Знак Вопроса 2005 № 04

Е. А. Бельшесов
ВЛИЯЮТ ЛИ ЗВЕЗДЫ НА СУДЬБУ ЗЕМЛИ?

Об авторе:

Бельшесов Евгений Алексеевич — публикует статьи по спорным проблемам прошлого планеты Земля, находя объяснения на стыке геологии и астрономии.

Следует сразу предупредить читателя, что тема статьи никак не связана со ставшей столь популярной в наше время астрологией. Вопрос в заголовке надо понимать буквально — могут ли звезды своим тяготением влиять на состояние Солнечной системы и изменять условия жизни на Земле. Космогоническая гипотеза английского астрофизика Джеймса Джинса объясняет происхождение планет приливным выбросом солнечного вещества в результате состоявшейся 4,5 миллиарда лег назад встречи нашего светила с более массивной звездой. Научный мир скептически отнесся к высказанной еще в 1916 г. гипотезе Джинса ввиду чрезвычайно малой вероятности сближения звезд в космическом пространстве.

А возможно ли все-таки в принципе сближение и гравитационное взаимодействие Солнечной системы с другими звездами нашей Галактики? Астрономам на этот вопрос ответить трудно. Их приборы фиксируют только те сигналы из Космоса, которые доходят до Земли сейчас. А что могло происходить с Солнечной системой миллионы лет тому назад, установить средствами астрономии весьма проблематично.

Однако существует геология, которая исследует состояние земной коры и пытается объяснить протекавшие в ней в далеком прошлом процессы. А поскольку Земля является небесным телом, она одновременно может служить объектом астрономических изысканий с привлечением геологических знаний.

Изучая тектонику земной коры, геологи установили, что за последние два с лишним миллиарда лет на Земле минуло более 10 эпох горообразования и складчатости. Сразу обращает на себя внимание сопоставимость продолжительности интервалов времени между тектоническими встрясками земного шара с периодом обращения Солнечной системы в Галактике (галактическим годом), который длится около 200 млн лет.

Стало быть, один раз за время, близкое к этому периоду, на планете происходят какие-то события с немыслимым по нынешним земным меркам выделением энергии, в результате которых растрескивается земная кора, вырастают горы, расширяются базальтовые поля океанского дна, перемещаются континенты и увеличиваются размеры земного шара. Естественно, напрашивается предположение о связи систематической повторяемости импульсов расширения Земли с цикличностью движения Солнца в Галактике. Несомненная периодичность эпох горообразования заставляет искать в Галактике некий устойчивый объект, изменяющий гравитационную обстановку в галактическом диске. Что же представляет собой источник поля тяготения, периодически дестабилизирующий Солнечную систему? И каким образом при длительности галактического года в 200 млн лет на протяжении миллиардов лет обеспечивается встреча с ним Солнца?

По представлениям астрономов наша Галактика относится к разряду спиральных: звездное скопление образует диск с линзовидным утолщением в центральной части и с двумя спиралеобразными звездными ответвлениями за пределами диска, концы которых наблюдаются с Земли как участки Млечного пути в созвездиях Персея и Стрельца. Скорее всего, Галактика первоначально была линейно вытянутым образованием. Иначе как объяснить происхождение пары диаметрально противоположных спирально изогнутых звездных хвостов? Вероятно, это концы сворачивающегося в клубок некогда растянутого в пространстве звездного скопления. По мнению члена Академии космонавтики А. И. Войцеховского линейные галактики являются довольно распространенными объектами во Вселенной (5-10 % от числа известных звездных скоплений). Видимо, спиральные галактики — это промежуточные формы эволюционирующих галактик. В процессе вращения звездной полосы медленнее поворачивающиеся концы отставали и спиралеобразно изгибались, а небесные тела у середины вытянутой галактики приобрели более высокие угловые скорости и сформировали ядро. При этом в спиральных ветвях продолжалось начавшееся еще в линейной галактике продольное движение звезд к центральной области. Небесные тела огибали ядро и переходили на эллиптические орбиты, образуя диск Галактики.

