<<

стр. 13
(всего 40)

СОДЕРЖАНИЕ

>>

гия и т. п. С развитием этих наук сложилась более или менее на цикличность в положениях планет по отношению к свети-
ясная система мира, то есть представление о расположении в лу, которую назвали синодическим периодом обращения пла-
пространстве и движении Земли, Луны, Солнца, других звезд, нет. Развитие учения о небесных телах требовало построения
планет и небесных тел. общей модели мира, в которой для каждой планеты отводи-
лось бы определенное место и, кроме того, межно было бы
Древние люди научились связывать перемещения Солн-
задолго предсказывать ее положение на небе.
ца со сменой сезонов года. Они разделили полосу неба вдоль
эклиптики на 12 созвездий, в каждом из которых Солнце на- По визуальным наблюдениям была выведена простая схе-
ходилось приблизительно в течение месяца. Эти созвездия ма: планеты, по характеру своего движения по отношению к
получили название зодиакальных. С вхождением в новое зо- Солнцу, стали подразделяться на две группы: Меркурий и
диакальное созвездие люди связывали свои сельскохозяйствен- Венера были названы внутренними или нижними, остальные
ные работы, житейские праздники, обряды и т. п. С появления — внешними или верхними. Была утверждена так называемая
на небе созвездия Водолея, например, земледельцами ожида- конфигурация, то есть положения планет относительно Солн-
лось половодье, с появлением созвездия Рыб — нерест, с ут- ца (период противостояния, восточная квадратура, западная
ренним восходом созвездия Девы начиналась уборка хлеба. С квадратура). И все же, несмотря на разработку таких схем,
созвездием Весов связано взвешивание и подсчет урожая. вавилонские астрономы полагались непосредственно на зри-
тельные ощущения. Так, Земля имела вид выпуклого острова,
Еще за 2000 лет до н. э. среди зодиакальных созвездий
окруженного океаном; в недрах земли располагалось «цар-
было замечено «подвижных» пять светил, которые перехо-
ство мертвых»; небо представлялось твердым куполом, опи-
дили из одного зодиакального созвездия в другое. Гречес-
рающимся на поверхность земли и разделявшим «нижние
кие астрономы назвали эти светила планетами, то есть «блуж-
воды» (океанические воды, омывающие земной остров) и «вер-
дающими*, в честь древнеримских богов. И сейчас мы знаем
хние воды» (осадочные явления). К куполу крепились свети-
эти планеты как Венеру, Марс, Меркурий, Юпитер и Сатурн.
Становление системы мира 191

ла, а над небом было обиталище богов. Восход солнца проис- Современникам Аристотеля уже было известно, что Марс
ходил чгрез восточные ворота, а закат — через западные, но- в противостоянии, а Венера во время попятного движения
чью же светило двигалось под землей. приобретают большую яркость, чем в другие моменты, хотя
Древние египтяне считали, что Вселенная выглядит как по теории сфер они всегда должны оставаться на одинаковом
большая долина, вытянутая с севера на юг, а в ее центре распо- расстоянии от Земли. Именно это противоречие дало толчок
для возникновения других представлений о строении мира.
ложен Египет. Небо в виде железной крыши с прикрепленны-
Так, Гераклитом Понтийским было выдвинуто предположе-
ми к ней звездами держалось на столбах.
ние, что Земля вращается вокруг своей оси, с запада на вос-
В Древнем Китае считали, что Земля имеет форму плос-
ток, а орбиты Венеры и Меркурия являются окружностями, в
кого прямоугольника, над которым на столбах лежит круглое
центре которых находится Солнце. Отсюда вытекало, что
выпуклое небо. Из-за согнутого разъяренным драконом цен-
Солнце и эти планеты обращаются вокруг Земли.
трального столба Земля накренилась к востоку и все китай-
ские реки потекли, соответственно, к востоку, а небо накрени- Аристарх Самосский выдвигал еще более смелые взгля-
лось на запад, отчего все небесные тела стали двигаться с во- ды, он предполагал, что неподвижные звезды и Солнце не
стока на запад. « меняют своего места в пространстве, это Земля движется по
В IV в. до н. э. мыслителями греческих колоний Ма- окружности вокруг Солнца.
лой Азии (Ионии), Южной Италии и Сицилии были сдела- В дальнейшем, благодаря греческому ученому Гиппарху,
ны первые попытки разрушить мифы об устройстве Земли астрономия стала развиваться как точная наука. Он первым
и небесных тел, найти истинные причины возникновения ввел всесторонний математический анализ, заложив основы
природных явлений и дать им верное толкование. Выдаю- сферической астрономии и тригонометрии. Гиппарх также раз-
работал теорию движения Солнца и Луны, а на ее основе —
щиеся мыслители Гераклит Эфесский, Евдокс Книдский, Пи-
методы предвычисления затмений.
фагор Самосский и др. думали над этими проблемами. Были
высказаны первые предположения, что Земля имеет форму Путем систематических астрономических наблюдений
шара, что в центральной части модели мира помещается Зем- Гиппарх установил, что видимое движение Солнца и Луны
ля, вокруг нее вращаются сферы Луны, Солнца, Венеры, неравномерно, и отсюда вывел, что светила движутся равно-
мерно по круговым орбитам, однако центр круга смещен по
Меркурия и других планет Солнечной системы, а дальше
отношению к центру Земли. Такие орбиты были названы экс-
всех находится сфера неподвижных звезд. Было также выд-
центрами. Кроме того, ученый составил таблицы, по которым
винуто предположение, что каждая планета имеет несколь-
можно было определить положение Солнца и Луны в любой
ко сфер, связанных друг с другом, одна из них совершает
день года.
один оборот в сутки вокруг оси небесной сферы по направ-
лению с востока на запад, другая обращается в обратную Клавдий Птолемей в своем сочинении «Альмагест» («Ве-
сторону с периодом времени, равным периоду обращения личайшее») придал теории эпициклических движений класси-
планеты (таким образом объяснялось движение планеты ческую форму. Он считал, что поскольку центр Вселенной —
место, куда стремятся все имеющие вес тела, то там должна
вдоль эклиптики).
находиться и наша планета Земля. Он разработал метод расче-
Платон первым задался целью построить геометричес-
та положения планет на любой заданный наперед момент вре-
кую модель мира, в центре которой располагалась Земля. Его
мени. Кроме того, Птолемей оформил идею о равномерном
ученик, Аристотель, преуспел в своих взглядах на мир, его
движении небесных тел по окружностям. Так, каждая планета
идеи оставались основными в физике и астрономии в течение
имеет свой эпицикл — малый круг, деферент — большой круг,
почти двух тысячелетий.
по которому равномерно скользит центр эпицикла, при этом
Аристотель признавал построение системы мира в виде
центр деферента смещен по отношению к центру Земли. Пто-
концентрических сфер, на которых расположены планеты и
лемей обобщил и развил взгляды древнегреческих филосо-
которые вращаются вокруг Земли. Он также предположил
фов на строение Вселенной, добавив в систему еще один эле-
существование пяти элементов, четыре из них — стихии земли,
мент — эквант, благодаря чему планеты могли совершать уже
воды, воздуха и огня, из смешения которых состоят все тела
неравномерное движение по кругу, но при условии существо-
на Земле. Пятый элемент состоит из вечной материи — эфира.
вания некой точки (не обязательно находящейся на Земле),
По Аристотелю, вода и земля естественным образом движут-
откуда бы это движение казалось равномерным. Путем после-
ся к недрам Земли, тогда как огонь и воздух движутся «вверх»
довательных приближений Птолемей получал будущее поло-
к периферии и тем быстрее, чем ближе они к своему «есте-
жение планет на небе с удивительной точностью. Интересно и
ственному» месту. Поэтому в центре, то есть в недрах плане-
то, что ученый учитывал, что в процессе своего движения
ты, находится земля, над ней расположены вода, воздух и огонь.
планеты несколько отклоняются от эклиптики, поэтому для
Аристотель считал, что Вселенная имеет границы, но движе-
Марса, Юпитера и Сатурна он «наклонил» плоскости дефе-
ние ее бесконечно, так как она состоит из неуничтожимой ма-
рентов к эклиптике и плоскости эпициклов к плоскостям де-
терии, то есть эфира, из него состоят все небесные тела, для ферентов. Для Меркурия и Венеры он ввел колебания вверх
которых вечное круговое движение — естественно. «Зона и вниз с помощью небольших вертикальных кругов. Птоле-
эфира», по Аристотелю, начиналась в пределах Луны и про- мей ввел 40 эпициклов для всех замеченных им особенностей
стиралась вверх, а ниже Луны находится сам мир четырех эле- в движении планет. Система мира Птолемея, в центре которой
ментов. Древний философ не признавал гипотез о движении находится Земля, стала называться геоцентрической.
планет, в том числе и Земли, вокруг Солнца. Здесь он выдви-
Птолемей прибег к подобным усложнениям для того, что-
гал серьезный аргумент: если бы Земля двигалась в простран-
бы объяснить наблюдаемое время от времени «обратное» дви-
стве, то это движение сопровождалось бы регулярным види-
жение планет, в результате чего они описывали на небе петле-
мым перемещением звезд на небе. Как известно, этот эффект,
образные траектории. Это сегодня известно, что кажущийся
названный годичным параллактическим смещением звезд, был
лффект возникает, когда Земля «обгоняет» одну из планет,
открыт лишь в середине XIX в.
192 Астрономия

