Помоги проекту - поделись книгой:
Спектральный анализ не обнаружил на небесных светилах ни одного химического элемента, который не был бы известен на Земле!
То, что Земля и другие небесные тела имеют один и тот же химический состав, подтверждается ещё следующим. Иногда в разных местах на Землю с неба падают камни, называемые метеоритами (рис. 5 и 6). Некоторые из таких камней, странствуя миллионы лет в мировом пространстве, сталкиваются с Землёй. На этом их странствования кончаются. Метеориты — это осколки небесных тел, которые мы можем взять в руки и изучать так же, как мы изучаем любые земные предметы. Химический анализ метеоритов опять-таки показывает нам, что они состоят из известных на Земле химических элементов и не содержат никаких новых элементов, которых не существует на Земле.
3. Солнечная система
Наша Земля — одна из девяти известных нам планет, входящих в солнечную систему. Планеты — это огромные холодные и твёрдые шары, которые вращаются вокруг Солнца. Мы видим их с Земли не потому, что они раскалены, как Солнце и звёзды, а потому, что их освещает Солнце. С Земли планеты видны невооружённому глазу в виде звёздочек; если бы нашу Землю рассматривали с другой планеты, то она представилась бы тоже в виде звёздочки.
Земля — третья по счёту планета, если считать от Солнца. Ближе, чем она, к Солнцу расположены планеты Меркурий и Венера. За Землёй следуют планеты Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и Плутон (рис. 7).
Самая большая из планет — Юпитер. По поперечнику он в И раз больше Земли и в 10 раз меньше, чем Солнце (рис. 8). Все планеты, и Земля в том числе, вращаются вокруг Солнца по той же самой причине, по которой Луна вращается вокруг Земли, т. е. вследствие всемирного тяготения.
У некоторых планет имеются так называемые спутники, как бы планеты меньшего размера, которые вращаются вокруг своих планет так же, как сами планеты вращаются вокруг Солнца. Луна — это спутник Земли.
Больше всего спутников у Юпитера. Их у него целая свита в одиннадцать штук. Самый большой из спутников Юпитера немного меньше Меркурия — самостоятельной планеты солнечной системы.
Некоторые планеты окружены газом; этот газ удерживается около них силой тяготения, образуя слой, который называется атмосферой. Атмосферу Земли составляет воздух, которым мы дышим. Самые большие и тяжёлые планеты — Юпитер и Сатурн — окружены обширной густой атмосферой, в которой плавают мощные гряды облаков. Планеты среднего размера — Земля, Венера и Марс — окружены сравнительно менее плотной атмосферой, Причина этого в том, что по закону всемирного тяготения меньшие планеты притягивают газы с меньшей силой; если притяжение планеты недостаточно велико, то более лёгкие газы постепенно улетучиваются с планеты и рассеиваются в пространстве. Более тяжёлые и менее летучие газы, как кислород, азот и углекислота, тоже должны рассеяться, если притяжение планеты недостаточно сильно. Это мы и наблюдаем в действительности. Например, маленькие по сравнению с Землёй Меркурий и Луна совершенно лишены атмосферы.
Солнечная система обладает рядом замечательных особенностей.
Первая из этих особенностей та, что пути всех планет около Солнца и пути всех спутников около своих планет мало отличаются от кругов.
Вторая особенность состоит в том, что все эти планеты, за отдельными немногими исключениями, обращаются около Солнца почти в одной плоскости. Солнечную систему можно, таким образом, сравнить с тонким грандиозным блином, имеющим поперечник приблизительно шесть миллиардов километров (таков поперечник пути Плутона — самой далёкой из известных нам планет).
Третья особенность солнечной системы состоит в том, что все планеты обращаются вокруг Солнца в одном и том же направлении. Почти все спутники планет, сами планеты вокруг своей оси и даже само Солнце вокруг своей оси тоже вращаются в ту же самую сторону.
Наконец, интересно отметить, что почти всё вещество солнечной системы заключено в самом Солнце. На долю всех планет вместе взятых приходится (по весу) немногим больше одной тысячной доли всего вещества, заключённого во всей солнечной системе (рис. 9). Если всё вещество Солнца представить себе в виде ведра пшеницы, то вещество, заключённое в нашей Земле, представится только одним единственным зёрнышком.
