Помоги проекту - поделись книгой:
Б. А. Воронцов-Вельяминов
ПРОИСХОЖДЕНИЕ НЕБЕСНЫХ ТЕЛ
ВВЕДЕНИЕ
1. О чём говорится в этой книжке?
Уже в далёкой древности люди спрашивали: «Как произошёл весь мир?», «Кто и когда создал вселенную?», «Когда будет конец мира?» В этой книжке мы расскажем о том, как отвечает на эти вопросы наука. Мы увидим, что самые эти вопросы поставлены неверно, что «весь мир» или «вселенная» никак не произошли и их никто и никогда не создавал, что «мир» никогда не кончится: вселенная была и будет вечна в своём движении и развитии.
Вселенной называется всё существующее на свете. Это — Земля, на которой мы живём, это — горы и моря, покрывающие её поверхность, это — Луна и Солнце, это — бесчисленные звёзды, сверкающие над нашей головой в тёмную безоблачную ночь. Мы расскажем о том, что вселенная состоит из разнообразных мировых тел, одним из которых является наша Земля. Эти мировые тела называют также небесными телами, потому что их мы видим на небе: днём — Солнце, ночью — Луну, звёзды и планеты.
Учёные установили, сколько времени прошло с тех пор, как Земля существует примерно в таком виде, в каком мы её видим сейчас, сколько времени существует Солнце как огромный раскалённый огненный шар, какие мировые тела более молодые и какие — более старые. Но вещество, из которого состоит Солнце, существовало и раньше, до того, как Солнце возникло. Было время, когда Земли ещё не было, но вещество, составляющее теперь нашу Землю, существовало и раньше.
Когда из какого-нибудь вещества образовывались одни небесные тела, то в это время уже существовали другие. Таким образом, можно говорить только о возникновении отдельных небесных тел и их систем, но не о происхождении вселенной вообще.
2. Легенды о сотворении мира
Разные народы древности задавались вопросом о том, как произошёл мир. Однако правильного представления о мире люди тогда ещё не имели. Многие явления природы были прежде для людей совершенно непонятными. Люди не знали, откуда берётся солнечное тепло, отчего бывает дождь, молния и гром и другие явления природы. Они думали, что мир наполнен множеством добрых и злых духов.
Добрыми духами считались те, которые вызывали силы или явления природы, полезные для человека, как, например, солнечное тепло и дождь. Наводнения и землетрясения вызывались, по мнению людей древности, злыми духами. Люди приписывали происхождение всего существующего и все изменения, происходящие в мире, исключительно действию невидимых богов или духов, их желанию и могуществу.
У разных народов, в соответствии с условиями их жизни и окружающей их природы, сложились различные сказания и легенды о происхождении мира. Но во всех этих рассказах отражается в сущности одно и то же. Наблюдая, как из рук работника выходит новая вещь, появляется новый топор, горшок, хижина или колодец, люди привыкли думать, что всё вокруг кем-то создано. Но так как работника и создателя гор и рек, морей и небесных светил они не видели, а создание всего этого, казалось, требовало огромной силы и мощи, то люди приписали сотворение мира воле могучих и невидимых богов и духов.
У гавайцев — жителей Гавайских островов, находящихся в Тихом океане, — существует такая легенда о сотворении мира. Сначала существовало огромное морское пространство, над которым в безграничном просторе носился бог Тангалоа. Он посылал свою дочь — Морского Жаворонка (по-гавайски Тури) посмотреть, не видно ли где-нибудь твёрдой и сухой земли. Но она не нашла места, где могла бы опуститься и отдохнуть. Усталая, возвратилась она назад. Тогда Тангалоа выломал из небесного свода скалу и бросил её в море. Эта скала образовала Гавайские острова, на которых Тури отдохнула и куда она потом занесла живые существа.
У индусов была легенда о сотворении мира совершенно иная. По этой легенде давно-давно существовала только первобытная вода. Эта вода сама по себе родила золотое яйцо. Из золотого яйца появилась на свет богиня Праянани. При этом яйцо раскололось: нижняя половинка яйца образовала землю, а верхняя — небо.
Многим известны религиозные предания о том, что весь мир сотворен одним богом «из ничего» в шесть дней.
