Происхождение и развитие звезд

Основоположником советской космогонии является акад. В. Г. Фесен-ков. Он исследовал возможные пути решения вопроса о происхождении Солнечной системы, тесно связывая происхождение планет с историей развития Солнца. Его исследования в области происхождения и развития космической материи в межзвездном пространстве очень ценны.Вместе с другими советскими учеными (В. А. Амбарцумян, П. П. Паренаго и другие) он показал, что образование новых звезд в Галактике происходит и в настоящее время. Советские астрономы выявили многочисленные типы звезд, одни из которых в масштабе астрономического времени являются совсем молодыми, другие — очень древними. В процессе возникновения и развития любого небесного тела имеют значение не только начальные условия, но также закономерности внутреннего развития и влияния среды, в которой это тело формируется. Советскими учеными доказаны несомненная связь между звездами и диффузной материей, заполняющей межзвездное пространство, и образование из темной материи новых звезд.

По словам советского астронома П. П. Паренаго, «наши воззрения, основанные па наблюдении и на подлинно научном подходе к анализу его результатов, приводят нас к представлению, что Галактика — это звездная система, в которой жизнь кипит ключом: звезды возникают в разное время группами и почти что на наших глазах».

Газы, выделяющиеся из звезд при корпускулярном излучении, имеют настолько ничтожную плотность, что в их среде нельзя представить формирование отдельных устойчивых тел, способных к самостоятельному существованию. Однако под воздействием охлаждения и внутренних движений межзвездный газ постепенно конденсируется в мелкие твердые пылинки. Процесс превращения межзвездного газа в пыль до некоторой степени схож с процессом превращения газа в дым во время горения. В результата конденсации межзвездного газа в пыль физические свойства космической материи значительно меняются. Газово-пылевые туманности становятся во много раз плотнее и устойчивее, чем межзвездный газ. Они уже настолько скрепляются силами тяготения, что постоянно сохраняют общее единство как самостоятельное тело. Их плотность постепенно возрастает, так как газы все время конденсируются и превращаются в пыль. По подсчетам межзвездная материя в газовой стадии находится несколько десятков миллионов лет, а в газово-пылевой — около 100 млн. лет.

Под влиянием мощных вихревых движений, возникающих в газово-пылевых туманностях, бесформенные диффузные туманности постепенно превращаются в волокнистые, с ясно выраженной дифференциацией межзвездной материи. В волокнистых туманностях формируются волокна с повышенной плотностью, образуются перепады плотностей между волокнами, вместо исчезнувшей однородной массы и главное внутри волокон появляются сверхогромные звездообразные сгущения.

На рис. представлена переходная форма туманности (от газово-пылевой к волокнистой). Общий контур туманности почти такой же, как и облик бесформенной газово-пылевой туманности, но уже ясно видна дифференциация межзвездной материи на плотные волокна и разреженные участки.

Эволюция волокнистых туманностей заканчивается формированием почти сразу нескольких звездообразных сгущений внутри одного или нескольких волокон. Поэтому волокнистая стадия туманностей длится сравнительно короткое время: под влиянием вновь формирующихся гигантских звезд она быстро подвергается распаду. В пользу этого предположения говорит также физический характер процесса преобразования туманности в форме мощных вихревых движений. Встречаются волокнистые туманности в звездном мире сравнительно редко. Наличие звездообразных сгущений в плотных волокнах туманностей впервые было открыто акад. В. Г. Фесенковым. На рис. изображено волокно туманности в созвездии Лебедя, распавшееся на отдельные конденсации. Звездные сгущения в непрерывных волокнах туманности имеют еще расплывчатые очертания и слабую светимость и не представляют собой настоящих звезд.

Открытие звездообразных сгущений на разных стадиях развития волокнистых туманностей является неопровержимым доказательством формирования звезд из плотных волокон туманностей. Звезды во Вселенной формировались не только в древние эпохи, но формируются и сейчас. Они образуются не поодиночке, а целыми семействами, имеющими общее «фамильное» сходство в виде, например, однородного химического состава.

Звездообразные сгущения в волокнах туманностей сравнительно быстро преобразуются в яркие массивные новые звезды. Процесс звездообразования определяется плотностью туманности, силами притяжения уже возникших соседних сгущений и, наконец, общим количеством вращения первичного сгущения. Все это определяет размеры появляющихся звезд и расстояние их друг от друга. Превращение звездообразных сгущений, имеющих слабую светимость, в ярко сияющие новые звезды, очевидно, связано с возникновением в их недрах ядерных реакций.