На схематическом изображении Галактики (рис. 1) можно увидеть, что возмутителями гравитационной стабильности в диске Галактики являются пересекающие его под некоторым углом спиральные потоки звезд. Траектории небесных тел галактического круга и спиральных ветвей скрещиваются. По мере сближения Солнца с одной из звезд спиральной ветви Галактики напряженность наведенного поля тяготения стремительно нарастает в зависимости, обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними. Если звезды проходят достаточно близко друг от друга, планеты Солнечной системы оказываются в области «гравитационной бури»: в каждой точке пространства происходит непрерывное изменение векторных параметров напряженности поля тяготения по направлению и модулю. Планеты, спрятавшиеся за Солнцем, подвержены меньшим потрясениям. А те, что оказались между Солнцем и пересекающей его путь звездой, испытывают значительные возмущения орбит и приливные деформации.

Из такого гравитационного стресса Солнечная система вышла около 20 млн лет назад по окончании альпийской эпохи горообразования. О недавней (по геологическим и астрономическим меркам) гравитационной встряске свидетельствует нынешнее состояние планет Солнечной системы, орбиты которых имеют разные эксцентриситеты (от 0,7 % у Венеры до 25 % у Плутона) и наклонение к эклиптике (от 0,8° у Урана до 17° у Плутона).

Если бы все 5 миллиардов лет своего существования Солнечная система была практически изолирована от внешних гравитационных воздействий (как это наблюдается сегодня), то в соответствии с законом всемирного тяготения она бы выглядела иначе. В условиях одинакового потенциала гравитационного поля на всей траектории орбиты последняя должна иметь форму окружности. Незначительный эксцентриситет орбит определялся бы фоновым полем тяготения некоего размытого центра масс Галактики. Причем орбиты всех планет были бы смещены в одном направлении к ядру Галактики. Однако эмпирические данные астрономии о современном состоянии Солнечной системы свидетельствуют, что орбиты планет значительно различаются эксцентриситетами, ориентацией больших осей эллипсов и наклонением плоскостей. Что же могло так «взъерошить» Солнечную систему?! Разве это не является астрономической загадкой?! Но астрономы, судя по учебникам астрономии, воспринимают такое невероятное состояние Солнечной системы спокойно, как некую данность. И даже исследуют эволюции сложившейся конфигурации орбит, исходя из концепции гравитационного взаимовлияния планет друг на друга внутри одной системы.

Предположение о том, что в альпийскую эпоху высокой тектонической активности небесные тела Солнечной системы подверглись воздействию какого-то внешнего источника поля тяготения, хорошо иллюстрируется на примере двух наиболее удаленных от Солнца планет — Нептуна и Плутона. У Нептуна практически круговая орбита (ее эксцентриситет е = 0,01). Орбита Плутона вытянута и значительно смещена по сравнению с орбитами других планет. Эксцентриситет орбиты Плутона (е = 0,25) в 25 раз больше, чем у соседнего Нептуна. С учетом того, что Плутон крайняя внешняя планета Солнечной системы, никакими методами (ни решением классической задачи трех тел, ни современными алгоритмами моделирования эволюции орбит гравитирующих тел, движущихся вокруг Солнца) невозможно доказать, что Плутон «раскачался» на своей аномальной орбите возмущающим воздействием внутренних планет.

Чем же обусловлена такая большая разница в характеристиках орбит этих планет? Скорее всего, тем, что в период сближения Солнца с проходящей мимо него звездой спирального потока Нептун находился с противоположной стороны Солнца и практически сохранил первоначальные параметры своей орбиты. Плутон же оказался между Солнцем и космическим пришельцем (почти на 10 миллиардов километров ближе к новому источнику тяготения) и испытал мощное гравитационное воздействие. Орбита Плутона, «падающего» на звезду, вытянулась и сместилась в сторону звезды, а также изменила положение своей плоскости. В результате к концу альпийской эпохи плоскость орбиты Плутона отклонилась на 17° и перигелий оказался внутри орбиты Нептуна (см. рис. 2). Если бы орбиты остались в одной плоскости, то их траектории имели бы две точки пересечения. Это могло бы закончиться столкновением планет и образованием в Солнечной системе еще одного пояса астероидов (трансуранового). Или, что более вероятно, сближение планет привело бы к превращению небольшого Плутона в спутник планеты-гиганта Нептуна (один из восьми спутников Нептуна, Тритон, даже несколько крупнее Плутона).

