Хотя эти аномалии делают несостоятельным положение о том, что относительные удельные веса планет являются прямыми показателями небулярной конденсации, из этого отнюдь не следует, что они опровергают ее. Можно указать несколько причин для этих различий: 1. Различия между планетами в отношении составляющих их элементарных веществ или в пропорциях таких элементарных веществ, если они содержат одни и те же виды. 2. Различия между ними в отношении количества содержащегося в них вещества; ибо при прочих равных условиях взаимное притяжение молекул сделает большую массу более плотной, чем меньшую. 3. Различия температур; ибо при прочих равных условиях тела с более высокими температурами будут иметь более низкие удельные веса. 4. Различия физических состояний, таких как газообразное, жидкое или твердое; или, иначе, различия в относительных количествах твердого, жидкого и газообразного вещества, которые они содержат.
Вполне возможно, и мы действительно можем сказать, вероятно, что все эти причины вступают в действие и что они принимают различное участие в получении различных результатов. Но на пути к определенным выводам стоят трудности. Тем не менее, если мы вернемся к гипотезе небулярного генезиса, мы получим частичные объяснения, если не больше.
При охлаждении небесных тел задействовано несколько факторов. Первый и самый простой — это тот, который иллюстрируется у каждого камина быстрым почернением маленьких угольков, падающих в золу, в отличие от долгого свечения красным цветом больших кусков. Этот фактор — отношение между увеличением поверхности и увеличением объема: поверхности в подобных телах увеличиваются как квадраты размеров, в то время как объемы увеличиваются как их кубы. Следовательно, при сравнении Земли с Юпитером, чей диаметр примерно в одиннадцать раз больше диаметра Земли, получается, что, хотя его поверхность в 125 раз больше, его объем в 1390 раз больше. Теперь даже (предполагая, что мы принимаем одинаковые температуры и одинаковые плотности), если бы единственным эффектом было то, что через данную площадь поверхности в одном случае должно было охладиться в одиннадцать раз больше вещества, чем в другом, существовала бы огромная разница между временами, затраченными на концентрацию. Но в силу второго фактора разница была бы гораздо больше, чем та, которая вытекает из этих геометрических отношений. Уход тепла от охлаждающейся массы осуществляется посредством теплопроводности, или конвекции, или того и другого. В твердом теле это происходит полностью посредством теплопроводности; в жидкости или газе главная роль принадлежит конвекции — циркулирующим потокам, которые постоянно перемещают более горячие и более холодные части. Теперь в жидких сфероидах — газообразных, жидких или смешанных — увеличение размера влечет за собой возрастающее препятствие для охлаждения, обусловленное увеличением расстояний, которые должны преодолевать циркулирующие потоки. Конечно, отношение не является простым: скорости потоков будут неодинаковыми. Однако очевидно, что в сфере с диаметром в одиннадцать раз больше, перемещение вещества от центра к поверхности и обратно от поверхности к центру займет гораздо больше времени, даже если его движение ничем не ограничено. Но его движение в таких случаях, которые мы рассматриваем, сильно ограничено. Во вращающемся сфероиде вступают в действие замедляющие силы, возрастающие со скоростью вращения. В таком сфероиде соответствующие части вещества (предполагая, что они равны по своим угловым скоростям вокруг оси, какими они будут стремиться стать все больше по мере увеличения плотности) должны варьироваться по своим абсолютным скоростям в зависимости от их расстояний от оси; и каждая часть не может менять свое расстояние от оси посредством циркулирующих потоков, что она должна делать постоянно, без потери или приобретения в своем количестве движения: посредством жидкого трения должна расходоваться сила, то на увеличение его движения, то на его замедление. Следовательно, когда больший сфероид также имеет более высокую скорость вращения, относительная медленность циркулирующих потоков и, как следствие, замедление охлаждения должны быть гораздо большими, чем это подразумевается дополнительными расстояниями, которые необходимо преодолеть.
А теперь проследите соответствие между выводом и фактом. Во-первых, если мы сравним группу больших планет — Юпитер, Сатурн и Уран — с группой малых планет — Марс, Земля, Венера и Меркурий, — мы увидим, что низкая плотность сочетается с большими размерами и большой скоростью вращения, а высокая плотность сочетается с малыми размерами и малой скоростью вращения. Во-вторых, это отношение показывается нам еще более ясно, если мы сравним крайние примеры — Сатурн и Меркурий. Особый контраст этих двух, подобно общему контрасту групп, указывает на истину, что низкая плотность, подобно тенденции к образованию спутников, связана с отношением центробежной силы к силе тяжести; ибо в случае Сатурна с его многочисленными спутниками и наименьшей плотностью центробежная сила на экваторе составляет почти 1/6 силы тяжести, тогда как у Меркурия без спутников и с наибольшей плотностью центробежная сила составляет лишь 1/360 силы тяжести.
