Планета Земля и ее соседи

Возраст Земли и Солнечной системы

Мы видим, как современные быстро растущие знания о Земле, о природе планет и различных групп малых тел устанавливает недостаточность и прямую ошибочность прежних космогонических гипотез. Одновременно выясняется сущность гигантских процессов, происходящих на Солнце.

Существуют данные, которые прямо говорят о прошлом Земли. Можно сказать даже, что окружающий нас космический мир и сама Земля сохраняют отметки, черты прошедшего развития. Они содержат в себе собственную историю. И эту историю можно научиться читать.

Но почему же тогда далеко еще не все нам известно о прошлом небесных тел? Почему остаются открытыми тайны рождения и развития Земли? Мы можем ответить на этот вопрос.

Современная наука о природе возникла сравнительно недавно, лишь после того, как было определено место Земли во Вселенной и показана несостоятельность религиозных объяснений мира.

Но первое время мир считался чем-то неизменным, застывшим, раз навсегда заданным. В XIX веке наука поднялась на более высокую ступень. Из необходимости объяснить прошлое небесных тел возникло представление о развитии, происходящем в природе. Становилось все более ясным, что не только окружающие нас явления и объекты на Земле, но и небесные тела переживают историю, развиваются.

Но это развитие понималось лишь в смысле накопления или уменьшения движения или каких-то неизменяющихся элементов, т. е. в смысле механическом. Поэтому в те времена не могла быть выяснена подлинная сущность явлений, происходящих в космосе.

Только позднее появилась возможность изучать действительные процессы развития в природе.

Диалектический метод стал основой современного естествознания сравнительно недавно. Потребовалось время, чтобы с новой точки зрения взглянуть на данные астрономии, на явления космического мира. Эта перестройка далеко еще не закончена. Но главное уже достигнуто. Наука находится на правильном пути; она вскрывает диалектику грандиозных процессов, происходивших и происходящих в космосе.

Оказалось возможным, например, оценить возраст Земли, а также метеоритов и совершенно другим путем выяснить возраст иных космических объектов, например звезд, комет и др.

Один из первых методов основывался на определении количества соли в водах океанов. Почти три четверти (точнее, 0,71) всей поверхности Земли занимают океаны. Это составляет громадную площадь в 360 млн. км²; средняя глубина океанов равна почти 4 км. Гигантские резервуары содержат около 1350 км³ воды, в которой растворено колоссальное количество соли. Из-за соли вода океанов и морей горькая и мало пригодна для питья. Этим она и отличается от пресной воды рек или озер или колодезной воды.

Откуда же взялась соль в океанах? Под действием солнечных лучей вода океанов и морей частично испаряется, пары воды насыщают нижние слои атмосферы. Действием ветров пары воды разносятся во все уголки земного шара, и здесь вода выделяется из атмосферы в виде дождей или снега и льда. Новые потоки, пополняющие подпочвенные воды, текущие ручьями и реками, размывают почву и растворяют находящиеся в ней соли. Постепенно увеличиваясь в объеме, воды рек стремятся к океанам. Пресная только по сравнению с морской речная вода приносит с собой соли. И эта соль постепенно концентрируется в океанах, так как при испарении соль остается в растворе.

Можно подсчитать, какое количество соли приносят ежесуточно все реки на Земли, а тогда уже просто установить, сколько же потребовалось времени, чтобы образовать гигантские резервуары соленого раствора океанов.

Так подсчитали, что возраст океанов должен быть около 500 млн. лет. Однако он мог быть и в несколько раз больше или меньше, если в прошлом условия накопления солей в океанах были иными.

Гораздо более точным является метод, использующий распад радиоактивных элементов. Всем известно о таких распадающихся элементах, как радий, или уран, или торий. В любых горных породах присутствуют хотя бы микроскопические следы этих элементов и продуктов их распада. В природе встречаются разные изотопы урана, тория и других радиоактивных элементов. Установлено в лабораторных условиях, с какой скоростью происходит распад радиоактивных элементов и какие новые элементы образуются в результате этого распада.

Измеряя количество изотопа свинца, образовавшегося из определенного изотопа урана или тория, можно судить о возрасте земной коры, содержащей радиоактивные элементы. Этим методом удалось установить, что самые древние породы имеют возраст около 4 млрд. лет.

Для проверки полученных данных использовали другие радиоактивные элементы — калий и рубидий, которые, распадаясь, превращаются в кальций, аргон и стронций. Возраст получался также порядка 4,5 млрд. лет.

Возраст вещества метеоритов оказался близким к возрасту земной коры. В последнее время, по данным всесторонних анализов, он принимается равным 4,6 млрд. лет. По данным астрофизики и звездной астрономии, возраст звезд также в среднем составляет несколько миллиардов лет. Солнце, по-видимому, обладает возрастом в 5 млрд. лет. В связи с этим существует мнение, что планеты могут быть в буквальном смысле «детьми» Солнца.

