Другая механическая теория происхождения солнечного тепла отстаивается профессором Гельмгольцем в его интересной работе «О взаимодействии природных сил». Относительно Солнца он говорит: «Если мы примем весьма вероятный взгляд, что удивительно малая плотность такого большого тела вызвана его высокой температурой и может со временем стать больше, можно рассчитать, что если бы диаметр Солнца уменьшился всего на десятитысячную часть своей нынешней длины, то этим актом выделилось бы достаточное количество тепла, чтобы покрыть общее излучение в течение 2100 лет. Такое небольшое изменение, к тому же, было бы трудно обнаружить с помощью самых точных астрономических наблюдений». Тот же взгляд принят доктором Джоэлом Э. Хендриксом из Де-Мойна, Айова.
ГЛАВА X. ОБЪЯСНИТ ЛИ МЕТЕОРНАЯ ТЕОРИЯ ЯВЛЕНИЯ ПЕРЕМЕННЫХ И ВРЕМЕННЫХ ЗВЕЗД?
Показав, что метеорные астероиды рассеяны в огромных количествах по всей Вселенной; что, по мнению выдающихся физиков, солнечное тепло производится осаждением такого вещества на поверхность Солнца; и что Леверье счел необходимым ввести возмущающее действие метеорных колец, чтобы полностью объяснить движение перигелия Меркурия; мы теперь предлагаем распространить метеорную теорию на ряд явлений, которые до сих пор не получили удовлетворительного объяснения.
Переменные и временные звезды.
Никакая теория относительно происхождения света и тепла Солнца не казалась бы допустимой, если она не применима также к звездным системам. Объяснит ли метеорная теория явления переменных и временных звезд?
«Относительно переменных звезд было замечено, что при прохождении через свои последовательные фазы они подвержены заметным нерегулярностям, которые до сих пор не были сведены к твердым законам. В общем, они не всегда достигают одной и той же максимальной яркости, причем их колебания в некоторых случаях весьма значительны. Так, согласно Аргеландеру, переменная звезда в Северной Короне, которую Пиготт открыл в 1795 г., демонстрирует в некоторых случаях такие слабые изменения яркости, что почти невозможно отличить максимумы от минимумов невооруженным глазом; но после того, как она завершила несколько своих циклов таким образом, ее колебания внезапно становятся настолько значительными, что в некоторых случаях она полностью исчезает. Было обнаружено, более того, что свет переменных звезд не увеличивается и не уменьшается симметрично по обе стороны от максимума, и последовательные интервалы между максимумами не равны друг другу». — Грант, «История физической астрономии», стр. 541.
Из многочисленных гипотез, предложенных до сих пор для объяснения этих явлений, мы полагаем, ни одна не может быть найдена, чтобы включить и гармонизировать все факты наблюдений. Теории Гершеля и Мопертюи не объясняют нерегулярность в некоторых периодах; в то время как теории Ньютона и Данна не дают объяснения самой периодичности. Но давайте предположим, что среди неподвижных звезд некоторые имеют атмосферы большой протяженности, как это, вероятно, было с Солнцем в отдаленную эпоху его истории. Давайте также предположим существование туманных колец, подобных кольцам нашей собственной системы, движущихся по орбитам настолько эллиптическим, что в своих перигелиях они проходят через атмосферные оболочки центральных звезд. Такие метеорные кольца переменной плотности, подобные тем, что вращаются вокруг Солнца, очевидно, производили бы явления переменных звезд. Сопротивляющаяся среда, через которую они проходят в перигелии, должна постепенно сжимать их орбиты, или, другими словами, уменьшать интервалы между последовательными максимумами. Такое сокращение периода сейчас хорошо установлено в случае Алголя. Опять же, если на кольцо влияет возмущение, период будет переменным, как у Миры Кита. Изменение, более того, в расстоянии перигелия объяснит случайное увеличение или уменьшение видимой величины при различных максимумах одной и той же звезды. Но как нам объяснить вариации яркости, наблюдаемые у ряда звезд, где еще не обнаружено никакого порядка или периодичности в вариации? Легко заметить, что либо одно туманное кольцо с более чем одним разрывом, либо несколько колец вокруг одной и той же звезды могут производить явления описанного характера. Наконец, если вещество эллиптического кольца должно накапливаться в единую массу, так чтобы занимать сравнительно небольшую дугу, его прохождение через перигелий могло бы произвести явление так называемой временной звезды.
