Теории образования Земли

Теория Бюффона

 

Из всех теорий относительно происхождения  Земли наибольшим успехом пользовалась в последнее время теория Бюффона, потому ли, что автор её занимал выдающееся положение в учёном мире, или потому, что в его эпоху знали не больше его.

       Видя, что все  планеты обращаются в одном  направлении, с запада на восток, и в одной плоскости, вращаясь  по орбитам, имеющим наклонение, не превосходящее 7,5 градусов, Бюффон  заключил из этого единообразия, что оне были приведены в движение одной и тою же причиною.

       По его мнению, Солнце, добела раскалённая и  расплавленная масса, столкнувшись  с кометой, задевшей его поверхность,  получило толчок в косвенном  направлении; это было причиною, что оторвавшийся кусок его  был, силою толчка, отброшен в  пространство и разделился на  несколько частей. Части эти и  образовали планеты, которые продолжали  свои круговые движения вокруг  Солнца под влиянием двойной,  центробежной и центростремительной  силы в направлении, данном  им первым ударом, т.е. в плоскости  эклиптики.

       Таким образом,  планеты могли быть частями  раскалённого солнечного вещества  и, следовательно, были вначале  так же раскалены. Для охлаждения  и уплотнения своего каждая  из них употребила время, соответственное  её величине, и жизнь появилась  на их поверхности, как только то позволила их температура.

       Вследствие постепенного  понижения внутреннего жара Земли,  она должна в определённое  время дойти до состояния полного  охлаждения; жидкая масса должна  быть окончательно заморожена, а  воздух, всё более и более сгущающийся,  кончит тем, что исчезнет совершенно. Понижение температуры, сделав  жизнь невозможной, приведёт к  уменьшению, а потом и к полному  уничтожению всякой органической  жизни. Охлаждение, начавшись с  полюсов, постепенно распространится  на всю Землю, до самого экватора.

       Таково, по Бюффону,  нынешнее положение Луны; она  меньше Земли и теперь уже  превратилась в мир угасший, из которого жизнь исключена навеки. Само Солнце со временем будет постигнуто тою же судьбою. По расчётам Бюффона, Земля в 74.000 лет дошла до настоящей своей температуры, а через 93.000 лет она увидит конец существования всей организованной Природы.

Теория Бюффона, опровергнутая  новыми научными открытиями, почти  совсем оставлена теперь по следующим  причинам:

       1. Кометы долго  считались твёрдыми телами, столкновение  с которыми могло привести  к разрушению планеты. При такой  гипотезе предположение Бюффона  не представляло ничего невозможного.1 Но теперь известно, что оне состоят из газообразной материи, хотя и сгущённой, но настолько ещё прозрачной, что сквозь их ядро можно легко видеть звёзды средней величины. В этом состоянии оне представляют меньше сопротивления, чем Солнце, и удар, настолько сильный, чтобы отбросить часть солнечной массы, с их стороны невозможен.

       2. Раскалённое  состояние Солнца - также гипотеза, ничем пока не подтверждённая  и скорее даже опровергаемая  наблюдениями. Хотя в наше время  и не пришли ещё к полному  знанию природы Солнца, но могущественные  средства наблюдения дозволяют  уже хорошо изучать его. Теперь  в науке считается общепринятым, что Солнце есть шар, составленный  из твёрдой материи и окружённый  светящейся атмосферой, фотосферой, не приходящей в соприкосновение  с его поверхностью.2

       3. Во время  Бюффона знали только шесть  планет, известных в древности:  Меркурий, Венеру, Землю, Марс, Юпитер  и Сатурн. С тех пор их открыли  ещё много, из которых три  главные: Юнона, Церера и Паллада  имеют орбиты с наклонением  в 13, 10 и 34 градусов, что не согласуется  с предположением о движении, происходящем от единовременного  толчка.3

       4. Расчёты же  Бюффона об охлаждении Земли  признаны совершенно ничтожными  с тех пор, как Фурье открыл  закон об уменьшении теплоты.  Не 74.000 лет нужны были Земле,  чтобы дойти до настоящей своей  температуры, а целые миллиарды  лет.

       5. Бюффон принимал  в соображение только центральную  теплоту земного шара, совершенно  теряя из виду теплоту солнечных  лучей, а теперь признано на  основании научных данных самой  строгой точности и основанных  на наблюдениях, что вследствие  толщины земной коры внутренний  жар давно уже имеет самое  незначительное влияние на температуру  её внешней оболочки. Изменения,  происходящие в температуре атмосферы,  периодичны и происходят преимущественно  от действия солнечных лучей  (Гл.VII, §240.) Эта причина постоянна, а подземный жар ничтожен и уменьшение его не может произвести на земной поверхности заметных изменений. Чтобы Земля сделалась необитаемой вследствии общего охлаждения, нужно, чтобы погасло Солнце.

