Положение Земли и солнечной системы в мировом пространстве и гипотезы их происхождения

Земля как небесное тело не является предметом изучения геологии, а относится к области астрономии. Однако общее представление о положении Земли в мировом пространстве необходимо иметь и для изучения курса геологии так как многие процессы, совершающиеся на Земле и в ее недрах, самым тесным образом связаны с влиянием внешней среди, окружающей нашу планету.

По вопросу о положении Земли и Солнечной системы в мировом пространстве весьма образное описание окружающих нас небесных тел привел академик В.Г. Фесенков в своей книге «Космогония Солнечной системы» (рис. 1). Так, В.Г. Фесенков предлагает мысленно вообразить в пространстве квадрат со стороной, равной 15*10в3 км. По его мнению, в такой квадрат можно поместить нашу Землю, которая имеет средний диаметр экватора 12 756 км. Далее он предлагает постепенно увеличивать сторону квадрата, каждый раз умножая ее на 100.

Во втором квадрате со стороной в 15*10в5 км должны поместиться Земля и ее естественный спутник Луна, так как расстояние от Земли до Луны равно 384 400 км. Известно, что Луна обладает сравнительно небольшими размерами. Так, диаметр ее в 4 раза меньше диаметра Земли, а объем меньше земного почти в 50 раз. Плотность Луны равна 3,3 г/см3, а ее масса — 1/82 массы Земли. Малая масса является причиной отсутствия атмосферы на Луне. Мы знаем, что сила лунного притяжения в 6 раз меньше силы земного притяжения, поэтому Луна не в состоянии удержать быстро движущиеся газовые молекулы. Луна оказывает на Землю и на ее движение в Мировом пространстве значительное возмущающее влияние.

В следующем третьем квадрате со стороной в 15*10в7 км разместятся Солнце и три ближайших к нему планеты: Меркурий. Венера и Земля, расстояния которых от Солнца соответственно равны: 57,94; 108,26 и 149,509 млн км.

Четвертый квадрат, имеющий сторону в 15 млрд км (15*10в9 км) вместит почти всю Солнечную систему: Солнце, Меркурий, Венеру, Землю, Марс, астероиды, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон и Некоторые орбиты комет. Расстояние от Солнца до наиболее удаленной из планет — Плутона, составляет 5,917 млрд км.

Солнце — это огромный раскаленный газовый шар с диаметром, равным 1341 тыс км и превышающим в 109 раз диаметр Земли. Температура поверхности Солнца равна 6000°С, а с недрах Солнца она гораздо выше и, по расчетам астрофизиков, достигает 20 000 000°С. При помощи спектрального анализа в атмосфере Солнца обнаружено большинство известных на Земле химических элементов. Из них по объему на долю водорода приходится более 80%, около 18% — на долю гелия, а остальные 64 элемента, обнаруженные в атмосфере Солнца, присутствуют в ничтожных количествах.

Солнце излучает в мировое пространство огромное количество энергии, которая равна 5,43*10в27 кал/мин. В результате излучения Солнце ежесекундно теряет 4 млн т своей массы, однако по сравнению с общей массой Солнца эта величина ничтожно мала. Так, за 2 млрд. лет Солнце потеряло всего 1/7500 часть своей массы.

Из общего количества энергии, которую излучает Солнце, наша планета получает всего 1/2 200 000 000 долю. Это ничтожное в процентном отношении количество энергии обеспечивает создание на Земле блатоприятных для жизни климатических условий.

Все планеты Солнечной системы по их физико-химическим свойствам можно подразделить на две группы. Это планеты, близкие к Солнцу и известные как планеты земного типа. К ним принадлежат Меркурий, Венера, Земля и Марс. Характерной их особенностью являются небольшая величина, относительно медленное вращение и большие плотности.

К внешним, удаленным от Солнца, планетам относятся Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон. Они отличаются большими размерами, превышающими в десятки раз размеры планет земного типа, быстрым вращением вокруг оси (например, период обращения Юпитера 9 ч 50 мин) и малой плотностью.

Интересным является следующий, пятый квадрат со стороной в 1500 млрд км (15*10в11 км). В пределах этого огромного пространства не имеется ничего, кроме Солнечной системы. Иными словами, на расстоянии, в 10 тыс. раз превышающем размеры Солнечной системы, не обнаружено ни одной звезды.

Для обозначения расстояний, которыми оперируют астрономы, описывая Вселенную, в науку введено понятие о световом годе. Последний представляет собой расстояние, которое свет проходит за год. Напомним, что скорость распространения света равна около 300000 км/сек.