Недавние исследования, касающиеся туманностей, по-видимому, в некоторой степени подтверждают представленный здесь взгляд. Эти наблюдения показали: (1) изменение положения некоторых из этих объектов, что делает вероятным, что в определенных случаях они находятся не дальше неподвижных звезд, видимых невооруженным глазом; и (2) изменение яркости многих малых звезд, расположенных в большой туманности Ориона, а также существование многочисленных скоплений туманной материи в форме пучков, по-видимому, прикрепленных к звездам, — факты, рассматриваемые как указание на физическую связь между звездами и туманностями.
ГЛАВА XI. ЛУННАЯ И СОЛНЕЧНАЯ ТЕОРИИ ПРОИСХОЖДЕНИЯ АЭРОЛИТОВ.
Помимо космической теории происхождения аэролитов, которая была принята в данной работе и которую в настоящее время разделяет подавляющее большинство ученых, были предложены по меньшей мере четыре другие: (1) атмосферная, согласно которой они образуются, подобно граду, в земной атмосфере; (2) вулканическая, которая рассматривает их как материю, выброшенную с большой силой из земных вулканов; (3) лунная, которая предполагает, что они были выброшены из кратеров на Луне; и (4) солнечная гипотеза, согласно которой они выбрасываются какой-то колоссальной взрывной силой из великого центрального светила нашей системы. Первая и вторая были повсеместно отвергнуты как несостоятельные. Третья и четвертая, однако, заслуживают рассмотрения.
Лунная теория.
Теория, рассматривающая метеоритные камни как продукты извержений лунных вулканов, была благосклонно встречена знаменитым Лапласом: «Поскольку сила тяжести на поверхности Луны, — отмечает он, — значительно меньше, чем на поверхности Земли, и поскольку это небесное тело не имеет атмосферы, которая могла бы оказать заметное сопротивление движению снарядов, мы можем представить, что тело, выброшенное с большой силой при взрыве лунного вулкана, может достичь и пересечь предел, где притяжение Земли начинает преобладать над притяжением Луны. Для этого достаточно, чтобы его начальная скорость в направлении вертикали составляла 2500 метров в секунду; тогда вместо того, чтобы упасть обратно на Луну, оно становится спутником Земли и описывает вокруг нее более или менее вытянутую орбиту. Направление его первоначального импульса может быть таким, что оно направится прямо к атмосфере Земли; или же оно может достичь ее лишь после нескольких и даже очень многих оборотов; ибо очевидно, что действие Солнца, которое заметным образом изменяет расстояния Луны от Земли, должно вызывать в радиус-векторе спутника, движущегося по очень эксцентричной орбите, гораздо более значительные вариации и, таким образом, в конечном итоге настолько уменьшить перигейное расстояние спутника, чтобы заставить его проникнуть в нашу атмосферу. Это тело, проходя через нее с очень большой скоростью и испытывая весьма ощутимое сопротивление, могло бы в конце концов низвергнуться на Землю; трения воздуха о его поверхность было бы достаточно, чтобы воспламенить его и заставить детонировать, при условии, что оно содержит ингредиенты, способные вызвать эти эффекты, и тогда оно представило бы нам все те явления, которые демонстрируют метеоритные камни. Если бы было удовлетворительно доказано, что они не производятся вулканами и не образуются в нашей атмосфере, и что их причину следует искать за ее пределами, в небесных регионах, то вышеупомянутая гипотеза, которая также объясняет идентичность состава, наблюдаемую у метеоритных камней, идентичностью происхождения, не будет лишена вероятности». — Système du Monde, т. II, гл. V.
Зная массы и объемы Земли и Луны, легко оценить силу тяжести на их поверхностях, расстояние от каждой из них до точки равного притяжения и силу, с которой снаряд должен быть выброшен с лунной поверхности, чтобы попасть в сферу земного влияния. Было рассчитано, что для этой цели достаточно начальной скорости около полутора миль в секунду — сила, не превышающая ту, что, как известно, проявляется при извержениях земных вулканов. Таким образом, возможность того, что вулканическая материя с нашего спутника может достичь поверхности Земли, представляется вполне допустимой.