Теория Канта

 

На протяжении многих веков вопрос о происхождении Земли оставался монопо-

лией философов, так как фактический материал в этой области почти полностью

отсутствовал. Первые научные гипотезы относительно происхождения Земли

и солнечной системы, основанные на астрономических наблюдениях, были выдви-

нуты только лишь в  xviii веке. С тех пор не переставали появляться все новые

и новые теории, соответственно росту  наших космогонических представлений.

Первой в этом ряду была знаменитая теория, сформулированная в 1755 году

немецким философом Иммануилом  Кантом. Кант считал, что солнечная система

возникла из некой первичной  материи, до того свободно рассеянной в космосе.

Частицы этой материи перемещались в различных направлениях и, сталкиваясь

друг с другом, теряли скорость. Наиболее тяжелые и плотные из них под дей-

ствием силы  притяжения соединялись друг с другом, образуя центральный сгус-

ток - Солнце, которое, в свою очередь, притягивало более удаленные, мелкие

и легкие частицы.

Таким образом возникло некоторое количество вращающихся тел, траектории

которых взаимно пересекались. Часть  этих тел, первоначально двигавшихся

в противоположных  направлениях, в конечном счете были втянуты в единый

поток и образовали кольца газообразной материи, расположенные приблизитель-

но в одной плоскости и  вращающиеся вокруг Солнца в одном  направлении, не

мешая друг другу. В отдельных кольцах  образовывались более плотные ядра,

к которым  постепенно притягивались более легкие частицы, формируя шаро-

видные  скопления материи; так  складывались планеты, которые продолжали

кружить вокруг Солнца в той же плоскости, что и первоначальные кольца газо-

образного вещества.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Теория Лапласа

 

В 1796 году французский математик  и астроном Пьер-Симон Лаплас выдвинул

теорию, что Солнце существовало первоначально в виде огромной раскаленной газообразной туманности (небулы) с незначительной плотностью, но зато колоссальных размеров.

Эта туманность, согласно Лапласу, первоначально  медленно вращалась в простран-

стве. Под влиянием сил гравитации туманность постепенно сжималась, причем

скорость ее вращения увеличивалась. Возрастающая в результате центробежная

сила придавала туманности уплощенную, а затем и линзовидную форму. В эквато-

риальной плоскости туманности соотношение между притяжением и центробеж-

ной силой изменялось в пользу этой последней, так что в конечном счете масса

вещества, скопившегося в экваториальной зоне туманности, отделилась от осталь-

ного тела и образовала кольцо. От продолжавшей  вращаться туманности по-

следовательно отделялись все новые кольца, которые, конденсируясь в опреде-

ленных  точках, постепенно превращались в планеты и другие тела солнечной

системы. В общей сложности от первоначальной туманности отделилось десять

колец, распавшихся на девять планет и пояс астероидов - мелких небесных тел.

Спутники отдельных планет сложились  из вещества вторичных колец, оторвав-

шихся от раскаленной газообразной массы планет.

Вследствие продолжавшегося уплотнения материи температура новообразован-

ных тел была исключительно высокой. В то время и наша Земля, по П. Лапласу,

представляла собой раскаленный  газообразный шар, светившийся подобно  звез-

де. Постепенно, однако, этот шар остывал, его материя переходила в жидкое

состояние, а затем, по мере дальнейшего  охлаждения, на его поверхности стала

образовываться твердая кора. Эта  кора была окутана тяжелыми атмосферными

парами, из которых при остывании  конденсировалась вода.

Эти две теории взаимно дополняли  друг друга, поэтому в литературе они часто

упоминаются под  общим  названием  как гипотеза Канта-Лалласа. Поскольку

наука не располагала в то время  более приемлемыми объяснениями, у этой теории

было  в XIX веке множество последователей.

Современные теории

Среди последующих космогонических  теорий можно найти и теорию «катас-

троф», согласно которой наша Земля обязана своим образованием некоему

вмешательству извне, например, близкой  встрече Солнца с какой-то блуждающей

звездой, вызвавшей извержение части  солнечного вещества. В результате рас-

ширения  раскаленная газообразная материя быстро остывала и уплотнялась,

образуя большое количество маленьких  твердых частиц, скопления которых

были чем-то вроде зародышей  планет.

В последние годы американскими  и советскими учеными был видвинут ряд

новых гипотез. Если раньше считалось, что в эволюции Земли происходил не-

прерывный процесс отдачи тепла, то в новых теориях развитие Земли  рассматри-

вается как результат многих разнородных, порой противоположных процессов.