движущуюся по внешней (относительно Солнца) орбите, по- единение света от множества звезд. Споры о строении Млеч-
добно тому как мы видим, обгоняя медленно движущийся ного Пути продолжались веками. Подтверждение в пользу
автомобиль, что на фоне удаленных предметов он будто бы догадки Демокрита пришло в 1610 г., когда 1глилей сообщил
перемещается назад. о первых открытиях, сделанных на небе с помсщью телескопа.
В середине XIII в., после периода застоя и регресса, нача- Ещё до открытия Галилея Джордано Бруно была выска-
лось духовное возрождение Европы. Взгляды Аристотеля на зана совершенно неожиданная, по тем временам замечательно
устройство мира стали неотъемлемыми элементами христиан- смелая мысль: наше Солнце — одна из звезд Вселенной.
ской веры, а система Птолемея стала как бы дополнением к Из идеи Бруно в дальнейшем вытекала оценка расстоя-
учению Аристотеля, помогающим проводить конкретные рас- ний до звёзд. Выяснилось, что Солнце — действительно яр-
четы положения планет. чайшая и самая близкая к нашей планете звезда. Возник есте-
ственный вопрос: а на какое же расстояние нужно отодвинуть
По мере развития астрономии система Птолемея каза-
наше светило, чтобы оно выглядело, например, так, как Сири-
лась все более громоздкой, а вместе с ней и вся схема Аристо-
ус? На этот вопрос ответил голландский астроном Гюйгенс
теля, и вскоре они рухнули не только под собственной тяжес-
(1629—1695). Он сравнил блеск этих двух лэбесных тел, я
тью, но и в результате научной революции, которой положил
оказалось, что Сириус находится в сотни раз дальше от Земли,
начало Николай Коперник.
чем Солнце. То есть луч света, пролетающий ъъ. 1 с 300 тыс. км,
Гелиоцентрическая система Коперника была намного про-
затрачивает на путь от Сириуса до нас несколько лет, а точнее,
ще системы Птолемея. Земля вращается вокруг Солнца по
несколько световых лет. По современным данным, расстоя-
орбите, не слишком отличающейся от окружности. Радиус этой
ние до Сириуса составляет 8,7 световых лет, п эитом, что рас-
окружности составляет около 150 млн км. Расстояние от Сол-
стояние от Солнца до Земли равняется всего 8 световым ми-
нца до Сатурна — самой дальней из известных во времена
нутам.
Коперника планет — приблизительно в десять раз больше ра-
диуса земной орбиты, и это расстояние совершенно верно опре- Гениальная идея Бруно и основанный на ней расчет Гюй-
делил Коперник. Размеры Солнечной системы — расстояние от генса стали решительным шагом к раскрытию тайн Вселен-
Солнца до орбиты девятой планеты, Плутона, — еще почти в ной. Благодаря этому границы наших знаний о мире сильно
четыре раза больше и составляют приблизительно 6 млрд км. раздвинулись, вышли за пределы Солнечной системы, достиг-
Так, благодаря Копернику мы узнали, что Солнце занимает ли звёзд и включили в себя и Галактику.
надлежащее ему положение в центре планетной системы, а В 20-е годы XX столетия новые крупныг телескопы по-
Земля является одной из рядовых планет, обращающихся зволили астрономам изучать мир галактик, поражающих сво-
вокруг Солнца. Так все стало на свои места. Строение Сол- ей красотой и разнообразием форм, завораживающих вихрем
нечной системы было наконец объяснено. звездных облаков и своей шаровидной правильностью. Спи-
ральные, эллиптические, неправильные Галактики были пред-
Впоследствии самым большим сторонником теории Ко-
ставлены миру американским астрономом Э. Хабблом. Хаббл
перника стал Галилео Галилей, который больше известен как
назвал сфероидальные галактики туманностями класса Е. Они
астроном, первым применивший телескоп для астрономичес-
переходят от круглых форм (Е0) к эллиптическим (Е5), где
ких наблюдений. Труды Галилея во многом способствовали
буква Е означает эллиптичность, а цифра указывает на степень
созданию теории механики и тяготения. Галилей, изначально
эллиптичности, определяемую отношением 10 (а—Ь)/а, где а
не согласившийся с теорией Коперника, после вспышки на
небе новой довольно яркой звезды публично признал, что она — большая ось, a b — малая ось Галактики. Классифицируя
находится за пределами лунной сферы, что противоречило спирали (S), где критерием этого разделения б лл в основном
учению Аристотеля о неизменности небес. Позже, используя характер спирали, он различал группы Sa — стирали с очень
телескоп, Галилей, наблюдая планеты, обратил вниманиена то, большой центральной линзой, Sb — с промежуточными по ве-
что они представляют собой различимые светящиеся диски, а личине линзами и Sc — с линзой, превращающейся в точку.
звезды и при самом большом увеличении остаются светящи- Если взглянуть на нашу Галактику со стороны, то мож-
мися точками. Отсюда выходило, что звезды находятся го- но увидеть лишь самые яркие звезды, которые собраны н
раздо дальше от Земли, чем планеты. широкие полосы и дугами выходят из центральной области
Галактики, образуя ее спиральный узор. Мы не увидим ни
Коперник представил нам схему Солнечной системы, но
гало, ни диска Галактики, а тем более короны. Последние
никак не модель Вселенной. О расположении дальних звезд
исследования показали, что многие крупные спиральные га-
он не высказывал определенного мнения, только предполо-
лактики обладают, подобно нашей, протяженными и массив-
жил, что расстояние до них во множество раз превосходит
ными невидимыми коронами. А это значит, что большая часть
размеры планетных орбит. Подобно античным ученым, он
массы Вселенной — это загадочная, но тяготеющая «скры-
представлял Вселенную замкнутым пространством, ограни-
тая» масса.
ченным сферой звезд.
И сегодня, даже имея в арсенале сильнейшие телескопы, Предположительно, — галактики собраны в группы, скоп-
астрономы могут рассматривать звезды лишь как яркие све- ления и сверхскопления (в зависимости от того, сколько их
тящиеся точки, о строении которых можно лишь строить до- вместе). В группу может входить от 3—4 галактик, а в сверх-
гадки, основанные на наборе данных, полученных путем на- скопления — от 1000 до нескольких десятков тысяч. Наша
блюдений: яркости, цвете, траектории движения И т. п. Для Галактика входит в сверхскопление, которое не имеет четко
детального изучения в нашем распоряжении есть только одна очерченной формы Приблизительно так же устроены и дру-
звезда — Солнце. гие сверхскопления, лежащие далеко от нас.
Древние мыслители и астрономы подозревали, что на небе Еще недавно было принято считать, что сверхскопления
существует множество звезд, невидимых глазу. Демокрит од- — самые крупные образования во Вселенной, но оказалось,
ним из первых высказал мысль, что белесоватая полоса, кото- что если посмотреть на карту Вселенной, где расположенные
рую мы называем Млечным Путем, есть не что иное, как со- хаотично галактики отмечены точками, то виден узорчатый
Происхождение Солнечной системы 193

рисунок, напоминающий пчелиные соты с размерами ячеек в много ближе друг к другу. По Фридману получается, что око-
100—300 млн. световых лет. Выяснить, насколько «ячейки» ло 20 млрд. лет назад не существовало ни звезд, ни галактик, а
покрывают Вселенную, — дело будущего. было плотное и невероятно горячее вещество, из которого и
началось общее расширение, а впоследствии образовалась и
Раньше люди предпочитали считать Вселенную вечной и
Вселенная.
неизменной, ограниченной только нашей Галактикой. Но ра-
боты советского математика и физика А. Фридмана (начало С началом изучения Вселенной, ее строения и эволюции
XX в.) произвели переворот. Ученый, опираясь на общую те- появилась новая наука — космология. Будет, конечно, непра-
орию относительности Эйнштейна, доказал, что мир живет своей вильным сказать, что Вселенная не изучалась раньше, ведь
только на основе опыта целых поколений астрономов совре-
динамической жизнью, изменяется во зремени, сжимается или
менная наука смогла достигнуть таких высот. Изучение Все-
расширяется по строго определенным законам. Фридман от-
ленной сегодня, возможно, завтра станет базой для будущих
крыл подвижность звездной Вселенной. Это было теорети-
поколений, ведь еще неизвестно, что лежит за пределами на-
ческое предсказание, в котором для выбора между расшире-
блюдаемой области мира, стоят вопросы: бесконечна ли Все-
нием и сжатием нужно было провести астрономические на-
ленная по объему, есть ли разумная жизнь в ее пределах, како-
блюдения. Такие наблюдения в 1928—1929 гг. проделал Хаббл,
во происхождение «скрытой» массы, почему произошло рас-
обнаруживший, что далекие галактики и целые их коллекти-
ширение Вселенной и будет ли оно происходить и дальше, — и
вы движутся, удаляясь от нас во все стороны, то есть он на-
множество других, на которые ответы смогут дать только ас-
блюдал общее расширение Вселенной. Если так, то получает-
трономы будущего.
ся, что в далеком прошлом скопления были расположены на-




ПРОИСХОЖДЕНИЕ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ

Изучением Солнечной системы занимались различные Сегодня все гипотезы о происхождении Солнечной сис-
темы в значительной мере основываются на данных о хими-
ученые, начиная от греческих философов до астрономов и
ческом составе и возрасте пород Земли и других тел Солнеч-
физиков XXI столетия. Но и сегодня, когда научно-техничес-
ной системы. Наиболее точный метод определения возраста
кий прогресс позволяет запускать спутники на Марс, проис-
пород состоит в подсчете отношения количества радиоактив-
хождение Солнечной системы остается загадкой. Но вполне
ного урана к количеству свинца, находящегося в данной по-
возможно, что ученые в ближайшем будущем выяснят вопро-
роде. Скорость такого образования известна точно, и ее не-
сы, связанные с рождением Солнечной системы, потому что за
возможно изменить никакими способами. Пробы пород пока-
последние три десятилетия прояснились некоторые моменты
зали, что самые древние из них насчитывают несколько мил-
эволюции звезд. Хотя остаются нераскрытыми детали рожде-
лиардов лет. Земля как некая субстанция, очевидно, возникла
ния звезды из газопылевой туманности, но уже представляет-
несколько раньше, чем земная кора.
ся общая картина того, что с ней происходит на протяжении
Если рассматривать различные космогонические гипоте-
миллиардов лет дальнейшей эволюции.
зы, которые выдвигались на протяжении последних двух сто-
летий, то особого внимания заслуживают гипотезы немецкого
философа Канта и теория, которую спустя несколько десяти-
КОСМОГОНИЧЕСКИЕ ГИПОТЕЗЫ
летий независимо предложил французский математик Лаплас.
Предпосылки к созданию этих теорий весьма интересны и вы-
Космогония — раздел астрономии, изучающий происхож-
держали испытание временем.
дение и развитие небесных тел (Солнца, планет и их спутни-
Точки зрения Канта и Лапласа в ряде важных вопросов
ков, звезд, галактик) и их систем. Астрономы наблюдают кос-
резко отличались. Кант предложил свою теорию образования
мические тела на различных стадиях развития: образовавши-
Солнечной системы, основанную на законе всемирного тяго-
еся совсем недавно или в далеком прошлом, быстро «старею-
тения. Философ исходил из эволюционного развития холод-
щие» или почти застывшие в своем развитии. Сопоставляя
ной пылевой туманности, по ходу которого сначала возникло
многочисленные данные наблюдений с физическими процес-
центральное массивное тело, которому в перспективе пред-
сами, которые могут происходить при различных условиях в
стояло стать тем, что мы называем Солнцем, а потом планеты.
космическом пространстве, ученые пытаются объяснить, как и
Лаплас же подробно описал гипотезу образования Солнца и
из чего образуются небесные тела. Единой, завершенной тео-
планет из уже вращающейся туманности. Он считал первона-
рии образования звезд, планет или галактик до сих пор не
чальную туманность не пылевой, а газовой, очень горячей и
существует. Проблемы, с которыми столкнулись ученые, под-
обладающей высокой скоростью вращения. Сжимаясь под
час трудноразрешимы. Например, решение вопроса о проис-
действием силы всемирного тяготения, туманность, вследствие
хождении Земли и Солнечной системы в целом значительно
закона сохранения момента количества движения, набирала
затрудняется тем, что других подобных систем ученые пока
обороты и вращалась все быстрее и быстрее. Из-за высокой
не обнаружили. Нашу Солнечную систему пока не с чем срав-
скорости и больших центробежных сил, возникающих при
нивать, хотя подобные ей системы должны быть достаточно
быстром вращении в экваториальном полсе, от газообразного
распространены, а их возникновение должно быть не случай-
ггла последовательно отделялись кольца Затем в результате
ным явлением, а закономерным.
194 Астрономия

