Солнце обладало очень сильным электромагнитным полем. Туманность, окружавшая светило, состояла из нейтральных атомов. Под действием излучений и столкновений атомы ионизировались. Ионы попадали в ловушки из магнитных силовых линий и увлекались вслед за вращающимся светилом. Постепенно Солнце теряло свой вращательный момент, передавая его газовому облаку. Слабость предложенной гипотезы заключалась в том, что атомы наиболее легких элементов должны были ионизироваться ближе к Солнцу, атомы тяжелых элементов - дальше. Значит, ближайшие к Солнцу планеты должны были бы состоять из наилегчайших элементов - водорода и гелия, а более отдаленные - из железа и никеля. Наблюдения говорят об обратном. Чтобы преодолеть эту трудность, английский астроном Ф. Хойл предложил новый вариант гипотезы. Солнце зародилось в недрах туманности. Оно быстро вращалось, и туманность становилась все более плоской, превращаясь в диск. Постепенно диск начинал тоже разгоняться, а Солнце тормозилось. Момент количества Движения переходил к диску. Затем в нем образовались планеты. Если предположить, что первоначальная туманность уже обладала) магнитным полем, то вполне могло произойти перераспределение углового момента. Трудностями и противоречиями гипотезы Хойла являются следующие: во-первых, нелегко представить, как могли "отсортироваться" избыточный водород и гелий в первоначальном газовом диске, из которого образовались планеты, поскольку химический состав планет явно отличен от химического состава Солнца; во-вторых, не совсем ясно, каким образом легкие газы покинули Солнечную систему (процесс испарения, предлагаемый Хойлом, сталкивается со значительными трудностями); в-третьих, главной трудностью гипотезы Хойла является требование слишком сильного магнитного поля у "протосолнца", резко противоречащее современным астрофизическим представлениям. Вторая гипотеза, выдвинутая акад. В. А. Амбарцумяном, состоит в том, что звезды образуются из некоторого сверхплотного вещества. Основой этого кажущегося неожиданным предположения является вывод, что в наблюдаемой Вселенной процессы распада преобладают над процессом соединения. Если это так, то наиболее важный космогонический процесс - образование звезд - должен быть переходом вещества из более плотного состояния в менее плотное, а не наоборот, как предполагает гипотеза образования звезд из газа. Гипотеза, как отмечает Т.А. Агекян, требует, чтобы во Вселенной существовал материал - сверхплотное вещество, которого еще никто ни при каких обстоятельствах не наблюдал и многие свойства которого остаются неизвестными. Однако, по мнению ученых, это обстоятельство нельзя считать недостатком гипотезы по той простой причине, что, изучая проблему происхождения звезд и звездных систем, мы выходим за круг явлений, связанных с обычной деятельностью человека. Сверхплотная материя, если она существует, должна быть недоступна современным средствам наблюдения, так как она занимает очень малые объемы пространства и почти не излучает. Основные ее свойства -необычайно высокая плотность и огромный запас энергии, которая бурно выделяется при распаде такого вещества. Возможность существований сверхплотных масс материи рассматривалась Г. Р. Оппенгеймером, Г. М. Волковым. В свое время В. А. Амбарцумян и Г. С. Саакян показали, что могут существовать массы со сверхплотными ядрами, состоящими из тяжелых элементарных частиц - гиперонов. Радиусы таких объектов составляют всего несколько километров, а массы мало уступают массе Солнца, так что средняя плотность равна миллионам тонн на кубический сантиметр. Планетная космогония Шмидта Анализируя основные закономерности движения планет, ака­демик О. Ю. Шмидт (1891-1956) пришел к заключению, что вы­воды Канта и Лапласа об образовании планет из рассеянного ве­щества в своей основе были верны. Только сам процесс формиро­вания планет был представлен неправильно. В основе космогонической гипотезы Шмидта лежит идея об­разования планет не в результате сжатия раскаленных газовых сгустков, а путем аккумуляции (объединения) холодных твердых частиц и тел. Эти тела - так называемые планетезимали, по своим размерам близкие к метеороидам и астероидам, - в относительно короткое (по астрономическим меркам) время сформировались из пыли и газа дискообразной туманности - протопланетного (допланетного) облака, окружавшего молодое Солнце. Отсюда не­избежно следовало, что наша Земля никогда не была огненно- жидкой. Будучи вначале холодной, она разогрелась лишь потом, благодаря распаду радиоактивных элементов. Рассмотрим про­цесс формирования планет Солнечной сис­темы более подробно. О. Ю. Шмидт предположил, что допланетное облако было захвачено Солнцем, когда оно, двигаясь вокруг центра Галакти­ки, проходило сквозь межзвездную туман­ность. Сейчас большинство космогонистов при­держивается взгляда о совместном образова­нии Солнца и планет из одного и того же га­зопылевого облака. И судить о том, каким было это облако, можно лишь косвенно, ис­ходя из наших знаний о Солнечной системе. Неоценимую услугу в этом во­просе оказывают ученым ме­теориты. Ведь метеоритное ве­щество мало изменилось с тех пор, как около 4,5 млрд. лет на­зад оно собралось в небольшие планетезимали, а затем участво­вало в образовании тел астеро­идных размеров. В последние годы выяснилось, что метеорит­ное вещество хранит в зашиф­рованном виде «запись» даже тех событий, которые предше­ствовали началу эволюции протопланетного облака. Специалисты считают, что так называе­мые углистые хондриты - это просто «спрессованная» меж­звездная пыль, входившая в со­став бывшей протопланетной туманности. Ее начальная масса составляла, видимо, около 5% от массы самого Солнца. Итак, исходным материалом для формирования планет яви­лось допланетное облако. В гипотезе Шмидта это облако не пы­левое и не газовое, а газопылевое, что существенно меняет про­цесс его развития. Поначалу частицы газа и пыли, составлявшие облако, обладали хаотическими движениями и поэтому часто сталкивались между собой. Известно, что столкновения атомов газа происходят упруго, а молекул - почти упруго. Другими сло­вами, атомы и молекулы газа после столкновений отскакивали друг от друга почти с прежними скоростями; беспорядочность их движения почти не уменьшалась. Совсем иначе ведут себя пылинки: они сталкиваются неупру­го. Поэтому скорости пылинок, претерпевших столкновения, уменьшались. Их кинетическая энергия превращалась в тепло­вую; последняя излучалась в окружающее пространство... Как видим, разрабатывая свою гипотезу, Шмидт учел процесс перехода механической энергии движения пылевых частиц в тепло, что сыграло главную роль в развитии газопылевого облака. Это позволило ученому успешно объяснить превращение облака в планетную систему. Потеря кинетической энергии пылинок приводила к тому, что они оседали к экваториальной плоскости газопылевого облака. Это происходило примерно в течение 100 тыс. лет. Так пылевая со­ставляющая облака постепенно превратилась во вращающийся пылевой диск. Произошло как бы расслоение облака на пылевой диск и сфероидальную газовую среду. В какой-то момент плотность частиц в пылевом диске достиг­ла критического значения и наступила так называемая гравита­ционная неустойчивость. В результате диск разбился на отдель­ные пылевые сгущения. Но благодаря гравитационному взаимо­действию такие сгущения сталкивались, объединялись и уплот­нялись, превращаясь в планетезимали. Примерно через 1 млн. лет масса планетезималей становится сравнимой с массой крупнейших астероидов, известных в настоящее время. Они двигались вокруг молодого Солнца в одном направлении - в направлении вращения допланетного облака. Следующий этап развития состоял в объединении плане­тезималей в планеты. Он занял гораздо больше времени, чем предыдущий - образование пылевого диска и формирова­ние роя планетезималей. Относительные скорости планетезималей были сравни­тельно невелики - порядка 10-100 м/с. И, сталкиваясь между собой, они в большинст­ве случаев объединялись. В каждой «зоне питания» находились тела, которые рос­ли гораздо быстрее остальных. Они стали зародышами будущих планет. Результаты моделирования для зоны планет зем­ной группы показали, что Земля приобрела 98% своей массы за 100 млн. лет. Эта оценка продолжительности роста Земли при­надлежит московскому астроному Виктору Сергеевичу Сафронову (1917-1999), который вместе с Борисом Юльевичем Леви­ным (1912-1989), Василием Григорьевичем Фесенковым и не­которыми другими отечественными учеными занимался разра­боткой гипотезы О. Ю. Шмидта. Процесс образования планет-гигантов Юпитера и Сатурна можно разделить на два этапа. На первом, длившемся десятки миллионов лет в области Юпитера и около 100 млн. лет в области Сатурна, тоже происходила аккумуляция планетезималей (твер­дых тел), подобная той, что совершалась в зоне планет земной группы. Но с достижением протопланетами некоторой критиче­ской массы, равной примерно 3-5 массам Земли, начался второй этап образования гигантов - аккреция газа на массивные твер­дые ядра. Она длилась, по-видимому, около 1 млн. лет. Образование твердых ядер Урана и Нептуна заняло несколько сот миллионов лет. Кроме того, температура на окраинах планет­ной системы была очень низкой, поэтому в состав планет-гиган­тов и их спутников вошло еще много замерзшей воды и заморо­женных газов - аммиака и метана. При объединении многочисленных сгущений в планеты про­исходило естественное осреднение их орбит. Образовавшиеся планеты стали двигаться почти в одной плоскости и почти по кру­говым орбитам. В этом едином космогоническом процессе вокруг планет воз­никали их спутники - луны. Образование спутников шло ана­логичным путем. Происхождение спутников Юпитера, Сатурна и Нептуна, обладающих обратным движением, объясняется их захватом. В рамках планетной космогонии Шмидта прекрасное объясне­ние получило четкое разделение больших планет на две группы по своим физико-химическим особенностям. Вначале газопылевое облако было однородно и, подобно Солнцу, состояло в основном из водорода и гелия. К этим двум газам в небольшом количестве были подмешаны другие химические элементы. Твердое вещест­во в виде пылинок составляло около 1 % первоначальной массы допланетного облака. На первом этапе эволюции облака, когда пылевые частицы со­брались в плоский непрозрачный диск, солнечные лучи не могли прогреть всю его толщу одинаково. В зоне современной орбиты Плутона температура внутри диска была ненамного выше абсо­лютного нуля. В зоне орбиты Земли она была близка к О °С. А час­ти диска, расположенные около Солнца, сильно нагревались его лучами, и из пылинок выделялись газы. Наиболее легкие, особенно водород и гелий, рассеивались в пространстве, а также под действием давления света и мощных корпускулярных потоков (солнечного ветра) устремлялись в хо­лодную зону. Там газы обильно намерзали на пылевых частицах и быстро их укрупняли. С течением времени в прогреваемой зоне остались лишь частицы тугоплавких силикатов и металлов. Из этих тяжелых веществ и образовались сравнительно небольшие планеты земной группы. А вдали от Солнца, где в изобилии скопился водород и другие летучие вещества, возникли планеты-гиганты с малой средней плотностью. Так произошло разделение планет на две группы. Такова в общих чертах картина образования планет и их спут­ников по гипотезе академика О. Ю. Шмидта, дополненной ре­зультатами новейших исследований. Гипотеза Шмидта объясняет основные закономерности Солнечной системы: формы, размеры и расположение планетных орбит, распределение планет в пространстве в связи с их массой и многое другое. О.Ю. Шмидту удалось теоретически объяснить закон планетных расстояний, т.е. связь радиуса орбиты с её номером(в порядке удаления от Солнца). Хотя на частном примере Шмидт показал принципиальную возможность захвата, сама идея о захвате ”протопланетного” облака теоретически была плохо обоснована, и эта часть гипотезы Шмидта оказалась самой слабой. В рамках его гипотезы плохо разработан вопрос о происхождении спутников планет, например Луны, которая обладает относительно большой массой и вместе с Землей образуют двойную планету. Остались необъясненными обратное вращение Венеры, положение оси вращения Урана и ряд других деталей, пусть второстепенных, но требующих все-таки объяснения. Солнечная система Солнечная система состоит из 9 планет: Меркурия, Венеры, Земли, Марса, (Юпитера, Сатурна, Урана, Нептуна, Плутона. Все планеты движутся в одном направлении, в единой плоскости (за исключением Плутона) по почти круговым орбитам. От центра до окраины Солнечной системы (до Плутона) 5,5 световых часов. Расстояние от Солнца до Земли 149 млн. км, что составляет 107 его диаметров. Малые планеты, как и большинство спутников планет, не имеют атмосферы, так как сила тяготения на их поверхности недостаточна для удержания газов. В атмосфере Венеры преобладает углекислый газ, в атмосфере Юпитера аммиак. На Луне и Марсе имеются кратеры вулканического происхождения. Радиус Земли 6,3 тыс. км. Масса 6 21 тонн. Плотность 5,5 г/см 3 . Скорость вращения вокруг Солнца 30 км/сек. Земля состоит из литосферы (земной коры), протяженностью 10-80 км, мантии и ядра. В атмосфере Земли, вес которой 5 300 000 млрд. тонн, преобладает азот и кислород. Разделяется она на тропосферу (до 9 -17 км) - «фабрику погоды», стратосферу (до 55 км) - «кладовую погоды», ионосферу, которая состоит из заряженных под воздействием излучений Солнца частиц, и зону рассеивания, располагающуюся на высоте 800-1000 км. Пояса радиации из частиц высоких энергий выше атмосферы предохраняют Землю от жестких космических лучей, губительных для всего живого