Много таких легенд создано разными народами древности. Создавая свои легенды, люди пытались описать в них природу так, как они её понимали. Эти легенды, повторяясь из века в век, становились как бы священными, и сомневаться в их правильности считалось непростительной дерзостью. Из-за этого задерживалось возникновение, а затем развитие науки и свободной человеческой мысли, чуждой предрассудков. Когда отдельные передовые люди пытались подойти научно к объяснению природы, им часто говорили: «Оставьте эти попытки, обо всём этом говорится в наших сказаниях. Им надо верить, а не проверять их правильность». А тех учёных, кто пытался по-новому объяснить мир, жестоко преследовали.
3. Изменяемость природы, её законы и её единство
Все легенды о сотворении мира исходили из ошибочной мысли о том, что мир неизменен. В этих легендах говорилось, что вся вселенная была создана сразу, либо почти сразу (например, «в шесть дней»), и что с тех пор до наших дней она существует в неизменном виде. А между тем, внимательное и длительное наблюдение показывает, что ничего неизменного в мире нет. Природа и вселенная непрестанно меняются. Возникают кустарники, эти кустарники растут, превращаются в молодой лес. Старинные леса, состоящие из вековых дубов, разрушаются и гибнут. От действия дождей и ветров постепенно разрушаются огромные горы, превращаясь в каменные обломки и песок. Камни и песок сносятся водой вниз, застилают дно ущелья, состоявшее прежде из сплошного камня, и оно со временем покрывается каменными обломками, затем мелким щебнем и, наконец, почвой.
Быстрота изменения разных частей природы неодинакова. Одни изменения происходят на наших глазах за несколько минут, другие можно обнаружить, лишь следя за природой из года в год. Некоторые изменения в природе замечаются только при наблюдении многих поколений людей. Существуют в природе изменения и более медленные, так что даже поколения людей не могут проследить их до конца. Говорят, что и «капля долбит камень». Никто не мог видеть, как вода постепенно, капля за каплей падая на камень, делает в нём углубление. Этого нельзя заметить и на протяжении поколения людей. Но наблюдая камни, лежащие под струёй водопада, люди сделали правильный вывод о том, что вода гложет даже камень, если она падает на него в течение тысячелетий.
На этом примере видно, что мы можем делать правильные выводы о явлениях, происходящих в природе, даже не будучи их свидетелями. Тем более эти выводы будут правильны, если мы их всесторонне и научно проверим как путём размышления, так и путём опыта.
Для выяснения вопроса о происхождении небесных тел мы должны прежде всего ознакомиться с основными законами природы. Эти законы были установлены и из наблюдения над явлениями окружающей нас природы и из опытов, производимых в лабораториях. Важнейшие из этих законов — закон неуничтожаемости вещества, закон сохранения энергии и закон всемирного тяготения. Об этих законах и говорится в первой главе нашей книжки.
Опыты и наблюдения показали, что законы природы всеобщи, т. е. они действуют одинаково как в лабораториях Европы, так и в лабораториях Америки, они верны на Земле так же, как на Луне и на Солнце. Это нам позволяет с полной уверенностью применять выводы из наших земных научных опытов к явлениям, происходящим на других мировых телах. Благодаря этому мы можем понять происходящие на них явления, отказываясь от всяких вымыслов, которыми заполнены древние легенды.
Дальше, во второй главе, будет подробно рассказано о том, что состав Земли и других небесных тел — один и тот же. В состав Земли и предметов, находящихся на Земле, входят многие вещества, например, водород, кислород, кремний, железо и другие. Учёные установили, что эти же вещества входят и в состав других небесных тел. Таким образом, нет никаких оснований делать какое-то различие между земным и небесным и утверждать, что наш земной опыт не может нам позволить постигнуть тайны мирового пространства. Вся природа едина и едины действующие в ней законы.
I. ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫ ПРИРОДЫ
1. Неуничтожаемость вещества
Никогда мастер не создаёт своих изделий из ничего. Он только преобразует уже имеющийся материал. Например, гончар не создаёт горшок или кружку из ничего, а вылепливает их из глины, которую он откуда-нибудь взял.
Ни в одном явлении природы, ни в одном физическом или химическом опыте в лаборатории не наблюдалось случая, чтобы вещество возникало из ничего или чтобы оно совершенно исчезало.