Гипотеза Джинса предполагает, что образование нашей
высокотемпературной конденсации в них тугоплавких «поро-
Солнечной системы, как и других подобных маловероятно,
дообразующих» элементов, образовались планеты. Опираясь
потому что близкое прохождение звезд в напей Галактике
на гипотезу Лапласа, невольно делается вывод, что планеты
и их столкновение — явление редчайшее, а точнее, раз в 5
образовались раньше, чем Солнце. Однако, несмотря на раз-
млрд лет Солнце имеет один шанс из десятков миллиардов
личия между теориями Канта и Лапласа, общей и важной осо-
столкнуться с какой-либо звездой. Если бы гипотеза Джин-
бенностью является представление о том, что Солнечная сис-
са была правильной, число планетарных сисггм, образовав-
тема возникла в результате закономерного развития газопы-
шихся за десять миллиардов лет ее эволющ-к, можно было
левой туманности. Поэтому эту концепцию принято называть
бы пересчитать по пальцам. Но планетарных систем на са-
«гипотезой Канта—Лапласа».
мом деле множество, поэтому эту гипотезу можно считать
Однако эта теория отвечает не на все вопросы. Всем из-
несостоятельной. И ниоткуда не следует, что выброшенная
вестно, что наша Солнечная система состоит из девяти планет
из Солнца струя горячего газа может сконденсироваться в
разных размеров и массы. Всем также известно, что все субъя-
планеты, так как по расчетам известных астрофизиков ве-
дерные частицы имеют свой момент вращения (спин). Лаплас
щество струи должно рассеяться в окружающем простран-
предположил, что вращательное движение — врожденное свой-
стве. Кроме этого, гипотеза Джинса не объя:ияет, почему
ство материи. Трудность заключается в необычном распреде-
подавляющая часть количества момента движения Солнеч-
лении момента количества движения Солнечной системы меж-
ной системы сосредоточена в орбитальном движении пла-
ду центральным телом — Солнцем — и планетами. Момент
нет (математические расчеты показали, что ;з рамках этой
количества движения — одна из важнейших характеристик
гипотезы образуются планеты с весьма маленькими орбита-
всякой изолированной от внешнего мира механической систе-
ми). Таким образом, космологическая гипотез! Джинса ока-
мы. Солнце и планеты можно рассматривать именно как такую
залась несостоятельной.
систему. Момент количества движения можно определить как
«запас вращения» системы. Это вращение складывается из На основе гипотезы Джинса была Вулфсоном выдвину-
орбитального движения планет и вращения вокруг осей Сол- та новая: газовая струя, из которой образовались планеты,
нца и планет. Львиная доля момента количества движения была выброшена из проходившего мимо Солнца рыхлого
Солнечной системы сосредоточена в орбитальном движении объекта — протозвезды, масса которой бььта сравнительно
планет-гигантов Юпитера и Сатурна. небольшой, но объем ее почти в 10 раз превысит радиус зем-
ной орбиты. По приближении протозвезды к Сслнцу под вли-
С точкн зрения гипотезы Лапласа, это совершенно непо-
янием приливных сил поверхность протозвездного сгустка
нятно. В эпоху, когда от первоначальной, быстро вращающейся
должна деформироваться. Так как не весь захваченный Солн-
туманности отделилось кольцо, слои туманности, из которых
цем газ смог конденсироваться в планеты, вокруг протозвезд-
потом в результате конденсации образовалось Солнце, имели (на
ного сгустка должна образоваться газовая среда, которая выз-
единицу массы) примерно такой же момент, как вещество отде-
вала бы его торможение. При этом, как изВ(стно, первона-
лившегося кольца (угловые скорости кольца и оставшейся час-
чально эксцентричная орбита постепенно (в течение несколь-
ти были примерно одинаковы). Так как масса последнего была
ких миллионов лет) станет круговой. Отсюда, каждый прото-
значительно меньше основной туманности (протосолнца), то
звездный сгусток эволюционирует в протоплан гту, а его вра-
полный момент количества движения у кольца должен быть на-
щение обуславливается действием приливных сил, исходящих
много меньше, чем у протосолнца. В гипотезе Лапласа отсут-
от Солнца. Кстати, этим может объясняться и происхождение
ствует какой-либо механизм передачи момента от протосолнца к
спутников планет, которые при сжатии отделяются от прото-
кольцу. Поэтому в течение всей дальнейшей эволюции момент
планет. Если следовать этой гипотезе, то сравнительно легко
количества движения протосолнца, а затем и Солнца должен быть
объясняется образование больших планет и их спутников (кро-
намного больше, чем у колец и образовавшихся из них планет.
ме планет земной группы). Этой гипотезой также объясняется
Но этот вывод идет вразрез с фактическим распределением ко-
и возникновение звезд, которые образуются из межзвездной
личества движения между Солнцем и планетами.
газово-пылевой среды так называемыми «звездными ассоци-
Для гипотезы Лапласа эта трудность оказалась непрео-
ациями» — группами заведомо молодых звезд. В таких груп-
долимой. На смену этой гипотезе стали выдвигаться другие.
пах, по наблюдениям, сначала образуются относительно боль-
Остановимся на гипотезе Джинса, которая получила распрос-
шие звезды, а затем уже «звездная мелочь», которая эволюци-
транение в первой трети прошлого столетия. Она полностью
онирует в карлики.
противоположна гипотезе Канта—Лапласа. Если последняя
рисует образование планетарных систем как единственный за- В данный период наиболее разработанной является ги-
кономерный процесс эволюции от простого к сложному, то в потеза советского ученого О. Ю. Шмидта, появившаяся в
гипотезе Джинса образование таких систем является делом 1944 году. По Шмидту, наша планета образовалась из веще-
случая и представляет собой редчайшее явление. ства, захваченного из газово-пылевой туманности, через ко-
торую некогда проходило Солнце, имевшее почти «современ-
Исходная материя, из которой потом образовались пла-
ный» вид. При этом отсутствует трудность с вращательным
неты, была выброшена из Солнца (которое к тому времени
моментом планет, так как первоначальный момент вещества
уже было похожим на нынешнее) при случайном прохожде-
облака может быть сколь угодно большим. В 1961 году анг-
нии вблизи него некоей звезды. Это прохождение было на-
лийский космогонист Литтлтон начал развивать эту гипотезу
столько близким, что его можно рассматривать практически
и внес в нее существенные улучшения. По обеим гипотезам,
как столкновение. Благодаря приливным силам, которые об-
«почти современное» Солнце сталкивается с более или менее
разовались со стороны налетевшей на Солнце звезды, из по-
«рыхлым» космическим объектом, захватывая части его ве-
верхностных слоев Солнца была выброшена струя газа. Эта
щества. Кроме того, Солнце, по расчетам, должно иметь с об-
струя осталась в сфере притяжения Солнца и после того, как
лаком общее происхождение. По Шмидту—Литтлтону, обра-
звезда ушла от Солнца. Потом струя сконденсировалась и
зование планет связывается с процессом звездообразования.
смогла дать начало планетам.
Происхождение Солнечной системы 195

ТУМАННОСТЬ И РОЖДЕНИЕ СОЛНЦА водорода образуется одно ядро гелия. При таком «ядерном
горении» водорода выделяется огромная энергия. Занявший-
Современная наука с достаточной степенью вероятности ся «пожар» уже не остановить. Плазма ожила, разбушевалась.
позволяет восстановить события, происходившие семь мил- Газовое давление внутри шара заработало с удесятеренной
лиардов лет назад. Попробуем представить себе жизнь одной силой. Плазма рвется наружу, с невероятной силой она изнут-
из газово-пылевых, водородно-гелиевых (с примесью тяже- ри давит на внешние слои шара и приостанавливает их оседа-
лых элементов) туманностей, которая в будущем дала начало ние к центру.
нашей Солнечной системе, Солнцу, Земле и другим планетам. Равновесие установилось. Плазме тесно, но она не может
Туманность, темная и непрозрачная, как дым, медленно вырваться наружу, разорвать шар и разбросать его обрывки
передвигается на фоне черной бездны. Сквозь ее рваные и во все стороны. А тяготению не удается сломить давление
мутноватые очертания тускло мерцают далекие звезды. По плазмы и продолжить сжатие шара. Ослепительный бело-жел-
прошествии некоторого времени можно увидеть, что туман- тый шар перешел в устойчивую стадию. Он стал звездой,
ность медленно повернулась вокруг своей оси, при этом она которую мы называем Солнцем. Теперь миллиарды лет эта
как бы сжимается и уплотняется. На туманность начинает дей- звезда будет светить ровным и ярким бело-желтым светом, не
ствовать тяготение, собирающее к центру ее частицы. Посте- меняя размера и температуры, пока внутри нее не выгорит
пенно вращение начинает ускоряться — это работает закон весь водород. Но и здесь в запасе у звезды есть еще несколько
сохранения количества движения. Время идет, а туманность «хитрых» ядерных реакций, которые помогут ей жить дальше.
вращается все быстрее и быстрее, в результате чего возникает Как только топливо перегорит, то есть превратится в гелий,
и увеличивается центробежная сила, способная бороться с звезда вновь сожмется, в ее недрах естественно повысится
тяготением. Тяготение сжимает туманность, а центробежная температура, но уже до сотен миллионов градусов с еще более
сила стремится раздуть ее, разорвать. Но тяготение с равной сильным давлением, и теперь уже «воспламенится» гелий, в
силой тянет к центру частицы со всех Сторон. А центробежная процессе сгорания превращаясь в более тяжелые элементы.
сила отсутствует на полюсах туманности и сильнее всего про- Сжатие вновь прекратится. Когда все возможные реакции «сго-
является на ее экваторе. Поэтому именно на экваторе она ока- рания» будут исчерпаны, звезда сожмется и станет небольшим
зывается сильнее тяготения и раздувает туманность в сторо- белым карликом, который постепенно остынет, потускнеет, а
ны. Шарообразная туманность, продолжая вращаться все бы- затем погаснет. В космосе будет мрачной холодной головеш-
стрее, сплющивается, превращаясь в плоскую «лепешку». На- кой проплывать некогда яркая, бушующая огнем звезда.
ступает момент, когда на наружных краях «лепешки» центро- Как видим, из водорода в недрах звезд в ядерных реак-
бежная сила уравновешивает, а потом пересиливает тяготе- циях синтеза «варятся» ядра атомов всех элементов. И, навер-
ние, в результате чего от краев туманности начинают отде- ное, можно сказать, что именно в недрах звезд зарождается
ляться клочья. Центральная часть ее продолжает сжиматься, жизнь. Ведь именно здесь возникают ядра «атома жизни» уг-
при этом все ускоряя свое вращение, а от внешнего края про- лерода, а за ними и ядра атомов всех других элементов табли-
должают отрываться все новые и новые клочья, отдельные цы Менделеева, обеспечивающих зарождение жизни.
газопылевые облака.
Но довольно часто тяжелые элементы продолжают жить
в пространствах Солнечной системы. Так, во многих звездах,
Постепенно туманность приобрела такой вид: в центре
образовавшихся из более крупных сгустков туманностей, ядер-
неспешно вращается огромное темное, чуть сплющенное об-
ные реакции происходят слишком бурно и газовое давление
лако, а вокруг него на разных расстояниях плывут по круго-
оказывается намного сильнее тяготения. Оно раздувает сгус-
вым орбитам, расположенным примерно в одной плоскости,
ток, рвет его в клочья, разбрасывая во все стороны. Такие
оторвавшиеся от него небольшие облака-спутники. Централь-
грандиозные вспышки-взрывы в звездном мире иногда на-
ное облако все продолжает уплотняться. Но теперь с силой
блюдаются с Земли и называются вспышками сверхновых
тяготения начинает бороться новая сила — сила газового дав-
звезд. В результате взрыва звезда рассеивается в межзвезд-
ления. Ведь в середине облака накапливается все больше час-
ном пространстве, рассеивая по нему тяжелые эле,менты. Это
тиц, составляющих его. Здесь возникает невероятная уплот-
основной источник таинственной, жизненно важной примеси,
ненность частиц. Они мечутся, все сильнее ударяясь друг о
которая способствует зарождению новых звезд.
друга, в результате чего в центре повышаются температура и
давление. Сначала становится тепло, потом жарко. Снаружи
этого не видно, ведь облако огромное и непрозрачное. Жар не
выходит наружу. Но вот облако перестало сжиматься. Мощ- ОБРАЗОВАНИЕ ПЛАНЕТ
ная сила газового давления, возникшая от нагрева, останови-
ла работу тяготения. Жар пошел от черной тучи, а внутри нее В последнее время рядом астрономов была проведена
стали возникать неудержимо рвущиеся наружу языки тускло- огромная работа по изучению звезд, их происхождения, при-
го красного пламени. Горячий газ, вырвавшийся наружу, ос- роды излучения и эволюции. Как это ни странно, но об обра-
лабил противодействие тяготению. Облако вновь стало сжи- зовании и эволюции некоторых типов звезд сейчас известно
маться и снова температура в его центре стала возрастать. Вот больше, чем об образовании нашей планетной системы.
температура достигла уже сотен тысяч градусов, атомы разва-
Всем известно, что по химическому составу звезды пред-
ливаются на части, вещество не может быть газообразным и
ставляют собой водородные и гелиевые плазмы. В их составе
постепенно переходит в состояние плазмы. Температура все
присутствуют также и другие элементы, но в очень незначи-
повышается, в плазме мечутся атомные ядра и электроны и
тельных количествах. Если говорить о спутниках нашего Сол-
происходит «воспламенение». Скорость и сила удара частиц
нца, тех обрывках туманности, которые оторвались от цент-
друг о друга уже настолько возросла, что они не отскакивают
рального сгустка под действием центробежной силы и начали
друг от друга, а вдавливаются друг в друга и сливаются. Так
кружиться вокруг него, то в них тоже присутствуют тяжелые
начинается ялерная реакция. Из каждых четырех ядер атомов
элементы, которые способствуют построению «живой» суб-
196 Астрономия