4. Солнце — одна из звезд
В центре нашей солнечной системы находится Солнце — его можно считать ближайшей к нам звездой. И Солнце, и звёзды состоят из раскалённых газов, нагретых на поверхности до нескольких тысяч градусов. Например, поверхность Солнца накалена до 6000º, так что там даже самые тугоплавкие металлы — железо, никель и другие — находятся в виде пара. Внутри же Солнца и звёзд температура доходит до десятков миллионов градусов. Температура поверхности Солнца и звёзд измеряется различными способами и приборами. В частности, при этом применяются те же способы и приборы, что и при определении температуры расплавленной стали в мартеновских печах. Для того чтобы определить температуру в мартеновской печи, мы не должны непременно совать в неё термометр — это невозможно сделать, да и температура такая большая, что обычный термометр её показать не может. Эту температуру определяют на расстоянии, исследуя состав света, который излучает раскалённое тело. Температура Солнца и звёзд определяется так же уверенно и точно, как температура мартеновской печи.
Солнце, как и Земля, вращается вокруг своей оси, но в отличие от вращения Земли отдельные части Солнца делают полный оборот в различное время. Части Солнца, находящиеся на его экваторе, делают один оборот за 25 суток; части, расположенные ближе к полюсам Солнца, вращаются медленнее. Такое явление происходит только по одной причине: Солнце вращается не как твёрдое тело, его части не связаны крепко между собой. Это ещё раз подтверждает, что Солнце состоит из газа.
На Солнце почти всегда можно наблюдать в телескоп (через закопчённое стекло) тёмные пятна (рис. 10). Это — сравнительно охлаждённые участки солнечной поверхности, температура которых всё же составляет 4 ½ тысячи градусов. Они кажутся чёрными только по сравнению с окружающими ещё более горячими и потому ещё более яркими частями солнечной поверхности. По этой же причине ярко тлеющая спичка кажется чёрной на фоне ещё более яркого света прожектора.
Солнце окружено раскалённой атмосферой, состоящей из разреженных газов, которые находятся в непрерывном бурном движении. С поверхности Солнца постоянно выбрасываются наружу гигантские фонтаны раскалённого газа, которые затем снова падают на поверхность Солнца.
5. Звёзды — далёкие солнца
Ближайшей к нам после Солнца звездой является звезда, которую астрономы называют Альфой в созвездии Центавра. Эта звезда невидима в СССР; её можно видеть только в южных странах. Альфа Центавра отстоит от нас в 270 000 раз дальше, чем Солнце. Свет от неё идёт до нас целых 4 года. Если бы мы проложили от Земли к этой звезде железнодорожный путь и пустили по нему поезд со скоростью 100 километров в час, то, идя без остановок, он добрался бы до Альфы Центавра только через 40 миллионов лет!
Другие звёзды расположены от нас ещё гораздо дальше, так что размеры всей солнечной системы в сравнении с её расстоянием до звёзд ничтожно малы. Расстояния до звёзд определяются теми же способами, какими артиллеристы определяют расстояние до недоступных предметов на Земле. Артиллеристы находят расстояние от орудия до цели, до которой они дойти не могут, конечно, не при помощи рулетки, а специальными угломерными приборами. Для определения расстояния до звёзд тоже применяются угломерные приборы, только точность их гораздо больше; по существу же никакой разницы между способами измерения расстояний здесь нет.
Различными способами и приборами учёные изучили природу звёзд и обнаружили, что наше Солнце ничем особенным от них не отличается. Большинство звёзд раскалено так же, как и наше Солнце, но они кажутся нам слабо светящимися точками лишь потому, что они очень далеки от нас. Правда, многие звёзды излучают меньше света, чем наше. Солнце; кроме того, многие из них в несколько раз меньше его по размерам. Есть звёзды более холодные, чем Солнце — они красного цвета и имеют температуру всего лишь около 3000º. Другие, более горячие, имеют температуру, доходящую до 30 000º. Они белого цвета, тогда как наше Солнце имеет температуру 6000º и относится к разряду звёзд жёлтого цвета.
Среди звёзд существует небольшое число звёзд-гигантов, в сотни раз больших, чем Солнце, по поперечнику. Все эти звёзды-гиганты — сравнительно холодные, красного цвета и очень разреженные, но они ярче Солнца в тысячу раз. Замечательно общее свойство всех звёзд: несмотря на большое разнообразие в температуре, размерах и яркости звёзд, процентное содержание по весу различных химических элементов в различных звёздах довольно одинаково — примерно такое же, какое мы встречаем в нашем Солнце.
6. Звёздные миры
Наше Солнце вместе с несколькими миллиардами других звёзд составляет единую величественную звёздную систему, называемую Галактикой. Это громадное скопище звёзд имеет сжатую форму, напоминающую карманные часы или две суповые тарелки, сложенные друг с другом своими краями (рис. 11). От одного края Галактики до другого свет идёт около 80 000 лет.
