Гипотеза космогоническая О. Ю. Шмидта
Космогонические гипотезы имеют целью объяснить однообразие движения и состава небесных тел. Они исходят из понятия о первоначальном состоянии материи, заполняющей всё пространство, которой присущи известные свойства, вызывающие все дальнейшие эволюции. Позднейшие идеи построены на законе притяжения Ньютона и на так называемой гипотезе первичной туманности — бесформенного, крайне разреженного однородного скопления вещества. Исходным толчком, побудившим О. Ю. Шмидта обратиться к построению космогонической гипотезы, было стремление объяснить существующее в Солнечной системе распределение момента количества движения, что его предшественникам не удавалось сделать. В 1944 г. выходят две статьи О. Ю. Шмидта, положившие начало его гипотезе. В первой статье изложена теория образования визуально-двойных звезд путем захвата в условиях вращающейся Галактики. Вторая статья называется «Метеоритная теория происхождения Земли и планет». «В основе теории, - писал Шмидт, - лежит следующая концепция: Солнце, в своем галактическом пути, некогда пересекало облако темной материи (пыли, метеоритов) и захватило часть этой материи, заставляя захваченные частицы вращаться около себя; в дальнейшем эти частицы объединились в более крупные образования - планеты».
Новым является его объяснение генезиса метеоритов и комет. Он писал: «Мы говорим о метеоритах и пыли. Между ними нет принципиальной разницы». А в следующей статье: «…кометы, как и новые наблюдаемые метеориты, - остатки метеоритного роя, образовавшегося вокруг Солнца при захвате темной материи во время прохождения Солнца через облако в центральной области Галактики. Основная масса этого слоя пошла на образование планет, часть сохранилась, продолжая обращение вокруг Солнца». В этом определении отметим:
а) общность происхождения метеоритов и комет;
б) отсутствие генетической связи с Солнцем у тех и других - они образовались в далекой Галактике.
Оба эти представления впоследствии оказались роковыми для обсуждаемой гипотезы. Следующим шагом стало математическое обоснование идеи «захвата». О. Ю. Шмидт признавал, что при двух телах захват невозможен, но в задаче трех тел он считал захват возможным], а Г. Ф. Хильми показал положительную вероятность захвата. В 1948 г. О. Ю. Шмидт прочитал цикл лекций о своей теории в Геофизическом институте АН СССР, в 1949 г. они вышли отдельной книгой, а в следующем были переизданы с некоторыми добавлениями. В первой лекции говорится о крушении теорий Дж. Джинса и Г. Джеффриса и гипотезы В. Г. Фесенкова, не объясняющих распределение момента количества движения, и ставится задача объяснить следующие основные черты Солнечной системы:
<![if !supportLists]>1) <![endif]>закономерности орбит;
<![if !supportLists]>2) <![endif]>) закономерности планетных расстояний;
3) разделение планет на две группы;
4) распределение момента количества движения.
Вторая лекция посвящена теории захвата и эволюции протопланетного роя. Третья касается закономерностей планетной системы, и прежде всего закона планетных расстояний Тициуса-Боде. Шмидт предложил свое объяснение увеличению расстояний между планетами по мере их удаления от Солнца, связав это с распределением момента количества движения. Мы остановимся на этом ниже в связи с критической публикацией Г. М. Идлиса.
Наконец, четвертая лекция посвящена образованию и эволюции Земли. Оценивая продолжительность развития нашей планеты (7,6 млрд. лет), ее тепловую историю и вещественный состав, Шмидт писал: «Теперь уже можно считать вполне установленным фактом тождественность состава Земли с составом метеоритов». И далее: «Метеориты, выпадающие в наши дни на поверхность Земли, не являются, конечно, неизменными представителями первоначального населения роя, из которого образовались планеты. Структура этих метеоритов - начиная от хондр и кончая крупными обломками, из которых состоят многие из них, - говорит о том, что они прошли сложный и длительный путь развития, путь, на котором процессы объединения и процессы дробления многократно сменяли друг друга. Выдающийся исследователь метеоритов академик А. Н. Заварицкий считает несомненным, что они образовались путем аккумуляции мелких частиц, и в то же время полагает, что они произошли из недр распавшейся планеты. Эти два положения трудно совместить. Мне лично кажется мало вероятным, чтобы планеты когда-либо взрывались или распадались, но столкновение и дробление метеоритов и малых астероидов, несомненно, происходило не раз, как и новое образование их из более мелких частей».
