Космогония Солнечной системы

По-видимому, образование ядер у  планет земной группы произошло вследствие отделения богатого железом расплава от ферромагнезиальных силикатов. Физикохимия процесса отделения железного расплава и динамика опускания его к центру планеты изучены пока недостаточно. В работах, посвященных анализу процесса расслоения первично однородных планет, наибольшее число расчетов проводится для Земли.

 

Космологические гипотезы Кванта и Лапласа.

 

Происхождение планет. Гипотезы Канта, Лапласа и Джинса

В XVIII в. в результате успехов ньютоновской механики установилось представление о Вселенной как о неизменной системе космических тел, управляемой точными законами природы. В этой системе не было места для божественного произвола, за исключением начального момента «акта творения». Считалось, что сложный механизм Вселенной был запущен один раз («начальный толчок»), а дальше уж он «шел» сам собой без каких-либо изменений. Первые попытки рассмотреть эволюцию космических тел были сделаны Бюффоном (1749 г) и Кантом (1755 г.). Кант высказал предположение, что Солнечная система образовалась из облака газа и пыли. В центре облака возникло Солнце, в периферийных частях — планеты. Эта картина, по-видимому, в общих чертах правильна, но в то время она не поддавалась детальной разработке, так как не существовало еще атомной теории, термодинамики, кинетической теории газов, сведений о космическом обилии элементов и многих других необходимых данных.

В 1796 г. Лаплас в популярной форме  высказал идею о том, что в процессе образования планет может играть большую роль вращение туманности. В самом деле, пусть элемент  массы тсжимающейся сферической туманности вращается с угловой скоростью по орбите, радиус которой r. Если момент количества движения этого элемента

I = mwr²

остается постоянным, то w возрастает при сжатии туманности. Пусть полная масса туманности M. Тогда на элемент m действуют сила тяжести

и центробежная сила

Центробежная сила при сжатии растет быстрее, чем сила тяжести, и при  их равенстве возникает так называемая ротационная неустойчивость, при  которой туманность сплющивается, принимая форму чечевицы, и с ее экватора отделяется вещество. Из выброшенного вещества вокруг туманности образуются плоские кольца, похожие на кольца Сатурна. Лаплас полагал, что газ, выброшенный  из туманности, впоследствии конденсируется в планеты. В современных космогонических  представлениях сохранились определенные элементы гипотез Канта и Лапласа (идея совместного образования Солнца и планет из единой первичной туманности, роль ротационной неустойчивости), так что они упоминаются здесь  не только ради исторического интереса.

Как уже говорилось, в солнечной  системе 98% момента количества движения принадлежит планетам и только 2% Солнцу. А если момент количества движения отнести к единице массы (эта  величина называется удельным угловым  моментом), то различие получается уже  не в 50, а в 50 000 раз. Гипотезы Канта  и Лапласа этого объяснить  не могли. В самом деле, в первичной  туманности перед началом сжатия все элементы равноправны и имеют  одинаковые угловые скорости. Английский ученый Джинс в начале нынешнего  столетия предложил другую космогоническую  гипотезу, которая как будто бы позволяла обойти эту трудность. В гипотезе Джинса предполагается, что Солнце, как и другие звезды, сформировалось без планетной системы, а планетная система появилась  только в результате катастрофы: другая звезда прошла рядом с Солнцем  настолько близко, что вырвала  из его недр часть вещества. В  результате конденсации этого вещества образовались планеты.

Можно показать, что вероятность  достаточно близкого прохождения двух звезд очень мала и за время  существования Галактики в ней  могло образоваться лишь очень небольшое  количество планетных систем, может  быть, даже всего одна — наша Солнечная  система. Этот вывод сам по себе заставлял  усомниться в правильности гипотезы Джинса, однако его, строго говоря, нельзя рассматривать как решительное  возражение. Более тщательное рассмотрение гипотезы Джинса позволило выявить  другие аргументы, которые неопровержимо  доказывают ее несостоятельность. Удельный угловой момент выброшенного из Солнца вещества не может быть больше, чем  угловой момент проходящей рядом  звезды. Расчет показывает, что для  образования Солнечной системы  было бы необходимо, чтобы Солнце и  другая звезда встретились со скоростью  около 5000 км/сек, а это гораздо больше, чем параболическая скорость в Галактике (300 км/сек). В Галактике звезд, со скоростями, большими параболической, очень мало.

Спектральный анализ показывает, что  содержание лития и дейтерия на Солнце гораздо меньше, чем на Земле. Литий  и дейтерий «выгорают» в результате ядерных реакций, и если на планетах их больше, то это означает, что планетное  вещество отделилось от солнечного еще  до того, как в последнем начались ядерные реакции. Наконец, был рассмотрен вопрос о конденсации газового волокна, вырванного из недр Солнца. Температура  газа в таком волокне должна быть очень высокой, несколько сотен  тысяч градусов. Внутри Солнца газовое  давление уравновешивается весом вышележащих  слоев, а если газ с такой температурой будет выброшен наружу, он быстро рассеется, если только еще быстрее не остынет. Было подсчитано, что для разлета  выброшенного газа будет достаточно нескольких часов, а для остывания  необходимо несколько месяцев. 