Современные представления об образовании Солнечной системы На рубеже XIX и XX веков большое распространение получила приливная гипотеза. Так, американцы Т. Чемберлен в 1901 г и Ф. Мультон в 1905 г выдвинули концепцию о встрече Солнца со звездой, вызвавшей приливный выброс вещества Солнца, известную под названием «теории встречи» или планетезимальной гипотезы. В соответствии с ней Солнце первоначально представляло собой одиночную постоянную звезду - первичное Солнце. Позднее под действием сил притяжения какой-то близко проходившей крупной звезды часть его вещества была отторгнута и отделилась от него. Затем рассеянное вещество консолидировалось в планетезимали. Последние, вращаясь вокруг Солнца, по-видимому, сконцентрировались в нескольких точках, образовав планеты. После Лапласа, первый ученый, который попытался рассматривать планеты как результат функционирования Солнца как звезды, был Бикерланд. В 1912 году Бикерланд на основе дискретности орбит спутников Солнца предположил, что ионы, выброшенные Солнцем, образовали кольца в магнитном поле Солнца. Учитывая особенности распределения моментов количества движения в Солнечной системе, Г. Аррениус в 1913 году выдвинул теорию о прямом столкновении Солнца со звездой, в результате которого остались Солнце и длинное волокно, которое вращаясь, распалось на части и положило начало планетам. В основу своей концепции ученый положил опять-таки случайный фактор, не учитывающий прослеживающейся в строении солнечной системы закономерности. Похожей на теории Аррениуса была провозглашенная в 1916 году Джеффрисом идея о скользящем столкновении Солнца со звездой, которое привело к возникновению длинного волокна, распавшегося на части. В 1916 году была выдвинута популярная в свое время теория Джинса, английского физика, изучавшего состав газов. Он считал размеры и массу Солнца постоянными, неизменными величинами, так же как и силы его вращения. Его идея заключалась в частичном участии Солнца в формировании системы планет под действием двух вращающихся звезд: Солнца и его «случайной» соседки, вырвавшей из Солнца газовый рукав. Итак, следуя теории Чемберлена-Мультона, Джинс предполагал встречу первичного Солнца и какой-то звезды. Однако в остальном его объяснения существенно отличаются от положения Чемберлена и Мультона. По Джинсу наиболее мощное отделение вещества при прохождении звезды около Солнца должно произойти в направлении линии наикратчайшего расстояния между двумя телами. Далее вещество, отделившееся от солнечной атмосферы, должно было образовать массу сигарообразной формы со значительным сосредоточением материала в центральной части. Наиболее отдаленная от Солнца часть массы, состоявшая главным образом из внешнего вещества Солнца, должна была иметь малую плотность, в то время как ближняя к Солнцу часть, преимущественно состоявшая из вещества, извлеченного из более глубоких зон Солнца, должна была иметь более высокую плотность. Предполагается, что позднее сигарообразная масса разделилась на более мелкие массы, сконденсировавшиеся и образовавшие соответствующие планеты. Так гипотетически объясняется приуроченность к средней части системы двух наиболее крупных планет - Юпитера и Сатурна, а также и более высокая плотность вещества внутренних планет по сравнению с внешними. В этой своей догадке Джинс интуитивно предвидел роль Солнечных зон звездной трансформации, перемещающихся вглубь звезды, и при последовательном сбросе оболочек дающих более уплотненное вещество формирующимся планетам. Джинс также был очень близок к решению проблемы о перетоке вещества в системе тесной двойной звезды, не являющейся случайным образованием. Гипотеза Джинса была несколько видоизменена Джеффрисом, который дал геофизическое и геохимическое обоснование представлений о прохождении всех планет в прошлом через жидкую стадию развития. Одним из критиков гипотезы Джинса и Джеффриса был Рэссел (1935 г.), утверждавший, что концепция Джинса не может объяснить существующих размеров Солнечной системы и, особенно угловую скорость Солнца. Итак, можно сказать, что и Лаплас и Джинс оба стояли на правильном пути к решению задачи, и именно из разрешения противоречия в их взглядах могла родиться истина о частичном участии Солнца в формировании системы. Не случайно, видимо, ученый Берлаге в 1930 году снова вернулся к идее Лапласа и выдвинул более прогрессивную гипотезу, чем у Джинса, в которой за основу принял выбросы частиц из Солнца и образование газовых дисков или вращающихся колец, которые дали начало планетам. Интересно, что уже в 1935 году ученым Рэсселом была высказана мысль о том, что Солнце было двойной звездой. Однако, не доведя свою мысль до логического завершения, ученый предположил, что эту двойную звезду разорвала встречная звезда, образовав волокно. Английский теоретик Литтлтон высказал много интересных мыслей, в частности, в 1936 году идею о причастности Солнца к тройной звездной системе. При этом, пытаясь устранить указанные Рэсселом дефекты теории Джинса, Литтлтон сделал допущение, что какая-то звезда приблизилась к существовавшей двойной звезде Солнца и обусловила разрыв пары. Приливные силы, вызванные близко находившимися третьей звездой и звездой-напарницей, привели к возникновению между ними удлиненной ленты материи (волокна), которая позднее была захвачена Солнцем и конденсировалась вокруг него в виде планет. Математически было показано, что при движении двух звезд в разном направлении, возникающая меж ними лента материи может быть легко захвачена Солнцем. Кроме того Литтлтоном выдвинута гипотеза о том, что Плутон является бывшим спутником Нептуна, который после столкновения с другой планетой (Тритоном) был выброшен на свою сильно эксцентрическую и наклонную орбиту. Таким образом, ученым приходила в голову мысль о том, что Солнце развивалось не в одиночку, а в составе многокомпонентной системы. В 1942 году X. Альвен высказал космическую гипотезу, согласно которой Солнце наткнулось на межзвездное облако газа, атомы которого, падая на Солнце, ионизировались и стали двигаться по орбитам, предписываемым магнитным полем. Ионизированные атомы двигались вдоль линий магнитного поля Солнца и поступали в определенные места равновесия экваториальной плоскости. В том случае, когда атомы испытывали ускорение в сторону Солнца с определенными скоростями и ионизировались на определенных расстояниях от Солнца, математический расчет показал, что конеч- ное распределение плотности ионов грубо должно соответствовать расположению внешних планет. Теория Альвена интересна, но считается, что она не может объяснить возникновения внутренних планет. Кроме того, возможность встречи Солнца с газовым облаком рассматривается как маловероятная. Как продолжение гипотезы Альвена в 1943 году советский математик и физик О. Шмидт выдвинул «метеоритную теорию». Согласно этой широко известной теории, Солнце встретило и захватило космическую туманность межзвездных частиц, из которых в результате соударений образовались планеты. Он исходил из предпосылок двух неразрешенных вопросов:«где же нашлась у Солнца сила, чтобы так далеко отбросить будущую Землю, и где эта одинокая, проходившая мимо звезда?». И этот вопрос Шмидт задавал не случайно. Он никак не предполагал, что этой звездой был двойник Солнца, ныне угасший и поэтому не проявляющий свойств звезды. Следуя Канту, Шмидт взял за основу развивающейся материи бесконечные скопления холодной космической пыли, которые образовывали, по его мнению, бесформенные сгустки газово-пылевых веществ. Каждый сгусток постепенно рос, вбирая в себя гигантские обломки и маленькие частицы из межзвездной туманности, падающие на поверхность и отдающие силу движения растущей планете. Шмидт считал, что лишь позднее началось колебание и вращение Земли, а также частичный разогрев и расплавление горных пород благодаря распаду радиоактивных элементов. Интересно, что радиоактивному распаду элементов Шмидт приписал определенную роль в происхождении планеты, не уделив при этом никакого внимания ядерному синтезу ее вещества, т.е. рассматривал качественный состав космических тел, как вполне образовавшийся, а не в постепенном развитии, от чего за три столетия до Шмидта предостерегал еще Декарт. Итак, по Шмидту, планеты родились не из самого Солнца, в чем он оказался прав только частично. При наличии высокого уровня математического обоснования космогоническая теория Шмидта полностью обошла вопрос качественного развития материи. Как показал Я. Мияки в 1969 году, прямые наблюдательные данные астрономов давно со всей несомненностью показали, что химический состав разных звезд различен, и что различие состава звезд, несомненно, обусловлено их эволюцией и связано со спектральным классом звезды. Огромной заслугой астрономов всех веков является скрупулезное изучения параметров движения небесных тел Солнечной системы и Галактики и других количественных характеристик: их размеров, массы, плотности, альбедо, звездной величины, спектрального химического состава, температуры и т.д. Все это создало предпосылки для установления взаимосвязи целого ряда процессов и явлений, происходящих в космосе и управляющих формированием и развитием космических тел, завершившихся созданием концепции взаимообусловленности атомообразования и планетообразования в космосе (КВАП) А. Е. Ходькова (1943-45 гг). Согласно рассматриваемой концепции КВАП космические тела возникают и развиваются как внешние следствия внутренних процессов звездной эволюции - развития атомов химических элементов. Звезды являются естественными производителями ядер химических элементов, развитие их протекает как последовательный периодический стадийный процесс формирования ядер периодов химических элементов и вторичных тел - спутников звезд. Происходит это через взрывные события, определяющиеся высвобождением избыточной космической энергии. Первоначально А.Е. Ходькову представлялось, что наблюдаемая Солнечно-планетная система является продуктом развития одиночной звезды с непосредственно порождаемыми ею спутниками. История солнечной системы представлялась как история развития по законам КВАП одиночной звезды Солнца. В процессе последующего анализа и расчетов, А.Е.Ходьковым выяснено, что в составе Солнечной системы непосредственно планетами Солнца являются лишь Меркурий и Венера. Остальные планеты - ранее претерпевшие свой цикл развития звезды - от зарождения до затухания, с той или иной выраженной полнотой эволюции по закону КВАП. Типичным представителем такой угасшей звезды является Юпитер. Расчеты показали, что наблюдаемая Солнечная система - гетерогенна и разновозрастна, и среди известных всем нам планет, действительно, производными по механизму КВАП являются только Меркурий и Венера. Земля и Марс рождены Юпитером и перехвачены от него Солнцем. Сатурн, Уран, Нептун, Юпитер - бывшие двойники солнца и друг друга. Все они в свое время развивались по закону КВАП, порождая периоды химических элементов и соответствующие спутники. После блистательных успехов ядерной физики недопустимо было обходить молчанием вопрос о происхождении химических элементов и качественном развитии материи в Космических масштабах. Если механистическая теория Лапласа для XVIII века была крупнейшим научным достижением и успехом, то для XX века такой уровень решения космогонической проблемы уже не достаточен. Надо было ставить вопрос о развитии химических элементов, как о кардинальной проблеме космогонии. Вероятно, возраст Луны и Земли близок возрасту Солнца, полагал в 50-60 гг академик В.Фесенков. И вещество, из которого они состоят, возникало из околосолнечной газово-пылевой туманности, а не из межзвездных скоплений. По Фесенкову, Луна и Земля - «дети молодого Солнца», которое вращаясь и постепенно сгущаясь, рождало вокруг себя вихревые сгущения - будущие планеты и их спутники. В отношении Луны ученый оказался прав, ее происхождение, действительно, связано с взрывом молодого Солнца. Вейцзекер в 1944 году исследовал проблему эволюции Вселенной с гидродинамической точки зрения и показал, что в сжимающейся оболочке протосолнца могли образовываться турбулентные завихрения, из которых возникли планеты и спутники. По его мнению, первичная Вселенная состояла из газов, содержавших различные элементы, при этом скорость движения газового вещества в разных местах была разной. Вследствие этого возникали турбулентные токи и многочисленные вихри. Плотность газа возрастала в направлении к центру каждого вихря, и в этих местах постепенно начиналась конденсация атомов. Таким образом, Вселенная распалась на множество вихрей, образовавших материнские туманности, в чем усматривается непосредственная связь с учением Декарта. Внутри каждой туманности существовали свои турбулентные токи, образовавшие материнские тела звездных скоплений, и наконец, в каждом звездном скоплении возникали постоянные звезды и планеты. Солнце является одной из возникших таким образом постоянных звезд. Предполагается, что на ранней стадии развития оно было окружено быстро вращавшейся газовой мантией с массой около 1/10 массы Солнца. Благодаря вращению, газовая мантия приобрела дисковидную форму; температура внутри газовой мантии убывала обратно пропорционально квадрату расстояния от Солнца. Внутри этой линзы те же турбулентные токи привели к возникновению вихрей, вызвавших конденсацию и соответственно - образование планет. Указанная вихревая теория объясняет большую плотность внутренних планет и их меньшие размеры следующим образом. Поскольку температура в дисковидной линзе ниже во внешней ее части, то здесь наиболее возможно перенасыщение газового вещества и легче всего осуществима его конденсация. При конденсации, во внутренней части концентрировалось только неорганическое вещество, в то время, как внешняя часть, вследствие более низкой температуры состояла из водорода, метана и аммиака. Количество конденсировавшегося вещества было больше во внешней части, в соответствии с чем, центры конденсации там росли быстрее, чем внутренние центры, улавливавшие вещество гравитационно. Во внутренней части, материал газовой мантии каждого центра, по-видимому, диссипировал до приобретения гравитационной массы, достаточно большой для захвата значительного количества окружающего материала. Поэтому, по Вейцзекеру, Марс и другие внутренние планеты имеют меньшие размеры и более высокую плотность, а Юпитер и все внешние планеты - меньшую плотность и более крупные массы. Однако, и в данном случае, остается неясным вопрос, почему так мала угловая скорость Солнца, на который его теория ответа не дает. Вейцзекер предполагал, что исходный состав газа первичной Вселенной был таким же, как и сейчас, а турбулентное движение происходило в нем на первой стадии развития процесса, что неубедительно. Мысль ученых снова вернулась к идее двойной звезды Солнца, когда Хойл в 1944 году предположил, что второй компонент двойной звезды стал сверхновой звездой, которая сбросила газовые оболочки и перестала существовать. Хойл создал теорию происхождения Солнечной системы, исходя из представления Литтлтона о двойной звезде. По Хойлу, Солнце принадлежала к группе двойных звезд, причем вторая звезда, вероятно, была больше Солнца. Масса второй звезды была настолько велика, что высокое потребление водорода, являющегося источником энергии звезд, привело к истощению его запасов в очень короткий промежуток времени. В результате, для сохранения внутреннего равновесия тела и излучаемой энергии большая звезда начала сжиматься. Сокращение звезды вызвало повышение ее внутренней температуры и скорости вращения, пока наконец ни было достигнуто состояние такой неустойчивости, при котором произошел взрыв типа сверхновой звезды. При таком взрыве звезда должна была быстро разрушиться, извергая свое вещество, наподобие колеса фейерверка. При возникших высоких температурах, гелий в центральной части зоны взрыва, по Хойлу, должен был синтезироваться в более тяжелые элементы. В любом случае, в результате взрыва сверхновой звезды возник колоссальный газовый объем или пылевое облако, которое должно было остаться около Солнца, образовав мантию. Это облако должно было постепенно остывать, вследствие чего происходила конденсация, и частицы пыли концентрировались на месте современных планет. Предполагая, что взрываться может любая звезда, кроме Солнца, Хойл был весьма близок к пониманию функции второй звезды, справедливой и для случая, когда она осталась в системе и перестала быть звездой. Ошибка Хойла, так же как и других исследователей,- в том, что считалось: «постоянная» звезда вечно должна быть звездой. Но уже совсем недалеко до понимания, что все сущее должно иметь начало и конец, так же как и звезды. Гипотеза Уиппла (1947 г.) основана на космогонической концепции пылевого облака, которое сходно с находимыми в Млечном Пути массами и состоит из газового вещества и мелких твердых частиц, которые постепенно концентрировались в узлах и ядрах. Само пылевое облако не имело углового момента, но внутри него существовали течения, позволявшие частицам конденсироваться и образовывать планеты. Так Уиппл объяснил небольшое значение углового момента Солнца, а орбитальный момент планет - как результат существования течений внутри пылевого облака. В том же 1947 году Куйпер выдвинул «аккумулятивную или, аккреционную теорию», по которой первично существовало окружавшее первичное Солнце солнечное облако, которое быстро приобрело форму уплощенного диска, ориентированного в эллиптической плоскости современной солнечной системы. Оно имело массу около 1/10 массы Солнца; его химический состав пред- положительно соответствовал современной распространенности элементов во Вселенной. Облако представляло собой смесь газового вещества и тонкой пыли; действие турбулентных потоков внутри облака привело к неравномерному распределению плотностей. Как следствие - облако претерпело разделение на вихри или протопланеты. Центры тяжести протопланет были близки к положению современных планет. Первоначально протопланеты также имели дисковидную форму и быстро аккумулировали вещество в соответствующих местах вокруг Солнца. Вначале протопланеты занимали все пространство между Меркурием и Плутоном, соприкасались друг с другом, но по мере развития аккреции, разъедин- лись. Облако и протопланеты из-за утечки с периферии экваторов газового вещества постепенно теряли угловую скорость. Энергия, терявшаяся при этом, по Куйперу, возмещалась гравитационной энергией планетной конденсации, равно как и энергией падающего на Солнце вещества. Хотя происхождение солнечного облака Хойла и Куйпера и не ясно, оно, по-видимому, возникло одновременно с Солнцем и имело гравитационную неустойчивость в оболочке, окружавшей протосолнце. Таким образом, противоречивые данные (в импульсах вращения) об участии Солнца в формировании Солнечной системы трактовались исследователями весьма однозначно, по взаимоисключающему признаку. Из 20 наиболее выдающихся исследователей Космоса, полностью отрицали роль Солнца в образовании Солнечной системы: Декарт, Кант, Шмидт, частично отрицали роль Солнца - Альвен и Уиппл. Предполагали формирование Солнечной системы только за счет эволюции Солнца: Лаплас, Бикерланд, Берлаге, Фесенков, Вейцзекер, Куйпер. Многие были не так далеко от истины, предполагая тесное взаимодействие Солнца с другой звездой: это Аррениус, Чемберлен, Мультон, Бикертон, Джеффрис, Рэссел, Хойл. В каждом из упомянутых учений содержалась доля истины, объясняющая одну из отдельных особенностей формирования Солнечной системы.

