ГЛАВА 1
ПЕРЕХОД ВЕЩЕСТВА ЗЕМЛИ ИЗ ЗВЕЗДНОГО В ПЛАНЕТНОЕ
СОСТОЯНИЕ
Вначале приведем мнения ведущих специалистов в этой области знаний. В.А. Амбарцумян полагал, что при изучении эволюции того или иного объекта важно исходить не из априорных допущений, а из анализа свойств данного объекта, выведенных на основе обобщения данных наблюдений.
Так, наблюдая расширение и распад звездных ассоциаций, В.А. Амбарцумян установил факт разлетания звезд из некоторых центров звездообразования. Отсюда им был сделан вывод о том, что звезды формируются из тел малых размеров и высокой плотности. В частности, дозвездное вещество ядер гигантских галактик производит огромные потоки частиц высоких энергий, способных выбросить значительные массы на большие расстояния. После выброса из ядра масса вещества превращается в конгломераты звезд, межзвездного газа и облаков частиц с высокими энергиями.
Имеется тесная связь между процессом деления первоначального ядра и образованием спиральных рисунков. Здесь уместно привести одно из высказываний В.А. Амбарцумяна: “Факты доказывали, что возникновение туманностей из звезд — довольно распространенное явление. Наоборот, мы не знаем пока ни одного случая, когда из диффузной материи возникал бы плотный объект, хотя такие переходы, допускавшиеся в старых космогонических гипотезах, допускаются и во многих распространенных до сих пор космогонических теориях” [1, 2].
А.Е. Ферсман представлял себе ход эволюции Земли таким образом: “Нам здесь хочется остаться в области фактов и наблюдений. Для понимания истории Земли и ее химии мы не можем очень далеко уходить от современного момента. В ее жизни мы различаем как бы три эпохи: молодой возраст — звездный, в котором ее жизнь была частью жизни Солнца в условиях своеобразных звездных процессов миллионных температур, разреженных газов и явлений излучений. Взрослый возраст ее самостоятельной жизни — все еще космический, но уже в условиях поисков новых форм равновесия и образования оболочек и ядра. Наконец, наступила ее старость — эпоха геологического развития, единственная ясная для нас и сравнительно короткая эпоха, примерно в два миллиарда лет. Так или иначе, но сейчас Земля есть физико-химическая система, которая пришла к современному состоянию путем длительного звездного, планетарного и геологического процесса” [2].
Приведем еще ряд высказываний по затронутому вопросу. Коксохимические данные, в частности, соответствие химического состава Солнца (за исключением водорода и гелия) химическому составу Земли и метеоритов позволили А.П. Виноградову высказать предположение о том, что тела Солнечной системы образовались из вещества, выброшенного непосредственно Протосолнцем [2, 3]. В какой-то мере гипотеза В.А. Амбарцумяна перекликается с представлениями С. Хокинга, полагающего, что наше Солнце является звездой второго или третьего поколения, образовавшейся из облака вращающегося газа, в котором находились осколки более ранних звезд [4].
В том и другом случае мы наблюдаем разброс вещества и рассеивание энергии в космическом пространстве, что математически выражается в росте конфигурационной и тепловой энтропий. Это дает нам право принять гипотезу В.А. Амбарцумяна за нашу рабочую гипотезу.
Отметим, что со времен И. Канта и П. Лапласа продолжается развитие идеи об образовании Солнечной системы из облака холодной или горячей пыли [5, 6, 26]. Но, несмотря на длительный период своего становления, до сих пор в известных моделях достаточно четко не выяснено происхождение источника энергии, обеспечивающего вращение газопылевого облака. Остается неясным вопрос о мощности этого источника. Тем не менее, отдельные элементы предложенных гипотез [7-9, 15] можно, по-видимому, использовать при описании процесса преобразования сгустков материи, выброшенных из ядра галактик, в звезды и планеты.
В начале нашего исследования поставим себе цель ответить на ряд перечисленных ниже вопросов.
— Какова структура потоков в оболочках ядер галактик и звезд?
— Чем вызваны взрывы небесных тел?
— Почему масса выбрасываемого в космос вещества распределяется в пространстве в виде спиральных ветвей (рукавов) и планетных систем?
— По какой причине происходит фрагментация спиральных рукавов на звезды и планеты?
— Действие каких сил приводит к сосредоточению основной части момента количества движения в выброшенной массе и лишь незначительной — в массе вещества, оставшейся в ядре?
Ответив на поставленные вопросы, можно приступить к следующей части исследования, а именно к расчету момента количества движения Протоземли.
