Развивающаяся Вселенная

В определенном плане Земля выделена и самой Природой: в Солнечной системе только на этой планете существуют развитые формы жизни, только на ней локальное упорядочение вещества достигло необычайно высокой ступени, продолжая общую линию развития материи. На Земле пройден сложнейший этап самоорганизации, знаменующий глубокий качественный скачок к высшим формам упорядоченности. В чем сущность этого этапа, каков механизм его свершения, как он согласован с общей тенденцией развития Вселенной? Вопросы поставлены, но для науки сегодняшнего дня они слишком сложны. Один из перспективных путей поиска ответа – сопоставление данных о Земле с тем, что становится известным о других планетах, прежде всего о планетах земной группы.

Отличия планет земной группы от планет-гигантов очевидны. Но и среди ближайших соседей Земли нет двух одинаковых планет. Все они отличаются размерами, физико–химическими параметрами, строением поверхностей и недр, атмосферами, короче, всеми компонентами, характеризующими их индивидуальности. Основные различия между планетами, по-видимому, определили начальные условия их формирования – химический состав и плотность вещества протопланетного диска в месте их образования, расстояние от Солнца, резонансные взаимодействия с Солнцем и другими планетами. Сведения о химическом составе и состоянии вещества глубинных частей планет при существующих там давлениях и температурах очень приблизительны, они находятся на уровне гипотез, надежность которых не гарантируется. Что же касается поверхностей планет и их атмосфер, то наибольшей полнотой, естественно, отличаются данные о Земле. Прямые исследования других ближайших планет с использованием космических аппаратов только начаты. Тем не менее, уже теперь появилась возможность сравнивать данные о внешних оболочках Земли с соответствующими сведениями о других планетах Солнечной системы. На этой основе возникло новое научное направление, названное сравнительной планетологией [38].

Первые представления о сравнительных особенностях планет земной группы дают содержащиеся в таблице 3.1 данные, в основу которых положены сведения, приводимые в обстоятельной книге М.Я. Марова [39].. Земля – самая большая планета в своей группе. Но, как показывают расчеты, даже такие размеры и масса оказываются минимальными, при которых планета может удерживать свою газовую атмосферу. Земля интенсивно теряет водород и некоторые другие легкие газы, что подтверждают наблюдения за так называемым шлейфом Земли. Венера почти равна по размерам и массе Земле, но она располагается ближе к Солнцу и получает от него больше тепла. Видимо поэтому она давно потеряла весь свой свободный водород. У остальных двух планет этой группы атмосфера либо отсутствует (Меркурий), либо сохранилась в очень разреженном состоянии (Марс).

Наиболее близкие к Солнцу планеты – Меркурий и Венера – обладают медленным вращением вокруг оси, их периоды исчисляются десятками – сотнями земных суток. Медленное вращение этих двух планет, по-видимому, связано с их резонансным взаимодействием с Солнцем и друг с другом. Земля и Марс вращаются почти с одинаковыми периодами порядка 24-х часов.

Земля и Венера также образуют резонансную структуру. В этой группе только Венера имеет обратное вращение (противоположное направлению вращения Солнца вокруг своей оси), она как бы опрокинута "вверх ногами" на своей орбите. Наконец, только Земля в своей группе имеет сильное собственное магнитное поле, более чем на два порядка величины превосходящее значение магнитных полей у других родственных планет.