В пользу этого представления говорит также то, что в большинстве случаев звезды не одиночные тела, а компоненты двойных или множественных систем. Звезды образуются группами, кратными системами. Многое заставляет думать, что и солнечная семья планет образовалась в результате эволюции группы или системы звезд, в результате распада звездного тела.

От различных предположений — космогонических гипотез — наука постепенно подошла к выяснению действительного пути развития планет и Земли; таково мнение автора брошюры и ряда других советских астрономов.

Уже в глубокой древности люди пытались объяснить окружающий мир и представить себе, как происходило образование звезд, Солнца, планет и прежде всего самой Земли — носительницы жизни. Отражаемые в религиозных преданиях и мифах, эти первые представления были совершенно фантастичны.

Великие древнегреческие мыслители Гераклит, Демокрит, Эпикур учили о развитии во Вселенной, в природе, выдвигали различные космогонические схемы. Но это были лишь гениальные догадки; действительных же знаний о космосе и о Земле еще не было.

Только после Коперника, вместе с рождением современной астрономии, появилась и научная космогония.

В XVIII веке Кант и позднее Лаплас выдвинули свои космогонические гипотезы, которые оказали большое влияние на развитие естествознания. Кант предполагал, что хаотическое скопление первичного материала изменялось и развивалось. Более массивные частицы собрали вокруг себя рассеянный материал, образуя планеты и другие тела солнечной системы. Подобным образом, по его мнению, развивалась и система Млечного Пути, куда входит множество звезд с их планетами. Кант предполагал также, что вещество, собранное в звезды и планеты, может вновь быть рассеяно в пространстве, после чего из хаоса опять будут возникать миры.

Лаплас представлял себе нагретую газовую туманность, медленно вращающуюся вокруг оси. По мере сжатия и уплотнения туманность должна была вращаться все быстрее. Из отделяющихся вследствие быстрого вращения колец и должны были образоваться планеты.

Космогонические гипотезы Канта и Лапласа были первыми попытками теоретически объяснить происхождение солнечной системы и Земли. Они утверждали идею развития в космосе и разрушали миф о сотворении мира.

Гипотеза Лапласа более ста лет была общепризнанной. Но в начале XX века были установлены новые данные о законах поведения вещества, выяснены важнейшие особенности процессов в звездном мире и в солнечной системе. Гипотезу Лапласа нельзя было согласовать с новыми знаниями, и она была заменена другими гипотезами.

Широкую известность приобрели гипотезы Мильтона и Джинса, согласно которым планетная система образовалась из солнечного вещества, выброшенного из первичного Солнца в результате катастрофы.

Гипотезы Вейцзекера, Койпера, Уипла, О. Ю. Шмидта, Альфвена рисовали различные пути формирования планет из рассеянного вещества — пыли и газа, окружавшего Солнце. По Вейцзекеру, планеты возникли в туманности, из которой образовалось и само Солнце. О. Ю. Шмидт считал, что Солнце захватило пылевую туманность в межзвездном пространстве. Альфвен предполагал, что решающую роль сыграло магнитное поле Солнца. Все эти гипотезы в своей основе были умозрительными. Они исходили из того или другого предвзятого положения и не использовали всего многообразия фактов и явлений, которые установлены развивающейся наукой.

Современная космогония пошла по иному пути. В звездной астрономии и в астрофизике накоплен громадный наблюдательный материал, изучение которого прямо приводит к определенным выводам о путях развития небесных тел.

В 1949 г. В. А. Амбарцумян доказал ошибочность предположения о том, будто все звезды и звездные системы образовались одновременно 2 млрд. лет назад. Амбарцумян открыл группы молодых звезд — звездные ассоциации, которые ясно показывали, что звезды возникают в нашей Галактике и теперь.

В. Г. Фесенков и его сотрудники исследовали волокнистые туманности, где, по их мнению, происходит формирование звезд.

Наиболее замечательные результаты последнего времени получены из изучения галактик — гигантских звездных систем, подобных системе нашего Млечного Пути.

Здесь все более выясняется, что не только отдельные группы звезд, но и целые скопления галактик, включающие часто десятки и сотни миллиардов звезд, возникают в результате какого-то процесса распада.

Еще не выяснены причины этих гигантских процессов. В. А. Амбарцумян считает, что здесь распадаются чрезвычайно массивные сверхплотные тела. В космосе известны, например, белые карлики, плотность которых фантастически велика и может превосходить в некоторых случаях сотни тонн в кубическом сантиметре. Распад подобных, но более массивных сверхсжатых тел и мог образовать звездные ассоциации в галактиках и сами группы галактик. В самое последнее время были обнаружены такие сверхплотные тела загадочной природы. Они были названы сверхзвездами или квазизвездными объектами (квазарами). Какое же отношение все эти новые выводы имеют к космогонии Земли и планет? Оказывается, самое непосредственное.