Космогоническая теория Шмидта известна как теория «холодного» образования Земли и других планет Солнечной системы из газопылевого облака, окружавшего Солнце.

Его теория отличается от предшествующих, рассматривавших образование планет из раскаленных газовых сгустков. Согласно гипотезе Шмидта, Земля образовалась из холодных твердых тел и сначала была относительно холодной.
Этот процесс условно можно разделить на два этапа: сначала из пылевого компонента облака образовались "промежуточные" тела размером в сотни километров. Как это происходило? Шмидт считал, что во вращающемся газово-пылевом облаке пыль под действием гравитации опускалась к центральной плоскости – образовался пылевой субдиск. Затем в пылевом слое плотность достигла критических размеров и в результате гравитационной неустойчивости этот субдиск распался на множество пылевых сгущений. Сгущения сталкивались между собой и одновременно в результате этого объединялись и сжимались – в результате образовались компактные тела астероидных размеров. Это был первый этап .

Второй этап : из роя "промежуточных" тел и из обломков сформировались планеты. Сначала они двигались по круговым орбитам в плоскости породившего их пылевого слоя. Они росли, сливаясь друг с другом. Планеты изначально были холодными. Разогревание этих планет произошло позже в результате сжатия, а также поступления солнечной энергии. Разогрев Земли сопровождали массовые излияния лав на поверхность в результате вулканической деятельности. Благодаря этому излиянию сформировались первые покровы Земли. Из лав выделялись газы. Они образовали первичную атмосферу, в которой еще не было кислорода. Больше половины объема первичной атмосферы составляли пары воды, а температура ее превышала 100°С. При дальнейшем постепенном остывании атмосферы произошла конденсация водяных паров, что привело к выпадению дождей и образованию первичного океана. Это произошло около 4,5-5 млрд. лет назад. Позднее началось формирование суши, которая представляет собой утолщенные, относительно легкие части литосферных плит, поднимающихся выше уровня океана.

Гравитационное взаимодействие "промежуточных" тел усиливалось по мере их роста, постепенно изменяло их орбиты. При объединении многих тел в планеты произошло усреднение индивидуальных свойств движения отдельных тел, и поэтому орбиты планет получились почти круговыми. Самые крупные планеты - Юпитер и Сатурн - на основной стадии аккумуляции вбирали в себя не только твердые тела, но и газы.
Одним из главных доводов в пользу этой гипотезы является дефицит на Земле, Венере и Марсе тяжелых инертных газов неона, аргона, криптона и ксенона по сравнению с их солнечным и космическим обилием.

В чем была ценность гипотезы Шмидта? Она позволила объяснить распределение момента количества движения между Солнцем и планетами, объясняла наблюдаемую закономерность в распределении планет Солнечной системы, согласовывалась с оценкой возраста Земли по возрасту горных пород.
Но еще раз напомним: цель космогонических гипотез - объяснить однообразие движения и состава небесных тел. Они исходят из понятия о первоначальном состоянии материи, заполняющей всё пространство, которой присущи известные свойства, вызывающие все дальнейшие эволюции. Известны космогонические гипотезы Канта, Лапласа-Роша, Фая, Джинса, Фесенкова и др., а также космологические парадоксы. Следует знать, что эти гипотезы - лишь образец того, как могли бы развиться системы, подобные Солнечной. Единой и окончательной теории образования звезд, планет и галактик пока не существует .

О.Ю.Шмидт

Отто Юльевич Шмидт родился 30 сентября 1891 г. в Могилёве (Белоруссия). Шмидт – выдающийся советский исследователь Арктики, учёный в области математики и астрономии, академик АН СССР.
В 1909 г. окончил 2-ю классическую гимназию города Киева с золотой медалью, в 1916 году – физико-математический факультет Киевского университета. Первые три научные работы по теории групп написал в 1912-1913 годах, за одну из которых ему присуждена золотая медаль. С 1916 года приват-доцент в Киевском университете.
После Октябрьской революции 1917 года О.Ю.Шмидт – член коллегий ряда наркоматов (Наркомпрода в 1918-1920 годах, Наркомфина в 1921-1922 годах и других) и один из организаторов высшего образования, науки (работал в Наркомпросе, Государственном учёном совете при СНК СССР, Коммунистической академии). В 1921-1924 годах он руководит Государственным издательством, организует первое издание Большой Советской Энциклопедии , принимает деятельное участие в реформе высшей школы и разработке сети научно-исследовательских учреждений. В 1923-1956 годах профессор Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова (МГУ).

В 1928 г. О.Ю. Шмидт принимал участие в первой советско-германской памирской экспедиции , организованной АН СССР. Целью экспедиции было изучение структуры горных цепей, ледников, перевалов и восхождение на наиболее высокие вершины Западного Памира.
В 1929 году была организована арктическая экспедиция на ледокольном пароходе «Седов» . Начальником этой экспедиции и «правительственным комиссаром архипелага Франца-Иосифа» был назначен Шмидт. Экспедиция успешно достигает Земли Франца-Иосифа; О.Ю. Шмидт создал в бухте Тихой полярную геофизическую обсерваторию, обследовал проливы архипелага и некоторые острова. В 1930 году была организована вторая арктическая экспедиция под руководством Шмидта на ледокольном пароходе «Седов». Были открыты острова Визе, Исаченко, Воронина, Длинный, Домашний, западные берега Северной Земли. Во время экспедиции был открыт остров, который был назван в честь начальника экспедиции – островом Шмидта.
В 1932 году экспедиция под руководством Шмидта на ледокольном пароходе «Сибиряков» в одну навигацию прошла весь Северный морской путь, положила прочное начало регулярным плаваниям вдоль берегов Сибири. В 1933-1934 годах была проведена экспедиция на пароходе «Челюскин» под руководством Шмидта с целью проверить возможность плавания по Северной морской трассе на корабле неледокольного класса.
В 1930-1932 годах он директор Арктического института. В 1937 году по инициативе Шмидта был организован Институт теоретической геофизики АН СССР (Шмидт был директором до 1949 года).
В 1937 году Шмидт организовал экспедицию на первую в мире дрейфующую научную станцию «Северный полюс-1» в самом центре Северного Ледовитого океана, за это ему было присвоено звание Героя Советского Союза. А в 1938 году возглавил операцию по снятию персонала станции со льдины.
C 1951 года Шмидт - главный редактор журнала «Природа». В 1951-1956 годах работал в Геофизическом отделении МГУ.
Основные работы в области математики относятся к алгебре. Шмидт – основатель московской алгебраической школы, руководителем которой он был в течение многих лет. В середине 1940-х годов Шмидт выдвинул новую космогоническую гипотезу об образовании Земли и планет Солнечной системы (гипотеза Шмидта), разработку которой продолжал совместно с группой советских учёных до конца жизни.
Скончался О.Ю. Шмидт 7 сентября 1956 года. Похоронен на Новодевичьем кладбище в Москве.

И. А. Резанов

ИСТОРИЯ КОСМОГОНИЧЕСКОЙ ГИПОТЕЗЫ О. Ю. ШМИДТА

И. А. Резанов
Резанов Игорь Александрович - доктор геолого-минералогических наук,
Институт истории естествознания и техники им. С. И. Вавилова РАН.

В 2001 г. исполнилось 110 лет со дня рождения О. Ю. Шмидта (1891-1956). Научная и организационная деятельность его была исключительно многоплановой. Математик по образованию, он стал основателем московской алгебраической школы. Был одним из создателей многотомной советской энциклопедии. Шмидт возглавлял ряд полярных экспедиций, прокладывавших Северный морской путь. Он - инициатор организации научной дрейфующей станции «Северный полюс». Велика роль Шмидта в консолидации геофизической науки в нашей стране: по его инициативе создан комплексный геофизический институт, ядро которого - нынешний Объединенный институт физики Земли - носит его имя.

