Валерий Демин - Тайны Вселенной Страница 52

Следующий вывод: когда планетное тело достигает размеров Марса, оно начинает удерживать — или наращивать путем аккреции — некоторую атмосферу; кратеры на его поверхности постепенно выветриваются и изменяются под воздействием других геологических явлений. Эти процессы становятся все более отчетливо выраженными по мере роста тела, и когда оно достигает размеров Земли или Венеры, геологическая эволюция к тому времени стирает с его поверхности все свидетельства аккреции планетезималей.

Картина планетезимального состояния, полученная Альвеном, коренным образом отличается от лапласовского. Планетезимали фактически движутся по сильно эксцентричным и наклонным орбитам, а вовсе не по круговым орбитам лапласовского диска, по поводу которого некоторые космологи утверждают даже, что он есть не что иное, как чрезвычайно тонкий слой частиц, подобный кольцам Сатурна. Эти различия существенны для понимания процесса аккреции планет и их спутников, но они не менее существенны для следующего шага назад во времени — для реконструкции процесса аккреции планетезималей из частиц, сформировавшихся в плазме или захваченных ею.

Одна из центральных проблем во всех попытках реконструировать происхождение планетезимального состояния состоит в ответе на вопрос: каким образом частицы попали на орбиту? Этот процесс должен быть связан с переносом углового момента от вращающегося центрального тела — Солнца или планеты — к окружающим его планетезималям. На основе научно достоверных аргументов, заимствованных из различных областей знания, Альвен доказывает, что в современных условиях существует плазменный механизм, реализующий перенос углового момента от центрального тела к окружающей его плазме. В свободно вращающейся плазме устанавливается равновесие между основными действующими на нее силами, т. е. между гравитацией, центробежной силой и электромагнитными силами. Они уравновешивают друг друга таким образом, что в плазме силе тяготения совместно противостоят центробежная сила и магнитогидродинамические силы.

Что будет происходить в такой свободно вращающейся плазме с частицами, появляющимися в результате конденсации или захвата? Оказывается, когда эти частицы достаточно велики, чтобы двигаться независимо от магнитного поля, они будут образовывать тела, обращающиеся по кеплеровским эллиптическим орбитам с эксцентриситетом е = 1/3. Если в одной и той же области пространства возникнет целый ряд таких тел, то они будут взаимодействовать друг с другом посредством, к примеру, соударений. Окончательный итог этого процесса состоит в следующем: сконденсированные тела будут двигаться по круговым орбитам, причем их расстояние до центрального тела будет составлять 2/3 расстояния, на котором сконденсировалась свободно вращающаяся плазма.

В итоге Альвен формулирует важные законы перехода от состояния свободно вращающейся плазмы в состояние кеплеровского движения:

1. На первой стадии возникают твердые тела, вращающиеся по эллиптическим орбитам с е = 1/3.

2. На заключительной стадии эксцентриситет орбит уменьшается.

3. Имеется некоторый общий коэффициент сокращения, равный 2/3.

К сожалению, в концепции Альвена (как, впрочем, и в любых других космогонических гипотезах) невозможно проверить полученные результаты с помощью наблюдательных данных, относящихся к современной эпохе, поскольку при теперешних условиях в Солнечной системе вряд ли можно ожидать наличия подобной конденсации.

Российский геолог академик Н. А. Шило внес важное уточнение в «горячую» гипотезу происхождения Солнечной системы. Ученый считает, что она образовалась из горячего спиралевидного облака, которое превышало в диаметре современную Солнечную систему и вращалось против часовой стрелки. Оно, в свою очередь, могло возникнуть в рукаве Галактики в условиях сжатия, неустойчивости и развития сильных газовых вихрей. В центре протосолнечного облака — спирали первого порядка — образовалось ядро, которое вобрало в себя основную массу (более 98 %) всего вещества спирали. На ее витках, где скапливалось остальное вещество, возникали местные завихрения — протопланетные спирали второго порядка; их ядра впоследствии преобразовались в планеты. На спиралях второго порядка, в свою очередь, формировались более мелкие вихри, или спирали третьего порядка, со своими ядрами — будущими спутниками планет. В соответствии с направлением вращения всего облака спутники в основном приобрели движение, согласное с вращением планет и Солнца, возникшего из центрального ядра.

Такая модель образования Солнечной системы снимает противоречия в распределении массы и момента количества движения между Солнцем, планетами и их спутниками. Смутившая академика Шмидта разница между ними определилась неодинаковой угловой скоростью вращения ядра спирали первого порядка и ее ветвей, на которых образовались спирали второго и третьего порядков с протопланетными и протоспутниковыми ядрами. Вспомним, что даже и ныне у Солнца, а также, вероятно, и у планет-гигантов угловая скорость внешних газовых слоев больше, чем внутренних. В свете этого находит объяснение и сильный рост удельного вращательного момента по мере удаления планет от Солнца. По-видимому, тут сказалось различие угловых скоростей витков спирали первого порядка, различие масс ядер в спиралях второго и третьего порядков, а также движение сложных вихрей со своими частными моментами количества движения, наконец, различие в запасах тепловой энергии.

Модель Н. А. Шило объясняет и сосредоточение спутников в средней части планетного роя — у Юпитера и Сатурна. Ближе к Солнцу спутники или вообще не возникали (Меркурий, Венера), или их сформировалось мало (Земля, Марс). Центральное ядро отбирало вещество, удаленное от протопланетных ядер спиралей второго порядка, не позволяло возникнуть там спиралям третьего порядка. В некотором же удалении, на витках спирали первого порядка, гравитационное влияние было слабее, поэтому в сгустках протопланетного вещества скапливались достаточно большие массы, развивались сильные вихревые движения — они формировали спирали второго порядка, чьи ядра затем превратились в планеты-гиганты. На витках этих спиралей вихревые движения преобразовывались в спирали третьего порядка, ядра которых стали потом планетными спутниками. На самых удаленных витках спирали первого порядка гравитационное поле центрального ядра было еще больше ослаблено. Здесь, вероятно, и термический режим оказался не столь мощным, что возбуждало менее сложные вихревые движения, и спутников формировалось меньше. Видимо, в зоне образования Плутона скорости были настолько малы, что на самом последнем витке спирали первого порядка происходило рассеивание вещества за пределы солнечной системы.

Гипотеза Н. А. Шило объясняет разброс плотностей и масс планет. Можно допустить, что концентрация протопланетного вещества в ядрах спиралей второго и третьего порядков шла при участии развивавшихся в вихрях центробежных сил. Силы притяжения ядер проявлялись на фоне мощных закручивающих движений. Подобные условия образования планет допускают и начальную дифференциацию протопланетного вещества. Это упрощает понимание механизма формирования внутренних сфер планет и истолкование их химического состава. Вероятно, протопланетное вещество было не холодным, как считал академик Шмидт, а горячим.

Тепловой режим (по крайней мере Земли) до сих пор связывают с распадом радиоактивных элементов. Но они в достаточных количествах есть только в самых кислых породах. А тех недостаточно, чтобы обеспечить наблюдаемые тепломассообменные процессы даже в литосферных слоях Земли. Еще труднее объяснить тепловой режим планет, внутренние сферы которых состоят из водорода или других легких элементов, а тем более спутников. Но если принять во внимание сильные вихревые движения нагретого вещества, энергия которого перешла в планеты или спутники в виде тепла и кинетической энергии движения, то путь для разрешения противоречий открывается.

Природные спирали — это своего рода застывшие вихревые движения, возбуждаемые неоднородными структурами силовых полей в различных средах, широко распространены. Они наблюдаются в том числе и в Космосе в виде звездных скоплений или туманностей. Они характерны для газовых и жидких сред, которые подчиняются законам Ньютона. Подобные спирали наблюдаются даже в гранитоидных массивах. В общем, вихри и спирали — это форма проявления турбулентных процессов, которые всегда преобладают над другими видами движения. Даже само Солнце находится внутри одного из спиральных витков нашей Галактики. А его активность вызывается турбулентностью, сопровождаемой спиралевидными движениями, они зарождаются с определенной периодичностью в глубинах светила.