Рождение миров
Шрифт:
В самом деле, по законам Кеплера каждое тело солнечной системы — все равно планета, метеор, пылинка или молекула, — обращаясь вокруг Солнца, имеет строго определенную скорость движения по орбите. Эта орбитальная скорость зависит от размеров орбиты. Чем дальше от Солнца расположена планета, тем меньше ее скорость.
Это наблюдается и в действительности. Меркурий движется по орбите со скоростью в 49 километров в секунду. Более далекая от Солнца Венера имеет орбитальную скорость в 35 километров в секунду. Скорость Земли еще меньше — 30 километров, Марса — 24, Юпитера — 13 и так далее.
Следовательно, — рассуждали ученые, —
Частицы, летевшие с подсолнечной стороны Земли, то есть слева от нее и ближе к Солнцу, двигались со скоростью около 31 километра в секунду — быстрее Земли.
И те и другие частицы падали на растущую Землю.
Пылинки и камешки, летевшие с подсолнечной дневной стороны Земли и, следовательно, догонявшие ее, подталкивали Землю.
Пылинки и камешки, двигавшиеся с ночной стороны, то есть правее и дальше Земли, и отстававшие от нее, падая, притормаживали Землю.
Если какую-либо вертушку или колесо слева подталкивать в одну сторону, а справа в другую, то вертушка неминуемо завертится. И, очевидно, что земной шар тоже должен был завертеться волчком и именно слева направо — по часовой стрелке и ни в коем случае не наоборот.
Этот вывод казался ученым настолько очевидным, закономерным и безусловно правильным, что оспаривать его никто не осмеливался. Бессмысленно опровергать основные законы движения небесных тел.
Земля же и все остальные планеты наперекор здравому смыслу вращаются вокруг оси именно наоборот, справа налево — против часовой стрелки.
И это было удивительной, необъяснимой загадкой.
Некоторые ученые время от времени пытались придумать какое-либо мало-мальски сносное объяснение, почему планеты вращаются не так, как следовало бы. Но доводы выглядели искусственными и неубедительными. Вопрос оставался открытым.
О. Ю. Шмидт нашел ошибку в рассуждениях ученых, искавших причину прямого вращения планет. Он доказал, что земной шар ни в коем случае нельзя уподоблять вертушке, которую падающие песчинки заставили вертеться своими толчками. О. Ю. Шмидт исключительно просто и убедительно объяснил вращение планет в прямом направлении.
Физическое явление, которое легло в основу объяснения Шмидта, случалось наблюдать каждому человеку.
Темной безоблачной ночью высоко над Землей проносятся яркие искорки метеоров. Метеоры вторгаются в земную атмосферу с огромными скоростями, иногда превышающими 40 километров в секунду. При такой скорости метеорная частица уже на высоте 120–150 километров от поверхности Земли сталкивается с молекулами воздуха. Несмотря на крайнюю разреженность воздуха, на большой высоте перед метеором образуется воздушная «подушка», которая разогревается до нескольких тысяч градусов и начинает испускать ослепительный свет. Вследствие сопротивления воздуха метеорит теряет скорость, его поверхность раскаляется, вещество начинает испаряться, и за метеоритом тянется тонкий светящийся след, образованный раскаленными частицами воздуха и метеорного тела. Почти вся кинетическая энергия метеорита в это время преобразуется в теплоту и свет.
Это и есть то явление, которое упускали из виду.
В первые тысячелетия своего существования юная Земля уже обладала атмосферой. Конечно, газовая оболочка новорожденной планеты имела ничтожную толщину и плотность.
Частички, падавшие на Землю, встречая резкое сопротивление газовой оболочки, раскалялись, их кинетическая энергия переходила в теплоту и свет, а свет и теплота тут же рассеивались в пространстве. Падающие частички теряли свою кинетическую энергию раньше, чем успевали «толкнуть» Землю. Они испарялись, превращались в пыль, и эта пыль уже спокойно оседала на Землю.
Даже песчинки и камешки, достигавшие поверхности Земли, большую часть кинетической энергии расходовали на нагревание и механическое дробление.
Кроме того, юную планету в то время окружал довольно плотный рой частиц, делавших свои последние круги перед тем, как приземлиться. Эти частицы постоянно сталкивались между собой, раскалывались, разогревались от ударов друг о друга и тоже теряли свою кинетическую энергию.
Следовательно, «толчки», которые испытывала Земля от падения песчинок и камешков, были ничтожно малы. Существенного значения они не имели. И вращение Земли нельзя объяснить разностью скоростей частиц, летавших справа и слева от Земли. Их кинетическая энергия почти полностью излучалась в пространство в виде света и теплоты.
При образовании планет, указывает О. Ю. Шмидт, происходило не сложение кинетических энергий падающих частиц, а сложение моментов количества движения, которыми обладали эти частицы.
Момент количества движения в мире небесных тел отчасти можно уподобить нашим деньгам. Деньги тоже переходят из рук в руки, в бухгалтериях их переписывают со счета на счет, но сами по себе деньги не исчезают, не расходуются, они только передаются.
Момент количества движения не может превращаться в свет и теплоту, не может расходоваться на трение. Он только передается от одного тела к другому.
В рое мелких частиц или в планетной системе момент количества движения распределяется по иному закону, чем орбитальные скорости. Вот для примера Марс и Плутон. Они почти равны друг другу по массе: орбитальная скорость Марса равна 24 километрам в секунду; а орбитальная скорость Плутона составляет всего лишь 4,75 километра в секунду. Но Плутон в 26 раз дальше от Солнца, чем Марс. Поэтому, несмотря на большую разницу в скоростях, момент количества движения, принадлежащий Плутону, почти в 5 раз больше момента количества движения, которым обладает Марс. Чем дальше обращается планета или частичка от Солнца, тем ее момент больше.
А это означает, что все частички роя, летавшие за пределами земной орбиты с ночной стороны Земли (справа от нее) обладали большим моментом количества движения, чем частички, летавшие внутри земной орбиты, слева от Земли — с ее дневной стороны.
Падая на Землю и те и другие частички передавали ей и свою массу и свой момент количества движения. Падавшие справа — на ночную сторону Земли, приносили с собой больший момент количества движения, падавшие слева — меньший. Суммирование моментов подталкивало Землю, заставляло ее вращаться справа налево, то есть против часовой стрелки, — так, как она вращается в действительности. Объяснение прямого вращения является большой заслугой О. Ю. Шмидта. Ученому удалось решить задачу, перед которой, как перед крепостной стеной, наука стояла в течение целого столетия.