Нельзя оторвать проблему происхождения планет от выводов звездной космогонии. Большая часть звезд произошла путем деления, распада более массивных тел. Звезды не только входят в состав разбегающихся групп, они встречаются главным образом в виде двойных, тройных и вообще кратных звезд. Не является ли планетная система нашего Солнца результатом дальнейшего развития двойной звезды? Соответствует ли этому то, что известно о процессах развития в солнечной системе?

Солнце теряет свое вещество вследствие освобождения атомной (термоядерной) энергии. Каждую секунду 4 млн. т солнечного вещества преобразуется в излучение и теряется Солнцем в виде света и тепла. Приблизительно столько же Солнце теряет в результате выброса заряженных частиц с поверхности. Советские ученые подсчитали, что в прошлом Солнце выбрасывало корпускулы в гораздо большем количестве. Миллиарды лет назад Солнце имело, по-видимому, в 10 раз больше вещества, и оно выбросило его в пространство.

А что известно о планетах? Давно уже астрономы приходили к заключению, что наша Луна в давно прошедшие времена отделилась от Земли. По-видимому, и некоторые другие спутники были результатом распада первичных планет. Мы уже говорили о том, что планеты способны выбрасывать громадные количества вещества в пространство и что, по-видимому, кольцо Сатурна образовано твердыми осколками и массами пыли и газа, выброшенными с поверхности планеты и ее спутников.

Можно предполагать, что множество комет, метеоритов и метеорных частиц, которые движутся в солнечной системе, является продуктами мощных вулканических процессов на планетах. Поэтому многие миллионы лет назад планеты, и в том числе Земля, были больше и массивнее.

Расчеты, произведенные в последнее время, приводят к выводу, что средняя плотность планет является прямым указателем такой эволюции. Существует закономерность: чем планета дальше от Солнца, тем ее средняя плотность меньше (см. таблицу). Под действием приливообразующих сил Солнца близкие планеты могут быстрее выбрасывать менее плотное вещество поверхностных слоев, увеличивая свою среднюю плотность. Подобная же закономерность существует и в системе спутников Юпитера, что служит веским подтверждением решающей роли вулканических процессов в истории планетных тел.

В результате могучих катаклизмов планетные тела могли терять значительную часть вещества поверхностных слоев — замерзшие углеводороды, обломки (фрагменты) коры, неоднократно обновлявшейся. Отделявшиеся грандиозные массы пепловых частиц заполняли межпланетное пространство.

Быстрее всего этого процесс оголения глубинных областей должен был проходить у планет, ближайших к Солнцу, мощные приливные воздействия которого содействовали повышению активности вулканических процессов на планетах. Этим можно объяснить современное распределение плотностей у планет и высокие плотности у планет типа Земли. Только в этом предположении получают объяснение и меньшая плотность Луны, отделившейся от Земли, и малые плотности некоторых спутников планет-гигантов, и современные особенности планет.

Подтверждением этой гипотезы образования планетных тел могут служить средние плотности спутников Юпитера (Ио — 4,9, Европы — 4,1, Ганимеда — 2,3, Калисто — 1,9[5]), показывающих столь же закономерные изменения, как и у больших планет.

Можно думать, что первоначальные планеты, обладая различными массами и размерами, имели одинаковую среднюю плотность — плотность первичного звездного вещества. Считая, что Юпитер и Сатурн потеряли незначительную долю своей первоначальной массы, а все другие протопланеты были близки к ним по первичным массам, мы получаем, что Уран и Нептун могли потерять (5—19)x10²⁹, а планеты типа Земли (6—20)x10²⁹. Выброшенная масса планет в совокупности могла составить 10³⁰–10³¹ г. Эта величина хорошо согласуется с результатами изучения комет и других малых тел.

Следует отметить, что в космогонической гипотезе астронома Койпера и в трудах некоторых других космогонистов отстаивается идея выброса из солнечной системы большей части вещества протопланет. Однако эта, по мнению автора, правильная идея в космогониях классического направления не была связана с реальными процессами космического планетарного вулканизма. Исследование этих процессов и сравнение их, наряду с дальнейшим изучением планет и малых небесных тел, помогут выяснить действительную картину прошлого космических тел и нашей планеты — Земли.

Как мы видели, метеоры нам говорят о явлениях столетней и тысячелетней давности. Кометы позволяют характеризовать процессы, совершавшиеся в планетной системе миллионы и десятки миллионов лет назад.

Выяснение настоящего и прошлого планет имеет выдающееся значение для практической жизни, приближая решение важных проблем геофизики и геологии.

Выход человека в космическое пространство и освоение ближайших космических тел уже в ближайшие годы принесет окончательное решение основных проблем планеты Земля.