 

Возраст Земли и планет.

 

В 1654 году архиепископ Ашер, основываясь на Библии и данных астрономии и нумерологии, установил, что Земля была сотворена 23 октября 4004 года до н.э. в 9 часов утра. Сегодня христианские, исламские и иудаистские богословы, основываясь на религиозных текстах, утверждают, что Земле и Вселенной не больше 6000–10 000 лет. Китайские мифы говорят, что наша планета циклически создается и разрушается каждые 23 миллиона лет. Согласно индуистской космологии, ей примерно 2 миллиарда лет. Современные же ученые, использующие метод радиометрической датировки, абсолютно уверены, что она существует 4,5–4,6 миллиарда лет.

Нам одинаково сложно представить  себе как тысячу, так и миллион, а тем более миллиард лет. Но все  же что-то подсказывает, что таких  принципиальных расхождений в датировках быть не должно. Возможно, оценивая возраст  нашей матушки-Земли разными способами, мы каждый раз что-то упускаем, если получаем столь отличающиеся друг от друга цифры. Мы можем доказывать справедливость какого-то одного метода, а можем привести их к общему знаменателю, «примирить» их — и это второе, пожалуй, будет лучшим критерием  правильности оценки. Но такое станет возможно лишь в том случае, если мы решимся оставить за каждым из методов  право на ошибку. Ведь если более-менее  понятно, что священные тексты говорят  не о физических, а о символических  годах и периодах, то современные  научные методы пред-ставляются абсолютно непогрешимыми. Но так ли это?

Застывшая лава

Уже в XIX веке ученые пытались определить возраст Земли, основываясь на предположении  о линейности, поступательности тех  процессов, которые протекают на ней и сегодня: увеличение солености  океанов, охлаждение планеты, образование  осадочных пород. Анализируя скорость этих процессов, ученые вычислили время, за которое Земля должна была принять  свой современный вид и состояние. Итоговые оценки ее возраста колебались от 3 до 15 миллионов лет. Возможно, потому, что наблюдаемые процессы не были до конца поняты. Но в 1896 году было открыто  явление радиоактивности, и это  привело к развитию методов радиометрической датировки, которые к середине XX века стали давать казавшиеся надежными  цифры. Во всяком случае, разногласия  между учеными по вопросу возраста Земли прекратились: появился признанный всеми метод. В чем же его суть?

Принцип радиометрической датировки  очень прост. Атомы некоторых  элементов (урана, радия, тория и  других) не остаются постоянными. Исходный, называемый материнским элемент  спонтанно распадается, превращаясь  в стабильный дочерний. На-пример, уран-238, распадаясь, превращается в свинец-206, а калий-40 — в аргон-40. Измеряя  количество материнских и дочерних элементов в минерале, можно вычислить  время, прошедшее с момента его  образования: чем больше процент  дочерних элементов, тем старше минерал. Правда, есть некоторые сложности. Даже если мы будем считать скорость распада  постоянной (а радиоактивность известна всего-то 100 лет), то все равно часть  дочерних элементов могла присутствовать в минерале изначально и исказить результат. Также известно, что если после кристаллизации минерал вновь  плавится, то радиоактивные часы перезапускаются.

Сегодня известно множество примеров сбоя метода радиометрической датировки. Например, калий-аргоновый метод  дал возраст от 160 миллионов до 2,96 миллиардов лет для гавайской  лавы, извергнувшейся в 1800 году! Аналогичная  история произошла с определением возраста черепа примата (этот череп  известен как образец KNM-ER 1470). Был  получен результат 212–230 миллионов  лет, но ведь в это время людей  вообще еще не было! Если говорить о  тенденции, то во многих подобных случаях  радиометрический метод слишком  «старит» исследуемые образцы. Тем  не менее сегодня он один дает, за редкими исключениями, согласованные  результаты: близкие даты для одинаковых исследуемых образцов.

Эволюция Земли: нисходящая и восходящая дуги

Согласно радиометрической датировке, самым старым на Земле минералам 3,96 миллиарда лет, а самым старым монокристаллам — 4,3 миллиарда. Ученые, правда, считают, что сама Земля старше, потому что радиометрический отсчет ведется от момента кристаллизации минералов, а планета какое-то время  еще существовала в расплавленном  состоянии. Эти данные вкупе с  результатами исследований изотопов свинца в метеоритах позволяют сделать  вывод о том, что вся Солнечная  система сформировалась приблизительно 4,55 миллиарда лет тому назад. Повторю: это самые последние данные науки.