Расстояние солнечной системы от центра Галактики вдвое больше, чем расстояние до её края. Как и другие звёзды, Солнце вместе со всей солнечной системой вращается вокруг центра Галактики, делая полный оборот приблизительно за 150 миллионов лет.
Более ста лет назад русский учёный В. Я. Струве доказал, что внутри звёздной системы звёзды не распределены равномерно, как солдаты в строю. В некоторых местах звёзды расположены реже, а в других — гуще, образуя звёздные скопления. Между тем до Струве Гершель и другие учёные за рубежом считали нашу звёздную систему везде одинаковой.
Галактика не является единственной звёздной системой во вселенной. На небе удалось обнаружить наблюдениями сотни тысяч маленьких туманных пятнышек (их называют обычно «туманностями»), которые оказались такими же гигантскими звёздными системами. Они тоже называются галактиками (здесь это слово пишется не с большой, а с малой буквы, потому что «Галактика» — это имя собственное только того скопления звёзд, к которому принадлежит наше Солнце). Расстояния между галактиками так велики, что свет от одной галактики до соседней идёт около миллиона лет.
Многие из галактик имеют спиральное строение (рис. 12 и 13). Из центра такой галактики, напоминающей сплющенный шар, выходят в противоположных направлениях две ветви, или два рукава, состоящие из звёзд и закручивающиеся вокруг центрального сгущения по спирали, наподобие часовой пружины. Вероятно, такое же спиральное строение имеет и наша Галактика, а её «рукава» образуют всем известный Млечный Путь.
Кроме таких колоссальных туманностей, называемых галактиками, существуют ещё другие туманности, гораздо меньшего размера. Однако и они по своему размеру так велики, что внутри них уместились бы сотни и тысячи звёзд. Некоторые из таких туманностей состоят из необычайно разреженного светящегося газа (рис. 14); такие туманности в большом числе входят в состав галактик. Другие из таких туманностей состоят из мельчайшей пыли (рис. 15). Когда эта пыль освещается какой-нибудь соседней очень яркой звездой, то туманность светится; если же поблизости такой яркой звезды нет, то облако пыли не светится и заслоняет от нас свет тех звёзд, которые находятся за ней. В этом месте получается как бы тёмное беззвёздное пятно на небе.
Таким образом, мы видим, что вселенная, в тех её частях, которые можно наблюдать в современные телескопы, состоит из гигантских образований. Одни из них, круглой или сплющенной формы, состоят из сплошного вещества. Другие состоят частично из сплошного вещества, частично — из звёзд. Третьи такие образования имеют спиральную форму и целиком или почти целиком состоят из множества отдельных звёзд. Одним из таких огромных образований является наша Галактика, в которой Солнце — только одна из нескольких миллиардов звёзд.
III. КАК ПРОИЗОШЛИ НЕБЕСНЫЕ ТЕЛА
1. Развитие природы и возраст небесных тел
Мы уже говорили о том, что всё в природе непрестанно изменяется. Это изменение происходит само по себе, без всякого воздействия каких-либо сверхъестественных сил.
Наука геология, изучающая историю земной коры, рассказывает нам, что в некоторых местах, где теперь суша, когда-то было море. Мы находим, иногда даже в горах, раковины живших там некогда морских животных. Мы видим, как реки, размывая берега, уносят с собой оторванные от них частицы, которые оседают потом на морское дно. Как ни мало наносится таких песчинок в море, ежедневно, из года в год, из века в век их приносится великое множество. Давя друг на друга, они спрессовываются и образуют на дне моря каменный пласт. Так образовались осадочные горные породы, называемые песчаниками. Горная порода, называемая известняком, образовалась из спрессованных обломков морских раковин. Удалось различить, какие из таких известняков образовались раньше и какие позднее. Установив, на какую величину в течение года может увеличиваться толщина пласта песчаника или известняка, геологи подсчитали, сколько времени существуют различные породы, из которых состоит земная кора.
Оказалось, что земной коре уже много миллионов лет, а возраст Земли в целом, конечно, должен быть значительно больше.
При остывании Земли, бывшей когда-то более нагретой, чем теперь, её кора местами растягивалась, местами сжималась, образуя складки, как кожица на высыхающем яблоке. Складки земной коры, выпирающие вверх, мы называем горами. Бывает, что вспучивается наверх дно моря, и тогда оно становится горным кряжем. Замечено, что и сейчас Скандинавский полуостров продолжает подниматься из моря — примерно на один метр за каждые сто лет.