В шестом квадрате со стороной в 16 световых лет, кроме Солнечной системы, мы увидим 8 звезд. Ближайшая из них Проксима (Альфа Центавра) расположена от Солнца на расстоянии 4,2 световые года. Здесь же размещаются чрезвычайно яркие звезды Сириус и Порцион. Сириус ярче Солнца в 26 раз, а Порцион — в 12 раз.

В седьмом квадрате, имеющем сторону в 1600 световых лет (15*10в15 км) можно видеть кажущееся беспорядочным скопление звезд Млечного пути.

Млечный путь, или Галактика Млечного пути, т. е. та совокупность звездных скоплений, к которой принадлежит наша Солнечная система, будет видна в следующем восьмом квадрате со стороной в 160 тысяч световых лет (15*10в17км). Наша Солнечная система помещается между двумя ветвями Галактики на расстоянии 10 тысяч парсеков от ее центра. Сама Галактика имеет спиралеобразную, а и разрезе веретенообразную форму, очень сходную с Галактиками, наблюдаемыми в созвездии Большой Медведицы.

Солнечная система движется в направлении к созвездию Геркулеса со скоростью около 19,5 км/сек, обращаясь вокруг центра Галактики, расположенного в созвездии Стрельца, со скоростью около 250 км/сек.

Что же представляет собой межпланетное и межзвездное пространство? По данным современных исследований установлено, что в межзвездном пространстве находится ионизированный кальций в газообразном и сильно разреженном состоянии. Концентрация его достигает 10в-19 г/см3. Кроме ионизированного кальция в межзвездном пространстве имеются ионизированные и нейтральные атомы и молекулы К, Na, Fe, CH, CH+CN, NaH и др., а также твердые частички вещества в виде пыли.

В девятом квадрате, сторона которого равна 16 млн. световых лет (15*10в19 км) видны наша и ряд других Галактик, которые рассеяны неравномерно и создают отдельные группы. Одна из таких групп расположена в окрестностях нашей Галактики. Галактика в районе созвездия Андромеды удалена от нас на расстояние около 2 млн. световых лет. Все Галактики находятся в движении, причем наша Галактика движется в направлении точки неба, расположенной в созвездии Единорога, со скоростью 210 км/сек.

В настоящее время доступны астрономическим наблюдениям пространства, превышающие площадь десятого квадрата со стороной в 1,6 млрд. световых лет (15*10в21 км). В пределах этого пространства можно видеть сотни миллионов различных Галактик, в том числе спиральной, шаровой и других форм. По современным представлениям, все эти Галактики комбинируются в крупное скопление — Метагалактику. По расчетам К.Ф. Огородникова, центр Метагалактики находится в направлении созвездий Девы и Волос Вероники, где выявлено скопление Галактик.

Вселенная бесконечна. Мы сейчас еще не знаем, что находится в одиннадцатом, двенадцатом и других более удаленных квадратах. Ответ на эти вопросы должна дать наука будущего.

Космогонические гипотезы. По вопросу о происхождении небесных тел, в том числе Солнца и планет Солнечной системы, в разное время исследователями было высказано много различных гипотез.

Одной из них является гипотеза немецкого философа И. Канта и французского физика Лапласа, которая безраздельно господствовала во второй половине XVIII и в XIX столетий. Рассматривая эту гипотезу, необходимо учитывать уровень науки и знаний того времени.

В 1755 г. И. Кант в своей работе «Общая естественная история и теория неба, или опыт об устройстве и механическом происхождении всего мироздания основе Ньютоновских законов» писал, что «...вся материя, из которой состоят шары, принадлежащие к нашему солнечному миру, все планеты и кометы, в начале всех вещей была разложена на ее элементарные части и заполняла все то пространство Вселенной, в котором теперь движутся все эти тела».

По Лапласу эта разложенная материя представляла собой туманность. В пределах такой туманности возникали центры конденсации вокруг элементов, имеющих большую плотность. В результате притяжения происходили сталкивание и сцепление частиц, их разогрев и вращение. При вращении туманность получила сплющенную форму. В центральной части туманности возникло Солнце, окруженное мелкими сгустками и кольцами, из которых и образовались планеты.

Ф. Энгельс высоко оценивал эту гипотезу как прогрессивную, но в то же время дополнил ее существенными замечаниями. В частности, он отметил, что материя, из которой образовалась эта туманность, до этой первоначальной туманности прошла через бесконечный ряд других форм.