Несомненно, приобретение планетами сателлитов происходит именно в зонах аномальной гравитации. Удлиненные орбиты одних небесных тел пересекают слабо возмущенные круговые орбиты других, в результате чего создаются условия для возникновения устойчивой гравитационной связи при их сближении. Правомерно предположить, что нынешние спутники планет в свое время были самостоятельными планетами Солнечной системы. Из 63 известных сегодня сателлитов 16 имеют диаметр более 1000 километров. Вероятно, планеты поменьше, не вписывающиеся в правило распределения устойчивых орбит Тициуса — Боде, были «выловлены» большими планетами и превращены в спутники. Уран приобрел 17 спутников, Сатурн — 18, Юпитер — 16. Все происходило по схеме, изображенной на рис. 2. Притяжение проходящей вблизи Солнца звезды сильнее сказывалось на планетах, которые в это время оказались на участках своих орбит со стороны звезды. Орбиты таких планет вытягивались и смещались к менее возмущенным устойчивым орбитам других планет.

Скорее всего, вытянувшаяся эллиптическая траектория Луны приблизилась к земной орбите в период, соответствующий альпийской эпохе горообразования. Миллионы лет после этого Луна и Земля проходили точки наибольшего сближения орбит порознь. Пока, наконец, планеты не встретились. На мысль о том, что Луна была «перехвачена» Землей с околосолнечной орбиты, наводит и несовпадение плоскостей орбит небесных тел, и достаточно большой по сравнению с земным эксцентриситет лунной орбиты (5,5 % против 1,7 %), и некоторые загадочные обстоятельства недавней истории Земли (прекращение ледниковых периодов, гибель мамонтов, потоп, исчезновение Атлантиды на рубеже голоцена). В пользу соображения о том, что Луна отнюдь не извечный сателлит Земли, говорит обилие цирков на видимой стороне Луны. Эта сторона теперь постоянно обращена к Земле и надежно экранируется от падения метеоритов.

В отличие от Земли Венере не удалось обзавестись спутником. Притяжение Солнца пересилило, и Меркурий остался самостоятельной планетой. Значительный эксцентриситет орбиты Меркурия (е = 0,206) никак нельзя обосновать возмущающим воздействием Венеры, которая обращается вокруг Солнца практически по окружности (эксцентриситет ее орбиты е = 0,007). Вытянутая орбита Меркурия — это реликт предыдущего искажения его траектории притяжением звезды спирального потока Галактики.

Одно уточнение к сказанному выше. Малые сателлиты неправильной формы, подобные спутникам Марса, это, разумеется, не бывшие планеты, а обломки небесных тел. Фобос и Деймос попали к Марсу в спутники, скорее всего, из пояса астероидов.

Еще одно обстоятельство в пользу предположения о влиянии на Солнечную систему наведенного поля тяготения — периоды повышенной активности метеоритной бомбардировки планет вследствие искажения орбит астероидов. Небесные тела пояса астероидов, более или менее равномерно распределенные вокруг Солнца, в области гравитационного взаимодействия с пересекающей траекторию Солнца звездой оказываются на разном расстоянии от нее. Поэтому скорости астероидов и параметры их орбит изменяются по-разному. Происходит рассредоточение астероидов в околосолнечном пространстве. Их траектории расходятся веером и пересекают орбиты планет. В связи с этим резко возрастает вероятность столкновения астероидов с планетами. Прекрасной иллюстрацией этого утверждения служат густо усеянные воронками метеоритных взрывов поверхности Луны, Меркурия и Марса. Земля, разумеется, не являлась исключением. Наша планета в эпохи горообразования тоже подвергалась интенсивным бомбардировкам. Только, в отличие от упомянутых небесных тел, она обладает достаточно плотной атмосферой, в которой крупные метеориты тормозятся, разрушаются и частично сгорают; гидросферой, где, понятно, «концы прячу гея в воду»; и осадочным покровом, пласты которого надежно скрывают под многокилометровой толщей вещественные доказательства давних столкновений.

При взгляде на схематическое изображение Галактики у читателей может возникнуть резонный вопрос — почему же периоды высокой тектонической активности близки к галактическому году, если Солнечной системе приходится пересекать два спиральных звездных потока? Давайте проясним и этот вопрос (см. сноску в круге на рис. 1).