Эти изменения поверхности Земли протекают крайне медленно, но неуклонно; они наглядно показывают, что развитие поверхности Земли всё еще продолжается.
Земля — одно из небесных тел; если она сейчас продолжает развиваться, то это же, конечно, происходило и с другими небесными телами в прошлом, происходит сейчас и будет происходить в будущем.
Развитие небесных тел протекает чрезвычайно медленно. Мы уже видели, как геологи определили возраст земной коры, изучая горные породы. Ещё более точно можно установить возраст Земли, изучив так называемые радиоактивные вещества, заключённые в горных породах. К таким веществам принадлежит химический элемент радий. Радий обладает свойством постепенно, сам собой, превращаться в другие химические элементы и в конце концов превращается в свинец. Химики определяют, какое количество свинца и какое количество радия находится в куске исследуемой горной породы. Зная быстроту превращения радия в свинец, можно подсчитать, сколько времени продолжалось превращение радия в этом куске. На основе таких подсчётов учёные установили, что самые древние горные породы имеют возраст в три миллиарда лет. Таков возраст земной коры!
Возраст Солнца, а также и звёзд, являющихся далёкими солнцами, гораздо больше возраста Земли. Это можно заключить из следующего. С течением времени Солнце непрерывно остывает, но это остывание протекает очень медленно. В различных горных породах находят остатки окаменелых растений и животных, живших миллионы лет тому назад за счёт солнечного тепла и света. Исследуя их, учёные установили, что со времени жизни этих животных и растений Солнце остыло едва заметно. Значит, в то время, когда земная кора затвердевала, Солнце было горячее, чем сейчас, но не намного. Но мы уже говорили о том, что существуют звёзды гораздо более горячие, чем наше Солнце. Значит, было время, когда Солнце имело такую же температуру, как эти звёзды теперь. Но Солнце остывает так медленно, что это могло быть очень давно — гораздо раньше, чем образовалась Земля. Значит, возраст Солнца значительно больше возраста Земли.
Теперь мы перейдём к ответу на вопросы — как произошли небесные тела.
2. Как рождаются звёзды
Ни один человек не мог, конечно, наблюдать, как рождаются, развиваются и гибнут звёзды: человеческой жизни для этого недостаточно, и несколько поколений людей, наблюдая за одной и той же звездой, не могут заметить в ней никаких изменений — так медленно эти изменения протекают. И если всё же учёные узнали, какие изменения происходят в звёздах, то этого они достигли на основании наблюдения не одной какой-нибудь звезды, а сразу многих.
Чтобы это было понятнее, приведём следующий пример. Может ли один человек узнать, как развивается дерево, если он будет наблюдать только за одним деревом? Нет. Жизни человека недостаточно, чтобы проследить весь рост вековых дубов или других таких же многолетних растений. Но когда мы видим в лесу молодую древесную поросль, взрослые деревья и повалившиеся лесные великаны, уже отжившие свой век, то, сравнивая их друг с другом, мы можем догадаться, каковы деревья в молодом возрасте и чем кончается история их жизни.
Совершенно так же учёные устанавливают, как рождаются и живут звёздные миры. Небо, простирающееся над нами, это как бы огромный звёздный лес. Мы видим в нём разные «деревья», т. е. звёздные системы — молодые и старые. Учёные наблюдают через телескопы различные состояния звёздных систем, о которых мы рассказывали раньше, и делают из этих наблюдений научные выводы.
В настоящее время еще не выяснено окончательно, из какой формы вещества формируются звёзды. Однако мы знаем, что во вселенной очень много такого, так сказать «неорганизованного» вещества, из которого могли бы сгущаться звёзды. Это облака разреженного газа и облака мелкой пыли. В нашей Галактике этого вещества примерно в тысячу раз меньше, чем во всех звёздах вместе взятых (в Галактике) и примерно в сто миллионов раз больше, чем в одной средней звезде. Мы упоминали, что такие облака газа и пыли наблюдаются нами в виде бесформенных светлых и тёмных пятен — туманностей. Кроме пыли и газа, во вселенной носится множество твёрдых камешков, которые могли произойти от слипания друг с другом отдельных пылинок. Такие камешки в мировом пространстве нам не видны, но некоторые из них, налетая на Землю, падают на неё и тем извещают нас о своём существовании. Некоторые камешки довольно крупные и их скорее надо назвать камнями.