Этим высказыванием положено начало продолжавшейся 50 лет нестыковке двух противоборствующих концепций о природе метеоритов: концепции петрографов, считающих метеориты обломками распавшейся планеты и представлений О. Ю. Шмидта и его исследователей, рассматривающих метеориты как первичный материал, пошедший на образование Земли и других планет.
В апреле 1951 г. в Геофизическом институте АН СССР состоялось совещание, посвященное обсуждению космогонической гипотезы О. Ю. Шмидта. Огромное значение космогонического совещания 1951 г. заключалось не только в критическом анализе обсуждавшейся концепции, но прежде всего в том, что оно четко определило основные дискуссионные проблемы космогонии Солнечной системы, проблемы, обсуждавшиеся на протяжении последующих пятидесяти лет:
- возможен ли теоретически захват при взаимодействии двух или трех тел и, в частности, захват межзвездной туманности?
- можно ли обсуждать механизм образования планет, не рассматривая эволюцию Солнца, и не происходило ли совместное образование Солнца и планет?
- происходило ли образование планет с участием водорода и других летучих веществ или только за счет твердых тел?
- что такое метеориты - обломки ранее существовавшей планеты или строительный материал для планет?
- была ли Земля холодной в начале ее истории и за счет чего она нагревалась (радиоактивный распад, гравитационная энергия, тепло, выделившееся при ударах крупных тел, химическая энергия)?
Эти проблемы и сопутствующие им вопросы стали предметом многолетних последующих исследований, но главными, суммирующими проблемами оставались две:
1) раздельное или совместное образование Солнца и планет;
2) природа метеоритов, астероидов, комет.
Следующий этап в развития концепции О. Ю. Шмидта составляет шесть лет. Он охватывает последние годы его жизни и завершается посмертной публикацией третьего издания его «Четырех лекций», вышедшего в 1957 г. Шмидт настойчиво проводит мысль, что Земля и другие планеты образовались только из твердых частиц при полном отсутствии газовой составляющей, в том числе и водорода. Шмидт:
а) исключал участие газовой составляющей (водорода) в процессе образования планет земной группы;
б) допускал одинаковые условия происхождения комет и астероидов.
Но из этих же цитат видно, что автор «метеоритной» гипотезы к концу своей жизни выступил за «кометное» происхождение внешних планет, т.е. сделал шаг в пользу кометной гипотезы происхождения планетной системы, сформулированной тридцать лет спустя А. А. Маракушевым.
В последние годы своей жизни О. Ю. Шмидт осознал необходимость разработки физических основ своей концепции и стал приглашать к сотрудничеству физиков. Главным было привлечение к решению космогонических проблем крупного физика-теоретика Бориса Иосифовича Давыдова.
По инициативе О. Ю. Шмидта Е. А. Любимова рассчитала термическую историю Земли, исходя из предположения, что первоначально Земля была холодной, а затем разогревалась теплом радиоактивного распада U, Th и K.
При жизни О. Ю. Шмидта его концепция была известна лишь в нашей стране. Спустя 5-6 лет после космологического совещания появились как положительные, так и критические отклики на нее.
С кончиной О. Ю. Шмидта в 1956 г. разработка его концепции продолжалась. В ее дальнейшем развитии прослеживается несколько этапов. Первый охватывает вторую половину 1950-х гг. и 1960-е гг., т.е. до получения информации о строении и истории Луны. Второй включает 1970-е гг. (начало космической эры), когда начал поступать обильный материал о лунных породах, а также и о строении и составе других небесных тел. Последний этап приходится на 90-е гг. ушедшего века. Его можно рассматривать как своего рода подведение итогов полувековой эволюции рассматриваемой концепции.