Скорость Солнца в движении по галактической орбите внутри диска Галактики (Vc) выше тангенциальной составляющей скорости звезд спирального рукава (Vτ). Поэтому Солнце попеременно догоняет и пересекает спиральные потоки Персея и Стрельца. Следовательно, продолжительность периода между эпохами гравитационных бурь должна определяться частным от деления длины полуорбиты на разность скоростей:

где: То — период цикла эпох орогенеза (горообразования),

Rc — средний радиус галактической орбиты Солнца,

Vc — орбитальная скорость Солнца,

Vτ — тангенциальная скорость звезд спиральных потоков Галактики в точках пересечения их траекторий с орбитой Солнца.

Вероятно, в формулу следует ввести коэффициент асимметрии спиральных ветвей. Из формулы видно, что периоды циклов эпох горообразования и галактического года будут близки, если Vt примерно вдвое ниже Vc.

Будучи горным инженером и пытаясь, разобраться в причинах периодичности вспышек геотектогенеза, автор убедился, что эта проблема не поддается разрешению чисто геологическими средствами. Вынужденное обращение к астрономии позволило найти на стыке ее с геологией невостребованные этими науками знания о Земле и Вселенной, позволяющие связать тектогенез с приливными явлениями в небесных телах Солнечной системы. Но и в астрономии пришлось столкнуться с непонятными автору толкованиями происходящих в космосе процессов. О том, что нынешнее состояние Солнечной системы не могло сложиться без внешнего гравитационного воздействия, говорилось выше. Обоснования некоторых явлений в Большом космосе также вызывают сомнения, которыми хотелось бы поделиться с читателями.

Обнаружение «красного смещения» в спектрах галактик (в 1910 г. В. Слайфером) привело к пониманию, что они удаляются от нас и что, следовательно. Вселенная расширяется. Установленная в 1929 г. Э. Хабблом закономерность увеличения скорости разбегания галактик пропорционально расстоянию до них показала, что галактики разлетаются с ускорением. И вот, на основе этих новых знаний о Вселенной, возникает и получает широкое распространение теория Большого Взрыва, согласно которой Метагалактика образовалась в результате грандиозного взрыва некоей субстанции, обладавшей плотностью и температурой, близкими к бесконечным значениям. Сторонникам сингулярности известны даже размеры исходной точки (10^-33 см), из которой воссоздался бескрайний Космос.

Автор не понимает, как можно связывать ускоренное взаимное удаление галактик со взрывом. Наоборот, открытие Хаббла категорически отрицает возможность взрыва. Осколки взрыва могут разлетаться только инерционно с постоянной скоростью (или с замедлением, вследствие обратного гравитационного воздействия, направленного к центру масс взаимно удаляющихся галактик). Современной механике известны только два способа движения изолированной системы с ускорением — реактивное движение и движение в силовом поле. Для летящих в космическом пространстве галактик приемлемой причиной ускорения может быть наличие метагалактического поля тяготения, с которым взаимодействуют массы галактик, приобретая ускорение.

В самом деле. Проведем простой эксперимент в гравитационном поле Земли (можно мысленно). Подсоединим шланг к водопроводному крану и протянем его на балкон. Откроем кран и пустим воду через перила на землю. Сначала струя будет сплошной, а потом она разорвется и вниз полетят раздробленные капли. Почему? В поле тяготения Земли скорость частиц воды с удалением от обреза шланга будет увеличиваться на 9,8 метров в секунду за каждую секунду полета. Мы увидим, что раздробленные капли движутся с разными скоростями не только относительно земли, но и по отношению друг к другу. Расстояния между ними увеличиваются, и относительные скорости тем больше, чем дальше капли друг от друга (все происходит почти по Хабблу). Не такую ли картину видят астрономы, наблюдая за удаляющимися друг от друга с нарастающей скоростью галактиками?