К сказанному в порядке повторения остается добавить, что в земной группе планет отсутствуют развитые системы спутников, что характерно для планет группы Юпитера. Планетоподобный спутник Земли, Луна, по своим размерам близок к планете Меркурий, а спутники Марса скорее напоминают астероиды, как-то присоединившиеся к этой планете. Ранее уже говорилось, что ни о происхождении Луны, ни о спутниках Марса до сих р нет общепризнанных теоретических представлений. В отношении Луны, кроме упоминавшейся гипотезы Альвена и Аррениуса, сегодня существует, по крайней мере, еще четыре идеи о путях ее появления в качестве спутника Земли. Во-первых, идея "отделения": на самой ранней стадии образования скорость вращения Земли значительно превышала современную, и под действием центробежных сил возник приливной выступ, который оторвался и стал Луной. Эту идею отвергли, поскольку ей противоречит угловой момент количества движения системы Земля-Луна и, к тому же, химические составы поверхности Земли и Луны отличаются, чего не должно было бы быть при образовании Луны из земного материала. Во-вторых, идея "совместного рождения": планета и спутник образовались в едином творческом процессе. После того, как прямые исследования лунного грунта показали его отличие от земных пород, и эта идея в ее нынешнем варианте была отправлена в отставку. В-третьих, идея "захвата": Луна образовалась отдельно от Земли как самостоятельная планета, но затем была захвачена Землей и стала ее спутником. Любопытно, что существует "контргипотеза" захвата планеты, согласно которой предлагается рассматривать Меркурий в качестве бывшего планетоподобного спутника Венеры, по каким-то причинам покинувшего "хозяйку" и повысившего свой статус до равноправной планеты. Но и идея захвата Луны испытывает серьезные трудности, поскольку объяснить захват не удается без нарушения законов небесной механики.

Наибольшей популярностью в наши дни пользуется гипотеза "Гигантского столкновения". Согласно этой гипотезе примерно 4 миллиарда лет назад произошло катастрофическое касательное столкновение Земли с неким планетным телом. В результате из области, где в наше время располагается гигантская впадина, заполненная Тихим океаном, испарилась и выбросилась на околоземную орбиту масса вещества, представлявшая смесь земных пород и пород столкнувшегося с Землей планетного тела. Из этого облака и сформировалась затем Луна, ставшая спутником Земли. Гипотеза Гигантского столкновения, в результате которого возникла около Земли Луна, выдвинута в 1975 году американскими учеными У. Хартманом и Д. Дэвисом. Но самое серьезное внимание к себе она привлекла после того, как А.Г.У. Камерон разработал математическую модель столкновения, подробно рассмотрел ее с применением компьютерной техники и получил результаты, вполне согласующиеся с наблюдательными данными. Теория правильно определяет положение Луны относительно Земли, дает правильные значения отношения масс планеты и спутника и величины суммарного углового момента образовавшейся системы. Она качественно объясняет уникальные особенности Земли, отличающие ее от других планет. В частности, гравитационную дифференциацию, приведшую к образованию крупного металлического ядра в ее центре, высокую асимметрию в распределении масс внутри планеты, появление на ней Мирового океана. На сегодня это единственная гипотеза происхождения Луны, поддающаяся численным расчетам и обеспечивающая при этом совпадение получаемых результатов с наблюдениями. Самое серьезное возражение против гипотезы Гигантского столкновения – чрезвычайно малая вероятность подобного события, делающая его уникальным в развивающейся Вселенной. Но такое возражение не исключает принципиальной его возможности.

Признание катастрофы в качестве причины образования не только Луны, но и выделенности Земли среди других планет, отбрасывает нас назад к теориям о случайном стечении редчайших обстоятельств, приводящих к появлению жизни и разума на фоне прогрессивного характера развития мироздания. Несмотря на привлекательность результатов расчетного обоснования гипотезы Гигантского столкновения, не исключено, что в дальнейшем найдутся не менее убедительные объяснения происхождения Луны и появления у Земли уникальных особенностей без привлечения катастрофических причин. Пока же остается констатация того, что сложнейшая проблема образования Луны как спутницы Земли, все еще остается нерешенной.

Загадочно выглядит и появление спутников у Марса. Гипотеза о захвате этой планетой двух астероидов встречает серьезные трудности, поскольку их орбиты не несут следов захвата. С другой стороны, в 1988 году английские астрономы Э. Синклер, Д. Джоунс и А. Уильямсон сообщили, что на основании детальных измерений параметров орбиты Фобоса ими определено увеличение скорости его движения вокруг Марса и, соответственно, уменьшение радиуса орбиты примерно на 3,6 см в год. Это означает, что примерно через 40 миллионов лет Фобос упадет на планету. Неустойчивость орбиты Фобоса означает, что этот спутник присоединился к планете, а не сформировался вместе с нею. Необходимо упомянуть, что неустойчивость орбиты Фобоса впервые обнаружил астроном Б.Шарплесс в 1945 году. По его данным радиус орбиты спутника сокращается на 4 см в год и падение Фобоса на Марс следует ожидать в промежутке времени от 30 до 70 миллионов лет.