Николай Носков
Космология – основана на наблюдении и изучениикосмоса.
Космогония – наука о возникновении и развитиикосмических тел и систем.
Небулярная – связанная с газопылевыми туманностями.
В 1877 г. английский астроном Эбни [1] нашел способопределения скорости вращения звезд, предложив применить для этого эффектДоплера. Однако только в 1928 г. (через 51 год!) два астронома (О. Струве [2],США и Г. Шайн [3], Россия) решили эту задачу практически.
После того, как методом Эбни – Струве – Шайна былообследовано вращение множества звезд, оказалось, что скорости их вращениясвязаны со спектральным классом. Быстрее всего вращаются массивные звезды, амедленнее всего – желтые и красные карлики. При этом все основныехарактеристики – спектральный класс, масса, температура поверхности исветимость – меняются в главной последовательности звезд непрерывно и плавно,чего нельзя сказать о скорости вращения. У звезд класса Т она резкоуменьшается, а вблизи спектрального класса F5 изменяется скачком в сторонууменьшения со 100...150 км/с (скорость поверхности) до 0...50 км/с. Карлики жеспектральных классов G, K, M практически вообще не вращаются.
Этот факт привел исследователей к выводу о том, чтозвезды от массивных развиваются в сторону карликов, и только на этапедостижения ими класса F5 у них появляются планетные системы, которые приуменьшении массы звезды всего на 0,001 забирают у нее неким образом во времяобразования около 98% момента вращения.
Вывод, основанный на наблюдении, ставит под сомнениевсе высказанные до того времени гипотезы: небулярные – Канта, Лапласа, Фая,Лигонде, Шмидта, Вайцзекера, Фисенкова и других, поскольку из газопылевогооблака образуется вначале лишь сама звезда без планетной системы;катастрофические – Брауна, Аррениуса, Чемберлена, Мультона, Джинса и других,поскольку катастрофа – весьма редкое явление в космосе, хотя вышеприведенныйфакт изменения скорости вращения звезды -–регулярное и обязательное явление,привязанное к звездной величине; приливные, или ротационной неустойчивости,основанные на выплескивании вещества звездой – Дарвина, Хойла и других,поскольку более крупные и горячие звезды, вращаясь с большими скоростями (500км/с и выше), проявляют, устойчивость, в то время как звезды класса F5 вдругбез видимой причины резко теряют скорость вращения почти без изменения массы.
Исследователи начали настойчиво искать физическиемеханизмные подходы к решению проблемы образования планетных систем. Сначалашведский астроном Альвен [4] высказал идею о том, что звезда может передаватьвращательный момент сгусткам вещества на орбитах через магнитное поле.
Его идею развил Хойл [5], расчеты которого показали,что при образовании звезд после передачи ими части вращательного моментамежзвездной среде, скорость их вращения очень высока и соответствует скоростивращения самых горячих и массивных звезд. Далее он же подсчитал, что при массепротозвезды, равной солнечной, и при ее радиусе, превышающем солнечный в 40раз, центробежная сила на экваторе будет уравновешивать силу притяжения.Наступает состояние неустойчивости, и вещество звезды отделяется от нее,образуя диск. В формирующейся звезде можно ожидать наличие общего магнитногополя. В результате существования магнитной связи между отделившимся веществом извездой (из-за разницы угловых скоростей) происходит торможение вращениязвезды.
В гипотезе Хойла имеется несколько догадок ипредположений, не имеющих объяснений: откуда у звезд магнитное поле; какимобразом звезды теряют свою массу до достижения ими величины класса F5; какобразовавшийся диск разделяется на отдельные кольца, из которых впоследствииобразуются планеты, и др. Его гипотеза не объясняет также, как в планетахпроисходит рассортировка вещества по химическому составу.
В 1962 г французский астрофизик Шацман [6]предположил, что если магнитное поле на звездах существует (он тоже не можетсказать, откуда), то оно обусловливает возможность потери вращательного моментаи без образования планет. При этом он указывает на следующий наблюдательныйфакт: Солнце постоянно «выстреливает» потоки горячего ионизированного газа изобластей, называемых солнечными пятнами со скоростями сотен и тысяч км/с.Сейчас эти потоки малы, но ранее могло быть иначе. Заряженный (ионизированный)поток вещества за счет сцепления с магнитным полем звезды приобретает, помиморадиальной скорости, и окружную, так как с увеличением расстояния от звезды«лучи» магнитного поля имеют с ней ту же угловую скорость, но окружная растет.Наступает момент, когда поле ослаблено настолько (по закону обратныхквадратов), что не может больше удерживать вещество, и оно отрывается и улетаетв космос. Таким образом, звезды, отдавая вращательный момент выбрасываемомувеществу, сами замедляют вращение.
