Mercury. Venus. Earth. Mars. Jupiter. Saturn. Uranus.
1 1 1 1 1 1 1
—— —— —— —— —— —— ——
362 282 289 326 14 6.2 9
1 Satellite.
4 Satellites. 8 Satellites and
three rings. 4 (or 6 according
to Herschel.)
Таким образом, принимая в качестве нашего стандарта сравнения Землю с ее одной луной, мы видим, что Меркурий и Марс, в которых центробежная сила относительно меньше, не имеют лун. Юпитер, в котором она гораздо больше, имеет четыре луны. Уран, в котором она еще больше, имеет, конечно, четыре, а вероятно, более четырех. Сатурн, в котором она наибольшая, составляя почти одну шестую гравитации, имеет, включая свои кольца, одиннадцать сопровождающих тел. Единственный случай, в котором наблюдается несовершенное соответствие с наблюдением, — это случай Венеры. Здесь оказывается, что центробежная сила относительно немного больше, чем у Земли; и согласно гипотезе, Венера должна, следовательно, иметь спутник. Этому кажущемуся аномальному явлению есть два объяснения. Немало астрономов утверждали, что Венера имеет спутник. Кассини, Шорт, Монтень из Лиможа, Редкьер и Монбаррон заявляли, что видели его; а Ламберт рассчитал его элементы. Допуская, однако, что они ошибались, остается факт, что диаметр Венеры оценивается по-разному; и что очень небольшое изменение в данных сделало бы дробь меньшей, а не большей, чем у Земли. Но допуская расхождение, мы думаем, что это соответствие, даже в том виде, в каком оно существует сейчас, является одним из самых сильных подтверждений небулярной гипотезы.
Некоторые более специфические особенности спутников должны быть упомянуты как наводящие на размышления. Одна из них — это связь между периодом обращения и периодом вращения. Никакой обнаруживаемой цели не служит заставление Луны вращаться вокруг своей оси за то же время, что она обходит Землю: для нашего удобства более быстрое осевое движение было бы одинаково хорошим; а для любых возможных обитателей Луны — гораздо лучшим. Против альтернативного предположения, что равенство произошло случайно, вероятности, как говорит Лаплас, бесконечно велики к одному. Но к этому расположению, которое не объяснимо ни как результат дизайна, ни как результат случая, небулярная гипотеза предоставляет ключ. В своем «Exposition du Système du Monde» Лаплас показывает, путем рассуждений, слишком подробных, чтобы быть здесь повторенными, что при данных обстоятельствах такая связь движений, вероятно, установилась бы сама собой.
Среди спутников Юпитера, которые по отдельности демонстрируют эти же синхронные движения, также существует еще более замечательная связь. «Если средняя угловая скорость первого спутника будет добавлена к удвоенной скорости третьего, сумма будет равна утроенной скорости второго»; и «из этого следует, что, будучи заданными положения любых двух из них, можно найти положение третьего». Теперь здесь, как и прежде, не возникает никакой мыслимой выгоды. Ни в этом случае связь не могла быть случайной: вероятности бесконечно велики к одному против этого. Но опять же, согласно Лапласу, небулярная гипотеза предоставляет решение. Разве это не значительные факты?
Самым значительным фактом из всех, однако, является тот, который представлен кольцами Сатурна. Как отмечает Лаплас, они являются, так сказать, все еще существующими свидетелями генетического процесса, который он предложил. Здесь мы имеем, продолжающиеся постоянно, формы материи, подобные тем, через которые прошла каждая планета и спутник; и их движения — именно то, чем, в соответствии с гипотезой, они должны быть. «La durée de la rotation d'une planete doit donc être, d'apres cette hypothèse, plus petite que la durée de la révolution du corps le plus voisin qui circule autour d'elle», — говорит Лаплас. И затем он указывает, что время вращения Сатурна относится к времени его колец как 427 к 438 — величина разницы, которую следовало ожидать.
