т.3 No 1

23

Глава 1. Гипотезы происхождения Земли

На данный вопрос отчасти ответил Плато [23] своим неожиданно простым и столь же оригинальным экспериментом с вращающимися сферами. Дж. Дарвин описывает этот опыт следующим образом. "Спирт и вода перемешиваются в такой пропорции, чтобы смесь имела плотность оливкового масла. Если плотности уравнены достаточно точно, масло будет плавать в жидкости в виде сферического скопления и не будет стремиться ни подниматься, ни опускаться. Таким образом, масло в сущности свободно от действия силы тяжести. Прямая проволока, несущая небольшой круглый диск, насаженный перпендикулярно к ней, вводится сверху сосуда. Когда диск дойдет до скопления масла, оно соберется около диска, принимая сферическую форму, симметричную относительно проволоки. Диску придают медленное и равномерное вращение, он ведет за собой масло, оставляя в покое окружающую смесь. Скопление масла постепенно принимает сплюснутую сверху и снизу форму, напоминающую апельсин; по мере того, как вращение ускоряется, появляются углубления около проволоки, и, наконец, масло отстает от диска и принимает форму настоящего кольца. Эта последняя форма только переходная, потому что масло или снова собирается около самого диска, или же иногда, при ничтожно измененных манипуляциях, кольцо разрывается на части, которые обращаются вокруг центра, вращаясь каждая вокруг своей оси" [16, с. 218]. Таким образом мы, казалось бы, воочию наблюдаем процесс, описываемый небулярными гипотезами. Хотя это и не подтверждает, что в случае небесных тел образование их шло именно так, опыт Плато послужил хорошим экспериментальным подтверждением гипотезы Канта и Лапласа и дал мощный толчок возникновению новых теоретических моделей.

Дарвин [16] рассматривает изменение формы тела вращения в опыте Плато с изменением скорости его вращения. По рассуждению Дарвина (см. рис. 1.5), состоянию покоя соответствует сфера как наиболее устойчивая форма жидкого тела, находящегося под действием только собственной силы тяготения. При медленном вращении центробежная сила слаба, и сфера под ее влиянием несколько сплющивается у полюсов; с увеличением скорости вращения тело принимает форму сырной головки (сфероиды Маклорена), имеющей пределом плоскую дисковидную систему вращения, какими мы и наблюдаем и планетную, и галактическую системы но при иных параметрах вращения может образоваться и сигарообразная форма (сфероид Якоби).

Рис. 1.5. Эволюция формы вращения сферического жидкого тела по Плато, Маклорену, Дарвину, Пуанкаре [16, рис. 38, с. 223].

"Когда вращения подобны и скорость их растет равномерно, мы найдем, что "планета" становится более плоской, "сыр" сжимается по диаметру, "сигара" укорачивается и делается толще. … При дальнейшем возрастании скорости вращения длина и ширина "сигары" сравниваются, но ось вращения ее всегда остается самой короткой из трех… Верхний овал на рис. 1.5 дает разрез как "планеты", так и "сигары", когда они становятся равными, первая благодаря уплощению, вторая - укорочению. Другой верхний рисунок представляет результат изменения сыроподобной фигуры Маклорена; можно заметить некоторое сходство ее с новыми "планетой" и "сигарой". Если скорость вращения возрастает, то фигура Якоби уже не будет существовать и останутся только два сфероида Маклорена. Но из этого вытекает важное следствие: обе эти формы неустойчивы… Обе эти формы, вращаясь все с большей скоростью, … наконец, окажутся одинаковыми. Этот предел сфероидов Маклорена показан на нижней части рис. 1.5. … Равновесие ее будет неустойчивым… А. Пуанкаре доказал, что если мы проследим серию фигур и выясним, что они переходят от устойчивости к неустойчивости, то мы найдем и другой ряд фигур, сходный с первым. Мы уже видели пример этого закона: фигуры Маклорена переходят от устойчивости к неустойчивости в момент их идентичности с фигурами Якоби. … Представим теперь, что "сигара" вращается со скоростью, отвечающей этому моменту, и проследим за последовательностью изменений, мысленно заставляя вращаться все медленнее. Мы знаем, что "сигара" будет удлиняться и сделается неустойчивой, но Пуанкаре не только доказал существование параллельной серии, но и вывел, что форма этих фигур - что-то вроде груши. … Как дальше развивается при замедлении вращения эта форма - неизвестно. Но едва ли можно сомневаться в том, что "груша" сжимается в " талии" и затем напоминает уже песочные часы. Далее шейка этих часов становится все более тонкой, и, наконец, вся фигура делится на две" [16, с. 220- 224]. (Дарвин предположил, что Луна подобным образом отделилась от Земли). Изучению данной проблемы посвящены работы Пуанкаре [24] - [30].