История Земли

 

Образование планеты земля - «холодная» и «горячая» гипотезы. Теория Лапласа

 

 

Рассказ о происхождении Земли и Солнечной системы нам придется начать издалека. В 1687 г. И. Ньютон вывел закон всемирного тяготения: «Каждое тело во Вселенной притягивает другое тело с силой, прямо пропорциональной произведению их масс и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними».

 

Теоретически закон всемирного тяготения позволяет рассчитать движения любого тела во Вселенной под влиянием тяготения других тел (если заданы начальные параметры их движения). Но, увы! — только теоретически: уравнения, необходимые для описания движения всего трех изолированных тел под влиянием тяготения друг друга, столь сложны, что их аналитическое решение не удавалось получить почти три столетия, до 60-х годов нашего века. Понятно, что о полном решении для такой системы тел, как Солнечная система, и говорить не приходится. Что же до приближенных расчетов, которыми занимались многие выдающиеся математики и астрономы (Ж. Лагранж, П. Лаплас и др.), то они показывают, что возмущения в орбитах планет носят периодический характер: параметры орбиты меняются в одном направлении, затем в противоположном до бесконечности. Итак, в самой по себе определяемой тяготением структуре Солнечной системы вроде бы нет ничего, что мешало бы ей существовать вечно; недаром сам Ньютон вопрос о происхождении Солнечной системы вообще не ставил.

 

Давайте, однако, задумаемся: если бы причиной движения планет было одно лишь тяготение, что с ними произошло бы? Правильно, они «упали» бы на Солнце. Планеты тем не менее благополучно двигаются себе по своим орбитам перпендикулярно действующей на них силе тяжести и при этом еще вращаются вокруг собственной оси. Это движение не могло возникнуть - и не возникло! — под влиянием тяготения Солнца; откуда же оно взялось?

 

Дело в том, что всякое вращающееся тело обладает опреде-ленным качеством, которое называется моментом количе-ства движения (МКД). Величина МКД зависит от трех параметров: массы тела, его круговой скорости и расстояния до центра вращения. К XVIII в. было установлено, что МКД не возникает из ничего и не исчезает бесследно, а может лишь передаваться от тела к телу. Это закон сохранения мо-мента количества движения, принадлежащий к ряду законов сохранения (таких, как законы сохранения вещества, энергии и пр.). А коли так, то любая теория возникновения Вселен-ной (или Солнечной системы) как минимум не должна ему противоречить.

 

Итак, все тела, составляющие Солнечную систему, обладают собственным МКД; создать МКД невозможно — откуда же он взялся? Возможен следующий выход из этого тупика. Дело в том, что МКД могут различаться в зависимости от направления вращения: по и против часовой стрелки - положительный и отрицательный МКД. Если телу (или системе тел) сообщить два МКД - равной величины, но разного знака — то оба момента взаимно уничтожатся, и возникнет система, лишенная МКД. Но в таком случае верно и обратное: система, изначально не обладавшая МКД, может разделиться на две: одну с положительным, другую — с равным ему отрицательным МКД. Таким образом, МКД как бы появляется и исчезает без нарушения закона сохранения. Исходя из этого можно предположить, что Вселенная вначале не обладала МКД, но затем одни ее части получили положительный момент, а другие (одновременно) отрицательный.

 

Так вот, если посмотреть на Солнечную систему «с высоты» — из некоей точки над Северным полюсом Земли (и соответственно над плоскостью ее орбиты), то окажется, что Земля, Солнце и большинство иных тел вращаются вокруг своей оси против часовой стрелки; планеты вокруг Солнца и спутники вокруг планет тоже. Значит, положительные и отрицательные МКД всех тел, составляющих Солнечную систему, отнюдь не уравновешиваются между собой; суммарный МКД этой системы очень велик, и необходимо выяснить его происхождение.

 

В 1796 г. П. Лаплас сформулировал небулярную теорию, согласно которой последовательность событий при образовании Солнечной системы такова. Имеется первичное газопылевое облако (туманность - по-латыни «небула»), возникшее в результате концентрации рассеянного межзвездного вещества под действием взаимного притяжения его частиц (в соответствии с законом всемирного тяготения). Небула не является идеальным шаром, и ее края — просто по теории вероятности — находятся на неодинаковом расстоянии от ближайшей движущейся небулы (или звезды), а потому притягиваются последней с неодинаковой силой, которая, как мы помним, обратно пропорциональна квадрату расстояния. Этой неравновесности достаточно для того, чтобы наша небула получила первичный толчок, который и придаст ей вращательное движение, пусть и чрезвычайно слабое.