Со времен Лапласа несколько выдающихся европейских астрономов считали лунную гипотезу более или менее вероятной. Ее отстаивал еще в 1851 году покойный профессор Дж. П. Никол из Глазго. Этот популярный и интересный писатель, описав Тихо, большой и хорошо известный лунный кратер, от которого светящиеся лучи или полосы расходятся по значительной части поверхности Луны, выражает мнение, что эта огромная полость была образована одним колоссальным взрывом. «Размышляя, — отмечает он, — о вероятной внезапности и величине этой силы, или, скорее, той взрывной энергии, один из актов которой мы проследили, а также об огромной массе материи, которая, по-видимому, была таким образом насильственно рассеяна, не является ли естественным вопрос: где эта материя сейчас? Это масса, которая вряд ли могла полностью исчезнуть. Она заполнила пещеру шириной 55 миль и глубиной 17 000 футов — пещеру, в которую даже сейчас можно было бы бросить Чимборасо и Монблан, и еще осталось бы место для Тенерифе! Подобно скалам, выброшенным вверх нашими вулканами, упала ли эта огромная масса обратно фрагментами на поверхность Луны, или же выталкивающая сила была достаточно мощной, чтобы придать ей внешнюю скорость, достаточную для преодоления притяжения ее родительского небесного тела? Луна, следует помнить, очень мала по массе по сравнению с Землей, и ее притяжение, соответственно, значительно слабее. Лаплас даже рассчитал, что сила, воздействующая на пушечное ядро, увеличенная до степени, вполне укладывающейся в пределы мыслимого, могла бы осуществить окончательное отделение между нашим спутником и любой из его составных частей. Возможно, тогда, и, хотя это не доказано, весьма далеко от химеры, что раздробленные и выброшенные массы были, в случае, о котором мы говорим, окончательно выведены в пространство; но если так, то где они сейчас? где их новое местопребывание и каковы их функции? В чрезвычайной ситуации, о которой я говорю, такие фрагменты неизбежно блуждали бы среди межпланетных пространств по самым неправильным орбитам, и главным образом в окрестностях Луны и Земли. Теперь, хотя планетные орбиты так точно отрегулированы, что ни путаница, ни вмешательство никогда не могут произойти, вовсе не вероятно, что такой же порядок мог бы быть установлен здесь; более того, почти несомненно, что в ходе своего орбитального обращения наш земной шар то и дело вступал бы в контакт с этими лунными фрагментами; иными словами, КАМНИ время от времени падали бы на его поверхность, и, по-видимому, из его атмосферы». — Planetary System, стр. 301, 302.
Мы предпочли привести взгляды этих выдающихся ученых на их собственном языке. Ольберс, Био и Пуассон, принявшие ту же теорию, оценили начальную скорость, которая была бы необходима для того, чтобы лунные фрагменты могли пройти точку равного притяжения, а также конечную, или приобретенную, скорость при достижении поверхности Земли. Несколько определений первой были следующими:
According to Olbers 1·570 miles a second.
According to Biot 1·569 miles a second.
According to Laplace 1·483 miles a second.
According to Poisson 1·437 miles a second.
Среднее значение составляет почти ровно полторы мили. Скорость при достижении нашей планеты, по мнению Ольберса, составила бы около шести с половиной миль. Однако на момент проведения этих расчетов истинная скорость аэролитов ни в одном случае не была удовлетворительно определена. С тех пор было установлено, что во многих случаях она превышает двадцать миль в секунду — скорость, превышающая скорость орбитального движения Земли. Этот факт сам по себе представляется фатальным для теории лунного происхождения.
На собрании Американской ассоциации содействия развитию науки в 1859 году доктор Б. А. Гулд прочитал доклад о предполагаемом лунном происхождении аэролитов, в котором гипотеза была подвергнута проверке строгим математическим анализом. Мы не будем пытаться даже сделать краткое изложение этого интересного мемуара. Однако он сводится к фактическому опровержению лунной гипотезы.
Солнечная теория.
Теория, приписывающая метеоритам солнечное происхождение, не является новой, ее придерживались Диоген Лаэртский и другие древние греки. Среди современников ее сторонников было гораздо меньше, чем сторонников лунной гипотезы. Покойный профессор Чарльз У. Хэкли из Нью-Йорка рассматривал падающие звезды, аэролиты и даже кометы как материю, выброшенную с огромной силой с поверхности Солнца. Корону, наблюдаемую во время полных солнечных затмений, он считал эманациями этой материи через промежутки между факелами. — (См. Труды Американской ассоциации содействия развитию науки, четырнадцатое собрание, 1860 г.) Изобретательная теория, отличающаяся в деталях от теории профессора Хэкли, хотя и несколько схожая в своих общих чертах, была недавно выдвинута доктором медицины Александром Уилкоксом из Филадельфии в мемуаре, прочитанном перед Американским философским обществом 20 мая 1864 года и опубликованном в их Трудах. Что касается этой гипотезы, кажется достаточным заметить, что она не дает удовлетворительного объяснения ежегодной периодичности метеорных явлений.
ГЛАВА XII. КОЛЬЦА САТУРНА.