Существуют, однако, определенные факторы, которые, действуя противоположным образом, ограничивают и усложняют эти эффекты. При прочих равных условиях взаимное притяжение между частями большой массы вызовет большее выделение тепла, чем это происходит аналогичным образом в малой массе; и результирующая разница температур будет способствовать более быстрому рассеиванию тепла. К этому необходимо добавить большую скорость циркулирующих потоков, которую вызовут более интенсивные силы, действующие в больших сфероидах, — контраст, ставший еще более значительным из-за относительно меньшего замедления трением, которому подвергаются более объемные потоки. В этих причинах, соединенных с причинами, указанными ранее, мы можем признать вероятное объяснение в остальном аномального факта, что Солнце, хотя и имеющее массу в тысячу раз больше массы Юпитера, все же достигло столь продвинутой стадии концентрации. Ибо сила тяжести на Солнце, которая на его поверхности примерно в десять раз больше, чем на поверхности Юпитера, должна подвергать его центральные части относительно очень интенсивному давлению, вызывая во время сжатия относительно быстрое возникновение тепла. И далее следует отметить, что, хотя циркулирующие потоки на Солнце должны преодолевать гораздо большие расстояния, все же, поскольку его вращение относительно настолько медленно, что угловая скорость его вещества составляет лишь около одной шестидесятой угловой скорости вещества Юпитера, результирующее препятствие для циркулирующих потоков относительно мало, а уход тепла гораздо менее замедлен. Здесь также мы можем отметить, что в сотрудничестве этих факторов, по-видимому, кроется причина большей концентрации, достигнутой Юпитером, чем Сатурном, хотя Сатурн является более старым, а также меньшим из двух; ибо в то же время, когда сила гравитации у Юпитера более чем в два раза больше, чем у Сатурна, его скорость вращения очень мало отличается, так что противодействие центробежной силы центростремительной не намного больше половины.
Но теперь, не судя более чем приблизительно об эффектах этих нескольких факторов, сотрудничающих различными способами и в разной степени, одни — чтобы помочь концентрации, а другие — чтобы противостоять ей, достаточно очевидно, что при прочих равных условиях большие туманные сфероиды, дольше теряющие свое тепло, будут медленнее достигать высоких удельных весов; и что там, где контрасты в размерах столь огромны, как между большими и меньшими планетами, меньшие могли достичь относительно высоких удельных весов, когда большие достигли лишь относительно низких. Далее, представляется, что такая квалификация процесса, которая является результатом более быстрого возникновения тепла в больших массах, будет компенсирована там, где высокая скорость вращения сильно препятствует циркулирующим потокам. Таким образом, интерпретированные различные удельные веса планет могут считаться предоставляющими дополнительные доказательства, поддерживающие небулярную гипотезу.
Увеличение плотности и уход тепла являются коррелирующими явлениями, и поэтому в предыдущем разделе, посвященном соответствующим плотностям небесных тел в связи с небулярной конденсацией, много было сказано и подразумевалось относительно сопутствующего возникновения и рассеивания тепла. Совершенно отдельно, однако, от вышеуказанных аргументов и выводов, следует отметить тот факт, что в нынешних температурах небесных тел в целом мы находим дополнительные подтверждения гипотезы; и притом самого существенного характера. Ибо если, как подразумевается выше, тепло неизбежно должно генерироваться агрегацией рассеянного вещества, мы должны найти во всех небесных телах либо нынешние высокие температуры, либо следы прошлых высоких температур. Это мы и делаем, в местах и в степенях, которые требует гипотеза.