К началу XX столетия накопились существенные возражения против гипотезы Канта-Лапласа. Так, например. Солнце, обладая большой массой, вращается слишком медленно, а планеты, имея небольшую массу, вращаются слишком быстро. т. е. обладают большим количеством движения, что необъяснимо с точки зрения этой гипотезы; необъяснимо также с позиции этой гипотезы одновременное существование прямых и обратных движений и их спутников. Она оказалась несостоятельной объяснить и многие другие возражения, выдвигаемые против нее.

Однако вместо дальнейшего развития материалистических основ теории Канта-Лапласа с использованием более новых знаний, полученных наукой, многие ученые XIX и начала XX вв. пытались лишь «залатать» неувязки в деталях, а когда это не получилось, резко отвернулись от нее, отбросив все научное и материалистическое. Одним из таких ученых был английский ученый Джинс, гипотеза которого в известной степени возродила представления Бюффона о колоссальной солнечной катастрофе.

Из числа современных космогонических гипотез о происхождении Земли большую популярность приобрела гипотеза академика О. Ю. Шмидта. Согласно этой гипотезе Солнце на своем пути пересекло одно из пылевых облаков, широко распространенных в Галактике. По выходе из облака Солнце захватило значительную часть пылевой материи и этот рой частиц начал вращаться вокруг него. В пылевой массе образовались сгущения, которые затем превратились в планеты. Часть более легких частиц, расположенных вблизи поверхности Солнца, оказалась захваченной Солнцем и затем частично отброшенной световым давлением с образованием из них наиболее плотных планет. Вдали от Солнца возникли крупные планеты с малой плотностью, в состав которых вошли более легкие вещества.

По Шмидту, Земля вначале была холодной и разогревание ее произошло уже вторичным путем в результате радиоактивного распада в ее недрах. Эта гипотеза дает научное объяснение многим особенностям строения Солнечной системы, которые не в состоянии была доказать гипотеза Канта-Лапласа. Так, например, легко устанавливаются круговая форма и компланарность орбит планет, возникшие в результате осреднения орбит большого числа мелких частиц, пошедших на их образование; движение планет и их спутников в том числе и в обратном направлении.

Однако крупным недостатком гипотезы Шмидта является отрыв вопроса о происхождении планет от проблемы происхождения самого Солнца. Имеются и другие недостатки.

Автор другой современной космогонической гипотезы академик В.Г. Фесенков рассматривает образование Солнца и планет в тесной связи с проблемой происхождения звезд разработанной в последнее время советским ученым В.А. Амбарцумяном. По гипотезе Фесенкова Солнце и планеты произошли вследствие единого процесса эволюции сгустка газово-пылевой туманности, имеющего вид сильно сплюснутого дискообразного облака. Вначале из этого сгустка возникло Солнце, имевшее значительно большую массу и обладавшее более быстрым вращением, чем теперь. Вследствие быстрого вращения в экваториальной плоскости Солнца произошло отделение вещества, которое вращалось в том же направлении. Первоначальная неравномерность распределения плотности в экваториальном облаке возрастала вследствие продолжавшихся выбросов материи из центрального сгущения. В участках с малой плотностью происходило рассеивание вещества в пространство, в то время как в участках более плотных возникали сгущения с последующим образованием из них планет и их спутников. Выброс вещества из Солнца неизбежно должен был вызвать замедление его движения, чем и объясняется по гипотезе Фесенкова наблюдающееся в настоящее время несоответствие в распределении момента количества движения в Солнечной системе. Обратное движение некоторых спутников Юпитера и Сатурна и некоторые другие особенности движения спутников Урана и Марса автор данной гипотезы объясняет тем, что они представляют собой крупные астероиды, захваченные притяжением планет.

Весьма примечательно то, что взгляды Фесенкова в наши дни находят подтверждение в новейших экспериментально-теоретических исследованиях советских ученых, которые проводятся в нашей стране в соответствии с программой освоения космического пространства. Так, профессор Г. Войткевич в статье «Рождение Земли» («Наука и жизнь» 1971, № 4) указывает, что... «Анализы свидетельствуют о том, что материал, из которого образовались планеты Солнечной системы, был выброшен непосредственно самим Солнцем, а не был захвачен из других областей Галактики». По его мнению, различия в составе планет и метеоритов являются результатом последующей дифференциации и фракционирования первично однородного солнечного вещества.

Кроме того, большой заслугой Фесенкова является анализ роли атомных реакций, которые происходят на Солнце и на Земле. Нам известно, что за счет этих реакций возможен разогрев отдельных участков Земли.

Как и всякая гипотеза Фесенкова имеет слабые стороны, которые вызывают возражения. Ho в ней намечены основные пути для разработки и углубления наших представлений по этому сложному вопросу.