Но помимо существования этих колец и их движений требуемым образом, есть весьма наводящее на размышления обстоятельство, которое Лаплас не отметил, — а именно, место их возникновения. Если Солнечная система была произведена способом, популярно предполагаемым, то нет причин, почему кольца Сатурна не должны были окружать его на сравнительно большом расстоянии. Или, вместо того чтобы быть данными Сатурну, который в их отсутствие все равно имел бы восемь спутников, такие кольца могли бы быть даны Марсу в качестве компенсации за луну. Или они могли бы быть даны Урану, который для целей освещения имеет гораздо большую потребность в них. На общей гипотезе, повторяем, нельзя назначить никакой причины для их существования в том месте, где мы их находим. Но на гипотезе эволюции расположение, так далеко от того, чтобы предлагать трудность, предлагает еще одно подтверждение. Эти кольца найдены там, где единственно они могли быть произведены — близко к телу планеты, чья центробежная сила имеет большую пропорцию к его гравитационной силе. То, что постоянные кольца должны существовать на каком-либо большом расстоянии от тела планеты, на небулярной гипотезе явно невозможно. Кольца, отделенные рано в процессе концентрации и, следовательно, состоящие из газообразной материи, имеющей чрезвычайно малую силу сцепления, не могут иметь способности сопротивляться разрушающим силам, обусловленным несовершенным балансом; и должны, следовательно, коллапсировать в спутники. Жидкое кольцо — единственное, допускающее постоянство. Но жидкое кольцо может быть произведено только тогда, когда агрегация приближается к своему пределу — только когда газообразная материя переходит в жидкую и масса собирается принять планетарную форму. И даже тогда оно не может быть произведено иначе, как при особых условиях. Получая быстро возрастающее преобладание, как это делает гравитационная сила во время заключительных стадий концентрации, центробежная сила не может в обычных случаях вызвать отделение колец, когда масса стала плотной. Только там, где центробежная сила все время была очень большой и остается мощной до конца, как у Сатурна, могут быть сформированы жидкие кольца. Таким образом, небулярная гипотеза показывает нам, почему такие придатки окружают Сатурн, но не существуют нигде больше.
А затем, давайте не будем забывать факт, обнаруженный в течение этих немногих лет, что Сатурн обладает туманным кольцом, через которое его тело видно как через густую вуаль. В положении, где единственно такая вещь кажется сохраняемой — подвешенная, так сказать, между более плотными кольцами и планетой, — все еще продолжает существовать одна из этих кольцеобразных масс диффузной материи, из которой, как полагают, произошли спутники и планеты. Мы находим, таким образом, что помимо тех наиболее заметных особенностей Солнечной системы, которые впервые предложили теорию ее эволюции, есть много второстепенных, указывающих в том же направлении. Если бы не было других доказательств, эти механические расположения, рассмотренные в их совокупности, пошли бы далеко к установлению небулярной гипотезы.
От механических расположений Солнечной системы перейдем теперь к ее физическим характеристикам; и, во-первых, давайте рассмотрим выводы, выводимые из относительных удельных весов.
Тот факт, что, говоря в общем, более плотные планеты находятся ближе к Солнцу, некоторыми рассматривается как добавляющий еще одно к многим указаниям на туманное происхождение. Законно предполагая, что самые внешние части вращающегося туманного сфероида на его ранних стадиях концентрации будут сравнительно редкими; и что возрастающая плотность, которую приобретает вся масса по мере сжатия, должна относиться к самым внешним частям так же, как и к остальным; утверждается, что кольца, последовательно отделяемые, будут все более и более плотными и будут формировать планеты все более и более высоких удельных весов. Но пропуская другие возражения, это объяснение совершенно неадекватно для объяснения фактов. Используя Землю в качестве стандарта сравнения, относительные плотности идут так:
Neptune. Uranus. Saturn. Jupiter. Mars. Earth. Venus. Mercury. Sun.
0.14 0.24 0.14 0.24 0.95 1.00 0.92 1.12 0.25
Два кажущихся непреодолимыми возражения представлены этой серией. Первое заключается в том, что прогрессия является лишь прерывистой. Нептун такой же плотный, как Сатурн, чем, по гипотезе, он не должен быть. Уран такой же плотный, как Юпитер, чем он не должен быть. Уран плотнее Сатурна, а Земля плотнее Венеры — факты, которые не только не дают поддержки, но прямо противоречат предполагаемому объяснению. Второе возражение, еще более явно фатальное, — это низкий удельный вес Солнца. Если, когда материя Солнца заполняла орбиту Меркурия, ее состояние агрегации было таким, что отделенное кольцо сформировало планету, имеющую удельный вес, равный удельному весу железа; тогда само Солнце, теперь, когда оно сконцентрировалось, должно иметь удельный вес гораздо больший, чем удельный вес железа; тогда как его удельный вес не намного выше удельного веса воды. Вместо того чтобы быть гораздо плотнее ближайшей планеты, оно не в четыре раза плотнее. И параллельное отношение сохраняется между Юпитером и его самым маленьким спутником.