Возьмём стакан горячего чая и растворим в нём кусок сахара. Сахар, как будто, исчез, — его не видно. Но вещество, составлявшее кусок сахара, не исчезло, а растворилось в чае. Если мы взвесим отдельно стакан чая и кусок сахара, то убедимся в том, что вместе они весят столько же, сколько стакан сладкого чая с растворённым в нём сахаром.
Химики могут, взяв два грамма невидимого, бесцветного газа — водорода и 16 граммов другого тоже невидимого газа — кислорода, заставить их химически соединиться и образовать 18 граммов воды. Они могут разложить воду на её составные части и тогда опять получат вместо 18 граммов воды 2 грамма водорода и 16 граммов кислорода.
Огородник бросает в почву мелкое зёрнышко — из него вырастает огромная репа. Эта репа не возникла из ничего. Она выросла и приобрела свой вес за счёт усвоения растением воды и воздуха, за счёт усвоения питательных веществ из почвы. После долгого разведения овощей на одном и том же месте почва, как известно, истощается, и растущие на ней овощи дают всё меньший и меньший урожай.
Если мы сожжём в стеклянной закрытой банке вату, намоченную спиртом, то вата и спирт после сгорания не исчезают бесследно. Часть их превратится в копоть и золу, а часть — в газ, который смешается с воздухом, наполняющим банку. В банке останется столько же вещества, сколько было до горения. Разница будет лишь в том, что после сгорания часть вещества изменила свой вид.
Учёные проделали много других опытов, показывающих, что вещество неуничтожаемо, что оно вечно. Следовательно, и вселенная, состоящая из вещества, также вечна и неуничтожаема. Она никогда не могла быть созданной из ничего и никогда не сможет исчезнуть, хотя небесные тела, из которых она состоит, постоянно меняются.
2. Неуничтожаемость энергии и её превращения
Мы часто встречаемся с разными видами работы, которую могут производить те или иные предметы. Так, например, несущийся танк, налетев на дом, может его разрушить — он производит работу разрушения. Камень, падая на землю, вдавливает частички земли; порох при взрыве образует газ, который выталкивает снаряд из ствола орудия — он производит работу, выбрасывая снаряд. Пар, находящийся в котле паровой машины, содержит тепло, за счёт которого машина производит работу. Эта способность производить работу называется энергией. Энергия всегда связана с веществом и без вещества существовать не может. Всякое вещество обладает энергией в той или другой форме: энергией движения (как у танка и камня), химической энергией (как у пороха), тепловой энергией (как у горячего пара). Существуют и другие виды энергии.
Откуда же у предмета берётся энергия? Откуда, например, взялась энергия у танка? Эту энергию ему передал бензин, сгоревший в двигателе танка. Бензин, которым был заправлен мотор танка, содержал в себе в скрытом виде энергию. Скрытая энергия, содержавшаяся в бензине, при сгорании освободилась и перешла в энергию расширения, т. е. движения газов. Энергия расширения газов привела в движение танк, сообщив ему энергию движения. В порохе заключена скрытая химическая энергия. Она превращается при взрыве в энергию пороховых газов, передающуюся орудийному снаряду. Снаряд приобретает энергию движения; при ударе о преграду она переходит в энергию, идущую на разрушение вещества, в которое попадает снаряд, и частично на нагревание этого вещества.
Каждое тело обладает тем или другим запасом скрытой или явной энергии. Точными опытами установлено, что энергия может переходить от одного предмета к другому, но количество её остаётся неизменным. Энергия неуничтожаема так же, как и вещество; она может только превратиться из одного вида в другой. Так, например, тепловая энергия может быть превращена в световую энергию или в электрическую. На электростанциях уголь передаёт скрытую в нём химическую энергию в энергию тепловую, тепловая энергия переходит в электрическую, а электрическая переходит либо в энергию движения (например в трамвае), либо в энергию опять-таки тепловую (в электронагревателях), либо в световую (в электрических лампочках и фонарях), либо в энергию радиоволн, посредством которых осуществляется радиопередача. Поднимая тяжёлый камень, мы затрачиваем энергию. Когда этот камень падает вниз, то его энергия уходит на вдавливание частичек земли и на небольшое их нагревание.
Количество энергии можно измерить и выразить в особой мере так же, как, например, расстояние можно измерить в километрах. Энергия всегда превращается из одного вида в другой, и точно установлено, что при всех этих превращениях общее количество энергии остаётся постоянным. Это — один из важнейших законов природы, называемый «законом сохранения и превращения энергии».
