Опыты научные, политические и философские (Том 1) - Спенсер Герберт - Страница 34

Но самый многознаменательный факт представляют кольца Сатурна. Они, как замечает Лаплас, служат наличными свидетелями того генетического процесса, который он предполагает. Тут мы имеем сохранившуюся на постоянные времена одну из форм, через которые каждая планета и каждый спутник должны были в свое время пройти, и движения этих тел именно таковы, каковы они и должны быть по нашей гипотезе. "Продолжительность вращения планеты, - говорит Лаплас, - должна, по этой гипотезе, быть меньше продолжительности вращения ближайшего тела, обращающегося вокруг нее." И затем он указывает на тот факт, что период времени, употребляемый Сатурном на обращение на своей оси, относится ко времени, употребляемому его кольцами, как 427 к 438 - разница, которой и следовало ожидать {После напечатания этой статьи открытие у Марса двух спутников, вращающихся вокруг него в периоды более короткие, чем период вращения самого Марса вокруг своей оси, показало, что вывод, на котором здесь настаивает Лаплас, имеет лишь общий, а не абсолютный характер. Если бы предположение, что все части сосредоточивающегося туманного сфероида вращаются с одинаковою угловою скоростью, было необходимо, то исключение из этого правила казалось бы необъяснимым; но если, как предполагалось в предыдущем отделе, из процесса образования туманного сфероида вытекает, что его наружные слои будут вращаться вокруг общей оси с большей угловой скоростью, чем внутренние, то объяснение возможно. Хотя в ранние стадии концентрации, когда туманное вещество, и особенно его периферические части, очень разрежены, действие трения жидкости будет слишком незначительно для того, чтобы сильно изменить то различие угловой скорости, какое существует, тем не менее когда концентрация Солнца достигла своей последней стадии и вещество переходит из газообразного в жидкое и твердое состояние и когда увлекающие токи (concvection currents) стали общими для всей массы (чего, вероятно, не бывает вначале), то угловая скорость периферической части постепенно сделается одинаковой с угловой скоростью внутренних частей. Тогда становится понятным, почему у Марса периферическая часть, более и более оттянутая назад внутреннею массою, утеряла часть своей скорости в промежуток времени между образованием самого отдаленного спутника и достижением своей окончательной формы.}.

Относительно колец Сатурна можно еще заметить, что место, где находятся кольца, имеет немалое значение. Кольца, отделившиеся в ранние периоды процесса концентрации вещества и состоящие из вещества газообразного, имеющего весьма слабое сцепление, не могут обладать большой способностью сопротивления силам разрывающим, которые вытекают из неполного равновесия; поэтому кольца превращаются в спутников. Мы можем ожидать, что кольцо, более плотное, твердое, капельножидкое или состоящее из небольших раздельных масс (каковы кольца Сатурна, как это теперь известно), может образоваться лишь близ тела планеты, когда она достигла такой степени концентрации, что ее экваториальные части заключают в себе вещества, способные легко перейти в капельножидкое и наконец в твердое состояние. Но и тогда кольцо может образоваться лишь при известных условиях. При быстровозрастающем перевесе, который притягательная сила приобретает в последние стадии концентрации, центробежная сила не может, при обыкновенных условиях, вызвать отделение колец, когда масса уже сделалась плотной. Только там, где центробежная сила была всегда очень велика и остается значительною до конца, как, например, это мы видим в Сатурне, можно ожидать образование колец плотных.

Итак, мы видим, что кроме тех наиболее выдающихся особенностей Солнечной системы, которые первые навели на мысль о постепенном ее развитии, есть еще много второстепенных особенностей, указывающих в том же направлении. Если бы даже не было других доказательств, одни эти особенности механического устройства в их целости были бы уже достаточны для установления гипотезы туманных масс.

Но от механического устройства Солнечной системы перейдем теперь к физическим ее особенностям и посмотрим прежде всего, какие выводы можно сделать из сравнения плотностей составляющих ее тел.

Факт, что, вообще говоря, более плотные планеты суть ближайшие к Солнцу, рассматривается многими как одно из многочисленных указаний, подтверждающих происхождение Солнечной системы из туманного вещества. Допуская по праву, что крайние части вращающегося туманного сфероида в ранние периоды сосредоточения должны быть сравнительно разрежены и что увеличение плотности, происходящее во всей массе по мере того, как она сжимается, простирается и на крайние части массы, так же как и на остальные, сторонники этого мнения утверждают, что кольца, отделяющиеся одно за другим, должны становиться все плотнее и плотнее и образовывать планеты, имеющие все большую и большую плотность. Но, не касаясь уже других возражений против этого объяснения, оно оказывается совершенно недостаточным для истолкования фактов. Если принять за единицу плотность Земли, плотности прочих тел будут:

Нептун Уран Сатурн Юпитер Марс Земля Венера Меркурий Солнце

0,17 0,25 0,11 0,23 0,45 1,00 0,92 1,26 0,25

Этот ряд представляет два, по-видимому, непреодолимых затруднения. Во-первых, последовательность чисел дает перерывы. Нептун имеет одинаковую плотность с Сатурном, чему, по предложенной гипотезе, не надлежало бы быть. Уран плотнее Юпитера, чего не должно было бы быть. Уран плотнее Сатурна, и Земля плотнее Венеры, факты эти не только не поддерживают вышеприведенного объяснения, но прямо противоречат ему. Второе возражение, еще более очевидным образом подрывающее это воззрение, состоит в малой плотности Солнца Если в тот период, когда Солнце распространялось до орбиты Меркурия, степень сгущения в нем частиц была такова, что отделившееся от него кольцо образовало планету, плотность которой равняется плотности железа, то само Солнце, когда оно уже окончательно сосредоточилось, должно иметь плотность, значительно превышающую плотность железа, а между тем его плотность лишь немногим превышает плотность воды. Вместо того чтобы быть гораздо плотнее ближайшей планеты, плотность Солнца составляет одну пятую плотности этой планеты.

Но из того, что эти аномалии опровергают положение, будто относительные плотности планет служат прямым указанием на степень сгущения туманного вещества, отнюдь не следует, чтобы они опровергали самый процесс.

Различие плотностей в телах Солнечной системы может обусловливаться несколькими возможными причинами: 1) различиями между планетами в отношении элементарных веществ, составляющих их, или различиями в пропорциях таких элементарных веществ, если они в планетах однородны; 2) различиями в количестве вещества, так как при одинаковости других условий взаимное притяжение молекул уже должно делать большую массу более плотной, чем небольшую; 3) различиями в температуре, потому что при одинаковых других условиях те тела, которые имеют более высокую температуру, будут иметь меньшую плотность; 4) различиями физического строения: смотря по тому, газообразны, жидки или тверды тела; или, иначе, различиями в относительном количестве твердого, жидкого и газообразного вещества, которое они в себе содержат.

Совершенно возможно и даже вероятно, что действуют все эти причины и что они принимают разнообразное участие в произведении различных результатов. Но на пути к определенным выводам встречаются затруднения. Тем не менее если мы обратимся к гипотезе генезиса туманностей, то получим хоть некоторое объяснение.

В охлаждении небесных тел участвуют несколько факторов. Примером первого и самого простого из них служит любой очаг, где мы замечаем, как быстро чернеют крошечные угольки, падающие в золу, в сравнении с большими кусками угля, долго остающимися в раскаленном виде. Этот фактор заключается в отношении между увеличением поверхности и увеличением объема: поверхности в подобных телах увеличиваются пропорционально квадратам их радиусов, тогда как объемы увеличиваются пропорционально кубам радиусов. Так, сравнивая Землю с Юпитером, диаметр которого приблизительно в 11 раз больше диаметра Земли, мы видим, что поверхность его в 125 раз больше поверхности Земли, тогда как объем его в 1 390 раз больше. Даже если мы предположим, что температура и плотность одинаковы, и примем по внимание лишь тот факт, что через данную площадь поверхности должно остыть в одном случае в 11 раз большее количество вещества, чем в другом, то получим громадную разницу во времени, какое потребовалось бы на сгущение одной планеты сравнительно с другой. Но есть еще второй фактор, в силу которого разница получилась бы еще более значительная, чем та, какая происходит в силу таких геометрических отношений. Выделение теплоты из охлаждающейся массы происходит посредством проводимости, или посредством перемещения (convectoin), или же посредством того и другого вместе. В твердых телах оно происходит исключительно посредством проводимости; в жидких и газообразных главную роль играет перемещение или смешение (convection) - посредством циркулирующих токов, которые постоянно перемещают горячие и холодные части. Чем больше размеры еще не сгустившихся сфероидов, газообразных, или капельножидких, или смешанных, тем больше является препятствий к охлаждению вследствие большего расстояния, какое должны пройти циркулирующие токи. Конечно, отношение это сложное: скорость токов неодинакова. Тем не менее очевидно, что в шаре, диаметр которого в 11 раз больше, перемещение вещества от центра к поверхности и обратно от поверхности к центру потребует гораздо больше времени, хотя бы движение не испытало задержки. Но движение его в тех случаях, которые мы рассматриваем, сильно задерживается. Во вращающемся вокруг своей оси сфероиде оказывают свое действие силы, замедляющие его и растущие со скоростью вращения. В таком сфероиде различные части вещества (предполагая одинаковую угловую скорость в их вращении вокруг своей оси, к чему они будут все больше и больше стремиться по мере уплотнения) должны различаться по своей абсолютной скорости в зависимости от их расстояний от оси, причем циркулирующие токи должны постоянно изменять это расстояние, вследствие чего непременно или уменьшается, или увеличивается количество движения в каждой частице. При прохождении через капельножидкую среду каждая частица благодаря трению теряет силу, то увеличивая свое движение, то замедляя его. Отсюда является то, что, когда больший сфероид имеет также и большую скорость вращения, относительная медленность циркулирующих токов и вытекающее отсюда замедление охлаждения должны быть гораздо больше, чем те, какие можно ожидать вследствие того добавочного расстояния, которое должно быть пройдено каждой частью.