Хотя эти аномалии делают несостоятельным положение о том, что относительные удельные веса планет являются прямыми указаниями на небулярную конденсацию, из этого отнюдь не следует, что они опровергают его. Напротив, мы полагаем, что эти факты допускают интерпретацию, вполне согласующуюся с гипотезой Лапласа.
Существуют три возможные причины различий в удельных весах членов нашей Солнечной системы: 1. Различия между видами материи или веществ, составляющих их. 2. Различия между количествами материи; ибо при прочих равных условиях взаимное тяготение атомов делает большую массу более плотной, чем малую. 3. Различия между структурами: массы являются либо твердыми или жидкими насквозь, либо имеют центральные полости, заполненные упругим аэроформным веществом. Из этих трех мыслимых причин общепринятой является первая, более или менее модифицированная второй. Чрезвычайно низкий удельный вес Сатурна, который лишь немногим превышает удельный вес пробки (и, согласно этой гипотезе, на его поверхности должен быть значительно меньше, чем у пробки), как предполагается, обусловлен внутренней легкостью его вещества. То, что Солнце весит не намного больше, чем равный объем воды, принимается за доказательство того, что материя, из которой оно состоит, лишь немногим тяжелее воды; хотя, учитывая его колоссальную гравитационную силу, которая на его поверхности в двадцать восемь раз превышает гравитационную силу на поверхности Земли, и учитывая его колоссальную массу, которая в 390 000 раз больше массы Земли, материя, из которой оно состоит, в таком случае не может иметь никакой аналогии с жидкостями или твердыми телами, которые мы знаем. Однако, несмотря на эти трудности, текущая гипотеза состоит в том, что Солнце и планеты, включая Землю, являются либо твердыми, либо жидкими, либо имеют твердые коры с жидкими ядрами: их неодинаковые удельные веса проистекают из различий в веществе. И действительно, на первый взгляд это кажется единственным состоятельным предположением; поскольку, если не препятствует какая-то огромная сопротивляющаяся сила, гравитация должна уничтожить любую внутреннюю полость, обрушив окружающее жидкое или твердое вещество.
Тем не менее, то, что Земля, как и другие члены Солнечной системы, является твердой или состоит из твердой оболочки, имеющей полость, полностью заполненную расплавленным веществом, не является установленным фактом: это не более чем предположение. Мы не должны позволять его привычности и кажущейся осуществимости ввести нас в заблуждение и принять его некритически. Если мы найдем альтернативное предположение, которое, с физической точки зрения, является столь же возможным, мы обязаны рассмотреть его. И если оно не только позволяет избежать указанных выше трудностей, но и многих других, которые будут упомянуты далее, мы должны отдать ему предпочтение.
Прежде чем перейти к рассмотрению того, что небулярная гипотеза указывает относительно внутренних структур Солнца и планет, мы можем заявить, что наши рассуждения, хотя и относятся к роду, не допускающему прямой проверки, являются не чем иным, как дедукциями из установленных принципов физики. Мы представили их авторитету, не уступающему любому, кого можно назвать; и, хотя он не готов полностью присоединиться к ним, он все же не видит ничего, что можно было бы возразить. Итак, начиная с вращающегося сфероида из аэроформной материи на поздних стадиях его концентрации, но до того, как он начал принимать жидкую или твердую форму, давайте спросим, какие действия должны происходить в нем. Взаимное тяготение постоянно агрегирует его атомы в меньшую и более плотную массу; и агрегирующая сила продолжает возрастать по мере приближения к общему центру тяжести. Однако препятствие для концентрации существует в центробежной силе, которая на этой стадии имеет гораздо более высокое отношение к гравитации, чем впоследствии, и в газообразном сфероиде должна создавать очень сплюснутую форму. В то же время приближению атомов противодействует сила, которая при преодолении выделяется в виде тепла. Это тепло должно быть наибольшим там, где атомы подвергаются наибольшему давлению, а именно в центральных частях. И по мере того, как оно уходит в пространство, должны происходить дальнейшее сближение и дальнейшая генерация тепла. Но в газообразном сфероиде, имеющем внутренние части более горячие, чем внешние, должна существовать некоторая циркуляция. Токи должны направляться из самой горячей области в самую холодную по некоторому определенному маршруту; и из самой холодной в самую горячую по другому маршруту. В очень сплюснутом сфероиде самой холодной областью должна быть область около