Правда, если бы некий гипотетический микроисследователь на одной из капель мог вести наблюдение за другими каплями, он установил бы иную закономерность их взаимного разбегания, согласующуюся с механикой Ньютона. Закон Хаббла: v = Н × r (скорость удаления галактики пропорциональна расстоянию до нее) — противоречит закону всемирного тяготения. В ускоренном движении по Ньютону не может быть линейной зависимости между изменениями скоростей и пройденными расстояниями. Пока еще никто не опроверг применимости законов Ньютона к космическим макросистемам. Конечно, наблюдателю на капле вести расчеты проще, чем Хабблу. Он знает исходное состояние своей «микрогалактики». По расстоянию от обреза шланга можно установить свою скорость: v = √2gr. И в конце концов определить скорости удаления других капель по более сложной, чем у Хаббла, формуле, отражающей нелинейную зависимость скоростей от расстояний. Собственно, это подтверждают и сами астрономы. В учебниках астрономии для 11 класса сказано, что закон Хаббла справедлив только для очень далеких галактик, расстояние до которых превышает 5-10 Мпк (по учебнику А. В. Засова и Э. В. Кононовича — 1996 г.) или 100–300 Мпк (по учебнику Е. П. Левитана — 1994 г.). В применении к галактикам, расположенным ближе, закон дает сбои, и линейная зависимость не подтверждается. Это отсутствие универсальности закона Хаббла как раз и объясняется тем, что при удалении по оси расстояний кривая функции скорости выполаживается и зависимость скорости от расстояния приближается к линейной. Скорость света может быть достигнута только в бесконечности. Тогда как скорости галактик, вычисляемые по формуле Хаббла, при их удаленности на 4500 Мпк и более превышают световую.

Усложним мысленный эксперимент и выпустим струю жидкости далеко в космосе так, чтобы капли (или, для большей нар лядности, цепочка льдин) превратились в спутники Земли с удлиненными эллиптическими орбитами. Тогда в соответствии с законами небесной механики (а именно, со вторым законом Кеплера) после того, как эти искусственные кометы, разогнавшись до скоростей, превышающих первую космическую, минуют перигей, в действие вступит негатив закона Хаббла — скорости их станут уменьшаться, льдины начнут сближаться (и линии спектра, если бы они были, смещались бы в фиолетовую сторону). После того, как укоротившаяся цепочка перевалит апогей, она снова начнет растягиваться за счет ускоренного разбегания небесных тел до максимальных скоростей в перигее. Затем на пути к апогею небесные тела снова сблизятся и скорости их в апогее снизятся до неких минимальных значений. И все это будет многократно повторяться.

Не правда ли, получается что-то похожее на расширяющуюся до определенных размеров и сжимающуюся Вселенную Александра Фридмана? Только предлагаемый эксперимент в отличие от расчетов Фридмана более оптимистичен: принятая модель Вселенной никогда не коллапсирует в точку космологической сингулярности.

Как видите, уважаемый читатель, на вопрос в заглавии статьи «Влияют ли звезды на судьбу Земли?» можно отвечать утвердительно! В Галактике все-таки существуют условия для сближения звезд. Реальные встречи происходят. Редко, но бывают! Надо думать, что это случается в областях пересечения потоков звезд диска и спиральных рукавов Галактики. И судьба Земли несомненно зависит от таких встреч. Наша планета ступенчато увеличивается в размерах, меняет облик. На ней развивается жизнь.

Вероятно, все это будет повторяться до тех пор, пока спиральные потоки звезд будут пересекать диск Галактики и пока вещество ядра Земли будет находиться в агрегатном состоянии сжатой плазмы.

Имеются и астрономические свидетельства возможности сближения и гравитационного взаимодействия звезд. Астрономы отмечают в нашей Галактике по 3–5 вспышек новых звезд в год. Известны редкие вспышки сверхновых звезд. Если вспыхнула новая — значит, звезды вступили в гравитационное взаимодействие, но благополучно разминулись. А результатом мимолетной встречи может стать рождение в галактике новой планетной системы. В противном случае возникает пара вращающихся вокруг общего центра масс звезд. Причем одна из звезд может вспыхнуть как новая. Это пример образования устойчивой гравитационной связи небесных тел. Двойные звезды довольно распространенные объекты Галактики. Ну, а совсем редкие столкновения звезд приводят к взрыву. Разумеется, не обязательно должно быть лобовое столкновение. Достаточно сближения до таких пределов, когда оболочки небесных тел разрываются приливными силами. Это явление в астрономии называется рождением сверхновой.

Так будет ли Земля и дальше расширяться? Очевидные материальные свидетельства мощи последней альпийской эпохи высокой тектонической активности планеты, представленные грандиозными горными системами Анд, Гималаев, Тянь-Шаня, Памира, Кавказа, Альп, а также скрытыми водной толщей океанов обширными участками альпийского приращения площади базальтовой коры, убедительно подтверждают, что энергия земного ядра далеко не исчерпана! Есть веские основания предполагать, что в отдаленном будущем произойдет очередное расширение планеты, когда Солнце, двигаясь по галактическому кругу; в который уже раз догонит и пересечет звездный поток спиральной ветви Галактики!