Мы видим, что в работе Шацмана наметился совершенноновый подход к объяснению торможения вращения звезд и механизма потери имимассы. Он не связывает торможение вращения ни с образованием диска, ни ссуществованием (заранее) некоего газопылевого облака.
Шацмана поддержали исследователи Су Шу-хуанг [7] иХаяши [8]. В 1965 г. Су Шу-хуанг произвел расчеты по механизму Шацмана дляСолнечной системы и показал, что Солнце потеряло основную часть вращательногомомента еще до образования планетной системы. Он делает вывод, что именно в тотмомент, когда Солнце было протозвездой (звездой типа Т), у него имелись мощныеактивные области, вроде нынешних темных пятен, откуда выбрасываласьнамагниченная плазма. И только на последнем этапе этого процесса выбрасываемоевещество начинает формировать газопылевые диски, из которых впоследствииобразуются планеты.
Хаяши развил теорию эволюции протозвезд, из которойследует очень важный вывод: бурными конвективными движениями охвачены лишь звездыс массой меньше 1,5 массы Солнца, с которыми Хойл и связывал существование«вмороженного» магнитного поля.
Альвен, Хойл, Шацман, Су Шу-хуанг и Хаяши с помощьюнаблюдательной астрономии и астрофизики создали каркас космогоническойгипотезы, из которой уже видны реальные черты процессов образования звезд ивозле них – планетных систем. Остается лишь объяснить ряд наблюдаемых фактов,таких как наличие у звезд магнитного поля, механизм выбрасывания вещества иззвезды, распределение вещества в планетах по химическому составу и др.
Вещество звезды – плазма, – «газ, состоящий изположительно и отрицательно заряженных частиц в таких пропорциях, при которыхобщий заряд равен нулю» (Франк – Каменецкий [9]). Уже из этого определениясовершенно ясно, что плазма должна легко проводить через себя ток, может бытьуправляема магнитным полем, но сама создавать ни то, ни другое не может. Такимобразом, физика плазмы запрещает звездам иметь магнитное поле. Однако теперьточно известно, что его имеют не только звезды (и Солнце), но и планеты (вчастности, Земля).
Разгадка этого явления находится в физике атома: приобразовании небесного тела (звезды или планеты) внутри него в результатегравитации возникают давления, которые преодолевают электрическое отталкиваниеэлектронов на внешних слоях атомов и ионов и придавливают их так близко друг кдругу, что они начинают участвовать в компенсации заряда соседних ядер.Происходит перераспределение зарядов: часть электронов, ставших ненужными всоставе электронных оболочек, всплывают на поверхность тела и участвуют теперьв компенсации общего положительного заряда внутренней его области. Там ониувлекаются в движение вращающимся телом (звездой, планетой) и дифференцируютсяпо скоростям с помощью сил Ампера в отдельные поясовые потоки
На Юпитере и Сатурне мощные слои атмосфер достигают ихэлектронных оболочек, в результате чего они окрашиваются и наблюдаетсянеобычное и, на первый взгляд, необъяснимое явление, когда на разных поясахдвижение верхних слоев атмосфер происходит с разными скоростями, причемсуществуют четкие границы скоростей.
Существование электронных оболочек возле массивныхкосмических тел (в том числе, и у Земли) приводит к нескольким фундаментальнымпоследствиям, которые подтверждаются наблюдательной астрономией, и играютключевую роль в развитии звезд и планетных систем. В чем они заключаются?
Во-первых, движущиеся электронные оболочки космическихтел создают магнитное поле, но совсем не то «вмороженное» вертикальнонаправленное, о котором писали Альвен, Хойл, Шацман и Су Шу-хуанг. Это поле,направленное от одного полюса звезды или планеты к другому, создает идеальнуюмагнитную ловушку для плазмы, о какой мечтают наши термоядерщики. Оносдавливает плазму звезды и не дает ей разлетаться под действием температур иконвективных потоков. Существование магнитных полей возле планет можнообъяснить лишь присутствием на них электронных оболочек.
Во-вторых, существование поясного разделенияэлектронной оболочки по скоростям предполагает появление на границах поясовослабления притяжения электронов и как следствие – возникновение неустойчивостипотоков и их турбулентности. Максимальная разность скоростей (а значит итурбулентность) – у потоков, которые находятся вблизи экватора. Именно тамвозникают наибольшие вихри. Вихрь из электронов – электромагнит, силовые линиикоторого направлены по оси вихря, т.е. перпендикулярно поверхности звезды илипланеты. На Солнце – это так называемые темные пятна, а на Юпитере – красноепятно. И это как раз то «вмороженное» вертикально направленное магнитное поле,о котором писали Альвен, Хойл и другие исследователи.