станции, обеспечивающей жизнь многих космических объек- стым частицам и случайно уцелели, не были «зыпарены» сол-
тов (звезд, туманностей, планет). Именно в них создаются нечными лучами. Это первичная атмосфера 3: :^ли. Но посте-
условия, способствующие разделению легких и тяжелых ча- пенно под жаркими лучами Солнца легкие и подвижные моле-
стиц туманности. кулы водорода и гелия улетучатся в космос. Этот процесс
Облака-спутники находятся на различных расстояниях ученые назвали диссипацией.
от Солнца, самые дальние из которых не обогреваются им. Второй этап — разогревание. Внутри планеты, в смеси с
Зато в близких облаках-спутниках солнечный жар испаряет другими оказались зажатыми радиоактивные вещества. Они
все частицы, которые способны испариться, оставляя лишь те, отличаются тем, что непрерывно выделяют тепло, которому в
которые потяжелее. Поэтому в них почти не остается легких толще планеты нет выхода: над ними покоится мощный моно-
газов (водорода, гелия), составляющих основу газопылевой лит из вышележащих слоев. Тепло постепенно накапливается.
туманности. Мало остается и других летучих веществ. Все От радиоактивного разогрева начинается размя. чение всей тол-
они уносятся жаром. Б результате «испарений» через некото- щи планеты. Вещества, составляющие планету, занее располо-
рое время химический состав облаков-спутников изменяется женные хаотично, начинают распределяться по весу: более тя-
и становится совершенно разным. В тех, которые удалены от желые опускаются к центру, более легкие — поднимаются к
Солнца, он почти не меняется, а в тех, что кружатся вблизи, поверхности. Постепенно планета приобретаем тот вид, кото-
остается лишь «прокаленный» и «обдутый» материал, кото- рый мы наблюдаем сегодня: в центре ее расположено тяжелое
рый и представляет собой «драгоценную жизненно важную ядро, окруженное толстым слоем вещества полегче и все это
примесь» тяжелых элементов. Полученный химический со- «заковано» в более тонкий слой, состоящий из наиболее легких
став и является тем материалом, из которого создаются обита- пород, который мы называем земной корой. Радиоактивные
емые планеты. Отсюда начинается процесс превращения «ма- вещества «осели» в основном в легких породах то есть скопи-
териала» в «изделие», частиц туманности — в планеты. Фор- лись в «коре», и теперь греют ее. Основное теплп с поверхности
мирование планет происходит в три этапа.
планеты излучается в космос. На глубине же десятков кило-
Первый этап условно назовем этапом слипания частиц. метров тепло сохраняется, разогревая горные короды.
В далеких облаках-спутниках многочисленные молекулы лег- Третий этап — вулканическая деятельность. В недрах
ких газов и редкие легкие пылинки постепенно собираются в планеты тяжелые вещества накаляются докра:на. От такой
огромные рыхлые шары малой плотности. К таким относятся температуры плавятся камни, они превращаю: ч;я в раскален-
планеты группы Юпитера. В облаках-спутниках, близких к ную огненную массу — магму — которая напо.т «на сжатыми
Солнцу, тяжелые пылинки слипаются в плотные каменистые газами (в основном углекислым газом), парами и различны-
комки. Они объединяются в огромные массивные глыбы, ко- ми примесями (аммиаком, метаном и др.). Магме «тесно»,
торые серыми угловатыми громадами плавают по орбитам огненными брызгами ее выталкивает наружу в наиболее тон-
вокруг своей звезды. Двигаясь по разным, иногда пересекаю- ких местах земной коры. Происходит извержение вулкана.
щимся орбитам, эти «астероиды», размером в десятки кило- Таких прорывов магмы на планете много Они спасают мо-
метров каждый, сталкиваются. Если они двигаются на относи- лодую планету от перегрева.
тельно небольшой скорости, то при столкновении глыбы как
бы вдавливаются друг в друга, налипают одна на другую и
бесформенной, в два раза большей массой движутся дальше.
ПОЧЕМУ ЗЕМЛЯ?
Если столкновение происходит на большой скорости, то они
дробятся на бесчисленные обломки, которые продолжают свой Как получилось, что на нашей планете ее здались благо
путь для дальнейшего объединения с такими же обломками. приятные условия для зарождения жизни?
Процесс столкновения и слияния мелких частиц в крупные
Не у каждой звезды выдается возможное г > стать свети-
небесные тела может длиться сотни миллионов лет. Во время
лом, как Солнце, окруженным планетами. Если бы туманность
прохождения своего пути «астероиды» становятся все более
вращалась медленнее, не возникла бы центробежная сила, ото-
шарообразными, увеличивают свои размеры и массу. С увели-
рвавшая «клочки» от центрального сгустка, и вероятнее все-
чением массы возрастает и сила тяжести на их поверхности,
го, что не из чего было бы образоваться планетам. И плыла бы
которая давит на внутренние слои. Так как глыба бесформен-
одинокая «бездетная» звезда в черной бездне, бесплодно рас-
ная, то ее выступающие части под силой тяжести погружаются
точая свое тепло и свет...
в толщу нижележащих слоев, раздвигая их. Слои, отходящие
Далеко не всякая звезда, породившая пла^зты, способна
в стороны, заполняют собой впадины, отчего глыба постепен-
создать такие условия, чтобы хоть на какой-нибудь из них
но сглаживается. В результате таких процессов вокруг Солн-
зародилась жизнь. Для этого требуются миллиарды лет, и все
ца образуются относительно небольшие, но очень плотные и
это время звезда должна гореть ровно и спокойно. Молодая
тяжелые планеты земной группы. Такой является и наша Зем-
звезда горит неровно, она может вспыхнуть, обрушив волны
ля. Планеты земной группы резко отличаются богатством
испепеляющего жара на окружающие планеты, и только наме-
химического состава, обилием тяжелых элементов, большим
тившиеся для развития жизни условия после огненного ура-
удельным весом от планет группы Юпитера.
гана будут сожжены. Поэтому для благополучного развития
жизни на планете необходима «спокойная» звезда, подобная
Теперь рассмотрим ближе Землю. На звездном фоне плы-
нашему Солнцу.
вет огромная каменная глыба, освещенная с одной стороны
яркими солнечными лучами. Еще выступают на ее поверхнос- Очень важно и расположение планеты. Например, если
ти неровности от налипших астероидов, видны не полностью . бы наша планета Земля была расположена на месте Меркурия
расправившиеся «швы» между ними. Пока это еще «грубая или Венеры, то из-за постоянного зноя невозможно было бы
работа», но зато здесь уже имеется атмосфера. Немного мут- образование на планете хоть какого-либо количества влаги,
новатая, очевидно, от пыли. Это выдавленные из недр плане- не говоря уже об океанах, она бы вся испарялась. И наоборот,
ты водород и гелий, которые в свое время прилипли к камени- если бы Земля была расположена дальше сво^й орбиты, на •
Состав и особенности Солнечной системы 197

пример на месте Юпитера, вода бы представляла собой ледя- Нашей планете «повезло» и в том, что она образовалась
ную глыбу, в которой нет благоприятных условий для разви- именно такой массы и такого размера. Если бы Земля была
тия микроорганизмов. Даже то, что орбита Земли круговая, а такой же массы, как и Луна, не удержать бы ей на себе атмо-
не эллиптическая, сыграло положительную роль для зарожде- сферу, а значит, и воду, которая испаряется в атмосферу. Даже
ния жизни. Вращаясь на эллиптической орбите, одна сторона вулканические выбросы не восстанавливали бы в атмосфере
Земли все время бы промерзала, а на другой стороне все сго- необходимое равновесие газа и влаги, они бы сразу улетучи-
рало бы от солнечного жара. Оптимальное место, «экватор», вались в космос. Поэтому на Луне нет ни атмосферы, ни воды,
для развития жизни, а также дальнейшей деятельности было ни, соответственно, жизни. Большие размеры, например как у
бы ограниченным. Подобные условия существования, созда- Юпитера, создавали бы слишком сильное притяжение, кроме
ваемые эллиптической орбитой, могут образовываться и на того, на планете была бы слишком густая атмосфера, содержа-
двойной звезде. Тогда при любой орбите планета не может щая водород и гелий, неблагоприятные для развития жизни.
находиться всегда на равном расстоянии от источника тепла. Плотный слой облаков создал бы на такой планете вечный
То одно солнце близко, то другое, то оба удаляются на даль- мрак. А без жизненно важных теплых солнечных лучей какая
ние расстояния. может быть жизнь?




СОСТАВ И ОСОБЕННОСТИ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ
В Солнечную систему вместе с Солнцем входит 9 боль- случайным собранием космических тел, а возникла в едином
ших планет с 34 сопровождающими их спутниками, более 100 процессе. Благодаря почти круговой форме планетных орбит
тысяч малых планет (астероидов), порядка 1110 комет, а и большим промежуткам между ними исключена возможность
также бесчисленное количество мелких, так называемых ме- тесного сближения между планетами, при котором они могли
теорных тел (поперечником от 100 метров до ничтожно ма- бы существенно изменять свое движение в результате взаим-
лых пылинок). ного притяжения. Это обеспечивает длительное существова-
ние планетной системы. Планеты вращаются так же вокруг
Центральное положение в Солнечной системе занимает
своей оси, причем почти у всех планет, кроме Венеры и Урана,
Солнце. Его масса почти в 750 раз превосходит массу всех
вращение происходит в том же направлении, что и их обраще-
остальных тел, входящих в систему (так, например, Юпитер
ние вокруг Солнца. Чрезвычайно медленное вращение Вене-
составляет примерно 0,001 массы Солнца). Гравитационное
ры происходит в обратном направлении, а Уран вращается
притяжение Солнца является главной силой, определяющей
как бы лежа на боку. Большинство спутников обращаются
движение всех обращающихся вокруг него тел Солнечной си-
вокруг* своих планет в том же направлении, в котором проис-
стемы. Среднее расстояние от Солнца до самой далекой от
ходит осевое вращение планеты. Орбиты таких спутников
него планеты — Плутона — 39,5 а. е., т. е. 6 млрд. км. Некото-
обычно круговые и лежат вблизи плоскости экватора плане-
рые из комет удаляются от Солнца на 100 тысяч а. е. и подвер-
ты, образуя уменьшенное подобие планетной системы. Тако-
гаются воздействию притяжения звезд. Двигаясь в Галактике,
вы, например, система спутников Урана и система галилеев-
Солнечная система время от времени пролетает сквозь меж-
ских спутников Юпитера. Обратным движением обладают спут-
звездные газопылевые облака. Вследствие крайней разрежен-
ники, расположенные далеко от планеты. Сатурн, Юпитер и
ности вещества этих облаков, погружение Солнечной систе-
Уран кроме отдельных спутников заметных размеров имеют
мы в облако может проявиться только в небольшом поглоще-
множество мелких спутников, как бы сливающихся в сплош-
нии и рассеянии солнечных лучей. Проявления этого эффекта
ные кольца. Эти спутники движутся по орбитам, настолько
в истории Земли пока не установлены. Все большие планеты
близко расположенным к планете, что ее приливная сила не
— Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Не-
позволяет им объединиться в единое тело.
птун и Плутон — обращаются вокруг Солнца в одном направ-
лении (в направлении осевого вращения самого Солнца), по Подавляющее большинство орбит ныне известных ма-
почти круговым орбитам, мало наклоненным друг к другу (и лых планет располагается в промежутке между орбитами Марса
к солнечному экватору). Экваториальная скорость вращения и Юпитера. Все малые планеты обращаются вокруг Солнца в
Солнца вокруг своей оси составляет всего лишь 2 км/с, в то том же направлении, что и большие планеты, но их орбиты, как
время как скорости вращения некоторых звезд превосходят правило, вытянуты и наклонены к плоскости эклиптики. Ко-
солнечную иногда даже в 200 раз. Уже известно, что скорости меты движутся в основном но орбитам, близким к параболи-
вращения закономерно связаны со спектральным классом ческим. Некоторые кометы обладают вытянутыми орбитами
звезд. Быстрее вращаются массивные звезды классов О и В, сравнительно небольших размеров — в десятки и сотни а. е. У
практически не вращаются желтые и красные карлики. этих комет, называемых периодическими, преобладают пря-
мые движения, т. е. движения в направлении обращения пла-
Плоскость земной орбиты — эклиптика — принимается
нет.
за основную плоскость при отсчете наклонений орбит планет
Планеты делятся на две группы, отличающиеся по мас-
и других тел, обращающихся вокруг Солнца. Расстояния от
се, химическому составу (это проявляется в различиях их
планет до Солнца образуют закономерную последователь-
плотности), скорости вращения и количеству спутников.
ность: промежутки между соседними орбитами возрастают с
Четыре планеты, ближайшие к Солнцу, — планеты земной
удалением от Солнца. Эти закономерности движения планет в
группы. Они невелики, состоят из плотного каменистого
сочетании с делением их на две группы по физическим свой-
вещества и металлов. Планеты-гиганты — Юпитер, Сатурн,
ствам указывают на то, что Солнечная система не является
198 Астрономия