В настоящее время советскими астрономами открыто уже много ясно видимых «звездных дорожек», состоящих то из звездообразных скоплений, то из вполне сформировавшихся новых звезд. На рис. сфотографированы звездные дорожки в созвездии Лебедя. На одних дорожках звездные сгущения едва заметны; они еще окутаны туманностью, на других — новые звезды ясно видимы.

Массы звездных дорожек, как показали подсчеты, эквивалентны массам волокон туманностей, только в звездных дорожках материя сконцентрирована в звездных сгущениях, а в волокнах она почти равномерно рассеяна по всей длине волокна. Расстояния между новыми звездами в волокнах туманностей соответствуют плотностям туманностей и настолько велики, что соседние звезды своим притяжением не разрушают друг друга, при этом новые звезды сохраняют ориентировку волокон туманностей, из которых они образовались.

Образованием новых звезд заканчивается превращение межзвездной материи в звездную, но это не приостанавливает эволюции космической материи. Возникновение ядерных реакций в недрах новых звезд вызывает мощное излучение сконденсированной в них материи в мировое пространство, т. е. снова начинается процесс рассеяния материи, в результате которого ярко сверкающие новые звезды со временем превращаются в рядовые звезды, примерно такие, как Солнце. За последние годы вблизи от Солнца были открыты темные потухшие звезды, отличающиеся небольшими размерами и массами. Эти звезды рассматриваются как следующая стадия развития звездной материи.

Гипотеза О. Ю. Шмидта

В последние десятилетия в СССР был создан ряд гипотез как о происхождении Солнечной системы, так и о происхождении Земли, из которых наибольшее внимание привлекла гипотеза акад. О. Ю. Шмидта.

По мнению О. Ю. Шмидта, Земля и другие планеты Солнечной системы образовались из облака межзвездной материи, захваченной Солнцем при его движении в мировом пространстве. В процессе движения мелкие частицы -околосолнечного облака постепенно сосредоточились в экваториальной части и облако превратилось в плоский и плотный вращающийся диск. В уплотненном диске начали образовываться многочисленные сгущения, так как взаимное притяжение частиц увеличилось. Двигаясь вокруг Солнца, сгущения вычерпывали окружающее их рассеянное вещество диска. В итоге в околосолнечном облаке образовалось много тел различных размеров и масс, которые непрерывно росли за счет присоединяющихся к ним мелких частиц. Тела, образованные на первом этапе эволюции околосолнечного облака, О. Ю. Шмидт назвал «зародышами планет». В дальнейшем рост «зародышей» происходил не только за счет соударений с мелкими частицами облака, но и за счет притяжения ими и захвата мелких сгущений.

«Зародыш», превратившийся впоследствии в Землю, возник вместе со множеством других небольших тел, дробившихся и вновь возникавших из облаков и первоначальных частиц. Количество первоначальных частиц, не прошедших через процессы объединения и дробления, быстро убывало и вскоре «зародыш» Земли оказался окруженным не столько первоначальными частицами, сколько возникшими из них телами и их обломками типа современных метеоритов.

О. Ю. Шмидт считает, что главными факторами эволюции околосолнечного облака были действие силы тяготения, затем закон сохранения энергии и, наконец, закон сохранения момента количества движения. Кроме того, для образования планет большое значение имел переход механической энергии мелких частиц в тепловую. Опираясь на вышеуказанные законы, О. Ю. Шмидт не только разработал схему формирования планет из мелких частиц околосолнечного облака, но объяснил и доказал ряд существенных закономерностей в строении Солнечной системы. Например, он первый объяснил и обосновал математически существующую закономерность в расстояниях между планетами Солнечной системы. До этого закономерности в планетных расстояниях были установлены И. Кеплером чисто эмпирически. О. Ю. Шмидт доказал, что расстояние планет от Солнца зависит от распределения частиц по величине удельного момента количества движения. Отсюда он установил, что квадратный корень из радиуса орбиты любой планеты является средним между квадратными корнями из радиусов орбит соседних планет. Расстояния между главными спутниками у Юпитера, Сатурна и Урана также подчиняются указанному закону, т. е. их расстояния от своих планет увеличиваются с такой же' закономерностью, как возрастают расстояния планет от Солнца.

О. Ю. Шмидт доказал, что если в теплоту переходит достаточно большая доля первоначального запаса механической энергии мелких частиц при соударениях, то планета должна приобрести прямое вращение, т. е. в сторону преобладающего направления движения, что и наблюдается в движении всех планет Солнечной системы. В тех случаях, когда в тепловую энергию переходила меньшая часть механической энергии, создавались условия для возникновения тел с обратным движением. Это и наблюдается для спутников Юпитера и Сатурна, расположенных от своих планет на больших расстояниях.