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ И ЦИРКУЛЯЦИЯ ПОТОКОВ В ОБОЛОЧКЕ ПРОТОЯДРА ГАЛАКТИКИ И НА СОЛНЦЕ
Определенную ясность в оценке процесса деления материнского небесного тела на части может дать сравнительный анализ последствий сброса оболочек протоядер галактик и протозвезд. Можно не сомневаться в том, что наблюдаемые нами в небе очертания спиральных галактик и характер расположения планет в Солнечной системе отражают в развернутом, но уже дискретном виде ту картину циркуляции потоков, что сложилась в оболочках родительских небесных тел перед их взрывом.
Надо полагать, что зародыши процессов “закрутки” ветвей галактик и планетных систем должны прослеживаться в динамических структурах исчезнувших потоков. Расшифровав наследственные признаки, мы сможем оценить величину и направление крутящего момента, полученного Протоземлей в момент ее отделения от Протосолнца.
При исследовании спонтанных эффектов мы уже получили некоторое представление о закономерностях циркуляции потоков в газожидкостных оболочках планет. Как Вы уже знаете, гравитационный эффект обеспечивал вынос энергии в радиальном направлении, ротационный — в меридиональном, а компрессионный — в широтном [10]. Те же процессы, очевидно, происходят в ядрах и звездах, где циркулируют газоплазменные потоки с более высокой и более низкой температурой по отношению к некоторой усредненной температуре основной массы оболочек.
При расчете естественной циркуляции мы должны учитывать различия в процессах, происходящих, например, на Земле и Солнце. Так, испарение нам необходимо заменить на ионизацию, т.е. переход вещества при высоких температурах из газообразного состояния в плазменное, а конденсацию — на реионизацию. В данном случае под этим подразумевается обратный переход вещества при пониженных температурах из плазменного в газообразное состояние.
Проследим, как трансформируются эти эффекты в условиях, царящих в оболочках ядер галактик и звезд.
1.1.1. Предполагаемая структура потоков в оболочке протоядра Галактики
Галактика — сложная звездная система, состоящая из сотни миллиардов звезд, а также пыли и газа. Основная часть звезд и газа и почти вся пыль сосредоточены вблизи главной плоскости Галактики, являющейся плоскостью ее симметрии, и составляет систему Млечного Пути. Значительное число звезд и известная доля газа образуют почти сферическую составляющую вокруг относительно компактного ядра (рис. 1).
Рис 1. Схематический вид Галактики сбоку. Показаны тонкий Галактический диск и центральное сгущение (ядро). Крестиком отмечено положение Солнца, а черными кружками изображены шаровые скопления
Рис. 2. Схематический вид Галактики сверху. Показана спиральная структура. Положение Солнца отмечено крестиком
Ядро Галактики, будучи погружено в сравнительно плотные массы межзвездного вещества, мало доступно оптическим наблюдениям, но радиоастрономические наблюдения указывают на активность ядра, присутствие в нем больших масс вещества и источников энергии.
Для Галактики характерна неравномерность в распределении звезд, газа и пыли. Так, наблюдаются объединения звезд в четко выраженные структурные единицы — звездные скопления и звездные ассоциации, а газа и пыли — в темные и светлые туманности.
Для Галактики характерна неравномерность в распределении звезд, газа и пыли. Так, наблюдаются объединения звезд в четко выраженные структурные единицы — звездные скопления и звездные ассоциации, а газа и пыли — в темные и светлые туманности.
Изучение распределения туманностей и особенно звездных ассоциаций выявило спиральную структуру в расположении объектов, образующих Млечный Путь (рис. 2).
Таким образом, наша Галактика относится к классу спиральных галактик, типичным представителем которых является, например, галактика М51 (рис. 3).
Рис. 3. Спиральная галактика М51 типа Sc с галактикой- спутником
Галактика обладает вращением вокруг малой оси симметрии. Законы вращения спиральных галактик во многом совпадают: ядро вращается практически как твердое тело, угловая же скорость внешних частей Галактики по мере удаления от центра сперва очень быстро падает, а затем, после небольшого нарастания, медленно убывает.
Период обращения Галактики на расстоянии от центра Галактики до Солнца близок к 200 млн. лет. Более углубленное представление о галактиках можно получить, например, из работ [5, 11 — 15].
Наблюдательные данные, касающиеся Галактики, позволяют сделать некоторые предварительные выводы о характере циркуляции потоков в оболочке протоядра.
Так, если мы несколько уменьшим длину спиральных ветвей на рис. 2, то мы получим те самые вращающиеся потоки (”жгуты”), что перебрасывали в оболочке протоядра “холодные” массы вещества с полюсов к экватору. Их отклонение от меридионального направления было вызвано силами Кориолиса.