поверхности; их атмосфера является своеобразным продол-
Уран и Нептун — гораздо массивнее, состоят в основном из
жением их недр. При погружении внутрь атмосферные газы
легких веществ и поэтому, несмотря на огромное давление
постепенно переходят в конденсированное состояние. Девя-
в их недрах, имеют малую плотность. У Юпитера и Сатурна
тая планета — Плутон — по химическому составу близка к
главную долю их массы составляют водород и гелий. В них
группе планет-гигантов, а по размерам — к земной группе,
содержится также до 20% каменистых веществ и легких
поэтому, наверное, ее нельзя отнести ни к одной из двух ?рупп.
соединений кислорода, углерода и азота, способных при
низких температурах концентрироваться в льды. Пылевид- Ядра комет по своему химическому составу родственны
ные же частицы комет (диаметр их составляет 1 — 10 мкм), планетам-гигантам: в их состав входят водяной лед и льды
вкрапленные в их ледяную массу, состоят из силикатов маг- различных газов с примесью каменистых веществ. Почти все
ния и железа, самородного железа, сульфидов и соединений малые планеты по своему составу относятся к каменистым
углерода. планетам земной группы.
Недра планет и некоторых спутников находятся в раска- Обломки малых планет, образующиеся при их столкно-
ленном состоянии. У планет земной группы и спутников теп- вении друг с другом, иногда выпадают на Зем/ ю в виде метео-
ло очень медленно просачивается наружу, так как они имеют ритов. Малые планеты, в отличие от планет имной группы,
малую теплопроводность наружных слоев. Внутреннее теп- мало чем изменились со времени их образован: т а, так как из-за
ло почти не оказывает заметного влияния на температуру малых размеров их недра подогревались значительно меньше,
поверхности. У планет-гигантов конвекция в их недрах при- поэтому вещество их осталось практически неизмененным. На-
водит к заметному потоку тепла из недр, превосходящему учные измерения возраста метеоритов (по с с держанию ра-
поток, получаемый ими от Солнца. Венера, Земля и Марс об- диоактивных элементов и продуктов их расизда) показали,
ладают атмосферами, состоящими из газов, выделившихся из что они, а отсюда и вся Солнечная система, существуют около
их недр. Планеты-гиганты не имеют ни твердой, ни жидкой 5 миллиардов лет.




СОЛНЦЕ
Солнце — ближайшая к Земле звезда. Оно является цен- СТРОЕНИЕ СОЛНЦА
тральным телом Солнечной системы и представляет собой рас-
каленный плазменный шар. Свет от этой звезды доходит до В зависимости от изменения физических условий Солн-
нас за 8,3 мин. це можно разделить на несколько концентрических слоев, по-
степенно переходящих друг в друга.
Масса Солнца в 333 000 раз больше массы Земли и в
750 раз больше массы всех вместе взятых планет Солнеч- В центре Солнца температура достигает 15 млн. градусов.
ной системы. За 5 миллиардов лет существования Солнца Плотность его вещества в среднем равна 1,41 г/см', а давление
уже около половины водорода в его центральной части пре- превышает сотни миллиардов атмосфер. Почти вся энергия
вратилось в гелий. В результате этого процесса выделяется Солнца генерируется в центральной области с радиусом при-
то количество энергии, которое Солнце излучает в мировое мерно 1/3 солнечного. Эта энергия передается наружу через
пространство. слои, окружающие центральную часть. Следующую треть ради-
уса занимает конвективная зона. Ядро и конвективная зона
Мощность излучения Солнца очень велика, но на Зем-
фактически не наблюдаются, о них известно либо из теорети-
лю попадает ничтожная часть его энергии, составляющая
ческих расчетов, либо на основании косвенные данных. Над
около половины миллиардной доли. Солнечная энергия
конвективной зоной располагаются непосредственно наблюда-
поддерживает в газообразном состоянии земную атмосфе-
емые слои Солнца, называемые его атмосферой. Они лучше изу-
ру, поддерживает постоянную температуру, обеспечивает
чены, так как об их свойствах можно судить из наблюдений.
жизнедеятельность животных и растений, дает энергию при-
родным явлениям и т. п. Часть солнечной энергии запасена Солнечная атмосфера также состоит из не скольких сло-
в недрах Земли в виде каменного угля, нефти и других по- ев. Внешняя оболочка типична для звезд с водородной сфе-
лезных ископаемых. рой, с атомным отношением водорода к гелию близким к 10.
Самый глубокий и тонкий из слоев — фотосфера — непосред-
Видимый с Земли диаметр Солнца незначительно меня-
ственно наблюдается в видимом непрерывном спектре. Это
ется из-за эллиптичности орбиты и в среднем составляет 1
самая яркая оболочка. Толщина фотосферы составляет око-
392 тыс. км, что в 109 раз превышает диаметр Земли. Рассто-
ло 300 км (менее 0,001 солнечного радиуса). Чем глубже слои
яние до Солнца в 107 раз превышает его диаметр. Солнце
фотосферы, тем они горячее. Во внешних, более холодных
представляет собой сферически симметричное тело, находя-
слоях фотосферы на фоне непрерывного спектра образуются
щееся в равновесии. Всюду на одинаковых расстояниях от
Фраунгоферовы линии поглощения. При помощи большого
центра этого шара физические условия одинаковы, но они
телескопа можно наблюдать характерную зернр-стую структу-
заметно меняются по мере приближения к центру. Плотность
ру фотосферы, которая называется грануляцией и указывает
и давление быстро нарастают вглубь, где газ сильнее сжат дав-
на сильное турбулентное движение газов вблизи поверхности
лением вышележащих слоев. Следовательно, температура ра-
и на циркуляцию газов до глубин в десятки тысяч километ-
стет по мере приближения к центру.
Солнце 199

ров. Возникновение грануляции связано с происходящей под окружающих солнечные пятна, и движутся от Солнца со ско-
фотосферой конвекцией. Такое движение газа в солнечной ростью в несколько сот и даже тысяч километров в секунду.
атмосфере порождают акустические волны. Распространяясь С солнечными вспышками связаны наиболее мощные крат-
в верхние слои атмосферы, волны, возникшие в конвективной ковременные потоки частиц, главным образом электронов и
зоне и в фотосфере, передают им часть механической энергии протонов. В результате наиболее мощных вспышек частицы
конвективных движений и производят нагревание газов пос- могут приобретать скорость, составляющую заметную долю ско-
ледующих слоев атмосферы — хромосферы и короны. Хро- рости света. Частицы с такими большими энергиями называют-
ся солнечными космическими лучами. Солнечное корпускуляр-
мосфера менее яркая (на 16%), чем фотосфера. Верхние слои
ное излучение оказывает сильное влияние на Землю, и прежде
атмосферы с температурой около 4500 К являются самыми
всего на ее верхние слои атмосферы и магнитное поле, вызывая
«холодными» на Солнце. Здесь температура газов быстро ра-
множество разнообразных геофизических явлений.
стет как вглубь, так и вверх. Слой хромосферы хорошо виден
в минуту полного солнечного затмения как розовое кольцо, Самое мощное проявление хромосферы — вспышки. Они
выбивающееся из-за темного диска Луны. происходят в сравнительно небольших областях хромосферы
На краю хромосферы наблюдаются небольшие язычки и короны, расположенных над группами солнечных пятен. По
своей сути вспышка — это взрыв, вызванный внезапным сжа-
пламени — хромосферные спикулы — это «язычки» уплотнен-
тием солнечной плазмы. Сжатие происходит под давлением
ного газа. Здесь же можно наблюдать и спектр хромосферы,
магнитного поля и приводит к образованию длинного плаз-
так называемый спектр вспышки. Он состоит из ярких эмис-
менного жгута. Длина такого образования составляет десят-
сионных линий водорода, гелия, ионизированного кальция и
ки, сотни тысяч километров. Длится вспышка, как правило,
других элементов, которые внезапно вспыхивают во время
около часа. Хотя детально физические процессы, приводящие
полной фазы затмения.
к возникновению вспышек, еще не изучены, ясно, что они име-
По структуре хромосфера значительно отличается от фо-
ют электромагнитную природу.
тосферы: она более неправильной и неоднородной структуры.
Выделяются два типа неоднородности — яркая и темная, — Наиболее грандиозными образованиями в солнечной
которые по своим размерам превышают фотосферные грану- атмосфере являются протуберанцы — относительно плотные
облака газов, возникающие в солнечной короне или выбрасы-
лы. В целом распределение неоднородностей образует так на-
ваемые в нее из хромосферы. Типичный протуберанец имеет
зываемую хромосферную сетку, хорошо заметную в линии
вид гигантской светящейся арки, опирающейся на хромосфе-
ионизированного кальция. Как и грануляция, она является
ру и образованной из струй и потоков более плотного и хо-
следствием движения газов в подфотосферной конвективной
лодного, чем окружающая корона, вещества. Иногда это ве-
зоне, только происходящего в более крупных масштабах. Тем-
щество удерживается прогнувшимися под его тяжестью сило-
пература в хромосфере быстро растет, достигая в верхних сло-
выми линиями магнитного поля, а иногда медленно стекает
ях десятков тысяч градусов.
вдоль магнитных силовых линий. Имеется множество различ-
Самая верхняя и самая разреженная часть солнечной ат-
ных типов протуберанцев. Некоторые из них связаны со взры-
мосферы — корона, простирающаяся на десятки солнечных
воподобными выбросами вещества из хромосферы в корону.
радиусов и имеющая температуру около миллиона градусов.
Солнечная корона — это внешние, очень разреженные слои
Корону можно увидеть только во время полного солнечного
атмосферы Солнца. Солнечную корону можно наблюдать в те-
затмения или с помощью коронографа.
чение буквально нескольких десятков секунд в виде жемчуж-
ного сияния вокруг диска Луны во время полной фазы солнеч-
ного затмения.
ИЗЛУЧЕНИЯ СОЛНЦА
Важной особенностью короны является ее лучистая струк-
тура. Длина лучей может достигать десятка и более солнечных
Вся солнечная атмосфера находится в постоянном коле-
радиусов. Форма короны зависит от фазы цикла солнечной
бании. В ней присутствуют как вертикальные, так и горизон-
активности: в годы максимума она почти сферична, в годы ми-
тальные волны, длина которых достигает нескольких тысяч
нимума — сильно вытянута вдоль экватора. Корона представ-
километров. Колебания носят резонансный характер. В воз-
ляет собой сильно разреженную высокоионизированную плаз-
никновении явлений, происходящих на Солнце, большую роль
му с температурой 1—2 млн. градусов. Причина такого боль-
играют магнитные поля. Магнитные поля меняются в соот-
шого нагрева солнечной короны связана с волновыми движе-
ветствии с 11-летним циклом солнечной активности. Энергия
ниями, возникающими в конвективной зоне Солнца. Свет ко-
медленно диффундирует к внешним слоям благодаря атомно-
роны почти совпадает со светом излучения всего Солнца. Это
му поглощению и излучению, а во внешней конвективной зоне,
связано с тем, что свободные электроны, находящиеся в коро-
которая составляет 30% радиуса Солнца и 1% его массы, под-
не, рассеивают излучение, приходящее от фотосферы. Из-за
нимающиеся и опускающиеся вихри газа переносят энергию к
огромной температуры частицы движутся настолько быстро,
фотосфере, с которой происходит ее лучеиспускание, сопро-
что во время столкновений от атомов отлетают электроны, ко-
вождающееся значительной потерей солнечной массы.
торые затем двигаются как свободные частицы. В результате
Радиоизлучение Солнца имеет две составляющие: посто-
этого легкие элементы полностью теряют все свои электроны,
янную и переменную. Во время сильных солнечных вспышек
так что в короне остаются только протоны и альфа-частицы.
радиоизлучение Солнца возрастает в тысячи, иногда в милли-
Тяжелые элементы теряют до 10—15 внешних электронов, по-
оны раз по сравнению с радиоизлучением спокойного Солнца.
этому в солнечной короне наблюдаются необычные спектраль-
Известно, что Солнце является источником постоянного по-
ные линии. Горячая плазма сильно излучает и поглощает ра-
тока частиц — корпускул. Корпускулярное излучение состав-
диоволны, поэтому солнечное радиоизлучение наблюдается ы
ляют нейтрино, электроны, протоны, альфа-частицы, а также
солнечной короне. Иногда здесь же отмечаются области пони-
более тяжелые атомные ядра Солнца. Отдельные сгустки го-
женного свечения, называемые корональными дырами.
рячего ионизированного газа «выстреливают» из областей,
200 Астрономия