экватора: поверхность там имеет столь большое отношение к массе. Следовательно, будут токи от центра к экватору и другие от экватора к центру. Каковы будут особые курсы этих токов? Предполагая исходное состояние покоя, готовое перейти в движение в соответствии с возмущающими силами, токи, начинающиеся в центре, будут следовать линиям наиболее быстро убывающей плотности; поскольку инерция будет наименьшей на этих линиях. То есть будет ток от центра к каждому полюсу вдоль оси вращения; и пространство, таким образом постоянно оставляемое вакантным, будет заполняться за счет обрушения материи, входящей под прямым углом к оси. Однако процесс не может закончиться здесь. Если существуют постоянные токи от центра к полюсам, должно происходить постоянное накопление на полюсах; сфероид будет постоянно становиться более выпуклым около полюсов, чем позволяют условия механического равновесия. Если, однако, масса на полюсах таким образом всегда находится в избытке, она должна под действием сил, действующих на нее, постоянно перемещаться по внешней поверхности сфероида от полюсов к экватору: только так может поддерживаться та форма, которую диктует вращение. И дальнейшим результатом этого переноса материи от центра через полюса к экватору должно быть установление противотоков от экватора по диаметральным линиям к центру.
Отметьте теперь изменения температуры, которые должны происходить в этих токах. Аэроформная масса, поднимающаяся от центра к любому из полюсов, будет расширяться по мере приближения к поверхности вследствие уменьшения давления. Но расширение, включающее поглощение тепла, повлечет за собой понижение температуры; и температура будет еще больше понижаться из-за большей свободы излучения в пространство. Эта разреженная и охлажденная масса должна еще больше разрежаться и охлаждаться в своем движении по поверхности сфероида к экватору. Постоянно вытесняемая дальше от полюса из-за непрерывного накопления там, она должна приобретать все возрастающее вращательное движение и все возрастающую центробежную силу: откуда должны следовать расширение и поглощение тепла. К охлаждению, вызванному таким образом, должно быть добавлено охлаждение, возникающее в результате излучения, которое при каждом продвижении к экватору будет менее затруднено. И когда масса, за которой мы таким образом проследили, прибудет к экватору, она достигнет своей максимальной разреженности и максимального охлаждения. И наоборот, каждая часть тока, движущегося в диаметральном направлении от экватора к центру, должна постепенно повышаться в температуре; в силу как возрастающего давления, так и постепенной остановки движения и уменьшенной скорости излучения. Отметьте, наконец, что эта циркуляция будет продолжаться, но медленно. Поскольку материя, движущаяся от экватора к центру, должна потерять свое вращательное движение, в то время как материя, движущаяся от полюсов к экватору, должна получить вращательное движение, из этого следует, что необходимо преодолеть огромное количество инерции; и это должно сделать токи настолько медленными, чтобы они не могли произвести ничего похожего на равенство температур.
Таково строение концентрирующегося сфероида из газообразной материи, где же газообразная материя начнет конденсироваться в жидкость? Обычное предположение состояло в том, что в туманной массе, приближающейся к планетарной форме, сжижение сначала произойдет в центре. Мы полагаем, что это предположение несовместимо с установленными физическими принципами.
Заметьте прежде всего, что это противоречит аналогии. То, что вещество Земли было жидким до того, как какая-то его часть стала твердой, общепризнано. Где оно впервые затвердело? Не в центре, а на поверхности. Теперь общие принципы, которые применимы к конденсации жидкой материи в твердую, применимы также к конденсации газообразной материи в жидкую. Следовательно, если некогда жидкое вещество Земли впервые затвердело на поверхности, подразумевается, что его некогда аэроформное вещество впервые сжижилось на поверхности.
Но нам нет нужды останавливаться на аналогии. Рассматривая то, что должно произойти во вращающемся газообразном сфероиде, имеющем токи, движущиеся так, как описано выше, мы увидим, что внешняя конденсация является следствием. Туманная масса, когда она достигла этой стадии, будет состоять из аэроформной смеси различных веществ; более тяжелые и более конденсируемые вещества будут содержаться в более разреженных или менее конденсируемых, точно так же, как вода содержится в воздухе. И вывод должен заключаться в том, что на определенной стадии некоторые из этих более плотных веществ будут выпадать в виде облака.