По представлениям О. Ю. Шмидта, мелкие частицы околосолнечного облака вначале двигались беспорядочно и часто сталкивались. Скорость их движения от соударений быстро уменьшалась и движения частиц постепенно «осреднялись» и превращались в круговые. Таким образом, из чрезвычайно вытянутых эллиптических орбит мелких частиц у планет Солнечной системы постепенно выработались орбиты, по форме близкие к кругу. Общее направление движения планет вокруг Солнца О. Ю. Шмидт объясняет тем, что мелкие частицы околосолнечного облака имели при своем вращении одно преобладающее направление, которое сохранилось и было унаследовано планетами.

Деление планет на две группы О. Ю. Шмидт объясняет наличием разных условий, при которых они формировались. Далекие планеты формировались при очень низкой температуре, и потому легкие элементы типа водорода превращались в твердые частицы, образуя главную массу планет. Близкие планеты намного сильнее прогревались Солнцем, и потому легкие элементы в них в большей части улетучились. Строение близких планет шло главным образом за счет тугоплавких и тяжелых элементов.

Несоответствие в распределении момента количества движения между Солнцем и планетами О. Ю. Шмидт объясняет тем, что при захвате Солнцем облака последнее имело собственный момент количества движения. Следовательно , момент количества движения планет связан не с моментом количества движения Солнца, а с моментом количества движения газово-пылевого облака исходной туманности.

Земля и все другие планеты, по мнению О. Ю. Шмидта, первоначально были холодными телами и никогда в первые этапы своей жизни не находились в раскаленном состоянии. Внутренняя теплота в Земле появилась позднее в результате распада радиоактивных элементов. На разогретой Земле появились вулканы, стали происходить землетрясения, движения земной коры, появились атмосфера и гидросфера.

Главный недостаток гипотезы О. Ю. Шмидта заключается в том, что проблема происхождения планет и их спутников им объясняется вне связи с процессом образования Солнца, хотя последнее и является главным и определяющим членом системы. Несомненно, что Солнце с его исключительно огромной массой играло ведущую роль в формировании всей системы, и потому игнорирование его в гипотезе является крупным недостатком. Совсем неубедительно предположение автора гипотезы о захвате или пленении «мелких частиц в массовом количестве» из туманностей нашей Галактики. Бездоказательным также является утверждение автора о холодном состоянии всех планет в первую стадию своей жизни.

Гипотеза О. Ю. Шмидта не разрешила самого главного и трудного вопроса в проблеме происхождения небесных тел — вопроса о происхождении околосолнечного облака. Она установила лишь ряд отдельных закономерностей в строении планет Солнечной системы и частично наметила пути их эволюции.

Гипотеза В. Г. Фесенкова

Акад. В. Г. Фесенков полагал, что процесс формирования планет широко распространен в природе и во Вселенной существует много планетных систем. В соответствии с позднейшими данными о происхождении новых звезд В. Г. Фесенков считал, что Солнце и планеты образовались почти одновременно из одной и той же исходной среды — уплотненного волокна газово-пылевой туманности, находящейся в неустойчивом состоянии. В плотном волокне сформировалось звездообразное сгущение, окруженное исходной газово-пылевой средой и вытянутое вместе с окружающим его облаком в плоскости экватора.

Затем под влиянием очень быстрого вращения, которое было у первичного Солнца, значительная часть газово-пылевой материи не смогла присоединиться к центральному сгущению и все дальше и дальше удалялась от центра туманности по плоскости экватора, образуя нечто вроде диска или уплощенной линзы. Постепенное уплотнение газово-пылевой материи вне центрального сгущения обусловило формирование планетных сгущений, превратившихся затем в современные планеты Солнечной системы.

Масса первичного Солнца и планетных сгущений, несомненно, была в 8—10 раз больше массы современной Солнечной системы. Первичное Солнце обладало запасом вращения, включающим суммарное вращение всех тел Солнечной системы. В сплющенном газово-пылевом облаке плотность массы распределена была крайне неравномерно. Огромное и только что сформировавшееся первичное Солнце и окружающее его облако имели крайне неустойчивое состояние.