Последние 12 лет своей жизни О. Ю. Шмидт посвятил разработке космогонической концепции. Журнал «Земля и Вселенная» в № 2 за 2002 г. опубликовал серию статей, посвященных О. Ю. Шмидту. Директор Объединенного института физики Земли РАН В. Н. Страхов писал: «Комплексные исследования физики Земли закономерно привели О. Ю. Шмидта к разработке космогонической гипотезы, которой занялась созданная им лаборатория эволюции Земли. Эти работы составили целую эпоху в науке» [ , с.25]. Шмидтовской космогонии посвящены статьи Е. Л. Рускол и Ф. А. Цицина . Однако Е. Л. Рускол история этой эпохи не раскрыта, а Ф. А. Цицин, специалист в области истории астрономии, в первой половине статьи строит предположения по поводу того, почему Шмидт решил заняться планетной космогонией, а во второй пытается показать, что развитие науки в таких областях, как эволюция Земли, происхождение комет и спутников планет, звездные расположения, проблема экзопланет, идет сейчас в соответствии со шмидтовской космогонией. Истории шмидтовской космогонии до начала 1980-х гг. посвящена статья В. С. Сафронова . Она освещает в основном лишь историю взглядов на эволюцию газопылевого облака, не рассматривая других направлений, например изучения метеоритов.

За последние 20 лет в космогонии Солнечной системы возникло много новых острых проблем, в частности в связи с развитием изотопной геохимии. Всесторонний исторический анализ 60-летнего развития шмидтовской космогонии крайне важен для современного естествознания. На его примере можно увидеть как сильные, так и слабые стороны научного процесса при решении крупной естественно-научной проблемы.

Что послужило толчком к созданию обсуждаемой гипотезы

После открытия И. Кеплером законов движения планет вокруг Солнца и разработки И. Ньютоном закона всемирного тяготения, определившего особенности их движения, закономерно встал вопрос о происхождении Солнечной системы. Первой попыткой решить его была гипотеза Ж. Л. Бюффона, выдвинутая в 1745 г. Приняв во внимание, что сумма масс всех планет в 745 раз меньше массы Солнца, он решил, что такое соотношение получилось в результате отрыва от Солнца части его массы, вызванного ударом космического тела. Благодаря этому планеты вращаются вокруг Солнца в том же направлении, в каком вращается и само Солнце. В 1755 г. И. Кант предложил гипотезу совместного образования Солнца и планет из холодного вещества различной плотности, представлявшего собой хаос. Центральное сгущение дало начало Солнцу, а меньшие массы превратились в планеты. П. С. Лаплас, не зная о гипотезе Канта, высказал в 1796 г. идею образования Солнечной системы из сжимающегося раскаленного газа, который, уплотняясь, превратился в «сплюснутую чечевицу». Благодаря центробежной силе из вращающейся туманности отделилось кольцо, разделившееся впоследствии на отдельные планеты. В XIX в. высказано несколько гипотез совместного образования Солнца и планет из небулярной туманности или из метеоритов. В начале ХХ в. Дж. Джинс предположил, что планеты отделились от центрального тела - Солнца - вследствие катастрофического явления. Он думал, что однажды вблизи Солнца пролетела массивная звезда, оказавшая на него столь сильное приливное действие, что оно выбросило часть материи в окружающее пространство. И из этой материи впоследствии возникли планеты. Гипотеза Джинса безраздельно господствовала в течение ряда лет, причем утверждалось, что, в отличие от гипотезы Лапласа, она объясняет наличие большого вращательного момента в орбитальном движении больших планет. Однако Н. Н. Парийский в 1943-1944 гг. показал, что гипотеза Джинса накладывает такие ограничения на значения вращательного момента в движении планет, которые противоречат наблюдениям.

Что же было отправной точкой, побудившей О. Ю. Шмидта заняться разработкой новой гипотезы происхождения Земли и Солнечной системы? Ответ мы находим в его «Четырех лекциях» . Шмидт подразделил высказанные ранее космогонические гипотезы «на три класса по тому, откуда берется материал для планет» [ , с. 7]. В первом Солнце и планеты возникают из общей массы. Во втором - материя планет выделилась из уже существующего Солнца. В третьем - «материя планет получается из межзвездной материи уже после образования Солнца» [ , с. 8]. О. Ю. Шмидт делает вывод: «Оказывается, что, кроме индивидуальных недостатков, все гипотезы первых двух указанных мною групп не могут быть согласованы с законом сохранения момента количества движения.<…> Как известно, Солнце содержит более 99% общей массы системы и только 2% момента количества движения, тогда как на планеты падает около 1/700 массы, но 98% момента количества движения» [ , с. 9]. И добавляет: «Крушение теории Джинса на этом же вопросе о распределении момента последовало после работ Рассела и Н. Н. Парийского.<…> И ротационная гипотеза В. Г. Фесенкова, относящаяся к этой же группе, как признает сам автор, не объясняет распределение момента количества движения» [ , с. 11]. Из этих высказываний видно, что исходным толчком, побудившим О. Ю. Шмидта обратиться к построению космогонической гипотезы, было стремление объяснить существующее в Солнечной системе распределение момента количества движения, что его предшественникам не удавалось сделать.

Ф. А. Цицин, восстанавливая историю анализируемой гипотезы, полагал, что идея родилась у Шмидта в апреле-мае 1942 г., когда он, будучи в эвакуации в Казани, мог ознакомиться с двумя публикациями: «Теория конденсации метеорной материи и ее космогоническое значение» (В. Lindblad, 1935) и «Определение галактической орбиты Солнца» (П. П. Паренаго, 1939). Линдблад рассмотрел рост межзвездных частиц в темных облаках от мелких «пылевых» до метеоритных и более. Паренаго, найдя эллиптическую наклонную к плоскости Галактики орбиту Солнца, пришел к выводу о периодическом пересечении Солнцем этой плоскости. Эти два астронома, а также Н. Н. Парийский, считал Ф. А. Цицин, подтолкнули О. Ю. Шмидта заняться разработкой космогонической гипотезы (см. ).

От первых публикаций 1944 г. до космогонического совещания 1951 г.

В 1944 г. выходят две статьи О. Ю. Шмидта, положившие начало его гипотезе. В первой статье изложена теория образования визуально-двойных звезд путем захвата в условиях вращающейся Галактики . Вторая статья называется «Метеоритная теория происхождения Земли и планет» . «В основе теории, - писал Шмидт, - лежит следующая концепция: Солнце, в своем галактическом пути, некогда пересекало облако темной материи (пыли, метеоритов) и захватило часть этой материи, заставляя захваченные частицы вращаться около себя; в дальнейшем эти частицы объединились в более крупные образования - планеты» [ , с. 245].

Что же было еще нового в «теории» О. Ю. Шмидта, кроме введенных постулатов о захвате? Новым является его объяснение генезиса метеоритов и комет. Он писал: «Мы говорим о метеоритах и пыли. Между ними нет принципиальной разницы» [ , с. 247]. А в следующей статье: «…кометы, как и новые наблюдаемые метеориты, - остатки метеоритного роя, образовавшегося вокруг Солнца при захвате темной материи во время прохождения Солнца через облако в центральной области Галактики. Основная масса этого слоя пошла на образование планет, часть сохранилась, продолжая обращение вокруг Солнца» [ , с. 413]. В этом определении отметим: а) общность происхождения метеоритов и комет; б) отсутствие генетической связи с Солнцем у тех и других - они образовались в далекой Галактике. Оба эти представления впоследствии оказались роковыми для обсуждаемой гипотезы. Следующим шагом стало математическое обоснование идеи «захвата». О. Ю. Шмидт признавал, что при двух телах захват невозможен, но в задаче трех тел он считал захват возможным , а Г. Ф. Хильми показал положительную вероятность захвата .

В 1948 г. О. Ю. Шмидт прочитал цикл лекций о своей теории в Геофизическом институте АН СССР, в 1949 г. они вышли отдельной книгой, а в следующем были переизданы с некоторыми добавлениями . Это было первое обобщение результатов исследований Шмидта и его сотрудников по разработке выдвинутой им концепции.

В первой лекции говорится о крушении теорий Дж. Джинса и Г. Джеффриса и гипотезы В. Г. Фесенкова, не объясняющих распределение момента количества движения, и ставится задача объяснить следующие основные черты Солнечной системы: 1) закономерности орбит; 2) закономерности планетных расстояний; 3) разделение планет на две группы; 4) распределение момента количества движения.

Вторая лекция посвящена теории захвата и эволюции протопланетного роя.

Третья касается закономерностей планетной системы, и прежде всего закона планетных расстояний Тициуса-Боде. Шмидт предложил свое объяснение увеличению расстояний между планетами по мере их удаления от Солнца, связав это с распределением момента количества движения. Мы остановимся на этом ниже в связи с критической публикацией Г. М. Идлиса .

Наконец, четвертая лекция посвящена образованию и эволюции Земли. Оценивая продолжительность развития нашей планеты (7,6 млрд лет), ее тепловую историю и вещественный состав, Шмидт писал: «Теперь уже можно считать вполне установленным фактом тождественность состава Земли с составом метеоритов» [ , с. 77]. И далее:

«Метеориты, выпадающие в наши дни на поверхность Земли, не являются, конечно, неизменными представителями первоначального населения роя, из которого образовались планеты. Структура этих метеоритов - начиная от хондр и кончая крупными обломками, из которых состоят многие из них, - говорит о том, что они прошли сложный и длительный путь развития, путь, на котором процессы объединения и процессы дробления многократно сменяли друг друга. Выдающийся исследователь метеоритов академик А. Н. Заварицкий считает несомненным, что они образовались путем аккумуляции мелких частиц, и в то же время полагает, что они произошли из недр распавшейся планеты. Эти два положения трудно совместить. Мне лично кажется мало вероятным, чтобы планеты когда-либо взрывались или распадались, но столкновение и дробление метеоритов и малых астероидов, несомненно, происходило не раз, как и новое образование их из более мелких частей» [ , с. 81].

Этим высказыванием положено начало продолжавшейся 50 лет нестыковке двух противоборствующих концепций о природе метеоритов: 1) концепции петрографов, считающих метеориты обломками распавшейся планеты и 2) представлений О. Ю. Шмидта и его исследователей, рассматривающих метеориты как первичный материал, пошедший на образование Земли и других планет.

В 1949 г. О. Ю. Шмидт попытался связать свои представления о начальных условиях на Земле с тем, что свидетельствует об этом геология. С этой целью сотрудник Геофизического института геолог А. Б. Ронов проводил наблюдения на Балтийском щите. Но они не дали результатов. Эта плодотворная идея смогла реализоваться лишь 30 лет спустя, когда Л. И. Салопом и другими докембристами была разработана стратиграфия древнейших пород Земли.

Космогоническое совещание 1951 г.

В апреле 1951 г. в Геофизическом институте АН СССР состоялось совещание, посвященное обсуждению космогонической гипотезы О. Ю. Шмидта. В присутствии более 330 участников выступило около 40 ведущих ученых в области астрономии, геофизики, геохимии и геологии. Хотя это совещание проходило в последние годы «сталинской эры», в выступлениях не было заметно идеологического давления. Более того, в решении совещания отмечено, что «несмотря на большое идеологическое значение вопросов космогонии, Институт философии АН СССР не принял в его работе активное участие» [ , с. 368].

В настоящей статье нет возможности дать обзор всех выступлений. Остановимся на двух - академика В. Г. Фесенкова и академика А. Н. Заварицкого, поскольку в них в концентрированной форме рассмотрены как астрономические, так и геологические проблемы планетной космогонии. В. Г. Фесенкова не было на совещании. Доклад его был зачитан. На первой же странице своего выступления В. Г. Фесенков пишет: «Главным недостатком в работе О. Ю. Шмидта в области космогонии является узость его космогонической концепции» [ , с. 15]. «О. Ю. Шмидт ставит проблему очень узко, не интересуясь эволюцией Солнца и звезд, физической природой планет Солнечной системы, мелких тел и даже природой и происхождением самих метеоритов, которые, однако, служат ему для его космогонических построений» [ , с. 41].

В. Г. Фесенков критикует концепцию Шмидта по нескольким направлениям. Во-первых, представление о «захвате» и его математических доказательствах, показывая, что «О. Ю. Шмидт не определяет область начальных условий, приводящих к распаду или, что аналогично, к захвату, даже в своем единственном примере, так что судить… об этой вероятности не представляется возможным. Еще более неудовлетворительное положение для теории захвата представляют двойные звезды… Образование спектрально-двойной звезды путем захвата так же невозможно, как невозможен разрыв существующей звезды на одинаковые части под действием посторонней звезды» [ , с. 44, 45].

Столь же резко возражал В. Г. Фесенков и в отношении «захвата» протопланетного облака: «Итак, о захвате Солнцем части темного пылевого облака вообще не может быть никакой речи… Вообще можно удивляться тому, что О. Ю. Шмидт, в гипотезе которого идея захвата является единственной оригинальной идеей, уделил так мало труда для ее обоснования… При одновременном прохождении двух звезд через одно и то же пылевое облако гравитационный захват невозможен, так как само облако не может, как совершенно очевидно, играть роль третьего тела» [ , с. 48].

Единственной возможностью возникновения Солнечной системы В. Г. Фесенков считал совместное образование и эволюцию как Солнца, так и планет. Он писал: «О. Ю. Шмидт, пренебрегая вопросами происхождения и эволюции звезд, в том числе и Солнца, считал необходимым объяснить вращение Солнца падением на его поверхность метеоритов из захваченного метеоритного облака. Это странное объяснение представляется совершенно ненужным, если учесть ход эволюции Солнца, т.е. тот факт, что наше Солнце должно было представлять в прошлом весьма быстро вращающуюся звезду…» [ , с. 51].

В. Г. Фесенков возражал и против метеоритного состава первоначального облака, но о природе метеоритов лучше привести высказывания авторитета в этой области А. Н. Заварицкого. Не вступая в прямую полемику со Шмидтом, Заварицкий, на протяжении многих лет занимавшийся изучением метеоритов, дал развернутое объяснение их генезиса, не устаревшее до сих пор (см. «Заключение»). «Исключительное значение метеоритов , - писал он, - определяется тем, что это - единственный документ, попадающий извне к нам на Землю» [ , с. 191]. Он подразделил метеориты на три группы: эвкриты, хондриты и железные.

«Эвкриты - то же самое, что наши горные породы и, следовательно, они образовались также в коре какой-то планеты» [ , с. 198].

«Состав хондритов близок к составу горных пород. Но они имеют структуру, которая горным породам не свойственна… эти метеориты существенно состоят из хондр - быстро застывавших капель» [ , с. 195]. Он считал, что при образовании хондритов «происходили не взрывы, “где все перемешивается”, но что это был какой-то процесс, при котором материал распада не разлетался,.. потому что метеоритов смешанного состава мы не знаем» [ , c. 195].

В отношении железных метеоритов он писал: «Во всяком случае, трудно думать, что железо таких метеоритов собиралось из частичек, значительно рассеянных в пространстве. Вероятно, и эти метеориты образовались из каких-то больших масс… Таким образом, мы приходим к заключению, что вещество метеоритов обособилось на какой-то планете или планетах» [ , с. 198].

Свое выступление А. Н. Заварицкий заключает следующими словами: «Мне бы хотелось только, чтобы из моего доклада было ясно, что к предположению о родоначальной планете, из которой образовались метеориты, мы обращаемся не как к постулату, а к нему нас приводит ряд фактических наблюдений…» [ , с. 203].

Критические замечания других выступающих были направлены против: а) неучета огромной роли водорода в протопланетном облаке и участия его в процессе образования планет (А. Г. Масевич, Н. А. Козырев); б) идеи раздельного образования Солнца и планет (Б. В.Кукарин); в) идеи «захвата» двух, трех тел и протопланетного облака (В. А. Крат, С. К. Всехсвятский, И. С. Шкловский, Г. Н. Дубинин, М. Ф. Субботин и др.).

В заключение приведем цитату из выступления В. А. Амбарцумяна: «Разрешите откровенно сказать свое мнение и по следующему вопросу: свободная критика одного из двух основных положений концепции О. Ю. Шмидта - положения о захвате - показала, что до сих пор не удалось доказать реальную (не математически только, а реальную) возможность захвата звездой пылевого облака, возникшего в Галактике независимо от нее» [ , с. 327].

В поддержку концепции О. Ю. Шмидта выступили его сотрудники (Г. Ф. Хильми, Б. Ю. Левин, Е. Н. Люстих, Н. Н. Парийский), а также Л. Э. Гуревич и А. И. Лебединский.

Огромное значение космогонического совещания 1951 г. заключалось не только в критическом анализе обсуждавшейся концепции, но прежде всего в том, что оно четко определило основные дискуссионные проблемы космогонии Солнечной системы, проблемы, обсуждавшиеся на протяжении последующих пятидесяти лет:

- возможен ли теоретически захват при взаимодействии двух или трех тел и, в частности, захват межзвездной туманности?

Можно ли обсуждать механизм образования планет, не рассматривая эволюцию Солнца, и не происходило ли совместное образование Солнца и планет?

Происходило ли образование планет с участием водорода и других летучих веществ или только за счет твердых тел?

Что такое метеориты - обломки ранее существовавшей планеты или строительный материал для планет?

Была ли Земля холодной в начале ее истории и за счет чего она нагревалась (радиоактивный распад, гравитационная энергия, тепло, выделившееся при ударах крупных тел, химическая энергия)?

Эти проблемы и сопутствующие им вопросы стали предметом многолетних последующих исследований, но главными, суммирующими проблемами оставались две: 1) раздельное или совместное образование Солнца и планет; 2) природа метеоритов, астероидов, комет.

От космогонического совещания до последней публикации О. Ю. Шмидта

Следующий этап в развития концепции О. Ю. Шмидта составляет шесть лет. Он охватывает последние годы его жизни и завершается посмертной публикацией третьего издания его «Четырех лекций», вышедшего в 1957 г. . В этот период исследовательская группа Шмидта расширилась. Кроме сотрудничавших с ним ранее С. В. Козловской, Б. Ю. Левина и Г. Ф. Хильми, в ней еще до космогонического совещания стали работать Е. А. Любимова, В. С. Сафронов, С. В. Маева, Е. Л. Рускол и др. Исследования сотрудники Шмидта вели по нескольким направлениям. Но сначала остановимся на его личных исследованиях.

Среди работ самого О. Ю. Шмидта наибольший интерес представляют последний доклад, сделанный им на Международном астрофизическом симпозиуме в Бельгии в 1954 г. , и подготовленное С. В. Козловской посмертное, третье, издание его «Четырех лекций» . В докладе Шмидт настойчиво проводит мысль, что Земля и другие планеты образовались только из твердых частиц при полном отсутствии газовой составляющей, в том числе и водорода: «Но если в отношении планет-гигантов есть основание допускать их рост за счет пыли и газа, то в отношении планет земной группы есть основание настойчиво отвергать эту возможность» [ , с. 126]. И далее:

«Двум группам планет, резко различающимся по химическому составу, соответствуют две группы малых тел - кометы, образовавшиеся в холодной внешней зоне облака, и астероиды, образовавшиеся на границе внутренней и внешней зон. Ледяные ядра комет помогают нам понять состав зародышей планет-гигантов и их спутников. В то же время обломки астероидов - метеориты с их хондровой, а зачастую и брекчиевой структурой помогают нам понять процессы многократного дробления и объединения твердых тел и частиц, которые происходили на ранних стадиях эволюции облака» [ , с. 129].

Из этих цитат видно, что Шмидт: а) исключал участие газовой составляющей (водорода) в процессе образования планет земной группы; б) допускал одинаковые условия происхождения комет и астероидов. Но из этих же цитат видно, что автор «метеоритной» гипотезы к концу своей жизни выступил за «кометное» происхождение внешних планет, т.е. сделал шаг в пользу кометной гипотезы происхождения планетной системы, сформулированной тридцать лет спустя А. А. Маракушевым .

Обратимся к посмертному изданию «Четырех лекций». На последней его странице читаем: «Рассматривая связь Солнца с Галактикой, мы изложили гипотезу возникновения газопылевого допланетного облака путем захвата его Солнцем из галактического материала. Мы теоретически обосновали возможность захвата и его положительную вероятность [ , с. 123]. И еще резче:«…я все же не колеблясь утверждаю, что только захват галактической материи мог обеспечить Солнце допланетным облаком такого протяжения и с таким громадным моментом количества движения» [ , c. 99]. Справедливости ради отметим, что в книге 1957 г. О. Ю. Шмидт не исключал, «что при образовании звезд существовали и условия, которые давали и другие, кроме захвата, способы возникновения облака… Сегодня еще нет достаточных данных для того, чтобы окончательно сказать, произошла ли именно наша планетная система из облака, возникшего путем захвата или иным, еще неизвестным путем» [ , с. 94, 95]. В этих словах чувствуется потребность Шмидта пересмотреть свою первоначальную позицию о природе протопланетного облака, на что сам он так и не решился, но это вскоре сделали его последователи.

В последние годы своей жизни О. Ю. Шмидт осознал необходимость разработки физических основ своей концепции и стал приглашать к сотрудничеству физиков. Выпускнице физфака МГУ Е. А. Любимовой была поставлена задача: произвести расчет внутренней температуры и тепловой энергии Земли под действием собственного внутреннего источника тепла, рассеянного в Земле. Но главным было привлечение к решению космогонических проблем крупного физика-теоретика Бориса Иосифовича Давыдова. Хотя Давыдов недолго проработал в Отделе эволюции Земли и планет до своей кончины, влияние его на дальнейшее развитие шмидтовской космогонии было огромным. Е. А. Любимова писала:

«Он (Давыдов. - И. Р. ) привлек внимание геофизиков к рассмотрению уравнения состояния вещества в условиях высокого давления в недрах Земли. Фактически это давало ключ к выводам о составе Земли. Была опубликована работа Б. И. Давыдова «Об условиях состояния твердых тел с ионной связью». Впоследствии на эту тему была написана книга В. Н. Жаркова и В. А. Калинина «Уравнения состояния твердых тел при высоких давлениях» (1968). Большой знаток в области статистической физики и, в частности, уравнения Больцмана, Б. И. Давыдов посоветовал аспиранту отдела Шмидта С. В. Пшенай-Северину рассмотреть количественно взаимодействие и рост частиц в протопланетном облаке с применением кинетической теории коагуляции коллоидов, основы которой были заложены М. Смолуховским. Впоследствии эта идея получила развитие в работах В. С. Сафронова, Е. В. Звягиной, Г. В. Печерниковой» [ , с. 199].

По инициативе О. Ю. Шмидта Е. А. Любимова рассчитала термическую историю Земли, исходя из предположения, что первоначально Земля была холодной, а затем разогревалась теплом радиоактивного распада U, Th и K. Кривая распределения начальной температуры вдоль распада имела максимум порядка 1500-2000 К на глубине 2500-3000 км, спадая до температуры 300-400 К к центру и поверхности . В. С. Сафронов [ ; ] принял время роста Земли в 100 млн лет (108 лет). В начале аккреции температура была 0 °С (270 К). Нагревание поверхности растущей Земли ударами падающих тел было небольшим: «минимальную температуру порядка 350-400 К имели слои, находящиеся сейчас на глубине около 2000 км» [ , с. 142]. За время аккреции за счет радиогенного тепла температура в центре планеты достигала 1000 К (700 °С).

При жизни О. Ю. Шмидта его концепция была известна лишь в нашей стране. Спустя 5-6 лет после космологического совещания появились как положительные, так и критические отклики на нее. П. Н. Кропоткин писал: «В результате исследований О. Ю. Шмидта и других космогонистов выяснилось, что Земля и другие планеты сформировались лишь как холодные твердые тела при очень низкой температуре из космической пыли и газа, а лишь в дальнейшем температура Земли постепенно повышалась благодаря распаду радиоактивных элементов. Однако, как показывают расчеты, верхние слои земной оболочки не были расплавлены целиком» [ , с. 32].

Иначе оценивал концепцию О. Ю. Шмидта В. Г. Фесенков . Он не соглашался с расчетами термической истории Земли В. С. Сафронова и Е. А. Любимовой, принявших в соответствии с позицией их учителя допущение, что первоначально Земля была холодной и постепенно разогревалась радиоактивностью. Фесенков указывал на недоучет других источников энергии, и прежде всего энергии, выделившейся при агломерации планетного тела. Он возражал против принятой В. С. Сафроновым и Е. А. Любимовой модели первоначально холодной Земли:

«…ряд известных фактов, относящихся к внутреннему строению Земли, заставляет все более отходить от прежней концепции первоначально холодной Земли и вводить ряд новых факторов, которые могли бы обусловить достаточно значительный ее разогрев. Например, для объяснения того, что радиоактивные вещества фактически сосредоточены в таком поверхностном слое, нужно предполагать, что разогрев сначала произошел во всей Земле в целом, привел ее в пластическое состояние настолько, что сделалась возможной конвекция с выносом наружу радиоактивных элементов. Однако эта конвекция должна была наступить лишь после того, как центральное ядро уже полностью расплавилось, так как вследствие крайней медленности радиоактивного разогрева слишком быстрый перенос этих элементов в наружные слои позволил бы внутренним слоям получить необходимую высокую температуру. К таким искусственным построениям приходится прибегать только потому, что автор связан с концепцией О.Ю. Шмидта о происхождении Земли путем медленного слипания пылевидных частиц, что не позволяет с самого начала снабдить Землю необходимой ей тепловой энергией.

В действительности мы должны рассматривать происхождение Земли и планет не из пылевого квазиметеоритного облака, якобы захваченного Солнцем из гипотетической пылевой туманности, но из газово-пылевой среды, окружавшей первоначальное Солнце и имеющей одинаковый с ним химический состав» [ , с. 411].

С кончиной О. Ю. Шмидта в 1956 г. разработка его концепции продолжалась. В ее дальнейшем развитии прослеживается несколько этапов. Первый охватывает вторую половину 1950-х гг. и 1960-е гг., т.е. до получения информации о строении и истории Луны. Второй включает 1970-е гг. (начало космической эры), когда начал поступать обильный материал о лунных породах, а также и о строении и составе других небесных тел. Последний этап приходится на 90-е гг. ушедшего века. Его можно рассматривать как своего рода подведение итогов полувековой эволюции рассматриваемой концепции.