Отмеченное совпадение формы и направления “жгутов” протоядра и ветвей Галактики само по себе подтверждает гипотезу В.А. Амбарцумяна. Это же обстоятельство говорит о высокой вероятности спиралевидного расположения планет в начальный момент после сброса оболочки Протосолнца. Далее попытаемся получить полезную информацию, анализируя газодинамику Солнца.
1.1.2. Солнечная газодинамика
Солнце притягивает Землю и посылает ей свое излучение. Благодаря успехам астрофизики нам известно, что при условиях, имеющих место в недрах Солнца, вещество находится в плазменном виде и подчиняется уравнению состояния идеального газа. Сферическая симметрия газовой массы обеспечивается силами тяготения. Мы разберем здесь лишь особенности газодинамических структур, возникающих в оболочке Солнца, а подробности строения и типы реакций, протекающих в его недрах, желающие могут найти в монографиях и справочниках [16—26].
Уникальность Солнца состоит в том, что это ближайшая кнам и единственная звезда, поверхность которой можно подвергнуть детальному анализу. Нынешняя модель газодинамической структуры в оболочке Солнца предполагает разделение потоков на отдельные ячейки, группирующиеся, в свою очередь, в виде ансамблей, схожих по конструкции с пчелиными сотами.
В толстом газовом слое конвективная зона, в свою очередь, разбивается на слои, толщина которых близка к толщине однородной атмосферы (на этом расстоянии плотность изменяется в e ≈ 2,7 раза). В основании конвективной зоны, где температура и, следовательно, толщина однородной атмосферы велики, образуются большие ячейки, с поперечным размером около половины радиуса звезды. В следующем слое размер ячеек меньше и, наконец, в верхнем слое их размер составляет несколько сотен километров. На поверхности Солнца видны следы всех этих ячеек — мелкие дают гранулы, средние — супергранулы, или хромосферную сетку, самые крупные — гигантские структуры.
Скорость конвективных движений в глубине звезд мала и измеряется десятками м/с. С высотой она растет, достигая особенно высоких значений под фотосферой (1-2 км/с), где излучение, уходящее из верхнего слоя ячеек, увеличивает градиент температуры.
Авторы модели полагают, что при наличии сильного магнитного поля в верхнем или среднем слое конвекция останавливается, поток теплоты уменьшается, на поверхности звезды появляются темные пятна [26]. Если пятна зарождаются не на обращенной к нам стороне Солнца, то обыкновенно наблюдается следующее. Пятна появляются на восточном краю Солнца. Они проходят через солнечный диск в течение 12—14 дней (рис. 4). Затем пятна становятся почти на столько же времени невидимыми.
Рис. 4. Траектория двух солнечных пятен, установленная Шейнером со 2 по 16 марта 1627 г. [16]
Их путь — наклонные линии — результат наклона оси Солнца к эклиптике (плоскость орбиты Земли). Эти пути, в основном, параллельны экватору Солнца и параллельны между собой. Траектории движения пятен изменяют свое направление в течение года вследствие изменения взаимных положений Солнца и Земли.
Благодаря движению по сфере, пятна, с приближением к краю, вместо круглых — если они круглые — становятся овальными, а затем сужаются почти до линии. Явление понятно как следствие перспективы. Очаги пятнообразования расположены в глубоких, недоступных наблюдению слоях Солнца. Скорость вращения очагов пятнообразования не подвергается никаким изменениям в течение 11-летнего цикла, хотя широта пятен систематически меняется от 5° до 35°, поэтому предполагают, что очаги лежат на самом ядре Солнца, вращающемся, как твердое тело. Следовательно, установленное уменьшение угловой скорости по направлению к полюсу — явление поверхностное, относящееся лишь к самым верхним слоям. В низких широтах пятна вращаются с большей, а в высоких — с меньшей скоростью.
Размеры пятен колеблются в широких пределах. В ряде случаев появляются группы мелких пятен, а в других — громадные пятна, в 15—20 раз превышающие диаметр Земли. Смещение линий в спектре пятен из-за эффекта Доплера указывает на движение вещества в пятнах — вытекание на более низких уровнях и втекание на более высоких. Скорость движения достигает 3 км/с. Из анализа спектра пятен и фотосферы также следует, что пятна холоднее фотосферы на 1—2 тыс. градусов. Вследствие этого на ее фоне пятна кажутся темными. Некоторые наблюдатели отмечали появление вихрей в оболочке Солнца [16].
Значительное количество исследований посвящено грануляции — тонкой структуре солнечной фотосферы. Зернистая структура поверхности Солнца состоит из системы постоянно возникающих, а затем исчезающих светлых гранул, разделенных узкими темными промежутками (рис. 5). Средний диаметр гранулы ≈ 700 км, а среднее время жизни ≈ 8 минут.
Гранулы ярче межгранульных промежутков на 20-30 %, что соответствует разнице в температуре в среднем на 300 К.