Одновременно с понижением температуры  и потерей энергии могли действовать

и другие факторы, вызывающие выделение  больших количеств энергии и  ком-

пенсирующие  таким образом убыль тепла. Одно  из  этих  современных

предположений  его автор американский астроном Ф. Л. Уайпль (1948) назвал

«теорией пылевого облака». Однако по существу это ничто иное как видоизме-

неный вариант небулярной теории Канта-Лапласа.

Любопытно,   что на  новом  уровне,  вооруженные   более совершенной

техникой и более глубокими  познаниями о химическом составе  солнечной системы,

астрономы вернулись к мысли  о том, что Солнце и планеты  возникли из об-

ширной, нехолодной туманности, состоящей из газа и пыли. Мощные телескопы

обнаружили в межзвездном пространстве многочисленные газовые и пылевые

«облака», из которых некоторые  действительно конденсируются в  новые звезды.

В связи с этим первоначальная теория Канта-Лапласа была переработана с при-

влечением новейших данных; она может  сослужить еще хорошую службу в деле

объяснения процесса возникновения  солнечной системы.

Каждая  из этих космогонических  теорий внесла свой вклад в дело выяснения

сложного комплекса проблем, связанных  с происхождением Земли. Все они

рассматривают возникновение Земли  и солнечной системы как закономерный

результат развития звезд и вселенной  в целом. Земля появилась одновременно

с другими планетами, которые, как  и она, вращаются вокруг Солнца и  являются

важнейшими  элементами солнечной  системы.

    

Теория Шмидта

 

О.Ю. Шмидт заложил основы современной  теории формирования Земли и планет путем объединения твердых частиц и тел в газопылевом допланетном облаке. Он впер вые сформулировал проблему образования планет как комплексную астрономо-гео лого-геофизическую проблему и посвятил последние 15 лет жизни изучению ее физи ко-механических аспектов. О.Ю. Шмидт привлек к разработке теории широкий круг исследователей разных специальностей; умело организовал научные дискуссии и соз дал в Геофизическом институте АН СССР небольшое подразделение для целенаправлен ной работы по углубленному развитию теории. Исследования продолжателей О.Ю.Шмид та получили международное признание.

Биографы О.Ю. Шмидта отмечают, что  еще в юношеские годы у него возник интерес к проблеме происхождения  Земли и планет, а в середине 20-х годов он начал занимать ся математической разработкой задачи трех гравитирующих тел. Но целенаправленно он занялся проблемой лишь в разгар Великой Отечественной войны, в 1942 г ., сразу после того как И.В, Сталин снял Отто Юльевича с поста вице-президента Академии наук СССР, "освободив" его от огромной организационной работы. Не случись этого незаслуженного наказания, возможно, развитие планетной космогонии в нашей стра не было бы совсем иным, и мы сейчас лишь цитировали бы работы западных ученых. Оглядываясь назад, в 40-е и 50-е годы, мы не видим другой, столь же крупной лич ности, кто мог бы так же авторитетно и убедительно создать новое направление в науках о Земле и Солнечной системе, опередив на 10—15 лет наиболее развитые страны.

Исследуя Землю как полярный первопроходец и как геофизик-теоретик, О.Ю. Шмидт постоянно ощущал дефицит надежной теории происхождения и начального состояния Земли, из-за которого оставались нерешенными многие актуальные практически задачи. С 1943 г . он стал публично излагать свою теорию аккумуляции Земли из небольших тел, которая тогда называлась "метеоритной" теорией и которая хорошо согласовы валась с геофизикой и геохимией.

До этого времени проблема происхождения  планет считалась чисто астрономической. Во главу угла ставились известные  четыре закономерности строения солнечной  системы: 1) почти круговые и компланарные орбиты планет с одинаковым направлением обращения вокруг Солнца; 2) закономерное увеличение расстояний между планетами; 3) деле ние планет на две группы (земного типа и планеты-гиганты); 4) дисбаланс в распре делении массы и углового момента между Солнцем и планетной системой. Первые три закономерности говорили о некоем общем допланетном облаке, в котором имело место падение температуры с расстоянием от Солнца – к такой картине ученые пришли задолго до О.Ю. Шмидта. Распределение же массы и момента в Солнечной системе не объяснялось ни в одной астрономической теории. Полная неясность существовала также в отношении свойств допланетного облака и длительности различных этапов процесса. Неясно было также, образовалась ли Земля из массивного сгустка в резуль тате потери большей части массы или она аккумулировалась из меньших объектов; каким было ее начальное состояние.