Неуничтожаемость вещества и энергии при всех их превращениях является основным законом природы, показывающим их вечность.
3. Всемирное тяготение
Когда какой-нибудь предмет ничем не поддерживается, он падает на Землю, потому что Земля его притягивает. Иногда говорят, что здесь действует «земное тяготение». Но этим свойством обладает не только Земля. Учёные установили, что все тела во вселенной притягиваются друг к другу с силой, которая тем больше, чем тяжелее эти тела и чем меньше расстояние между ними. Земля, Луна, Солнце, планеты, звёзды — каждое из этих тел притягивается к другому с не которой силой. Поэтому тяготение всех тел друг к другу названо «всемирным».
Учёные поставили опыт, на котором было обнаружено притяжение друг к другу свинцовых шаров.
На очень тонкой нити был подвешен в горизонтальном положении лёгкий стержень с двумя маленькими свинцовыми шариками на концах (рис. 1). К каждому из этих шариков было поднесено сбоку по большому свинцовому шару (с разных сторон от стержня). Тогда в каждой паре большой и маленький шары притянулись друг к другу, и в результате этого притяжения стержень заметно повернулся. Такое притяжение нельзя было смешать с магнитным, которое бывает при приближении магнита к железу: свинец — не магнитное вещество. Здесь шарики притягивались по закону всемирного тяготения.
По закону всемирного тяготения все тела во вселенной притягиваются друг к другу, независимо от того, есть ли между ними ещё какие-нибудь тела или нет, независимо от того, из каких веществ состоят притягивающиеся тела, какова их температура и т. п. Земля притягивает Луну, и именно это притяжение заставляет её вращаться вокруг Земли.
Своим притяжением Земля заставляет Луну двигаться прямо к Земле. Казалось бы, что Луна должна упасть на Землю. Но этого произойти не может потому, что Луна не находится в покое, а движется, и движение это направлено не к Земле, а в сторону (рис. 2).
Если бы не было всемирного тяготения и Земля не удерживала бы своим притяжением Луну, то Луна по прямой линии навсегда улетела бы прочь от Земли. Земля своим притяжением всё время сворачивает Луну с её прямолинейного пути и таким образом превращает её путь в круговой. Точнее, путь Луны вокруг Земли очень похож на круг, отличаясь от него только небольшой вытянутостью в одном направлении. Такая кривая линия называется эллипсом.
Земля обращается вокруг Солнца тоже по эллипсу, мало отличающемуся от круга, под действием притяжения Солнца. Притяжение Солнца заставляет вращаться вокруг него и другие планеты.
Тяготение к Земле, удерживающее Луну возле Земли, удерживает также и все предметы на поверхности самой Земли, и потому они двигаются вместе с нею. Брошенный камень снова падает на Землю под действием её притяжения.
Всемирное тяготение, проявляющееся на каждом шагу вокруг нас в нашей повседневной жизни, действует на всех расстояниях — оно существует во всей вселенной.
В этом убедились учёные ещё в прошлом столетии. Далеко-далеко от Земли — так далеко, что свет, несущийся со скоростью 300000 километров в секунду, употребляет сотни лет, чтобы пройти это расстояние, — существуют звёзды — далёкие солнца, вращающиеся друг около друга. Их движения показывают нам, что эти звёзды связаны взаимным тяготением так же, как Луна и Земля.
Одним из блестящих доказательств правильности закона всемирного тяготения было предсказание существования неизвестной ранее планеты. Приблизительно 100 лет тому назад французский учёный Леверье исследовал движение Урана — планеты, наиболее далёкой от Солнца среди всех тогда известных планет. Леверье подсчитал все притяжения, которые испытывает Уран как со стороны самого Солнца, так и со стороны всех остальных планет, которые тогда знали. Сравнив результаты своих вычислений с наблюдаемым движением Урана, Леверье обнаружил, что это движение немного расходится с тем, которое получалось согласно подсчётам. В движении Урана получались непонятные отклонения или, как говорят, неправильности. Леверье заявил, что эти неправильности могут быть объяснены только тем, что ещё дальше от Солнца, чем Уран, находится неизвестная до сих пор планета: она-то своим притяжением и производит наблюдаемые неправильности в движении Урана. Мало того, Леверье сумел вычислить положение неизвестной планеты в мировом пространстве и то место на небе, где она должна быть видна с Земли в определённый день и час. По указанию Леверье на эту точку неба направили телескоп, и действительно, именно там была обнаружена неизвестная ранее планета. Эту планету назвали Нептуном.