Рис. 5. Фотосфера (фото Я.П. Ганского [16])
Скорость нерегулярных собственных движений гранул — 2—4 км/с. В ряде случаев обнаруживаются колебательные (боковые) движения со скоростями ≈ 30 км/с. Сейчас полагают, что причиной возникновения грануляции являются конвекционные токи, а их появление зависит только от градиента температуры. Атмосфера Солнца состоит главным образом из водорода, последний во внешних слоях ионизирован в очень слабой степени. Но когда масса газа, состоящего из водорода, опускается и попадает в более горячие области, степень ее ионизации возрастает, на что уходит некоторое количество энергии. Расчеты циркуляционных контуров строят на предположении, что в зоне, где происходит ионизация водорода, встречаются поднимающиеся и опускающиеся конвективные токи.
В ряде многолетних наблюдений удалось выяснить, что диаметр Солнца испытывает небольшие колебания. Причем в то время, когда Солнце наиболее активно, его диаметр относительно мал, и наоборот [17].
Количественные характеристики этого явления следующие: каждые 160 минут Солнце расширяется, а затем сжимается. Во время пульсаций радиус светила увеличивается или уменьшается в среднем на 10 км. Солнце как бы “дышит”, при этом синхронно меняется яркость солнечного диска [23, 24].
Вращение Солнца совершается в том же направлении, что и вращение Земли, восточный край движется на нас, а западный от нас уходит. Один оборот относительно Земли точки с гелиографической широтой 17° совершают за 27,275 суток (синодический период). Линейная скорость вращения на экваторе Солнца — 2 км/с.
Солнце как звезда является типичным желтым карликом. Спектральный класс Солнца — G2V Возраст Солнца — около 5·109 лет.
Конвективная модель, с которой мы только что познакомились, не вскрывает причин вращения Солнца. Не лучше обстоит дело с объяснением истоков пульсации гранул и образования пятен на поверхности нашей звезды. Утверждение, что эти явления возникают в результате “запирания” магнитного поля, означает, что в систему вводится некое существо (демон Максвелла), регулирующее наблюдаемый процесс. Известная модель не дает также объяснения “дыханию” Солнца.
Как видим, в газодинамике Солнца слишком много неясных моментов. Нам необходимо разобраться с этими явлениями прежде, чем мы будем двигаться дальше.
Напомним, что в предыдущем нашем исследовании было показано, что вращение любого небесного тела, обладающего газожидкостной или газоплазменной оболочкой, обусловлено обменом энергий с космосом.
Солнце само производит энергию и удаляет ее в космос. На его экваторе происходит постоянное обновление поверхности, как за счет естественной циркуляции, так и в результате вращения. В то же время на полюсах обновление осуществляется главным образом естественной циркуляцией. В соответствии с этим поверхностные слои на полюсах светила должны иметь более низкую температуру, чем на экваторе. Данное обстоятельство приводит к возникновению ротационного эффекта, при котором потоки “горячей” плазмы отправляются с экватора к полюсам, а на их место поступают “холодные” потоки с полюсов. Причем возникаемый над “горячими” потоками момент количества движения передается Солнцу, приводя его во вращение, а от него — “холодным” потокам. Как уже говорилось, темные пятна на Солнце есть не что иное, как выход потоков “холодной” плазмы на поверхность вблизи экватора. Структура потоков на Солнце, по сути дела, близка к той, что мы видим на Юпитере. Если предположить, что газоплазменная среда на полюсах имеет более высокую температуру, как это сделано в работе [21], то, согласно положениям ротационного эффекта, Солнце стало бы вращаться с севера на юг (или с юга на север), а один из меридианов принял бы на себя роль экватора.
Очевидно также, что в зонах прохождения “захоложенных” потоков с полюсов к экватору развивается комбинированный процесс. Поднимающиеся из глубин Солнца высокоионизированные потоки плазмы встречают на своем пути низкоионизированные (”захоложенные”) потоки, двигающиеся с полюсов к экватору. В результате их встречи развивается компрессионный эффект. Повышенное давление газовой массы разбивает меридиональные потоки на несколько потоков, выход которых возле экватора мы фиксируем по группам мелких пятен.
Будет естественным допустить, что по тому же принципу компрессионные эффекты могут возникать в ядрах галактик. В таком случае сверхвысокие давления газов, развивающиеся при наиболее мощных взрывах, могут разрушить симметричную конструкцию галактик и привести к образованию звездных “облаков” наподобие Магеллановых.
Нам остается выяснить природу пульсаций гранул и “дыхания” звезд. Этого можно добиться, лишь наложив друг на друга структуры потоков, действующих в их оболочках при различных эффектах.
Но предварительно рассмотрим спонтанные эффекты более подробно.