Электронный вихрь своим магнитным полем создаетотверстие (дыру) в магнитной ловушке звезды, и в это отверстие устремляютсяпотоки вещества, получившие скорость либо за счет температуры, либо за счетконвективных потоков.
Как мы уже знаем из работы Хаяши, конвективные потокивозникают у звезд, величина которых равна или меньше 1,5 массы Солнца. До этогоутечка вещества из звезды происходит только за счет температурных движений ипотому – медленно. Однако механизм замедления вращения звезд и потери ими массыздесь четко прослеживается.
Вот как описывает конвективные потоки на Солнце Д. Мензелв книге «Наше Солнце» [10] (1963 г.). «Конвекционные потоки разделяют всюповерхность Солнца на отдельные области – гранулы размером в поперечникепримерно несколько сот километров, в которых чередуются нисходящие и восходящиепотоки. В нисходящих потоках происходит опускание холодной плазмы, а ввосходящих -–подъем горячей. Скорость подымающейся плазмы достигает 150 км/с иболее, и она взлетает высоко над поверхностью, образуя конусообразные фонтаны –пикселы. Буквально через несколько минут восходящие и нисходящие потокименяются местами. Возле темных пятен пикселы проявляют наибольшую активность,образуя протуберанцы» (выделено мной – Н.Н.).
Когда Солнце было величиной класса F5 (теперь оноследующего класса – G), мощность электронных вихрей в его оболочке и скоростьконвективных потоков была максимальной. Энергии движения выбрасываемой плазмыбыло достаточно для попадания ее на орбиты, где и образовались планеты. Притаком способе попадания вещества на орбиты совершенно прозрачным становитсямеханизм разделения его по химическому составу. Во-первых, это максвелловскоераспределение скоростей для всего спектра масс атомов, ионов и частиц, прикотором пик распределения попадает в область Сатурна и Юпитера, а соотношениелегких и тяжелых атомов меняется именно так, как это и наблюдается. Во-вторых,магнитное поле электронных вихрей, сцепленное с выбрасываемой плазмой,действует на нее как сепаратор, несколько искажая картину максвелловскогораспределения.
Нам остается теперь вспомнить, что выброшенноевещество задержится только на устойчивых квантованных орбитах, где образуетпланеты. Остальное – дело механики.
Список литературы
Эбни. Способ определения скорости вращения звезд путемспектрографических наблюдений с помощью эффекта Доплера. Англия, 1877. В кн.И.С. Шкловского «Вселенная, жизнь, разум». Наука, М., 1976, стр. 123.
О.Л. Струве. Определение скорости вращения звезд спомощью эффекта Доплера. США, 1928. В кн. И.С. Шкловского «Вселенная, жизнь,разум». Наука, М., 1976, стр. 123.
Г.А. Шайн. Определение скорости вращения звезд спомощью эффекта Доплера. Россия, 1928. В кн. И.С. Шкловского «Вселенная, жизнь,разум». Наука, М., 1976, стр. 123.
Х. Альвен. Механизм передачи момента вращения отзвезды к планетам с помощью магнитного поля. Швеция, 1950. В кн. И.С. Шкловского«Вселенная, жизнь, разум». Наука, М., 1976, стр. 124.
Ф. Хойл. Космогоническая гипотеза. Англия, 1958. В кн.И.С. Шкловского «Вселенная, жизнь, разум». Наука, М., 1976, стр. 125.
Э. Шацман. Механизм потери вращательного моментазвездами. Франция, 1962. В кн. И.С. Шкловского «Вселенная, жизнь, разум».Наука, М., 1976, стр. 128.
Су Шу – хуанг. Механизм Шацмана для объясненияаномального распределения вращательного момента в Солнечной системе. 1965. Вкн. И.С. Шкловского «Вселенная, жизнь, разум». Наука, М., 1976, стр. 129.
Хаяши. Теория эволюции протозвезд. Япония. В кн. И.С. Шкловского«Вселенная, жизнь, разум». Наука, М., 1976, стр. 130.
Д.А. Франк – Каменецкий. Плазма –четвертое состояниевещества. Атомиздат, М., 1975.
Д.Г. Мензел. Наше Солнце. Пер. с англ. Физматгиз, М.,1963.