Центробежные силы и корпускулярное излучение у первичного Солнца были настолько значительными, что если бы плотность облака, окружающего Солнце, была мала, то оно неизбежно рассеялось бы в мировом пространстве, не образуя никаких планет. Но так как средняя плотность облака Солнца в плоскости экватора была значительной, то вследствие неизбежных перепадов плотности внутри облака возникали местные сгущения, способные противостоять разлагающему действию как центрального тела, так и рассеивающему действию центробежной силы: из этих первичных местных сгущений и начали формироваться планеты Солнечной системы.

Для образования планет не требуется столкновений между отдельными частицами газово-пылевой среды. Распад газово-пылевой материи на местные сгущения — протопланеты — происходил в результате гравитационной неустойчивости среды, имеющей достаточную плотность. Так как наибольшее количество газово-пылевой материи было сосредоточено в плоскости экватора Солнца, то и наибольшее количество сгущений или протопланет образовалось в этой плоскости. В процессе дальнейшей гравитационной конденсации из многих вновь образовавшихся сгущений «выжили» и стали современными планетами лишь те, которые подвергались наименьшим возмущениям.

Образовавшиеся таким путем планеты Солнечной системы продолжали двигаться в разреженной окружающей среде, присоединяя к себе все новые и новые частицы массы из газово-пылевой среды. Движение планет в газово-пылевом облаке помимо увеличения их массы сопровождалось усреднением вращательных моментов встречных частиц, вследствие чего орбиты планетных сгущений с самого начала принимают форму эллипса, близкую к форме окружности.

Акад. В. Г. Фесенков полагает, что сначала должен был образоваться наиболее отдаленный от Солнца Плутон. Из-за дальности расстояния на Плутон меньше всего распространялось разлагающее действие огромного первичного Солнца. Образованию Плутона также не мешала еще ни одна планета, так как все вещество еще было в форме рассеянной газово-пылевой туманности. После Плутона сформировалась планета Нептун, образование которой должно было удовлетворять условию приливной устойчивости как в отношении Солнца, так и в отношении вновь образовавшегося Плутона. Обе планеты должны быть на таком безопасном расстоянии друг от друга, чтобы своим взаимным притяжением не разрушали друг друга и были гравитационно устойчивыми.

Образование всех остальных планет Солнечной системы также должно было идти последовательно с соблюдением «безопасного» расстояния от соседних планет, чтобы как вновь образующаяся, так и ранее существовавшие планеты не «мешали» друг другу и были устойчивы.

Из вышеуказанной закономерности в расположении планет Солнечной системы естественно вытекает, что относительное расстояние между орбитами таких крупных планет, как, например, Юпитер и Сатурн, обладающих громадным воздействием, должно быть гораздо больше, чем расстояние между небольшими внутренними и наружными планетами. Наблюдения подтверждают указанное свойство расположения планет Солнечной системы.

Развивая дальше принцип наименьшей помехи друг другу в процессе образования планет Солнечной системы, акад. В. Г. Фесенков установил закон планетных расстояний в зависимости от плотности среды, найдя математическое выражение устойчивости всех планет. Понятно, что при определении закона планетных расстояний необходимо считать, что в период образования планетной системы все планетные сгущения имели одинаковый химический состав, т. е. что они в среднем состояли из одних и тех же элементов, главным образом водорода и гелия, из которых состоит и современное Солнце.

Далеко расположенные от Солнца планеты почти полностью сохранили свой первоначальный состав до настоящего времени. Сохранение всех элементов в далеких планетах объясняется наличием на планетах низкой температуры, при которой даже легкие газы типа водорода не улетучивались в мировое пространство, а намерзали на твердые частицы планет. Планеты, расположенные вблизи от Солнца с самого начала формирования планетной системы вследствие интенсивного воздействия горячего Солнца очень сильно изменили свой первоначальный состав.

По мнению акад. В. Г. Фесенкова, нет никаких оснований считать, что близкие к Солнцу планеты земного типа образовались не из общей массы, а из особых тяжелых элементов, очень редких в космосе. Естественнее считать, что и планеты земного типа в период их формирования имели состав, близкий к составу всех других планет, но затем легкие элементы под воздействием солнечной теплоты улетучивались и сохранились лишь ядра первоначальных планет, состоящие главным образом из более тугоплавких тяжелых элементов.

Ценность гипотез и теорий определяется тем, насколько они правильно изображают реальное состояние изучаемого объекта и насколько они глубоко объясняют все процессы и явления в ходе их развития. Анализируя космогоническую гипотезу акад. В. Г. Фесенкова о происхождении Солнечной системы, мы видим, что гипотеза не только освещает отличительные особенности строения, но и доказательно объясняет происхождение и развитие Солнечной системы.

Вернуться назад к оглавлению "Общая Геология. Основы Геологии."