После Шмидта - до начала космической эры

После кончины О. Ю. заведовать Отделом эволюции Земли и планет в Институте физики Земли (бывшем Геофизическом институте) стал Б. Ю. Левин. О его взглядах на развитие рассматриваемой концепции в 1960-е гг. можно судить по научно-популярной книге, четвертое издание которой вышло в 1964 г. , и обзору о происхождении метеоритов, опубликованному годом позже . Поражает неопределенность и противоречивость высказываний Левина по всем вопросам космогонии, поднятых О. Ю. Шмидтом. Складывается впечатление, что Левин видит шаткость концепции своего учителя, но решается указать на его неправоту лишь частично. Неопределенность у Б. Ю. Левина и по основному вопросу шмидтовской космогонии - о природе протопланетного облака. Он рассматривает аргументы за и против как совместного образования Солнца и облака, так и захвата Солнцем посторонней материи и … не высказывает своего мнения о том, какая из этих двух позиций правильна.

В завуалированной форме Левин пересматривает взгляды О. Ю. Шмидта на природу метеоритов: «Гипотезы, предполагающие, что планеты образовались из вещества, находящегося в твердом состоянии, называли обычно метеоритными гипотезами, независимо от того, имелись ли в виду действительно метеориты, или мельчайшие пылевые частицы, или же те и другие вместе. Поэтому теорию О. Ю. Шмидта иногда называют метеоритной. Но это не значит, что первоначальные частицы околосолнечного облака имели такую же температуру и размеры, как те метеориты, которые в наше время выпадают на Землю» [ , с. 40].

После этих слов в сноске Б. Ю. Левин еще раз подчеркивает свое несогласие со взглядами Шмидта на природу метеоритов: «Смешение первоначальных частиц и метеоритов, выпадающих на поверхность Земли, которое допускалось 10-20 лет тому назад в некоторых изложениях теории, ошибочно» [ , c. 40]. Метеориты Б. Ю. Левин рассматривал как обломки астероидов: «Эволюция метеоритного вещества протекала в крупнейших “первоначальных” астероидах, поперечником в сотни км (а по мнению некоторых исследователей, в еще более крупных телах), недра которых разогревались до высоких температур радиоактивным теплом» [ , с. 65]. «Метеориты разных типов являются представителями разных слоев «родительских» астероидных тел. Железные и железо-каменные метеориты возникли в центральных частях этих тел - там, где температура одно время была около 1000°… Каменные метеориты - хондриты - являются, по-видимому, обломками промежуточных слоев родительского тела, в которых максимальная температура составляла 600-800 °С. Наконец, очень редкий тип метеоритов - углистые хондриты - являются обломками самых наружных слоев, никогда не прогревающихся» [ , с. 68].

Таким образом, Левин допускал огромные размеры астероидов, в которых благодаря разогреву произошла дифференциация вещества на железное ядро и хондритовую оболочку. Чем же эта его позиция отличается от концепции Г. Добре, Р. Дэли, А. Н. Заварицкого, В. Г. Фесенкова, писавших об образовании всех метеоритов в одной планете? Фактически ничем, кроме представления о размере родоначального тела. Но чем крупнее это тело, тем больше оснований ожидать, что оно разогрелось до состояния плавления и дифференциации на ядро и оболочку.

Допуская существование железного ядра в родительских телах метеоритов, Б. Ю. Левин, однако, категорически возражал против представлений о железном ядре Земли, развивая взгляды О. Ю. Шмидта, полагавшего, что ядро сложено «металлизированными силикатами». Приняв такой состав ядра для Земли, Венеры и Марса, Б. Ю. Левин был вынужден признать, что Меркурий, «как показывает его высокая плотность при малой массе», должен состоять из более тяжелого вещества, значительного количества железных частиц, которые затем вошли в состав Меркурия и определяют его высокую плотность [ , с. 61].

Если О. Ю. Шмидт рассматривал образование планет из первоначальной «темной материи», состоящей из твердых частиц (метеоритов и пыли), то Б. Ю. Левин принимает позицию В. Г. Фесенкова и большинства других астрономов по вопросу об идентичности состава первичного облака, из которого образовались как Солнце, так и планеты. Чтобы сохранить хотя бы видимость того, что он разделяет позицию Шмидта об образовании планет земной группы из «твердых частиц», Б. Ю. Левину пришлось придумать механизм, с помощью которого из зоны планет земной группы еще до их образования было удалено 99% вещества - газ, состоящий из водорода и гелия. Он писал:

«Деление планет на группу планет земного типа и группу планет-гигантов объясняется следующим образом. Протопланетное облако, вследствие присутствия в нем пыли, было очень непрозрачным. Солнечные лучи не проникали в дальние от Солнца части облака, и температура частиц была там очень низкой, - вероятно, - ниже 250 °С, т.е. ниже 25 К. Но близкие к Солнцу части облака нагревались его лучами. Поэтому вблизи Солнца могли существовать только частички из тугоплавких каменистых и металлических веществ. В то же время вдали от Солнца частички укрупнялись за счет обильного намораживания на них газов, присутствовавших в околосолнечном облаке» [ , с. 54].

Образование Юпитера и Сатурна, сложенных в основном водородом, Левин объяснял тем, что температура упала до 5 К, водород намерзал вокруг частиц и в твердом состоянии вошел в состав этих планет!

Итогом рассматриваемого этапа в развитии гипотезы была публикация книги В. С. Сафронова «Эволюция допланетного облака и образование Земли и планет» . Заявляя, что «в картине образования Солнца и допланетного облака из единой туманности еще много неясностей и неопределенности» [ , с. 17], В. С. Сафронов все же склонился к тому, что «идея о совместном образовании Солнца и облака представляется сейчас более перспективной и обещающей, чем идея о захвате облака Солнцем» [ , c. 17]. В докладе на заседании, посвященном 80-летию О. Ю. Шмидта, он говорит более определенно: «Вероятнее всего, протопланетное облако отделилось от сжимающегося протосолнца, когда последнее стало ротационно неустойчивым» [ , c. 7]. Таким образом, последователь Шмидта отказался от основной идеи рассматриваемой концепции.

Если следовать предложенной О. Ю. Шмидтом классификации космогонических гипотез, Сафронов перевел гипотезу своего учителя из третьей группы во вторую, где «материя планет тем или иным процессом выделилась из уже существующего Солнца» [ , c. 3]. Концепция Шмидта перешла в один ряд с гипотезами Бюффона, Мультона-Чемберлена, Джинса, Фесенкова и др. Что же осталось от идей Шмидта у его последователя? Только одно - образование планет «путем объединения (аккумуляции) твердых тел и частиц» [ , с. 35]. Эту ошибочную позицию Шмидта В. С. Сафронов оставил в силе, но попал в расставленную им же самим ловушку.

Шмидт мог говорить об образовании Земли путем объединения твердых тел и частиц по той причине, что они принадлежали «темной материи», захваченной Солнцем. Ежели Солнце и протопланетное облако образовались совместно, то последнее состояло на 99% из водорода, в котором остальные химические элементы составляли лишь ничтожную примесь. Возникла проблема: удалить из зоны планет земной группы весь водород! Как видно из дальнейшего, оптимальное ее решение не было найдено. Приняв концепцию совместного образования Солнца и планет, В. С. Сафронов, как и его учитель, не считает нужным рассматривать эволюцию Солнца. Не рассматривает он и происхождение метеоритов, т.е. тех «твердых тел», из которых аккумулировались планеты. Книга посвящена эволюции уже существующего допланетного облака и аккумуляции из него (вследствие процессов, аналогичных коагуляции) планет.

В отношении природы астероидов Сафронов повторяет версию Шмидта, что это зародыши планеты, образованию которых помешало гравитационное возмущение со стороны Юпитера. На основании своих расчетов В. С. Сафронов заключает, что формирование Земли из твердых частиц продолжалось примерно 100 млн лет и возникла она в результате соударения преимущественно крупных тел, которые по массе были сопоставимы с Луной. Отсюда последовал вывод, что нагревание Земли в процессе ее аккреции было вызвано теплом, выделившимся в процессе ударов крупных тел. Одним из следствий таких ударов В. С. Сафронов считал неоднородности в теле Земли. «На большие горизонтальные неоднородности указывает также существование океанов и континентов» [ , с. 233].

В рассматриваемый период вопросам термической истории Земли и Луны посвящен ряд работ Е. А. Любимовой, Б. Ю. Левина, С. В. Маевой и Е. Л. Рускол. Обсуждались все более сложные задачи с различными вариантами содержания радиоактивных элементов, учитывалась роль лучистой теплопроводности и величины теплового потока с континентов и океанов. Б. Ю. Левин и С. В. Маева рассматривали образование земной коры как длительный процесс, начавшийся 3 ·10 9 лет назад . В 1968 г. опубликована монография Е. А. Любимовой, подводящая итог ее 20-летних исследований по геотермии планет . Основным источником их разогрева она считала радиогенные элементы, отмечая большую неопределенность относительно их распределения из-за неясности химического состава мантии и ядра. Если ядро Земли в основном железное, то при его формировании должна была выделиться энергия, равноценная радиоактивному источнику. По ее расчетам разогрев под действием радиоактивного распада может происходить до сих пор в глубочайших недрах, а верхние слои мантии могут охлаждаться. Она считала, что «все другие источники тепла (приливное трение,«короткоживущие» изотопы, поглощение нейтрино и др.) имеют второстепенный характер и не определяют направление термической истории Земли и Луны» [ , с. 255].

Подводя итог первому десятилетию развития концепции Шмидта после его кончины, приходится констатировать, что его последователи отказались от большинства постулатов, положенных им в основу его «теории». Б. Ю. Левин оставил открытым вопрос о раздельном или совместном с Солнцем образовании протопланетного облака, а В. С. Сафронов однозначно встал на позиции совместного образования Солнца и планет из единой протосолнечной небулы. О. Ю. Шмидт не различал частицы и метеориты, рассматривая те и другие как первичный материал при образовании планет. Б. Ю. Левин такое смешение частиц и метеоритов признал ошибочным [ , c. 40]. О. Ю. Шмидт считал, что даже такая крупная планета, как Земля, образовалась в результате собирания холодных частиц и метеоритов, и сама первоначально была холодной. Б. Ю. Левин же пришел к заключению, что даже небольшие астероиды прошли состояние плавления.

Единственное, что сохранили последователи Шмидта от его концепции, было утверждение, что планеты земной группы образовались из твердых частиц. Но если для Шмидта такой тезис был закономерен (поскольку он предполагал образование планет из захваченной «темной материи»), то для его последователей, вставших на позиции совместного образования Солнца и планет из единой небулы, отстаивание такого тезиса было сопряжено с большими трудностями: куда девался водород?

Семидесятые годы: как встретили последователи Шмидта информацию об истории Луны?

В начале 1970-х впервые появились прямые данные о химическом составе внеземных пород и обширная информация о Луне, полученная по программам «Аполлон» и «Луна». Эти материалы стали проверкой сложившихся ранее космогонических концепций, и в том числе шмидтовской космогонии. Что касается Луны, то стало известно: 1) 4,6-4,5 млрд лет назад Луна была расплавлена и на ней образовалась мощная анортозитовая кора; 2) поверхность ее подверглась метеоритной бомбардировке, в результате чего возник слой раздробленных пород - реголита; 3) примерно 4,0 млрд лет назад образовались гигантские ударные кольцевые бассейны, что свидетельствует о пике бомбардировки, названном лунным катаклизмом. В июне 1974 г. в Москве проходила советско-американская конференция по космохимии Луны и планет, на которой были суммированы результаты исследований по программам «Аполлон» и «Луна» и проведено широкое их обсуждение. В докладе Дж. Ф. Хейса и Д. Уолкера показано, что частичное плавление полевошпатового материала лунной коры началось 4,6 млрд лет назад; плавление мантии на глубине примерно 100 км 3,8-3,6 млрд лет назад привело к излиянию богатых титаном базальтов; плавление на глубинах более 200 км 3,4-3,1 млрд лет назад породило излияние малотитановых базальтов.

Б. Ю. Левин и С. В. Маева были вынуждены признать, что на Луне «дифференциация произошла настолько рано, что она не может быть связанной с нагревом долгоживущими радиоактивными элементами, а указывает на высокую начальную температуру Луны. Причины высокой начальной температуры остаются непонятыми» [ , с. 283]. Информация, полученная при изучении Луны, нанесла сокрушительный удар по концепции, предложенной О. Ю. Шмидтом. Основным источником энергии, определяющим эволюцию Земли и планет, Шмидт и его последователи (Е. А. Любимова, С. В. Маева, В. С. Сафронов, Б. Ю. Левин) считали радиоактивный распад U, Th, K. Из их расчетов получалось, что при начальной температуре около 0 °С необходимы 1,5-2 млрд лет, чтобы в недрах планеты накопилось тепло, достаточное для плавления силикатов . В более поздней работе Маева, пренебрегая выделением тепла при адиабатическом сжатии вещества (принята длительность аккумуляции 200 млн лет), оценила температуру в центре Луны в 500 К (около 200 °С), а на поверхности еще ниже . Е. А. Любимова также исходила в своих расчетах термической истории Луны из предположения, что начальная температура ее поверхности 0 °С .