 

Как только небула начинает поворачиваться вокруг своей оси, в ней возникает сила тяжести (как в космическом корабле, который специально «раскручивают» для противодействия невесомости). Под воздействием силы тяжести небула должна начать сжиматься, т. е. ее радиус уменьшается. А мы с вами помним, что МКД (который есть величина постоянная) зависит от трех параметров: массы тела, радиуса и скорости его вращения; масса — тоже величина неизменная, поэтому уменьшение радиуса может быть компенсировано только увеличением скорости вращения. В результате огромный газовый шар будет вращаться все быстрее и быстрее, работая как центрифуга: под действием центробежной силы его экватор вспухает, придавая шару форму все более сплющенного эллипсоида. Затем наступает момент, когда все возрастающая центробежная сила на экваторе уравновешивает силу притяжения, и от него (экватора) начинает отслаиваться кольцо, а затем, по мере дальнейшего сжатия небулы, еще и еще. Вещество этих вращающихся колец начинает под действием взаимного притяжения его частиц конденсироваться в планеты, от которых, в свою очередь, отрываются их спутники.

 

Теория Лапласа, согласно которой Земля была изначально холодной, сохраняла популярность на протяжении почти столетия, хотя ей и противоречили некоторые астрономические данные (например, вращение Венеры и Урана в сторону, обратную всем остальным планетам и Солнцу). Однако ближе к концу XIX в., когда было твердо установлено, что температура в недрах нашей планеты чрезвычайно высока (по современным данным, свыше 1000 °С), большинство ученых стали разделять мнение об изначально горячей Земле - огненном шаре, постепенно остывающем с поверхности. Поиски источника этого раскаленного вещества вполне естественно было начать с Солнца. В начале нашего века астрономы Т. Чемберлен и Ф. Мультон выдвинули, а Дж. Джине математически обосновал планетезимальную теорию происхождения планет Солнечной системы. Суть ее состоит в том, что некогда поблизости от Солнца («поблизости» — это по космическим масштабам) прошла другая звезда. При этом взаимное притяжение вырвало из каждой из них по гигантскому протуберанцу звездного вещества, которые, соединившись, составили «межзвездный мост», распавшийся затем на отдельные «капли» - плане- тезимали. Остывающие планетезимали и дали начало планетам и их спутникам.

 

Вторая половина нашего века, однако, стала временем возвращения к концепции изначально холодной Земли. Во- первых, нашлись серьезные, чисто астрономические, возражения против планетезимальной теории. Г. Рессел, например, обратил внимание на то простое обстоятельство, что если между Солнцем и проходящей звездой протянется лента из звездного вещества, то ее средняя часть (где притяжение двух светил взаимно уравновешивается) должна будет пребывать в полной неподвижности. И напротив, выяснилось, что некоторые, оказавшиеся ошибочными, положения Лапласа вполне могут быть откорректированы в рамках дальнейшего развития небулярной теории. (В качестве примера могут быть приведены гипотеза О. Ю. Шмидта, согласно которой газо-пылевое облако захватывается уже существующим на тот момент Солнцем, или более популярная ныне модель К. фон Вайцзекера. По последней вращающаяся небула представляет собой уже не гомогенный шар, как у Лапласа, а систему разноскоростных вихрей, несколько напоминающую шарикоподшипник. Ныне полагают также, что газ и пыль во вращающейся газо-пылевой туманности ведут себя по-разному: пыль собирается в плоский экваториальный диск, а газ образует почти шарообразное облако, густеющее по направлению к центру туманности. Впоследствии пыль экваториального диска слипается в планеты, а газ под собственной тяжестью разогревается так, что «вспыхивает» в виде Солнца.)

 

 

 Смотрите также:

 

Происхождение планет. Гипотезы Канта, Лапласа и Джинса.

кинетической теории газов, сведений о космическом обилии элементов и многих.
образования планет может играть большую роль вращение туманности.
представлениях сохранились определенные элементы гипотез Канта и Лапласа (идея.

 

Происхождение Земли. Появление разнообразия химических...

В противовес долго господствующему мнению об «огненно-жидком исходном состоянии Земли», основанном на классической гипотезе Канта–Лапласа, сначала ХХв., и особенно активно в 50-е годы, стала утверждаться идея об изначально холодной Земле...

 

Происхождение Солнечной системы. Большие планеты...

Три последние планеты можно наблюдать с Земли только в телескопы.
Таким образом, согласно теории П. Лапласа, планеты образовались раньше Солнца.
В основе гипотезы О.Ю. Шмидта лежит мысль об образовании планет путем объединения твердых тел и...

 

НЕКОТОРЫЕ ГИПОТЕЗЫ

разных континентах нашей планеты. Однако сторонников. "погребально-ритуальных" гипотез почему-то не смущает тот факт, что в.
данные о Земле, солнечной системе и Вселенной, оставленные представителями.