ФИЗИКА СОЛНЦА. СОЛНЕЧНАЯ АКТИВНОСТЬ
3
сти ближайших звезд 19,7-10 м/с. Солнце раслоложено внут-
История изучения Солнца начинается с 1611 г., когда
ри одной из спиральных ветвей нашей Галактики на расстоя-
Галилей начал телескопические наблюдения Солнца. Им были
нии около 10 кпс от ее центра. Период обращения Солнца
открыты солнечные пятна, определен период вращения Солн-
вокруг центра Галактики составляет около 200 млн. лет.
ца вокруг своей оси. В 1814 г. Й. Фраунгофер обнаружил
темные линии поглощения в спектре Солнца — это положило Вращение Солнца вокруг оси происходит в плоскости,
начало изучению химического состава звезды. В 1843 г. не- наклоненной на 7°15' к плоскости орбиты Земли (эклиптике).
мецкий астроном Г. Швабе определил цикличность солнечной Скорость вращения определяется по смещение различных ви-
активности. Развитие методов спектрального анализа позво- димых деталей в атмосфере Солнца и по сдвигу спектральных
лило изучить физические условия на Солнце. С 1836 г. регу- линий в спектре края диска Солнца вследствие эффекта Доп-
лярно наблюдаются затмения Солнца, что позволило обнару- лера. Так было обнаружено, что период вращения Солнца нео-
жить корону и хромосферу Солнца, а также солнечные проту- динаков на разных широтах. Положение различных деталей
беранцы. В 1913 г. американский астроном Дж. Хейл доказал на поверхности Солнца определяется с помощью гелиографи-
существование на Солнце магнитных полей. В 1931 г. Б. Лио ческих координат, отсчитываемых от солнечного экватора (ге-
изобрел солнечный коронограф, позволивший наблюдать ко- лиографическая широта) и от центрального меридиана види-
рону и хромосферу вне затмений. К 1942 г. шведский астро- мого диска Солнца или от некоторого меридиана, выбранного
ном Б. Эдлен доказал наличие высокой температуры в сол- в качестве начального (так называемого меридиана Карринг-
нечной короне. В начале 40-х годов XX века было открыто тона). Один оборот относительно Земли точь^ с гелиографи-
радиоизлучение Солнца. Существенным толчком для разви- ческой широтой 17° совершают за 27,275 сут. (синодический
тия физики Солнца во второй половине XX века послужило период). Время оборота на той же широте Солнца относи-
развитие магнитной гидродинамики и физики плазмы. В на- тельно звезд (сидерический йериод) — 25,38 сут. Линейная
стоящее время изучение ультрафиолетового и рентгеновско- скорость вращения на экваторе Солнца — около 2000 м/с.
го излучения Солнца ведется методами внеатмосферной аст-
Предположительно, модель внутреннего строения Солн-
рономии (с орбитальных обсерваторий, космических лабора-
ца выглядит как сферически симметричное тело, которое на-
торий и т. п.).
ходится в равновесии. По массе в Солнце содержится около
70% водорода, 27% гелия, 2,5% приходится на все остальные
Солнце — центральное тело Солнечной системы, хотя вме-
элементы. Выделение энергии происходит путем ядерных ре-
сте с окружающими звездами оно представляет лишь ничтож-
акций, при которых водород превращается в гелий. На Солн-
ную часть гигантского коллектива звезд и туманностей, которые
це возможны две группы термоядерных реакций так называ-
мы называем Галактикой. Солнце представляет собой раскален-
емый протон-протонный (водородный) цикл и углеродный
ный плазменный шар. Солнце — ближайшая к Земле звезда.
цикл (цикл Бете). Основная реакция водорода сводится к
Масса Солнца 1,990-1030 кг (в 330 тыс. раз больше массы Зем-
протон-протонному циклу, практически обеспечивающему
ли). В Солнце сосредоточено 99,866% массы Солнечной систе-
современную светимость Солнца.
мы. Солнечный параллакс равен 8,794" (4,263-ДО"5радиан). Рас-
стояние от Земли до Солнца меняется от 1,4710-10" м (в январе) «Выгорание» водорода под действием термоядерных ре-
до 1,5210-Ю11 (в июле), составляя в среднем 1,4960-1011 м. Это акций происходит только в недрах Солнца, в наружных же
расстояние принято считать одной астрономической едини- слоях его относительное содержание сохраняете я неизменным.
цей. Средний угловой диаметр Солнца составляет 31г59,3", Перенос энергии из недр, как правило, про: сходит за счет
чему соответствует линейный диаметр Солнца, равный поглощения электромагнитного излучения, преходящего сни-
9
1,392-Ю м (в 109 раз больше диаметра экватора Земли). зу, и последующего переизлучения. В результате понижения
Средняя плотность солнечного вещества — 1,41 г/см3. Ус- температуры при удалении от Солнца постепенно увеличива-
корение свободного падения на поверхности Солнца состав- ется длина волны излучения. Конвективная ;;она Солнца на-
ляет 273,98 м/с2. Вторая космическая скорость на поверхно- чинается на глубине порядка 0,2 солнечных радиуса и имеет
сти Солнца равна 6,18-105м/с. Эффективная температура повер- толщину около 10s м. Во внешней части конвективной зоны
хности Солнца, определяемая согласно закону излучения Сте- Солнца скорость конвективных движений достигает (2 —
фана-Больцмана, по полному излучению Солнца равна 5770 К. 2,5)-103 м/с. В атмосфере Солнца (в хромосфере и короне)
Единица светимости Солнца равна 4-1033 эрг/с (за 3 млрд лет также происходит циркуляция вещества. Плотность в верх-
оно излучило 4-1050 эрг/с). Если предположить, что первона- ней атмосфере очень мала, поэтому отвод энергии возможен
чально Солнце состояло из водорода, который в результате только в том случае, если кинетическая энергия этих слоев
термоядерных реакций превратился в гелий, то выделившее- достаточно велика. В верхней части солнечной короны энер-
ся количество энергии буди приблизительно составлять 10%. гию уносит солнечный ветер, состоящий из потоков вещества,
Отсюда вытекает, что для поддержания излучения на наблю- которые движутся от Солнца. В каждом слое температура ус-
даемом уровне в течение миллиардов лет достаточно, чтобы танавливается на таком уровне, чтобы в целом автоматически
Солнце «потратило» не более 10% своего первоначального осуществлялся баланс энергии, то есть энергетические потери
запаса водорода. возмещались достаточным количеством принскимой энергии.
Солнце как звезда является типичным желтым, карли- Полное излучение Солнца определяется г о освещеннос-
ком и располагается в средней части главной последователь- ти поверхности Земли, когда светило находится в зените (око-
ности звезд на диаграмме Герцшпрунга—Рессела. Спектраль- ло 100 тыс. лк). Вне атмосферы на среднем ра< стоянии Земли
ные классы О, В, А и частично F астрономами называются от Солнца освещенность равна 127 тыс. лк. Сила света Солнца
составляет 2,84-1027 свечей. Количество энергии, приходяще-
«ранними», a G, К, М — «поздними». Солнце имеет спектраль-
еся за 1 мин на площадь в 1 см2, расположенную перпендику-
ный класс G2. Скорость движения относительно совокупно-
Физика Солнца. Солнечная активность 201

лярно солнечным лучам за пределами атмосферы на среднем тосфере образуются спектральные линии и непрерывный
расстоянии Земли от Солнца, называют солнечной постоян- спектр.
ной. Мощность излучения Солнца на Землю составляет около В фотосфере довольно часто можно наблюдать темные
17
2-Ю Вт, средняя яркость поверхности Солнца (при наблюде- образования, называемые солнечными пятнами. С активнос-
9
нии вне атмосферы Земли) составляет 1,98-10 нт, яркость тью появления пятен на средних и низких широтах чаще свя-
9
центра диска Солнца - 2,48-10 нт. зывают активность Солнца. Все солнечные пятна обладают
Спектр Солнца — это непрерывный спектр, на который сильным магнитным полем. Небольшие пятна называют пора-
наложено более 20 тысяч линий поглощения. Распределение ми, а диаметр большого пятна может достигать 200 тыс. км.
Состоят они из темного ядра (тени) и окружающей его полу-
энергии в недрах Солнца (его спектральный состав) в общих
тени, иногда могут быть окружены светлой каймой. Одни пят-
чертах соответствует распределению энергии в излучении аб-
на на поверхности Солнца могут «просуществовать» несколь-
солютно черного тела с температурой около 6000 К. В отдель-
ко часов, а другие — месяц.
ных участках спектра могут иметься заметные отклонения.
Максимум энергии в спектре Солнца соответствует длине вол- Появление пятен подчиняется следующим закономерно-
ны 4600 А. Преобладающим элементом в составе Солнца яв- стям:
ляется водород, затем следует гелий, количество атомов кото- — 11-летний цикл появления пятен на широтах ± 40°;
рого в 4—5 раз меньше, чем водорода, число атомов других — 22-летний магнитный цикл пятен;
элементов приблизительно в 1000 раз меньше числа атомов — экваториальный дрейф зоны появления пятен;
водорода, в их число входят кислород, углерод, азот, магний, — смена знака полярного магнитного поля в максимуме
железо и другие. пятнообразования.
В результате взаимодействия дифференциального вра- В спектре пятен линий и полос поглощение еще больше,
щения Солнца с движениями проводящего электричество газа чем в спектре фотосферы, кроме того, они смещаются, что
генерируется магнитное поле Солнца. Магнитное поле прояв- указывает на движение вещества в пятнах: происходит выте-
кание на низких уровнях и втекание на более высоких, со
ляется на поверхности Солнца в виде солнечных пятен, дости-
скоростью движения до 3 тыс. м/с. Из сравнений интенсивно-
гающих в диаметре до 90 тыс. км, и окружающих их активных
сти линий и непрерывного спектра пятен и фотосферы следу-
областей. Различают несколько типов магнитных полей на
ет, что пятна холоднее фотосферы на 1—2 тыс. градусов (4500 К
Солнце. Общее магнитное поле Солнца невелико и тесно свя-
и ниже). Из-за этого на фоне фотосферы пятна кажутся тем-
зано с межпланетным магнитным полем и его секторной струк-
ными, яркость ядра составляет 0,2—0,5 яркости фотосферы,
турой. Магнитные поля, связанные с солнечной активностью,
яркость полутени — около 80% фотосферной.
могут достигать в солнечных пятнах напряженности в несколь-
ко тысяч эстред. В активных областях магнитных полей маг- Обычно пятна образуют три группы, которые по своему
нитные полюсы различной полярности чередуются. Встреча- магнитному полю могут быть униполярными, биполярными н
ются и локальные магнитные области с напряженностью поля мультиполярными, то есть содержащими много пятен различ-
ной полярности, часто объединенных общей полутенью. С
эстред вне солнечных пятен. Магнитные поля проникают и в
окончанием переполюсовки магнитного поля появляются и
хромосферу, и в солнечную корону.
многочисленные мелкомасштабные магнитные структуры —
Атмосферу Солнца образуют внешние слои, которые до-
полярные факелы, яркие рентгеновские точки в короне, про-
ступны наблюдению. Почти все излучение Солнца исходит из
туберанцы, в солнечной короне над ними наблюдаются обра-
фотосферы. Толщина фотосферы около 300 км, ее средняя
зования в виде лучей, шлемов, опахал — все это образует ак-
плотность - 310' 4 кг/м3. Средняя температура в фотосфере
тивную область на Солнце.
около 6000 К, на границе фотосферы — 4200 К. Давление
Полярные факелы — яркие фотосферные образования,
меняется от 2-Ю4 до 102 н/м2. Конвекция в подфотосферной
видимые в белом свете недалеко от края диска Солнца. В
зоне Солнца проявляется в неравномерной яркости фотосфе-
недрах Солнца факелы практически не видны, так как кон-
ры, ее зернистой структуре — так называемой грануляцион-
траст их невелик. Обычно факелы появляются раньше пятен
ной структуре. Гранулы имеют вид ярких пятен округлой
и сохраняются еще некоторое время после их исчезновения,
формы, размером 150—1000 км и продолжительностью жизни
их средняя продолжительность существования составляет 15
5—10 минут, реже — 20 минут. Иногда можно наблюдать мас-
суток, но может длиться и около 3 месяцев. Количество факе-
совое скопление гранул протяженностью до 30 тыс. км. На
лов на диске Солнца зависит от фазы цикла солнечной актив-
поверхности Солнца грануляция одинакова на всех гелиогра-
ности. Факелы имеют сложную волокнистую структуру, кон-
фических широтах и не зависит от солнечной активности.
траст их зависит от длины волны, на которой проводятся на-
Скорости хаотических движений (турбулентные скорости) в
блюдения. Температура факелов на несколько сот градусов
фотосфере составляют по различным определениям 1—3 км/с,
превышает температуру фотосферы, общее излучение с одно-
В фотосфере обнаружены квазипериодические колебательные
го квадратного сантиметра превышает фотосферное на 3—5%,
движения в радиальном направлении. Они происходят на пло-
Выше фотосферы расположен слой атмосферы, называе-
щадках размерами 2—3 тыс. км с периодичностью около 5 мин
мый хромосферой. Хромосферу можно увидеть во время пол-
и амплитудой скорости порядкд 500 м/с. После нескольких
ного солнечного затмения, когда Луна полностью закроет фо-
периодов колебания они затухают и могут вновь возникнуть в
тосферу. В этот момент она представляет собой розовое коль-
этом же месте. Ниже расположены очень большие конвектив-
цо с выступающими зубчиками — хромосферными спикула-
ные образования — «гигантские ячейки», супергранулы, в ко-
ми. Одновременно на Солнце может быть до 250 тыс. спикул
торых движение происходит (около 500 м/с) в горизонталь-
диаметром от 200 до 2000 км. Скорость подъема плазмы в
ном направлении от центра ячейки к ее границам. Размеры
спикулах достигает 30 км/с. При наблюдении в монохромати-
ячеек достигают до 30—40 тыс. км. По положению супергра-
ческом свете на диске Солнца видна яркая хромосферная сет-
нулы совпадают с ячейками хромосферной сетки. На грани-
ка, состоящая из отдельных узелков (от 1000 до 8000 км).
цах этих ячеек магнитное поле усилено. Известно, что в фо-
202 Астрономия

Размеры ячеек сетки 30-40 тыс. км. Предположительно спи- из короны наиболее быстрых частиц. Во внеплих частях ко-
кулы образуются на границах ячеек хромосферной сетки. роны большую часть энергии уносит солнечный ветер (поток
6
коронального газа). Температура в короне превышает 10 К.
Установлено, что в хромосфере происходит хаотичес-
7
В активных слоях короны температура достигает 10 К. Над
3
кое движение газовых масс со скоростями до 15-10 м/с. В
активными областями могут образовываться гак называемые
хромосфере факелы видны как светлые образования, назы-
корональные конденсации, в которых конце:!грация частиц
ваемые обычно флоккулами. Полярные факелы могут пред-
возрастает в десятки раз. В солнечной короне генерируется
ставлять собой отдельные яркие точки размером от 700 до
радиоизлучение Солнца в метровом диапазоне и рентгеновское
3500 км, пары ярких точек на расстоянии около 7000 км,
излучение, усиливающееся во много раз в акт] иных областях.
цепочки ярких точек протяженностью до 30 тыс. км и диф-
Из короны распространяются в межпланетное пространстве
фузные образования размером от 7 до 20 и более тыс. км. В
потоки частиц, образующие солнечный ветер. Между хромос-
красной линии спектра водорода хорошо видны темные
ферой и короной имеется сравнительно тонкий переходный
образования, называемые волокнами. На краю диска Солн-
слой, в котором происходит резкий скачок температуры до
ца волокна выступают за диск и наблюдаются на фоне неба
значений, характерных для короны. Условия в нем определя-
как яркие протуберанцы. Волокна и протуберанцы низко-
ются потоком энергии из короны в результате теплопровод-
широтных зон показывают хорошо выраженный 11-летний
ности. Переходный слой является источником большей части
цикл, их максимум совпадает с максимумом пятен. Высоко-
ультрафиолетового излучения Солнца. Хромосфера, переход-
широтные протуберанцы меньше зависят от фаз солнечной
ный слой и корона дают радиоизлучение Солнца. В активных
активности, максимум наступает через два года после мак-
областях структура хромосферы, короны и переходного слоя
симума пятен. Волокна, являющиеся спокойными протубе-
меняется, но этот процесс еще мало изучен.
ранцами, могут достигать длины солнечного радиуса и су-
ществовать в течение нескольких оборотов Солнца. Сред- В хромосфере возможны видимые во многих спектраль-
няя высота протуберанцев над поверхностью Солнца со- ных линиях внезапные и кратковременные увеличения ярко-
ставляет 30—50 тыс. км, средняя длина — 200 тыс. км, ши- сти — это солнечные вспышки. Вспышки лучше всего видны
рина — 5 тыс. км. Протуберанцы по характеру движения в свете водородной линии, но наиболее яркие видны и в белом
(по А. Б. Северному) делятся на 3 группы: свете. В спектре солнечной вспышки насчитывается несколь-
ко сотен эмиссионных линий различных элементов, нейтраль-
— электромагнитные, где движения происходят по упо-
ных и ионизированных. Температура тех слоев солнечной ат-
рядоченным искривленным траекториям — силовым линиям
мосферы, которые дают свечение в хромосферных линиях
магнитного поля;
(1— 2)10 4 К, в более высоких слоях — до 10' К. Плотность
— хаотические, в которых преобладают неупорядочен-
частиц во вспышке достигает 1013— 10м в 1 см1, Площадь сол-
ные турбулентные движения (скорости порядка 10 км/с);
нечных вспышек может достигать 10" м2. Обычно солнечные
— эруптивные, где вещество первоначального спокойно-
вспышки происходят в соседних зонах с пятнообразования-
го протуберанца с хаотическими движениями внезапно выб-
ми. Они сопровождаются активизацией волошн и флокку-
расывается с возрастающей скоростью (до 700 км/с) прочь от
лов, а также выбросами вещества. При вспышке выделяется
Солнца. Температура в протуберанцах достигает 5—10 тыс.
большое количество энергии (до 1021—10м Дж). Предполага-
Кельвинов, плотность близка к средней плотности хромосфе-
ется, что энергия солнечной вспышки первойгчально запаса-
ры. Волокна, представляющие собой активные, быстро меня-
ется в магнитном поле, а затем быстро высвобождается, что
ющиеся протуберанцы, довольно быстро изменяются за не-
приводит к локальному нагреву и ускорению протонов и элек-
сколько часов, иногда и за несколько минут. Форма и харак-
тронов, вызывающих дальнейшее повышение температуры газа,
тер движений в протуберанцах взаимосвязаны с магнитным
его свечение в различных участках спектра электромагнитного
полем в хромосфере и солнечной короне.
излучения, образование ударной волны.
Солнечная корона — внешняя и наиболее разреженная
часть солнечной атмосферы, простирающаяся на несколько Солнечные вспышки значительно увелучшают ультра-
(более 10) солнечных радиусов. Корону Солнца раньше мож- фиолетовое излучение Солнца, они также сопровождаются
но было наблюдать только во время полного солнечного зат- всплесками радио- и рентгеновского излучения, выбросом
корпускул высоких энергий вплоть до 1010эв. Иногда наблю-
мения, сегодня же ее можно изучать с помощью орбитальных
телескопов и коронографов. В крупномасштабной структуре даются всплески рентгеновского излучения и без усиления
солнечной короны хорошо выделяются такие образования: свечения в хромосфере.
шлемовидные структуры, опахала, корональные лучи и по- Уровень солнечной активности меняется в течение 11-лет-
лярные щеточки. Общая форма короны меняется с фазой цикла него цикла. Существуют также слабые колебания величины
солнечной активности: в годы минимума корона сильно вытя- максимумов 11-летнего цикла с периодом около 90 лет. Наи-
нута вдоль экватора, в годы максимума она почти сферична. более мощные проявления солнечной активности — солнеч-
Свечение солнечной короны образуется, как правило, в ре- ные вспышки — происходят нерегулярно (чаше вблизи пери-
зультате рассеяния фотосферного излучения свободными элек- одов максимальной активности), длительностЕ их составляет
тронами. Практически все атомы в короне ионизированы. 5—40 мин, реже — несколько часов. Энергия хромосферной
Концентрация ионов и свободных электронов у основания вспышки может достигать 1025 Дж, из которых лишь 1 — 10%
короны составляет 109 частиц в 1 см3. Нагрев короны анало- приходится на электромагнитное излучение в оптическом ди-
гичен нагреву хромосферы. Наибольшее выделение энергии апазоне. В периоды повышения солнечной активности рент-
происходит в нижней части короны, но благодаря высокой геновское излучение увеличивается в диапазоне 30—10 нм в
теплопроводности корона почти изотермична — температура два раза, в диапазоне 10—1 нм в 3—5 раз, в диапазоне 1—0,2 нм
к наружному слою понижается очень медленно. — более чем в сто раз. Жесткое рентгеновское излучение с
длиной волны менее 0,2 нм появляется в спектре Солнца пос-
В нижней части короны отток энергии вниз происходит
ле вспышек и всего лишь на короткое время.
благодаря теплопроводности. К потере энергии приводит уход
Планеты Солнечной системы 203

В ультрафиолетовом диапазоне (длина волны 180—350 нм) Солнца, обеспечивает стационарность теплового баланса
излучение Солнца за 11-летний цикл меняется всего на 1 — 10%, а Земли, но отдельные компоненты излучения хромосфер-
в диапазоне 290—2400 нм остается практически постоянным и ных вспышек могут оказывать на физические, биофизи-
составляет 3,6-1026 Вт. ческие и биохимические процессы Земли значительное
влияние.
Постоянство энергии, получаемой нашей планетой от




ПЛАНЕТЫ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ

мосферы на высоте 620 км. В составе атмосферы обнаружено
ПЛАНЕТЫ ЗЕМНОЙ ГРУППЫ
небольшое количество водорода, гелия и кислорода, присут-
ствуют и некоторые инертные газы, например аргон и неон.
К околосолнечным планетам земной группы относятся
Такие газы могли выделиться в результате распада радиоак-
Меркурий, Венера, Земля и Марс. Они отличаются от планет-
тивных веществ, входящих в состав грунта планеты. Предпо-
гигантов меньшими размерами и, соответственно, меньшей
ложительно, Меркурий в начальном состоянии имел полнос-
массой. Эти планеты движутся внутри пояса малых планет.
тью жидкое состояние и быстрое начальное вращение, кото-
Планеты близки ио таким физическим характеристикам, как
рое затем замедлилось приливным трением. У Меркурия об-
плотность, размеры, химический состав, но при этом каждая
наружено собственное очень слабое магнитное поле, что сви-
планета имеет свои особенности.
детельствует о неполной консолидации планеты. Напряжен-
Меркурий — самая близкая планета к Солнцу. Меркурий
ность этого магнитного поля меньше, чем у Земли, и больше,
является эндогенно пассивной планетой и находится, по-ви-
чем у Марса. Средняя плотность Меркурия (5,44 г/см') зна-
димому, на примитивной стадии корового развития. Планета
чительно выше лунной и почти равна средней плотности Зем-
расположена от Солнца на расстоянии 58 млн. км. Полный
ли, а его масса составляет лишь 1/18 массы Земли. Отсюда
оборот на небе завершает за 88 сут., период вращения Мерку-
делается вывод, что Меркурий — самая богатая железом пла-
рия вокруг своей оси равен 58,65 сут., т. е. 2/3 его обраще-
нета Солнечной системы. По всей вероятности, материнская
ния вокруг Солнца. Такое вращение является динамически
планета Меркурия, обладавшая водородной оболочкой, со-
устойчивым. Солнечные сутки на Меркурии продолжаются
здала вокруг себя особенно развитую спутниковую систему, в
176 дней. Ось вращения Меркурия почти перпендикулярна
которую отошла большая часть ее силикатного материала. С
плоскости его орбиты. Как подсказали радионаблюдения, тем-
образованием Меркурия вся эта масса спутников была на-
пература на поверхности Меркурия в пункте, где Солнце на-
всегда им потеряна. О жизни на Меркурии говорить не прихо-
ходится в зените, достигает 620 К. Температура ночного по-
дится, так как на нем очень высокая дневная температура и
лушария около 110 К.
отсутствует вода.
Вся поверхность Меркурия испещрена кольцевыми
Венера — вторая от Солнца (108 млн. км) и ближайшая к
структурами различного размера (до 120 км в поперечнике),
Земле планета Солнечной системы. Период обращения вок-
напоминая этим древнейшую формацию Луны, но отличаясь
руг Солнца — 225 сут. Во время нижних соединений может
от нее низкой отражательной способностью (альбедо 0,056). С
приближаться к Земле до 40 млн. км, т. е. ближе любой другой
помощью радионаблюдений удалось определить тепловые
большой планеты Солнечной системы. Синодический период
свойства наружного покрова планеты, которые оказались близ-
(от одного нижнего соединения до другого) равен 584 сут.
кими к свойствам тонкораздробленных пород лунного рего-
Венера — самое яркое светило на небе после Солнца и Луны.
лита. Причиной такого состояния пород, вероятнее всего, яв-
Исследование этой планеты чрезвычайно затруднено из-эа ее
ляются непрерывные удары метеоритов, почти не ослабляе-
очень плотной и мощной атмосферы, состоящей на 95% из
мые разреженной атмосферой Меркурия. Поверхность плане-
молекул углекислого газа СО2, приблизительно 2% азота и
ты вся испещрена кратерами, образование которых можно
инертных газов, около 0,1% кислорода, небольшого количе-
объяснить метеоритной бомбардировкой Меркурия, происхо-
ства окиси углерода, хромоводорода и фтороводорода, и 0,1%
дившей на первых этапах эволюции планеты миллиарды лет
водяного пара. Диаметр Венеры — 12 100 км (95% диаметра
назад. Большим кратерам присвоены имена выдающихся лю-
Земли), масса — 81,5% массы Земли, или 1/408400 массы Сол-
дей (Бетховен, Бах, Шекспир и т. п.). Кратер Бетховена, на-
нца, температура у поверхности Венеры достигает 747 К, а
пример, имеет диаметр около 625 км, а котловина Калорис —
давление 90 атм. Опять же из-за очень плотного облачного
1300 км. Огромная котловина имеет плоскую поверхность,
слоя, окутывающего эту планету, долго не удавалось устано-
она испещрена трещинами и грядами. По-видимому, в началь-
вить период вращения Венеры. Только с помощью радиоло-
ный период существования планета испытала сильное разог-
кации установили, что он равен 243,2 сут., причем Венера вра-
ревание, так как глобальное сжатие Меркурия с уменьшением
щается в обратную сторону по сравнению с Землей и другими
его радиуса на 1—2 км при охлаждении и консолидации выра-
планетами.
зилось в образовании на его поверхности дугообразных усту-
Углекислый газ и водяной пар создают в атмосфере Ве-
пов (скарпов), имеющих надвиговую природу.
неры парниковый эффект, приводящий к сильному разогре-
Атмосфера Меркурия, по сравнению с земной, сильно раз-
ванию планеты. Парниковый эффект возникает потому, что
режена. Поданным, полученным с межпланетной станции «Ма-
углекислый газ и некоторые другие молекулы, такие как Н2О,
ринер-10*, ее плотность не превосходит плотности земной ат-
204 Астрономия