Открытие Нептуна явилось замечательным подтверждением не только справедливости закона тяготения — одной из тайн, вырванных нами у природы, — но и способности человека на основе научных знаний предсказывать существование неизвестных раньше мировых тел.
II. ЧТО ПРЕДСТАВЛЯЕТ СОБОЙ ВСЕЛЕННАЯ?
1. Вселенная по представлениям древних
Прежде чем подойти к объяснению происхождения Земли и небесных тел, надо выяснить, что они собой представляют.
В древние времена люди, не располагая научными методами исследования, представляли себе устройство Земли и вселенной очень наивно. Они считали Землю плоской и прикрытой сверху небосводом, как прозрачным хрустальным колпаком. Звёзды и другие небесные тела они рассматривали, как светильники, созданные специально для освещения Земли и для украшения неба. Никакого понятия о расстояниях, отделяющих от нас небесные светила, и о различиях в этих расстояниях они не имели. Расстояния до неба одни считали равными нескольким десяткам тысяч километров, другие же — нескольким сотням тысяч километров. Теперь мы знаем, что даже Луна — ближайшее к нам небесное тело — отстоит от нас на 380000 километров, а Солнце — на полтораста миллионов километров. Ближайшие звёзды отстоят от нас в сотни тысяч раз дальше, чем Солнце, а большинство — в миллионы раз.
2. Из чего состоят Земля и другие небесные тела?
Защитники старинных невежественных взглядов на строение и происхождение вселенной были убеждены в том, что небесный мир совершенно отличен от нашего земного мира. Поскольку эти люди считали небо местопребыванием духов и богов, они и небесные светила считали созданными из какого-то совершенно особого вещества, не встречающегося на Земле.
Это неверно: состав всей вселенной один и тот же.
Около восьмидесяти лет тому назад был изобретён замечательный способ исследования химического состава вещества, называемый спектральным анализом. Спектральный анализ позволяет устанавливать состав светящегося вещества на основании исследования испускаемого им света. Спектральным анализом можно обнаружить, имеется ли в исследуемой химической смеси какое-либо определённое вещество, например медь, хотя бы в самом ничтожном количестве. Этим анализом пользуются, например, для того, чтобы установить содержание полезных ископаемых — олова, цинка или меди — в находимой руде.
Из какого вещества состоит светящееся тело, говорят нам посылаемые им лучи света, если только уметь их надлежащим образом «допросить» при помощи спектрального анализа.
Именно таким путём учёные узнали, из чего состоят Солнце и звёзды. Оказывается, все эти небесные тела, как бы далеко они от нас ни находились, состоят из одних и тех же простейших химических веществ — так называемых химических элементов, которые встречаются на нашей Земле. Все остальные вещества, как бы сложны они ни были, представляют собой соединения этих простейших веществ. Различных химических элементов существует всего 92, но многие из них встречаются на Земле очень редко. Такие редкие химические элементы встречаются редко и на других небесных светилах. К химическим элементам относятся водород, кислород и азот, находящиеся на Земле обычно в состоянии газа. Металлы — железо, медь, никель — это тоже химические элементы, находящиеся на Земле в твёрдом состоянии. При высокой температуре все металлы плавятся и становятся жидкими, как ртуть. При ещё более высокой температуре они превращаются даже в пар.
Другие химические вещества, например, соль и вода, не являются элементами, — это уже сложные химические вещества — химические соединения элементов. Соль — это химическое соединение двух элементов: газа хлора и металла натрия; вода — химическое соединение двух газов — водорода и кислорода. При очень высокой температуре химические соединения распадаются на свои составные части. Таким образом, при высокой температуре не могут существовать не только живые организмы, представляющие собой очень сложные образования, но даже и простейшие химические соединения неживой природы (такие, как соль, вода и т. п.).
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. 3). 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 кажутся 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. 4).
Самая большая из планет — это Юпитер. По поперечнику он в 11 раз больше Земли и в 10 раз меньше, чем Солнце (рис. 5). 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 больше Меркурия и Плутона — самых маленьких планет 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 та, 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 целым 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).
Поделиться книгой: