СЕЛФ

О.Н. Каравашкина и С.Б. Каравашкин

30

Некоторые аспекты эволюции Земли

Подобный взгляд разделял и С.К. Всехсвятский: "Имеется много оснований считать первичные планеты (протопланеты) телами звездной природы… Солнце могло быть компонентом звездной системы, сохранившимся после того, как второй компонент разделился на более мелкие части в результате взрыва" [43, с. 378- 379]. Взрыв этого спутника "вероятно, произошел за счет взрывообразного превращения находившегося внутри него дозвездного вещества. "Осколки" спутника были малы и потому они быстро охладились, в результате чего возникли сложные молекулярные соединения и твердые оболочки будущих планет" [35, с. 43]. Во мнении Всехсвятского заложена некоторая неопределенность понятия быстрого охлаждения, которая не позволяет однозначно судить об обоснованности его тезы. Если это охлаждение происходило десятки или сотни миллионов лет, то его трудно назвать быстрым, но тогда постепенное развитие могло привести к образованию сложных молекулярных соединений, о которых говорит Всехсвятский. Если же под понятием "быстрый" Всехсвятский понимает десятки - сотни тысяч лет, то такое охлаждение, напротив, препятствовало бы образованию сложных молекулярных соединений и правильных сфер планет, что будет обосновано нами в последующих главах.

Интересную мысль высказывает Горбацкий, также предполагая, что планетные системы могут образоваться в результате взрыва новых звезд. На рис. 1.13 из его работы [44] видна последовательность образования планетной туманности вследствие взрыва Новой Орла в 1918 году: "Через несколько лет после вспышки на месте новой звезды часто видна светлая туманность в форме довольно правильного круга или эллипса, напоминающая планетарную туманность. Ее спектр состоит из эмиссионных линий, и, значит, эта туманность образована разреженным светящимся газом. Видимый радиус туманности, т.е. угол, под которым он виден, увеличивается со временем" [44, с. 113]. Данный аспект важен с той точки зрения, что, как указано Горбацким, вспыхивают как новые "карлики, имеющие радиус, на порядок меньший солнечного, и массу, в несколько раз меньшую, чем Солнце. Если массу оболочки распределить по всей поверхности такой звезды, то на 1 см² этой поверхности придется порядка 10⁸ г вещества. Масса атмосферы звезды, приходящаяся на 1 см², порядка нескольких граммов. Следовательно, вещество, выброшенное взрывом, составляло фотосферу и более глубокие слои звезды. Давление газа на том уровне, где произошел взрыв… должно быть порядка 10^13- 10¹⁴ г/см*сек², т.е. в миллионы раз больше, чем в атмосфере звезды. Соответственно, там должна быть очень высокая температура - миллионы градусов, и большая плотность газа. Конечно, слои, лежащие над уровнем взрыва, были совершенно непрозрачны для излучения с любой длиной волны. Судя по приблизительно сферической форме туманности, образованной при вспышке новой звезды, можно полагать, что взрывом охватывается весь слой звезды, лежащий на некотором уровне. Сбрасываемая оболочка поэтому имеет, как и поверхность звезды, сферическую форму, хотя, по-видимому, сила взрыва может быть не совсем одинаковой в разных направлениях, что вызывает наблюдаемую иногда "однобокость" туманности" [44, с. 115- 116].

Рис. 1.13. Снимки Новой Орла 1918 г. в разные годы, по которым видно увеличение размеров оболочки. На снимках 1933 и 1940 гг. заметно образование, являющееся сгустком газа на конце оси оболочки (указано стрелкой) [44, рис. 32, с. 113].

Заметим мимоходом, что туманность сферична только в начальный период. Вещество ее быстро ориентируется в поле Галактики и стягивается в кольцо, как это совершенно отчетливо видно на рис. 3, благодаря чему, по аналогии с кольцевыми моделями Канта и Лапласа, они и получили название планетарных.

Как мы видим, долгий процесс построения модели Протоземли постоянно упирался в процесс формирования протопланетной туманности. В зависимости от её свойств возможны те или иные физические процессы (или совокупности процессов), способные в каждом случае привести к образованию планетарной системы. Человечество в своём понимании процессов и явлений проделало огромный путь познания и достигло и концептуального понимания, и наблюдательного подтверждения многих космологических явлений, но по мнению Т. Барта, и до сих пор "происхождение Земли окутано мраком неизвестности. Ни гипотеза Канта - Лапласа, ни теории Мультона и Чемберлина и их разновидности, ни чисто приливные теории Джинса и Джеффриса, которые много лет пользовались признанием, не выдержали испытания в свете современных научных данных. Несмотря на это утверждение, в каждой из перечисленных Т. Бартом гипотез есть то, что может пролить свет на проблему" [34, с. 13]. Этот принцип мы постараемся реализовать при построении нашей модели.

Только связав условия образования протопланетного облака с известными на сегодняшний день опытными данными и наблюдениями развития звёзд и звёздных систем, с одной стороны, и условий формирования планетарных туманностей с другой, можно рассчитывать на получение более или менее достоверной картины процессов зарождения и развития планетарной системы. Указанный акцент принципиально важен тем, что, построив непротиворечивую феноменологию процесса формирования протопланетного облака, мы тем самым снимаем ряд принципиальных противоречий и в описании начальных этапов развития Земли, присутствующих в существующих гипотезах вследствие большого различия в предсказании изначальной энергии образующихся планет. Концепции же в этом аспекте разнятся полярно: если придерживаются холодного начала, то непременно полностью холодное, со смерзшимися даже газами, тело; если горячее, "звездное" начало, то "горячее облако газа, постепенно излучая со своей поверхности тепло, остывало. Примерно за несколько десятков тысяч лет газообразная Протоземля превратилась в горячее огненно-жидкое тело… Быстро "расслоившись", Земля продолжала остывать и со временем покрылась твердой корой… Эта грубая схема эволюции Земли в довоенные годы казалась настолько очевидной, что всякие идеи о первичном холодном состоянии Земли отвергались с порога как чудаческие. Сегодня "горячие" космогонические гипотезы оцениваются иначе… Прежде всего неясно, как именно отделилось горячее газовое облако от Солнца или от взорвавшейся его звезды-спутника. Пока что есть лишь общие качественные рассуждения, не подкрепленные количественными расчетами. Зато имеются расчеты, показывающие, что газовое облако массой, примерно равной массе Земли, скорее должно было рассеяться в пространстве, чем сгуститься в жидкую планету. Есть и другие серьезные возражения против "горячего" рождения Земли… "Горячий" вариант рождения Земли хорошо объясняет высокую температуру ее центральных областей (остывание первичной огненно-жидкой Земли шло с поверхности). Но зато непонятно, почему до сих пор продолжается дифференциация, "утряска" вещества Земли: ведь в огненно-жидкой массе уже давным-давно тяжелые вещества опустились бы к центру, а наиболее легкие сконцентрировались бы у поверхности" [35, с. 47- 48].

Чтобы ответить на эти вопросы, необходимо правильно смоделировать начальное состояние протопланетной туманности. Поэтому, учитывая результаты проведенного анализа, наше исследование эволюции Земли мы начнём именно с исследования условий образования протопланетной туманности, которые удовлетворяли бы всем необходимым условиям последующего образования планетной системы. При этом мы постараемся снять существующие противоречия, и на базе этого шаг за шагом попробуем воссоздать последовательность процессов эволюции.