Наблюдения, показывающие, что по мере того, как мы опускаемся ниже поверхности Земли, происходит прогрессивное увеличение тепла, в сочетании с очевидными доказательствами, предоставляемыми вулканами, делают необходимым вывод, что температура очень высока на больших глубинах. Верит ли кто-то, что недра Земли все еще расплавлены, или, как утверждает сэр Уильям Томсон, они должны быть твердыми, существует согласие в выводе, что их тепло интенсивно. И было далее показано, что скорость, с которой температура увеличивается при спуске ниже поверхности, такова, какая была бы обнаружена в массе, которая остывала в течение неопределенного периода. Луна также показывает нам, своими складками и своими заметными потухшими вулканами, что в ней происходил процесс охлаждения и сжатия, подобный тому, который происходил на Земле. Нет никакого телеологического объяснения этим фактам. Частые разрушения жизни землетрясениями и вулканами подразумевают, скорее, что было бы лучше, если бы Земля была создана с низкой внутренней температурой. Но если мы рассматриваем факты в связи с небулярной гипотезой, мы видим, что это все еще продолжающееся высокое внутреннее тепло является одним из ее следствий. Земля должна была пройти через газообразное и расплавленное состояния, прежде чем она стала твердой, и должна в течение почти бесконечного периода своим внутренним теплом продолжать нести свидетельство этого происхождения.
Группа планет-гигантов предоставляет замечательные доказательства. Априорный вывод, сделанный выше, о том, что большой размер в сочетании с относительно высоким отношением центробежной силы к силе тяжести должен сильно замедлять агрегацию и должен, таким образом, путем сдерживания возникновения и рассеивания тепла, сделать процесс охлаждения медленным, в последние годы получил подтверждения от выводов, сделанных апостериорно; так что теперь текущий вывод среди астрономов заключается в том, что по физическому состоянию большие планеты находятся на стадиях между состоянием Земли и состоянием Солнца. Тот факт, что центр диска Юпитера в два или три раза ярче его периферии, в сочетании с фактами, что он, по-видимому, излучает больше света, чем объясняется отражением солнечных лучей, и что его спектр показывает «линию красной звезды», принимаются как доказательства светимости; в то время как огромные и быстрые возмущения в его атмосфере, гораздо большие, чем могли бы быть вызваны теплом, полученным от Солнца, а также формирование пятен, аналогичных пятнам Солнца, которые также, подобно пятнам Солнца, показывают более высокую скорость вращения вблизи экватора, чем дальше от него, считаются подразумевающими высокую внутреннюю температуру. Таким образом, в Юпитере, как и в Сатурне, мы находим состояния, которые, не допуская никаких телеологических объяснений (ибо они явно исключают возможность жизни), допускают объяснения, полученные из небулярной гипотезы.
Но аргумент от температуры на этом не заканчивается. Остается заметить более заметный и еще более значительный факт. Если Солнечная система была произведена концентрацией рассеянного вещества, которое выделяло тепло, гравитируя в свою нынешнюю плотную форму, то есть очевидное следствие. При прочих равных условиях, последняя сформированная масса будет последней в остывании — будет в течение почти бесконечного времени обладать большим теплом, чем ранее сформированные. При прочих равных условиях, самая большая масса, из-за своей превосходной агрегативной силы, станет горячее других и будет излучать более интенсивно. При прочих равных условиях, самая большая масса, несмотря на более высокую температуру, которой она достигает, будет, вследствие своей относительно малой поверхности, самой медленной в потере своего выделенного тепла. И следовательно, если есть одна масса, которая была сформирована не только после остальных, но и превышает их по размеру, следует, что эта одна достигнет интенсивности накаливания, далеко выходящей за пределы той, которой достигли остальные; и будет продолжать находиться в состоянии интенсивного накаливания долго после того, как остальные остыли. Такую массу мы имеем в Солнце. Это следствие из небулярной гипотезы, что вещество, образующее Солнце, приняло свою нынешнюю интегрированную форму в период, гораздо более недавний, чем тот, в который планеты стали определенными телами. Количество вещества, содержащегося в Солнце, почти в пять миллионов раз больше того, что содержится в самой маленькой планете, и более чем в тысячу раз больше того, что содержится в самой большой. И в то время как от огромной гравитационной силы его частей к их общему центру выделение тепла было интенсивным, возможности излучения были относительно малы. Отсюда все еще продолжающаяся высокая температура. Именно то состояние центрального тела, которое является необходимым выводом из небулярной гипотезы, мы находим фактически существующим в Солнце.
[Параграф, который следует здесь, хотя и содержит некоторые сомнительные положения, я воспроизвожу в точности так, как он стоял при первой публикации в 1858 году, по причинам, которые вскоре станут очевидными.]
Может быть хорошо рассмотреть более внимательно, каково вероятное состояние поверхности Солнца. Вокруг шара из раскаленных расплавленных веществ, таким образом задуманного как формирующего видимое тело Солнца [которое в соответствии с аргументом в предыдущем разделе, теперь перенесенном в Дополнения, было выведено как полое и заполненное газообразным веществом при высоком напряжении], известно, что существует объемная атмосфера: меньшая яркость границы Солнца и явления во время полного затмения одинаково показывают это. Каков теперь должен быть состав этой атмосферы? При температуре, приближающейся к тысячекратной температуре расплавленного железа, которая является рассчитанной температурой солнечной поверхности, очень многие, если не все, вещества, которые мы знаем как твердые, стали бы газообразными; и хотя огромная сила притяжения Солнца должна быть мощным сдерживающим фактором для этой тенденции принимать форму пара, все же нельзя сомневаться, что если тело Солнца состоит из расплавленных веществ, некоторые из них должны постоянно подвергаться испарению. То, что плотные газы, таким образом постоянно генерируемые, будут формировать всю массу солнечной атмосферы, не является вероятным. Если что-то и следует выводить, либо из небулярной гипотезы, либо из аналогий, предоставляемых планетами, то следует заключить, что самая внешняя часть солнечной атмосферы состоит из так называемых постоянных газов — газов, которые не конденсируются в жидкость даже при низких температурах. Если мы рассмотрим, каково должно было быть состояние вещей здесь, когда поверхность Земли была расплавленной, мы увидим, что вокруг все еще расплавленной поверхности Солнца, вероятно, существует слой плотного аэроформного вещества, состоящий из сублимированных металлов и металлических соединений, а над ним слой сравнительно редкой среды, аналогичной воздуху. Что теперь произойдет с этими двумя слоями? Если бы они оба состояли из постоянных газов, они не могли бы оставаться разделенными: согласно хорошо известному закону, они в конечном итоге сформировали бы однородную смесь. Но этого отнюдь не произойдет, когда нижний слой состоит из веществ, которые являются газообразными только при чрезмерно высоких температурах. Выделяясь с расплавленной поверхности, поднимаясь, расширяясь и охлаждаясь, они вскоре достигнут предела высоты, выше которого они не могут существовать как пар, но должны конденсироваться и выпадать в осадок. Тем временем верхний слой, обычно заряженный своим квантом этих более плотных веществ, как наш воздух своим квантом воды, и готовый осадить их при любом понижении температуры, должен быть обычно неспособен принять больше нижнего слоя; и поэтому этот нижний слой останется совершенно отличным от него.
Рассматриваемые в их совокупности, несколько групп назначенных доказательств составляют почти доказательство. Мы видели, что при критическом рассмотрении спекуляции последних лет, распространенные относительно природы туманностей, обязывают их провозгласителей к разным абсурдам; в то время как, с другой стороны, мы видим, что различные явления, которые представляют эти туманности, объяснимы как разные стадии осаждения и агрегации рассеянного вещества. Мы находим, что огромное большинство комет (т.е. опуская периодические), по своему физическому строению, своим чрезвычайно протяженным и разнообразно направленным путям, распределению этих путей и их явной структурной связи с Солнечной системой, свидетельствуют о прошлом существовании этой системы в туманной форме. Не только те очевидные особенности в движениях планет, которые впервые предложили небулярную гипотезу, предоставляют доказательства ее, но при более внимательном рассмотрении мы обнаруживаем, в слегка расходящихся наклонениях их орбит, в их различных скоростях вращения и их различно направленных осях вращения, что планеты дают нам еще дальнейшее свидетельство; в то время как спутники, по разным чертам, и особенно по их появлению в большем или меньшем изобилии там, где гипотеза подразумевает большее или меньшее изобилие, подтверждают это свидетельство. Прослеживая процесс планетарной конденсации, мы приходим к выводам относительно физических состояний планет, которые объясняют их аномальные удельные веса. Еще раз, оказывается, что то, что выводимо из небулярной гипотезы относительно температур небесных тел, есть именно то, что устанавливает наблюдение; и что как абсолютные, так и относительные температуры Солнца и планет объясняются таким образом. Когда мы созерцаем эти различные доказательства в их совокупности — когда мы наблюдаем, что посредством небулярной гипотезы ведущие явления Солнечной системы и небес в целом объяснимы; и когда, с другой стороны, мы рассматриваем, что текущая космогония не только не имеет ни одного факта, на котором можно стоять, но и находится в противоречии со всем нашим позитивным знанием Природы, мы видим, что доказательство становится подавляющим.