Примерно до середины нынешнего столетия кольца Сатурна повсеместно считались твердыми и непрерывными. Однако труды профессоров Бонда и Пирса из Кембриджа, штат Массачусетс, а также более поздние исследования профессора Максвелла из Англии показали, что эта гипотеза полностью несостоятельна. Наиболее вероятное мнение, основанное на исследованиях этих астрономов, заключается в том, что они состоят из потоков или облаков метеорных астероидов. Зодиакальный свет и зона малых планет между Марсом и Юпитером, по-видимому, представляют собой аналогичные первичные кольца. В последней, однако, значительная часть первичной материи, по-видимому, собралась в отдельные, обособленные массы. Эти метеорные зоны, вероятно, представили — чего больше нигде не встречается в Солнечной системе — случаи соизмеримости планетных периодов. Внутренние спутники Сатурна находятся так близко к кольцу, что, несомненно, оказывают большое возмущающее влияние. К сожалению, элементы системы Сатурна, определенные разными астрономами, несколько противоречивы. Это, однако, отнюдь не удивительно, если учесть огромное расстояние до планеты и малую величину некоторых спутников. Для удобства ссылок средние видимые расстояния спутников вместе с их периодами обращения приведены в следующей таблице. Первые взяты из «Солнечной системы» Хайнда; вторые — из «Очерков астрономии» Гершеля.
ТАБЛИЦА I. — Спутники Сатурна.
Name. Sidereal Revolution. Mean Apparent
Distance.
d. h. m. s. ″
Mimas 0 22 37 22·9 26·78
Enceladus 1 8 53 6·7 34·38
Tethys 1 21 18 25·7 42·57
Dione 2 17 41 8·9 54·54
Rhea 4 12 25 10·8 76·16
Titan 15 22 41 25·2 176·55
Hyperion 22 12? 213·3?
Japetus 79 7 53 40·4 514·52
Покойный профессор Бессель уделил много внимания теории Титана, среднее расстояние которого он определил в 20,706 экваториальных радиусов центрального тела. Измерения кольца, выполненные Струве, приведены во втором столбце следующей таблицы. Сэр Джон Гершель, однако, считает промежуток между кольцами, определенный русским астрономом, «несколько слишком малым». Это замечание подтверждается измерениями Энке, результаты которых приведены в третьем столбце. Четвертый содержит среднее значение измерений Струве и Энке; а пятый — то же самое, выраженное в экваториальных радиусах Сатурна.
ТАБЛИЦА II. — Кольца Сатурна.
Struve. Encke. Mean. In Semi-diam.
of Saturn.
″ ″ ″
Equatorial radius of the planet 8·9955
Ext. semi-diameter of exterior ring 20·047 20·2225 20·13475 2·23830
Int. semi-diameter of exterior ring 17·644 18·0190 17·83150 1·98230
Ext. semi-diameter of interior ring 17·237 17·3745 17·30575 1·92380
Int. semi diameter of interior ring 13·334 13·3780 13·35600 1·48470
Breadth of interval 00·407 00·6445 00·52575 0·05844
The period of a satellite revolving at the distance, 1·9238, the interior limit of the interval =10h. 50m. 16s.
One-sixth of the period of Dione =10 56 53
One-third of the period of Enceladus =10 59 22
One-half of the period of Mimas =11 18 32
One-fourth of the period of Tethys =11 19 36
And the period of a satellite at the distance, 1·9823, the exterior limit of the interval =11 28 3
Таким образом, промежуток занимает именно то пространство, в котором периоды были бы соизмеримы с периодами четырех членов системы, находящихся непосредственно снаружи. Частицы, занимающие эту часть первичного кольца, всегда вступали бы в соединение с одним из этих спутников в одних и тех же частях своих орбит. Такие орбиты становились бы все более и более эксцентричными, пока материя, движущаяся по ним, не соединилась бы вблизи одного из апсид с другими частями кольца. Таким образом, у нас есть физическая причина существования этого примечательного промежутка.
ГЛАВА XIII. АСТЕРОИДНОЕ КОЛЬЦО МЕЖДУ МАРСОМ И ЮПИТЕРОМ.
Средние расстояния малых планет между Марсом и Юпитером варьируются от 2,20 до 3,49. Ширина зоны, следовательно, на 20 000 000 миль больше, чем расстояние от Земли до Солнца; больше даже, чем весь промежуток между орбитами Меркурия и Марса. Более того, перигелийное расстояние некоторых членов группы превышает афелийное расстояние других на величину, равную всему промежутку между орбитами Марса и Земли. Ольберсовская гипотеза происхождения этих тел, таким образом, по-видимому, утратила всякое право на вероятность. Теория профессора Александра о разрушении первичной дискоидальной планеты большого экваториального диаметра менее спорна; тем не менее, она требует подтверждения. Но каково бы ни было первоначальное строение кольца, его существование в нынешнем виде в течение неопределенного периода не подлежит сомнению. Давайте же рассмотрим некоторые эффекты его векового возмущения мощной массой Юпитера.