Чтобы объяснить столь ранний разогрев Луны, Е. Л. Рускол пришлось пересмотреть прежние представления и выдвинуть гипотезу «лобового» столкновения двух массивных спутников Земли: «Слияние двух спутников в одно тело представляет весьма быстрый процесс, длящийся около одного часа. Выделившейся энергии достаточно, чтобы нагреть всю массу в среднем на несколько сотен градусов сверх ее равновесной температуры…» [ , с. 643]. Столь экстравагантная гипотеза позволяла не пересматривать прежнее заключение В. С. Сафронова о крайне длительной (около 100 млн лет) аккумуляции Земли и Луны. Ведь если аккумуляция планеты происходит относительно быстро (примерно 104 лет), то энергии аккреции оказывалось достаточно, чтобы разогреть ее до состояния плавления. В. С. Сафронов продолжал отстаивать прежнюю позицию, согласно которой время накопления составляет 6·10 7 -6·10 8 лет. Критикуя концепции А. Рингвуда, Т. Хэнкса и Д. Андерсона, К. Турекьяна и С. Кларка, М. Халлама и А. Маркуса, А. Камерона, В. С. Сафронов упрекал своих противников в том, что они исходили только из геохимических соображений или же иначе, чем он, оценивали плотность протопланетного облака, или приняли слишком уплощенный его слой. Но ведь те параметры протопланетного облака, которые выбрал он сам и которые привели его к столь продолжительной аккреции, тоже остаются лишь вариантом преполагаемого процесса, доподлинно неизвестного. А вот то, что Луна при формировании оказалась разогрета, - это факт. Он «весит» куда больше, чем теоретические расчеты процесса аккреции.

Куда более осторожную позицию заняли Б. Ю. Левин и С. В. Маева . Они рассмотрели все возможные варианты раннего разогрева Луны и пришли к неутешительному выводу, что происхождение спутника Земли остается неизвестным: «Как видно из сказанного выше, выяснение высокой начальной температуры Луны ничем не помогло при выяснении ее происхождения. Наоборот, поиски объяснения новых данных о Луне приводят к новым серьезным затруднениям и загадкам. Многие их этих загадок усугубляются тем, что поиск решения лунных проблем должен быть увязан с выяснением других планетных тел Солнечной системы» [ , с. 295-296].

Как выше отмечалось, астронавтами, вернувшимися с Луны, установлена огромная роль ударных процессов в формировании ее рельефа. Последователи Шмидта, и прежде всего Е. Л. Рускол и В. С. Сафронов , стали рассматривать это как подтверждение развиваемого ими представления об образовании планет и спутников в результате соударения крупных тел. Однако существует иная точка зрения: ударные кратеры и «бассейны» диаметром до 1000 км не имеют отношения к эпохе образования Луны, а связаны с более поздним «лунным катаклизмом» . Если опираться на определения возраста пород Луны, то на ней обнаружены три разновременных события. Наиболее раннее (4,6-4,5 млрд лет) - кристаллизация анортозитов, образовавшихся из существовавшего на Луне расплава. Далее - перерыв около 500 млн лет. Второе событие - шквал метеоритов и астероидов, обрушившихся на Луну и образовавших ударные бассейны диаметром до 1200 км. «Эти бассейны сильно различаются между собой по степени их сохранности, но абсолютный возраст прогрева пород при образовании этих бассейнов оказался в пределах ошибок метода почти одинаковом (около 4 млрд лет), что дало возможность говорить об одновременности крупнейших кратерных бассейнов Луны» [ , с. 63]. Третье событие - продолжавшееся с 3,8 до 3,1 млрд лет назад излияние базальтов.

Последователи Шмидта утверждали, что Луна подвергалась интенсивной метеоритной бомбардировке все время от стадии ее образования и до эпохи 4,0-3,9 млрд лет назад. Пробел же в шкале возрастов примерно в 500 млн лет Е. Л. Рускол объясняет следующим образом: «Это - свидетельство о крупных катастрофах в истории лунной поверхности - образовании морских впадин при ударах крупных тел, пришедших с геоцентрических орбит» [ , с. 22].

Нет, все наоборот - это свидетельство об отсутствии катастрофических падений на Луну в интервале от 4,5 до 4,0 млрд лет назад, ибо лунный катаклизм датирован примерно 4,0 млрд лет назад. Аналогичные гигантские кратеры известны на Меркурии, Марсе и предполагаются на Венере. Общность их морфологии указывает на то, что на всех планетах гигантские ударные кратеры возникли вследствие одной причины, и это событие не связано ни с эпохой образования планет, ни с формированием самой Луны. В американской научной литературе сложилось представление о «лунном катаклизме», имевшем место 4 млрд лет назад и сказавшемся на всех планетах Солнечной системы. Автор этих строк связывает его со взрывным распадом планеты, находившейся на орбите пояса астероидов . Обломками этой планеты являются астероиды и метеориты.

На конференции по космохимии Луны и планет (Москва, 1974) возникла полемика между последователями О. Ю. Шмидта.

«В рамках гипотезы О. Ю. Шмидта о совместном образовании Земли и Луны, - писали Б. Ю. Левин и С. В. Маева, - естественно ожидать одинаковый состав Земли и Луны. Попытка Е. Л. Рускол показать, что эта гипотеза ведет к различному их составу, представляется сомнительной, как в отношении объяснения предполагаемого дефицита летучих в Луне, так и в объяснении отсутствия у Луны железного ядра. <…> Е. Л. Рускол исходит из физически неправильного предположения о линейном росте содержания железа, а вместе с тем и плотности… Поэтому ее объяснение различий в содержании железа на Земле и Луне является чисто формальным» [, с. 295].

В. С. Сафронов писал: «Недавно Б. Ю. Левин предложил новую модель массивной солнечной туманности... Эта модель… встречается с той же серьезной трудностью, что и модель Камерона: неизвестен эффективный механизм переноса момента изнутри наружу, который привел бы к образованию Солнца. Кроме того, обладая большой протяженностью и меньшей концентрацией к центру, эта модель туманности еще менее устойчива по отношению к распаду на двойную систему, чем модель Камерона. Мы не можем также согласиться с мнением Б. Ю. Левина, что подобная модель массивной туманности необходима для решения проблемы роста Урана и Нептуна. Процесс аккумуляции планет-гигантов был очень сложным и требует более тщательного и всестороннего рассмотрения» [ , с. 626-627].

Итогом обсуждения поступившей информации по ранней истории Луны стало объяснение ее начального расплавления за счет энергии аккреции: «..Из уравнений (1) и (2) следует, что температура Луны никогда не достигала солидуса базальтов при времени аккреции, превышающем 1000 лет, при условии, что излучательная способность лунной поверхности была меньше теперешней», - подчеркивали М. Н. Токсоц и Д. Х. Джонсон [ , с. 212, 213]. Этот вывод независимо получен в работе Мицутани и др. на основе более детального рассмотрения процесса аккреции [ , с. 213].

Такое заключение американских космогонистов оказалось в вопиющем противоречии с позицией В. С. Сафронова , продолжавшего утверждать, что формирование Земли и Луны продолжалось около 100 млн лет: «Но, принимая, что Луна формировалась в околоземном рое из частиц, захваченных Землей в течение всего времени ее роста, мы должны сделать вывод, что время пополнения роя и время аккумуляции Луны 10 7 -10 8 лет» [ , с. 626]. А как же с разогревом Луны в самом начале ее истории? Сафронов писал: «Попытки объяснить этот разогрев образованием Луны на более близком расстоянии от Солнца или ее крайне быстрой аккумуляцией явно необоснованны» [ , с. 628]. Он объяснял разогрев Луны энергией ударов за счет тел, «прилетавших из области астероидов и даже планет-гигантов» [ , c. 628]. Выходит, околоземная Луна образовалась из материала Юпитера?

Концепция О. Ю. Шмидта и геология

Когда О. Ю. Шмидт в начале 40-х гг. XХ в. приступил к разработке космогонической концепции, геологических данных о ранней истории нашей планеты еще не существовало. Сам автор гипотезы, да и многие ученые, занимавшиеся изучением Земли, полагали, что разработка космогонической концепции прояснит начальные стадии ее эволюции, о которых геология ничего не может сказать. Последующие 3-4 десятилетия коренным образом изменили ситуацию - геологическое картирование древнейших толщ, петрографическое изучение условий их образования, гигантские достижения в области изотопных методов определения абсолютного возраста пород позволили расшифровать раннюю историю нашей планеты. Ситуация стала диаметрально противоположной - теперь геология выступает в качестве арбитра, проверяющего правильность космогонических построений. Напомним, что О. Ю. Шмидт полагал, что в начале своей истории Земля была холодной. Его позицию поддержал О. Г. Сорохтин . Рассчитав скорость выделения земного ядра, он пришел к выводу, что наружная часть планеты должна была разогреться лишь через 500 млн лет.

В. С. Сафронов первоначально также считал раннюю Землю холодной, поскольку предполагал ее аккрецию за счет малых тел [ ; ]. Позже он стал отводить основную роль в образовании Земли крупным телам, и это привело его к заключению, что еще при аккреции в мантии Земли формировались как плотностные, так и термические неоднородности. «Области ударов немногих самых больших тел, имеющих размеры до 1000 км, получили дополнительное нагревание в сотни градусов, особенно большое в их центральной части. Именно в этих областях в относительно раннюю эпоху впервые начались все процессы, связанные с частичным расплавлением вещества и с его последующей гравитационной дифференциацией» [ , с. 38]. Выплавившиеся тяжелые вещества спускались в нижнюю мантию, а легкие поднялись в верхнюю. «В результате возник длительный глобальный процесс, охватывавший все больший объем вещества вокруг первичной расплавленной области. Естественно считать, что именно над такими избыточно нагретыми областями началось образование континентов» [ , c. 38]. А. В. Витязев, Г. В. Печерникова и В. С. Сафронов утверждали, что газообразный водород с Земли и с других ближайших планет был удален еще до завершения аккреции .

Названные представления о характере процессов на ранней Земле, вытекающие из анализируемой космогонической концепции, не подтвердились при расшифровке каменной летописи нашей планеты. Современные представления о ранней геологической истории Земли заложены Л. И. Салопом . Он показал, что древнейшими породами планеты являются метаморфизованные в гранулитовой фации (давление 6-10 кбар, температура 700-1000 °С) базальты, отложившиеся в интервале 4,4-4,0 млрд лет назад и подвергшиеся гранитизации. Недавно это подтверждено австралийскими геохимиками, обнаружившими в граните циркон возраста 4,4 млрд лет. Интерпретация данных о ранней истории Земли приводит к следующим выводам. Интенсивная вулканическая деятельность на планете началась с окончанием аккреции. За 4,5-4,0 млрд лет на Земле повсеместно сформировалась однородная по составу кора из базальтов мощностью около 10 км, которые метаморфизованы в гранулитовой фации (Р = 6-10 кбар, t = 700-1000°). Метаморфизм вызван давлением сохранившейся после аккреции водородной атмосферы, масса которой составляет примерно 0,5% от массы Земли. В древнейших породах нет следов ударов астероидов, аналогичных тем, что установлены на Луне: падавшие обломки разрушались сверхплотной атмосферой. Геология не подтвердила вывод В. С. Сафронова о существовании на ранней Земле термальных неоднородностей, якобы возникших вследствие падения крупных планетообразующих тел - геологический разрез древнейших пород везде одинаков, свидетельствуя об однородности физической обстановки в пределах всей планеты. То, что Земля сохранила после аккреции часть водородной оболочки, подтверждается продолжающимся до сих пор мощным истечением водорода из недр планеты . Резко восстановительная обстановка минералообразования в метеоритах (присутствие самородных кремния и алюминия) свидетельствует, что и их материнская планета формировалась в окружении водорода . Таким образом, есть основания считать, что в пределах всего пространства от Земли до Юпитера водород к концу аккреции планет в том или ином количестве сохранялся.

Удар по шмидтовской космогонии нанесло и прямое фотографирование астероидов с космических аппаратов: все сфотографированные астероиды имеют не обломочное строение, а представляют округлые каплевидные тела, что указывает на их образование из жидкого расплавленного вещества разрушившейся планеты . Так, астероид Матильда имеет скругленную форму и огромную вмятину на поверхности, что, однако, не привело к его разрушению. Такое могло произойти лишь при столкновении двух вязких (расплавленных) объектов. Разрушение Фаэтона, разумеется, сопровождалось образованием мелких обломков, которые сфотографированы на поверхности некоторых астероидов. Они были и причиной возникновения небольших ударных кратеров на астероидах.

Последний этап эволюции шмидтовской космогонии

Обобщающая работа продолжателей О. Ю. Шмидта опубликована в 1990 г. . В ней впервые заходит речь об эволюции Солнца в связи с образованием окружающих его планет. Причем используется теория гравитационной неустойчивости, разработанная Дж. Джинсом - тем самым английским астрономом, с критики космогонической гипотезы которого и началась метеоритная «теория» О. Ю. Шмидта. Далее приводятся теоретические расчеты динамической эволюции допланетного облака. В предложенные формулы вводятся различные параметры физического состояния протопланетного вещества и время тех или иных процессов. Большая часть численных характеристик эволюции протовещества не более чем предположения авторов, опирающиеся на исходные постулаты. Изменение даже некоторых из них коренным образом повлияет на конечный результат. Примеров таких изменений за 50-летнюю историю рассматриваемой концепции было много (изменения в оценке роли различных источников энергии, изменение начальной температуры Земли, изменение времени аккреции, изменение представлений о строении ядра Земли и т.д.).