Ближе всего к ним, как ни странно, самые древние представления  о возрасте нашей планеты. Согласно индусской философии, Земле в 2008 году исполнилось 1 972 949 109 лет, а всего  она проживет в общей сложности 4,32 миллиарда лет — «день Брахмы», после чего умрет, и все ее низшие, материальные элементы распадутся. После  периода отдыха, или «ночи Брахмы», такой же продолжительности она  опять родится. Наша соотечественница Елена Петровна Блаватская утверждала, что эти цифры более или  менее соответствуют доктрине Трансгималайского Братства, посланницей которого она была. Но почти в два раза, то есть существенно, расходятся с данными современной науки, несмотря на детальное указание сроков. Означает ли это, что древние индийские учения надо считать ошибочными? Только в том случае, если мы принимаем ключевые предположения, на которых базируется метод радиометрической датировки, а именно что радиоактивный распад начался сразу же, как сформировалась Земля, и что скорость его оставалась неизменной на протяжении всей истории планеты. Проверить эти предположения мы не можем, но можем немного глубже вникнуть в древние представления об эволюции Земли.

Согласно теософским учениям, принесенным  на Запад Е. П. Блаватской, эволюцию Земли можно представить в  виде ни-сходящей и восходящей дуг. Первую половину своей жизни (нисходящая дуга) Земля постепенно уплотнялась  из первоначального эфирного во все  более и более плотное состояние. Примерно 4,5 миллиона лет тому назад  началась вторая половина жизни Земли (восходящая дуга), в течение которой  она постепенно снова вернется в  эфирное состояние. С точки зрения древней философии, объединявшей в  себе науку и метафизику, радиоактивный  распад как раз является признаком  эфиризации, разуплотнения Земли. В настоящее время известно 118 химических элементов. Все трансурановые (с атомным номером больше 92) элементы очень нестабильны; некоторые не существуют в природе и известны только потому, что были искусственно синтезированы в лаборатории. Весьма вероятно, что несколько миллио-нов лет назад, когда Земля достигла точки максимальной материальности, эти химические элементы были более устойчивыми, чем сегодня. С началом второго периода жизни Земли (восходящей дуги) самые тяжелые элементы первыми стали радиоактивными. Поскольку процесс разуплотнения продолжается, более легкие элементы тоже станут нестабильными и скорость распада вырастет.

Слоистое строение горных пород может многое рассказать о возрасте Земли

Таким образом, древние учения не говорят, что в прошлом скорости распада  были иными, но утверждают, что большая  часть истории Земли до настоящего момента характеризовалась уплотнением  материи — процессом, противоположным  радиоактивности. На восходящей дуге более  тяжелые элементы стремятся распасться на более легкие, тогда как на нисходящей более легкие элементы стремятся  объединиться в более тяжелые. Метод  радиометрической датировки не допускает  подобного представления. Считается, например, что весь уран в минерале присутствовал с момента его  образования и что свинец был  получен в основном в результате распада урана. То, что уран мог  быть получен материализацией свинца, просто не допускается. Это приводит к существенному завышению реального  возраста образца. Получается, что этот метод может дать хорошие относительные, но не абсолютные цифры.

Ученые признают, что более легкие элементы могут превратиться в более  тяжелые посредством ядерного синтеза, но сегодня преобладает мнение, что  это происходит только при температурах в миллионы градусов, которые, как  считается, существуют в звездах. Однако биолог Луи Кервран и другие исследователи показали, что и в живых организмах, и в мире минералов некоторые элементы превращаются в более тяжелые без экстремально высоких температур и давления. (Подробности читайте на нашем сайте в статье «Живые алхимики».)

На сегодняшний день существуют следующие расхождения между  древними учениями и современной  наукой в датировке геологических  периодов.

1. Палеозойская эра началась  примерно 240 миллионов лет назад  (наука: 540 миллионов). Делится на  кембрийский, силурийский, ордовикский,  девонширский, угольный, пермский периоды.

2. Мезозойская эра началась примерно 44 миллиона лет назад (наука: 245 миллионов). Делится на триасовый,  юрский, меловой периоды.

Геологические эры  и периоды

3. Кайнозойская эра началась  примерно 8 миллионов лет назад  (наука: 66,4 миллиона). Делится на третичный  (подразделения: палеоцен, эоцен,  олигоцен, миоцен, плиоцен), четвертичный (подразделения: плейстоцен, голоцен)  периоды.

4. Четвертичный период начался  с ледникового периода плейстоцена  приблизительно 870 000 лет назад (наука: 1,6 миллиона), который закончился  исчезновением многих разновидностей  больших млекопитающих приблизительно 10 000 лет назад в момент перехода  к голоцену.