несмотря на то, что их мало, значительно поглощают инфра- ваются неравномерным распределением массы в недрах Зем-
красное излучение. Облачный слой Венеры, по данным, полу- ли. Такая поверхность называется геоидом. Геоид (с точнос-
ченным со станций серии «Венера», расположен на высоте 49— тью порядка сотен метров) совпадает с эллипсоидом враще-
68 км над поверхностью, а по плотности напоминает легкий ния, экваториальный радиус которого 6 378 км, а полярный
туман: Но большая протяженность облачного слоя делает его радиус на 21,38 км меньше экваториального. Разница этих ра-
совершенно непрозрачным для наблюдения с Земли. Предпо- диусов возникла за счет центробежной силы, создаваемой су-
лагается, что облака состоят из капель водородного раствора точным вращением Земли. Суточное вращение земного шара
серной кислоты. Освещенность на поверхности в дневное вре- происходит с практически постоянной углов эй скоростью с
мя подобна земной в пасмурный день. Из космоса облака Ве- периодом 23 ч 56 мин 4,1 с, т. е. одни звездные сутки, количе-
неры выглядят как система полос, располагающихся обычно ство которых в году ровно на одни сутки боль!1:е, чем солнеч-
параллельно экватору планеты, однако порой они образуют ных. Ось вращения Земли направлена северные концом при-
детали, которые были замечены еще с Земли, что и позволило близительно на звезду альфа Малой Медведи (ы, которая по-
установить примерно 4—5-суточный период вращения облач- этому называется Полярной звездой.
ного слоя. Это четырехсуточное вращение было подтвержде- Одна из особенностей Земли — частично сохранившееся
но космическими аппаратами и объясняется наличием на уров- до настоящего времени расплавленное состояние ядра. Физи-
не облаков постоянных ветров, дующих в сторону вращения ческим признаком наличия жидкого ядра (по сейсмическим
планеты со скоростью около 100 м/с. Атмосферное давление данным) и внутреннего флюидного запаса служит собствен-
у поверхности Венеры составляет около 9 МПа, а плотность в ное магнитное поле. Под действием солнечного ветра магнит-
35 раз превышает плотность земной атмосферы. Количество ное поле Земли искажается и приобретает «шлейф» в направ-
углекислого газа в атмосфере Венеры в 400 тыс. раз больше, лении от Солнца, который простирается на сотни тысяч кило-
чем в земной атмосфере. Причиной этого, вероятно, является метров.
интенсивная вулканическая деятельность, а кроме того, отсут-
Наша планета окружена обширной атмосферой. Основ-
ствие на планете двух основных поглотителей углекислого
ными газами, входящими в состав нижних слоев атмосферы,
газа — растительности и океана с его планктоном. Самые вер-
являются азот (около 78%), кислород (около 21%) и аргон
хние слои атмосферы Венеры состоят целиком из водорода.
(около 1%). Других газов в атмосфере Земли очень мало, на-
Водородная атмосфера простирается до высоты 5500 км.
пример углекислого газа около 0,03%. Атмосферное давление
на уровне поверхности океана составляет при нормальных ус-
Радиолокация позволила изучить невидимый из-за об-
ловиях приблизительно 0,1 МПа. Предполагает, что земная
лаков рельеф Венеры. В результате были выявлены складча-
атмосфера сильно изменилась в процессе эволюции: обогати-
тые горные системы с перепадом высот от 2 до 3 км, террасные
лась кислородом и приобрела современный состав в результате
вулканические кальдеры, протяженные лавовые потоки и за-
длительного взаимодействия с горными породами и при учас-
путанная сеть разломов. Данный рельеф возник в период ин-
тии биосферы, т. е. растительных и животных организмов.
тенсивной эндогенной активности Венеры, прекратившейся
менее 1 млрд. лет назад. Поверхность Венеры относительно Одной из важнейших задач современной муки о Земле
более гладкая, чем поверхность Луны. На Венере, в отличие является изучение эволюции атмосферы, поверхности и на-
от Луны, встречаются только крупные кольцевые структуры, ружных слоев Земли, а также внутреннего строения ее недр. О
диаметр которых колеблется от 9 до 50 км. Они окружены внутреннем строении Земли прежде всего судят по .особенно-
высокими валами выброшенного материала и имеют централь- стям прохождения сквозь различные слои Земли механичес-
ные горки и гладкие днища, заполненные лавой. Кольцевые ких колебаний, возникающих при землетрясениях или взры-
структуры имеют вулканическое эксплозивное происхожде- вах. Ценные сведения дают также измерения величины тепло-
ние и, вполне вероятно, связаны с падением метеоритов, не- вого потока, выходящего из недр, результать. определений
смотря на защищенность планеты от внешнего воздействия общей массы, момента инерции и полярного сжатия нашей
плотной атмосферой. В результате сделанных исследований, планеты. Исходя из общей массы Земли 5,977-1027 г, тепло,
можно сделать вывод, что по морфологическому облику по- выделяемое в год в результате радиоактивно! с распада в не-
верхности Венера, как и Марс, является «мертвой» планетой, драх, равно 2,3-Ю20 кал. Годовая потеря тепла в настоящее
утратившей эндогенную активность и магнитное поле. Спут- время составляет 2,4-1020 кал. Отсюда видно, что соблюдается
ников Венера не имеет. приблизительное равенство между генерацией и потерей теп-
ла. Поскольку тепло может передаваться только от более
Земля — одна из планет Солнечной системы. Ее эндоген-
нагретого к менее нагретому веществу, температура вещества
ная активность длится уже на протяжении 4,6 млрд. лет. По-
в недрах Земли выше, чем температура на ее поверхности. На
дооно другим планетам Земля движется вокруг Солнца по
основе всего комплекса научных данных пос—роена модель
эллиптической орбите. Расстояние от Земли до Солнца в раз-
внутреннего строения Земли.
ных точках орбиты неодинаковое. Среднее расстояние состав-
ляет приблизительно 149,6 млн. км. В процессе движения на- Твердую оболочку Земли называют литосферой. Эта
шей планеты вокруг Солнца плоскость земного экватора (на- оболочка состоит из нескольких крупных лито:ферных плит,
клоненная к плоскости орбиты под углом 23°26,5') перемеща- медленно перемещающихся одна относительно другой. По гра-
ется параллельно самой себе таким образом, что в одних уча- ницам «соединений» плит проходит большая часть землетря-
стках орбиты земной шар наклонен* к Солнцу северным полу- сений.
шарием, а в других — южным. Большую часть поверхности Верхний слой литосферы — земная кора, минералы кото-
Земли (до 71%) занимает Мировой океан. На континентах рой состоят в основном из оксидов кремния и алюминия, ок-
планеты распространены равнины, главным образом низмен- сидов железа и щелочных металлов. Земная кора имеет нерав-
ные, незначительную часть поверхности планеты занимают горы номерную толщину: на континентах — 35—65 км, под океаном
и глубоководные впадины на дне океанов. Форма Земли бли- — 6—8 км. Верхний слой земной коры состоит из осадочных
же к шарообразной. Неровности рельефа планеты поддержи- пород, нижний — из базальтов. Между ними находится слой
Планеты группы Юпитера (планеты-гиганты) 205

гранитов, характерный только для континентальной коры. Под верном полушарии Марса наступает лето, северная полярная
корой расположена так называемая мантия, имеющая иной хи- шапка быстро тает в размерах, но в это время растет другая —
мический состав и большую плотность. Между корой и манти- возле южного полюса, где наступает зима. Оказывается, обе
ей (поверхность Мохоровичича) скачкообразно увеличива- полярные шапки состоят из твердой двуокиси углерода, т. о.
ется скорость распространения сейсмических волн. На глуби- сухого льда, который образуется при замерзании углекислого
не 120—250 км под материками и 60—400 км под океанами газа, входящего в состав атмосферы, и из водяного льда с
примесью минеральной пыли.
залегает слой мантии, называемый астеносферой. Здесь нахо-
дится вещество в состоянии, близком к плавлению, вязкость В атмосфере Марса наблюдаются облака и присутствует
его сильно понижена. Все литосферные плиты как бы плавают более или менее плотная дымка из мелких частиц пыли и кри-
в полужидкой астеносфере, как льдины в воде. Более толстые сталликов льда. При отсутствии облаков видно, что газовая
участки земной коры, а также участки, состоящие из менее оболочка Марса значительно прозрачнее, чем земная, и ульт-
рафиолетовые лучи, опасные для живых организмов, влияют
плотных пород, поднимаются по отношению к другим участ-
на планету. Солнечные сутки на Марсе длятся 24 ч 39 мин.
кам коры. В это же время дополнительная нагрузка на учас-
Марсианский год длится около 686,9 дней.
ток коры, например вследствие накопления толстого слоя ма-
териковых льдов в Антарктиде, приводит к постепенному по- Поверхность Марса очень расчленена, на.ней имеются
гружению участка. Такое явление называется изостатическим крупные каньоны, многочисленные высокие уступы и откосы.
выравниванием. В образцах грунта с Марса было обнаружено большое содер-
Ниже астеносферы, начиная с глубины около 410 км, «упа- жание окислов кремния и железа. Количество серы (в виде
ковка» атомов в кристаллах минералов уплотнена под влияни- сульфатов) в десятки раз превышает содержание ее в земной
коре. На снимках Марса найдены следы как ударно-метеорит-
ем большого давления. В результате сейсмических исследова-
ной, так и вулканической активности, а также следы многих
ний был обнаружен резкий переход на глубине около 2920 км.

<<

стр. 13
(всего 40)

СОДЕРЖАНИЕ

>>