Поскольку авторы книги излагают «теорию» образования планет путем аккумуляции твердого вещества [ , с. 2], им необходимо объяснить, «как и когда из зоны планет земной группы было потеряно более 99% вещества» [ , с. 77]. Привлекается солнечный ветер на стадии Т-Тельца. «Однако наблюдения показывают, что длительность активной стадии звезд типа Т-Тельца 10 6 -10 7 лет, и если бы на этой стадии был удален весь газ, возникают трудности с объяснением формирования Юпитера и Сатурна» [ , с. 80]. Авторы заключают: «К моменту окончания стадии Т-Тельца из околосолнечного диска была потеряна лишь часть газа» [ , c. 80]. Поэтому А. В. Витязев и его коллеги прибегают к термической диссипации газа, считая, «что диссипация газа из вращающегося допланетного диска является много более эффективным процессом, чем удаление массивных атмосфер с медленно вращающихся планет…» [ , с. 86]. Единственным аргументом в пользу гипотезы, что водород протосолнечной небулы был унесен за пределы планет земной группы до начала их аккреции, служат треки на зернах оливина в хондритах, которые они считают образованными космическими лучами в отсутствие газа. Но здесь все зависит от принятой ими гипотезы генезиса метеоритов. Приступая к интерпретации метеоритных данных, А. В. Витязев и др. так обосновывают свой подход: «Космогоническая модель, претендующая на правильность своих динамических основ, должна пытаться объяснить и цепочку ключевых проблем космохимии: происхождение метеоритов - происхождение хондритов - происхождение хондр» [ , с. 106].

Итак, не из наблюдений строится теория, а наоборот, теоретическая модель истолковывает материал наблюдений! Их представления о генезисе метеоритов противоречивы. Они пишут:«Согласно излагаемой ниже концепции хондры образовались в результате дробления вещества, разбрызгивания расплава и последующей агрегации реконденсатов, образовавшихся при высокоскоростных соударениях тел» [ , с. 118]. И далее:«Представляется, что все известные классы метеоритного вещества возникли в результате столкновительной эволюции роя тел, первоначально состоящих из примитивного первичного вещества, сходного по нормативному составу с веществом углистых хондритов С 1» [ , с. 127]. Но этому противоречат их же слова: «В работах Витязева (1982), Витязева, Маевой (1981) приведены дополнительные доводы в пользу того, что образование железных метеоритов происходило в результате плавления и дифференциации в родительских телах, а не путем “аккумуляции металлических зерен” в допланетном диске» [ , с. 125]. На следующей странице они пишут, что вещество обыкновенных и энстатитовых хондритов «подвергалось частичной магматической дифференциации». И тут же отмечают, что при таком подходе «не удается найти механизм для решения важнейшей проблемы: по любой модели хондрообразования Fe, Ni, S должны быть удалены каким-то образом, поскольку первый элемент обеднен в хондрах относительно общего состава хондрита, а второй и третий элементы практически отсутствуют в большинстве хондр» [ , с. 126]. Таким образом, с одной стороны структура и состав метеоритов определяются ударными процессами, с другой - магматической дифференциацией в материнском теле. А каковы их размеры? Ведь материнским телом может быть и распавшаяся планета?

Заключение

Независимые источники информации - данные по Луне, астероидам, метеоритам, ранней истории Земли - не стыкуются с положениями и теоретическими расчетами концепции О. Ю. Шмидта и его последователей. Метеориты нельзя рассматривать как исходный материал при образовании планет Солнечной системы. Они сами обломки одной из ее планет. Недавно это подтвердилось находками в углистых хондритах остатков цианобактерий . Для возникновения жизни необходимы гидросфера и атмосфера, которые могут существовать лишь на большой планете [ ; ].

Оценивая 60-летний путь гипотезы О. Ю. Шмидта, приходится констатировать, что практически все входящие в нее положения оказались ошибочными. В отношении астрономической ее части это недавно подчеркнул Г. М. Идлис:

«Что касается космогонической концепции О. Ю. Шмидта, то со временем пришлось фактически отказаться не только от его первоначальной “захватной” гипотезы, но и от предложенного им объяснения закона планетных расстояний, которое оказалось (в отличие от сопутствующего закона, полученного В. Г. Фесенковым, исходя из критерия приливной устойчивости) несовместимым с распределением планет и их спутников по массам» [ , с. 250].

Ф. А. Цицин писал:

«Гипотеза Шмидта стала затем законом его теории, а через нее всей мировой планетной космогонии, уже давно развивающейся практически в шмидтовском русле и при ведущей роли космогонистов его школы, начиная с В. С. Сафронова. Тем интереснее (и парадоксальнее) то, что практически все наиболее яркие элементы этой гипотезы, как выяснилось еще в 40-х гг., были ошибочными!» [ , с. 427].

Неверно исходное положение О. Ю. Шмидта о первоначально «холодном» образовании планет: внешняя зона Земли была разогрета до состояния частичного плавления (1200-1400 °С) в первые 100 млн лет после ее образования, а внешняя зона Луны - до полного плавления 4,6-4,5 млрд лет назад. Высокая температура Земли и Луны после аккреции объяснима, если аккреция происходила быстро (10 3 -10 5 лет), т.е. в тысячи раз быстрее, чем по расчетам В. С. Сафронова.

Неверно относить падение тел, оставивших гигантские кратеры на Луне, к эпохе ее аккреции - кратерные бассейны появились спустя 500 млн лет после возникновения Луны, и образованы они обломками распавшейся планеты. Следовательно, нет оснований связывать начальный разогрев Луны и планет с энергией ударов крупных тел.

Неверен тезис О. Ю. Шмидта и его последователей об образовании планет путем аккумуляции твердого вещества. Не только флюидные планеты, но и планеты земной группы формировались в условиях гигантского давления водорода и других летучих веществ, и эти летучие вещества в значительном количестве вошли в состав всех планет. Для Земли это доказывается существованием до 4,0 млрд лет назад высокоплотной водородной атмосферы и продолжающимся обильным выделением водорода, а для разрушавшейся планеты - резко восстановительным характером происходивших в ее недрах химических процессов. Заметим, что, согласно «модели Киото», предложенной японскими космохимиками , на ранней Земле сохранялась водородная атмосфера с массой 10 26 г.

Последователи Шмидта, желая сохранить его постулат об образовании планет из «твердого вещества», столкнулись с двумя непреодолимыми трудностями. Попытка решить их красной нитью проходит через все работы, опубликованные за 50 лет: 1) как удалить водород из зоны планет земной группы; 2) как объяснить природу метеоритов. Б. Ю. Левин объяснял отсутствие водорода в зоне земных планет тем, что непрозрачное пылевое облако нагревалось Солнцем, и потому сохранились только тугоплавкие частицы, а в области больших планет при крайне низкой температуре (5 К) водород намерзал на твердые частицы. А. В. Витязев и др. объясняют удаление водорода частично солнечным вектором на стадии звезды типа Т-Тельца, частично термической диссипацией. Однако сами они задаются вопросом: «...почему ко времени аккреции газа в зоне Юпитера и Сатурна его уже не было в ближней и дальней областях Солнечной системы» [ , с. 80]. Неудачны попытки последователей Шмидта уложить в рамки его «теории» лавинообразно нарастающую информацию по петрологии и геохимии метеоритного вещества, прошедшего магматическую дифференциацию.

Продолжатели О. Ю. Шмидта, с одной стороны, отказались от ряда сформулированных им постулатов, с другой - пытались сохранить видимость преемственности от своего учителя, защищая его тезис об образовании планет из твердого вещества. Тем самым они связали себе руки и вынуждены были отстаивать заведомо ошибочное представление о раннем удалении водорода из зоны планет земной группы, об ударном генезисе всех процессов в метеоритах, о различных механизмах формирования ближних и дальних планет. Если бы они нашли мужество отказаться и от тезиса Шмидта об образовании планет из пыли и метеоритов, то их успехи в развитии космогонических идей были бы существеннее. Сказанная А. В. Витязевым и его соавторами фраза, что кометы - побочный продукт процесса формирования планет-гигантов [ , с. 282], открывает принципиально иной путь в планетной космогонии. Кометы, рассматриваемые сейчас как продукт конденсации межзвездных молекулярных облаков, могли стать материалом не только для образования Плутона, Харона и больших планет, но и планет земной группы, первоначально окруженных водородным одеялом. Т.е. при образовании планет Солнечной системы можно было обойтись без материала метеоритов. Именно так и поступил А. А. Маракушев, предложив кометную гипотезу образования Солнечной системы . В этом случае расчеты В. С. Сафронова и коллег об эволюции протопланетного облака, опиравшиеся на теорию коагуляции, нашли бы свое место, а метеориты рассматривались бы как продукт взорвавшейся планеты, ранее возникшей из кометного материала.

Гипотеза О. Ю. Шмидта оказалась ошибочной. Но поставленная им научная проблема - всесторонний комплексный подход к изучению происхождения Земли - должна быть оценена высоко. Шмидт не только высказал гипотезу, но и создал коллектив единомышленников и тем стимулировал широкий круг исследований по изучению внутреннего строения планет, их термической истории, приливных взаимодействий Земля-Луна и т.д. При постановке такой крупной задачи выдвижение постулатов было допустимо, но последователи Шмидта должны были вовремя отказаться от них, если поступавшая информация им противоречила.

О причине неудачи гипотезы О. Ю. Шмидта точнее всего сказал В. Г. Фесенков еще в 1951 г:

«О. Ю. Шмидт считает, что согласие выводов, сделанных частично дедуктивно из принятого произвольно исходного положения, с современными основными свойствами Солнечной системы может служить достаточным доказательством правильности исходного положения. Это может быть правильно в математике, но это совершенно не достаточно в естествознании и особенно в космогонии, где выводы из теории образования Солнечной системы приходится по необходимости сравнивать с современным состоянием Солнечной системы в предположении, что последняя за несколько миллиардов лет своего существования не изменилась. Вообще же доказательство апостериори в естествознании не есть достаточное доказательство справедливости исходных положений» [ , с. 41].

И еще два высказывания В. Г. Фесенкова:

«О. Ю. Шмидт, не будучи астрономом, интересовался не обширным наблюдательным материалом, а исходил из ограниченного числа общих положений, которые представлялись ему правдоподобными» [ , с. 42];

«О. Ю. Шмидт не считает необходимым обосновать свои исходные положения данными наблюдений, а принимает их более или менее произвольно. Между тем проблему космогонии необходимо рассматривать как одну из проблем естествознания и применять для ее разрешения как индуктивный, так и дедуктивный методы» [ , с. 38].

Концепция О. Ю. Шмидта была построена преимущественно дедуктивным путем: попыткой объяснить удивительное распределение момента количества движения в Солнечной системе и априори высказанным убеждением, что планеты возникли из твердых частиц (пыли, метеоритов, астероидов). Он писал:

«В свете развиваемой нами теории происхождения планет отпадает необходимость в каких бы то ни было специальных гипотезах о происхождении астероидов, так как их своеобразие вытекает из установленных теорией общих закономерностей» [ , с. 69].

В эмпирических науках, в том числе в науках о Земле, построение обобщающей теории еще преждевременно - накопленные знания, увы, невелики. Речь может идти лишь о формулировании гипотезы, которая должна разрабатываться путем обобщения эмпирического материала. Попытка пойти обратным путем - сформулировать теоретическую схему эволюции объекта и на ее основе интерпретировать эмпирические данные - приводит лишь к нагромождению ошибок.

Литература

1. Страхов В. Н. Слово об ученом, именем которого назван Институт физики Земли РАН // Земля и Вселенная. 2002. № 2.

2. Рускол Е. Л. Происхождение планет и спутников // Земля и Вселенная. 2002. № 2.

3. Цицин Ф. А. Истоки и перспективы шмидтовской планетной космогонии // Земля и Вселенная. 2002. № 2.

4. Сафронов В. С. Развитие отечественной планетной космогонии // О. Ю. Шмидт и советская геофизика 80-х годов. М., 1984.

14. Фесенков В. Г. 32. Рускол Е. Л. Происхождение Луны // Космохимия Луны и планет. М., 1975.

33. Сафронов В. С. Длительность процесса формирования Земли и планет и ее роль в геохимической эволюции // Космохимия Луны и планет. М., 1975.

34. Везерилл Г. В. Доморское кратерообразование и ранняя история Солнечной системы // Космохимия Луны и планет. М., 1975.

35. Флоренский К. П., Базилевский А. Т., Бурба Г. А. и др. Очерки сравнительной планетологии. М., 1981.

36. Рускол Е. Л. Происхождение Луны. М., 1975.

37. Tera F., Wasserburg G. J. U-Th-Pb and inferences abaut lunar evolution systematics on lunar rocks and the age of the moon // Proc. 5th Lunar Sci. Conf. 1974. V. 2.

38. Резанов И. А. История с планетой Ольберса // Историко-астрономические исследования. 2001. Bып. 26.

39. Резанов И. А. Метеориты свидетельствуют - в Солнечной системе была еще одна крупная планета // Историко-астрономические исследования. 2002. Bып. 28.

49. Идлис Г. М. Дополнение к докладу Ф. А. Цицина о штрихах к портрету П. П. Паренаго как ученого и человека // Историко-астрономические исследования. 2000. Bып. 25.

50. Hayashi Ch., Nakazawa K., Mizono H . Earth’s melting due to the blanketing effect of the primordial dense atmosphere // Earth and Planetary Science Letters. 1979. V. 43.