Расчёты показывают, что звёзды могли бы образоваться из всех этих трёх видов вещества путём его сгущения под действием взаимного тяготения его частиц или вследствие слипания при столкновениях. Между прочим недавно обнаружены незамеченные ранее, очень маленькие на вид, тёмные образования. Они оказались сгущениями пыли, уплотняющимися к центру и, может быть, являющимися холодными зародышами будущих звёзд.
Подсчёты энергии, теряемой разными звёздами, показали, что звёзды, подобные Солнцу, при имеющихся у них запасах энергии могут светиться так очень долго — десятки миллиардов лет. Наиболее яркие, горячие, белые и голубоватые звёзды расходуют энергии так много, что подобную расточительную жизнь они могли начать не более одного — десяти миллионов лет назад. Возможно, что некоторые из гигантских и довольно разреженных горячих звёзд образовались совсем недавно. Среди них есть звёзды, энергично выбрасывающие газы со своей поверхности. Они тем более должны быть молоды, так как при подобном темпе потери своего вещества за какие-нибудь десять тысяч лет успели бы распылиться нацело.
Приходится признать, что наиболее молодые из звёзд — самые яркие и горячие, в несколько раз большие, чем Солнце, возникают из скоплений газа, пыли или камешков очень быстро, — так быстро, что мы поблизости от солнечной системы не встречаем звёзд в состоянии, предшествующем их превращению в яркую и горячую звезду. Найти поблизости зарождающуюся звезду очень трудно.
Сжимающийся быстро огромный комок газа или пыли по законам физики очень быстро разогревается, так что и пыль превращается в пары, в газ. Когда он достигает известной температуры, в нём должны начаться процессы превращения одних химических элементов в другие, сопровождающиеся выделением огромного количества энергии. А это поведёт к ещё большему разогреванию сжимающегося вещества, превращающегося в огромную, ярко светящуюся и горячую газовую звезду[1]. Тогда начинается основной вид превращения элементов — превращение водорода в гелий. Водород — самый лёгкий и обильный газ во вселенной. Он образует главную составную часть возникающих звёзд. Запасов водорода в звёздах так много, что по подсчётам превращение его в гелий с выделением такой энергии, какая наблюдается в звёздах, может занять миллиарды лет.
Но при сжатии вещества в шар, превращающийся в звезду, как правило, возникает быстрое вращение. Наблюдение показывает, что горячие и яркие молодые звёзды вращаются быстрее всего. На их экваторе вращение происходит со скоростью, доходящей до 500 км в секунду, тогда как скорость вращения Солнца на экваторе составляет всего 2 км/сек, а Земли — 400 метров в секунду. При подобной скорости вращения возникшей звезде угрожает распадение, подобно тому, как может разорваться слишком быстро вращающееся маховое колесо машины. Эту опасность создаёт так называемая центробежная сила, развивающаяся при вращении и стремящаяся удалить вращающееся тело и его частицы от оси вращения.
С другой стороны, мощный поток энергии, излучаемый звездой, происходящие на её поверхности потоки и взрывы вещества тоже стремятся оторвать от звезды её наружные слои. Этому способствуют и явления электрического отталкивания между наэлектризованными частицами в атмосфере звезды. Как показывают подсчёты академика В. Г. Фесенкова и других советских учёных (В. А. Крата и С. Б. Пикельнера), горячие звёзды, особенно при быстром вращении, должны постепенно терять часть своего вещества, которое рассеивается в мировое пространство. У некоторых горячих звёзд мы непосредственно наблюдаем такое выбрасывание вещества.
В результате потери вещества вес звезды уменьшается, а её химический состав, как мы видели, меняется при превращении водорода в гелий. Как показали расчёты советской исследовательницы А. Г. Масевич, горячая звезда должна постепенно охлаждаться, уменьшаться в размерах и уплотняться, приходя в то состояние, в котором сейчас находится Солнце. Этот путь развития занимает несколько миллиардов лет. Дальнейшее охлаждение Солнца будет происходить так медленно, что еще много миллиардов лет люди смогут пользоваться на Земле его теплом и светом. Человечество существует еще ничтожно малый срок в сравнении с тем временем, который обеспечен для его развития за счёт солнечной энергии. Холодные звёзды гигантских размеров могут, по-видимому, возникать при некоторых особых условиях развития горячих и молодых звёзд, и дальнейший путь их развития еще не вполне ясен.
Так, Солнце имело свою длинную историю, прежде чем стало таким, каким мы его видим. Множество таких же солнц одновременно с ним пережило такие превращения, другие родились раньше его и сейчас холоднее, чем оно, а третьи звёзды сейчас еще только зарождаются.
3. Происхождение солнечной системы
Поделиться книгой: