§ 1. Космическая концепция аэролитов Хладни и ее следствия

На рубеже XVIII—XIX вв. на стыке астрономии, геологии, минералогии и химии возникла новая ветвь науки о Космосе — метеоритика. Это было связано с изменением существенных элементов традиционной астрономической картины мира.

До конца XVIII в. всевозможные кратковременные световые эффекты и явления, наблюдаемые на небе: «огненные шары» — болиды, падающие звезды — метеоры, вместе с обычной и шаровой молнией, блуждающими огоньками и «огнями Святого Эльма», полярными сияниями и т. п., объединяли, следуя еще аристотелевой традиции, в один класс «огненных метеоров», т. е. считали их атмосферными явлениями. В их объяснении к древней идее возгорания земных испарений добавилась лишь новая физическая идея — атмосферно-электрической природы свечения. Особенно впечатляющими и загадочными оставались более редкие феномены «огненных шаров», которые, внезапно появившись, проносились по небу, оставляя дымный хвост, разбрасывая искры и нередко с оглушительным грохотом взрывались в конце своего пути.

Отдельные астрономы еще в XVII в. высказывали догадки о космической природе болидов («огненных шаров»), считая их небольшими, близко проходящими кометами (Я. Гевелий, Дж. Валлис; впрочем, Гевелий и сами кометы считал оторвавшимися от Земли сгустками горючих испарений). Оригинальную гипотезу о болидах как сгустках истинно космического вещества, встречающихся на пути Земли, высказал в 1714 г. Э. Галлей. Но уже в 1719 г. отказался от нее в пользу идеи все тех же «горючих земных испарений», решив, вслед за Гуком, что в космическом пространстве неоткуда было взяться такому веществу. В свое время Гук, первым высказавший идею, по существу, метеоритной природы лунных цирков-кратеров, отказался от нее в пользу другой своей идеи — лунного вулканизма — также из-за «очевидной» пустоты космического пространства: не найдя ответа на вопрос, какие тела могли бы ударять в Луну.

Помимо давления общей ньютонианской картины практически пустого межпланетного и межзвездного пространства, трудность объяснения природы болидов состояла и в комплексной природе самого явления. В известном смысле оно — атмосферное, так как возникает лишь при движении сквозь земную атмосферу быстро летящего тела и нагревания его при трении о воздух. Правда, и комета может вызвать явление грандиозного болида, но опять-таки при влете ее в земную атмосферу (чем и объясняют, например, знаменитое Тунгусское явление). Но впервые измеренные во второй половине XVIII в. огромные (до многих десятков км/с!) скорости болидов и высоты их потухания (до сотни км), слишком большие для горючих земных сгустков-испарений, но слишком малые для прохождения мимо Земли комет, делали явление болидов еще более загадочным.

Вплоть до последней четверти XVIII в. еще большей загадкой оставались и случавшиеся иногда выпадения «из воздуха», «с неба», твердых и обычно горячих каменных или железных масс, причем порой это происходило вслед за погасанием болида. Определить истинную природу подобных «воздушных камней», или «аэролитов», было еще труднее. Самая древняя идея их космического объяснения — как обломков «обветшалого неба» или как падения потухших звезд (Анаксагор, V в. до н. э.) затем на тысячелетия сменилась другим, гораздо более «естественным» объяснением их как «громовых камней», падающих вместе с ударом грома и блеском молнии. Но еще Аристотель, взглянув на проблему как физик, дал явлению «небесных камней» для своего времени, быть может, наиболее естественное объяснение чисто земными причинами: далеким ураганом, переносящим камни и другие предметы порой на большие расстояния, или вулканическими выбросами, при которых камни поднимаются действительно на огромную высоту. В новое время эти объяснения дополнились идеей сгущения частиц, рассеянных в земной атмосфере (по аналогии с градом). И на фоне этих «разумных» объяснений более ранние идеи космического происхождения аэролитов представлялись чистой фантазией.

Вместе с тем с древнейших времен эти удивительные феномены, резко отличавшиеся от закономерных циклических явлений в Космосе, воспринимались как чудеса, и чудо «ощутимое» — в виде «небесного камня» — было особенно впечатляюще. Суеверие народных масс, а затем и церковь не преминули истолковать космическую идею аэролитов (как, впрочем, и кометы) в религиозном и мистическом смысле — как небесные знамения. Новое естествознание ввело в естественнонаучную картину Вселенной прежде всего кометы — в качестве космических объектов и даже членов Солнечной системы. Было «найдено» естественное объяснение и другим огненным метеорам — как эффектам химических и электрических процессов в земной атмосфере, до поры до времени представляющееся убедительным (например, электрическое объяснение болидов). Аэролиты же полностью выпадали из этого круга естественно объяснимых феноменов.

С утверждением классической гравитационной ньютонианской картины мира, согласно которой все движения и местоположения тел в Космосе (вернее, расположение их орбит) строго упорядочены законом всемирного тяготения, укрепилось и представление, что между известными небесными телами нет ничего, кроме пустого мирового пространства, заполненного лишь невесомым эфиром — носителем света. Поэтому естествоиспытателям в XVIII в. само допущение падения твердых и порой огромных каменных или железных глыб с неба на Землю представлялось противным логике и разуму.

Широко известен факт официального отрицания реальности метеоритов Парижской академией наук в конце XVIII в. Но мало кто знает истинную историю и существо дела.

Французские ученые весьма серьезно отнеслись к трем сероватым камням, присланным уважаемым лицом, аббатом Башелаем вместе со сведениями о якобы падении их с неба в 1768 г. (сам Башелай падения не видел). Информация об этом «падении» была даже помещена в «Трудах» Парижской академии наук, в томе за 1769 г. Вещество камней было тщательно исследовано специальной комиссией, в состав которой вошли Фуркруа и Лавуазье. Ученые выявили все четыре характерные (как выяснилось много позднее) для каменных метеоритов составляющие их: кремнезем (кварц, или двуокись кремния), железо в металлическом и окисленном состоянии, магнезию (окись магния) и сернистое железо (которое приняли за известный на Земле пирит FeS₂; то, что это характерный для метеоритного вещества троилит FeS, установил лишь в 1834 г. Берцелиус). Они совершенно справедливо отметили в веществе и следы алюминия (как элемент метеоритов — глинозем Al₂O₃ был открыт много позднее). Но химические признаки не давали основания «отсылать» камни на небо. Оплавленность поверхности камней также не была чудом: такое воздействие молнии было известно. В этих обстоятельствах французские академики, не имея серьезных оснований признать вещество «небесным» и отвергнув «фольклорную» идею «громовых камней» (рождающихся якобы от удара грома в воздухе!), в своем — тогда единственно обоснованном заключении — о земной природе камней как пиритной породы, — сделали оговорку. Они отметили, что в этом феномене, быть может, проявились еще мало изученные эффекты воздействия на земные породы атмосферного электричества и призвали физиков к дальнейшему изучению подобных явлений! Это заключение было опубликовано в 1772 г.

Чтобы раскрыть истинную природу аэролитов, потребовалось еще почти четверть века развития атмосферной физики и накопления новых фактов, которые помогли обратить внимание на связь аэролитов с другими явлениями и таким образом объяснить весь комплекс их. Решение этой тысячелетней загадки связано в истории науки с именем выдающегося немецкого физика Э. Хладни (1756—1827).

Посетив в 1792 г. знаменитого геттингенского физика и философа Г.К. Лихтенберга, Хладни обратил его внимание на несовместимость главных особенностей болидов при атмосферно-электрическом объяснении их (к чему склонялся тогда и Лихтенберг). Компактная форма, явное горение чего-то плотного с испусканием света и дыма, картина бурного дробления, разрушения болида с громоподобными звуковыми эффектами (обычно при ясном небе) — противоречили огромной высоте их возгорания и потухания. Под влиянием этих соображений Лихтенберг неожиданно высказал идею о вероятной космической природе болидов и посоветовал ее проверить по старинным хроникам и научной литературе (припомнив, как Сенека, в I в. высказал мысль о внеземной природе комет, считавшихся тогда атмосферным явлением).

Охваченный энтузиазмом, Хладни изучил многочисленные свидетельства о загадочных «огненных шарах». Он обратил внимание, что в этих сообщениях нередко говорилось и о падении горячих камней после угасания болида. Разделенные веками, записи поражали сходством описанных явлений. Идея реальности и единства причины обоих явлений — болида и аэролита — четко выступила перед Хладни, не только физиком, но и юристом, — как достоверный результат анализа большого исторического материала.

В решении проблемы происхождения аэролитов большую роль сыграли космогонические идеи В. Гершеля — идеи «остаточного» строительного материала в космическом пространстве между крупными телами или пополнения космического пространства таким материалом в результате космических взрывов переуплотненных старых звездных скоплений. Концепция Гершеля подсказывала определенный космический источник аэролитов: небольшие плотные массы, которые время от времени встречаются на пути Земли, врезаются в ее атмосферу с огромными скоростями и вызывают явление болида. Иногда их несгоревшие оплавленные остатки достигают поверхности Земли в виде метеоритов («метеорных камней», как называл их Хладни).

Однако аэролиты, даже когда падение их откуда-то сверху было достоверным фактом, оказывались слишком похожими на обычные земные камни, обожженные молнией, чтобы сделать выбор в пользу их космической природы. Недостающие аргументы, Хладни получил, когда неожиданно столкнулся в литературе, с новой вещественной «уликой», которая и стала для него наиболее впечатляющим доводом в пользу космического происхождения аэролитов и болидов.

Этой уликой стала загадочная 700-килограммовая глыба железа из Сибири, найденная в 1749 г., а затем повторно обнаруженная в 1771 г. экспедицией петербургского академика П.С. Палласа. В течение двух десятков лет сибирская находка оставалась загадкой ввиду своей необычной структуры, состава и огромного веса. Глыба представляла собой железную губку, наполненную прозрачными каплевидными зернами какого-то тугоплавкого минерала. Никакими известными процессами в минералогии, химии, металлургии не удавалось объяснить ее несовместимые друг с другом свойства. Чистейшее ковкое состояние металлического железа не допускало мысли о высокотемпературной переплавке (после которой оно становилось хрупким). Стеклообразное же состояние минеральных включений, напротив, свидетельствовало, что масса как бы вышла из огненного горна. В то же время все обстоятельства находки (глыба была найдена в дикой тайге, почти на вершине сопки, вдали от человеческого жилья), равно как и тугоплавкость включений, исключали ее искусственное происхождение. Сам Паллас высказал идею происхождения ее в огненном «горне Природы», но не в вулкане, которых не обнаружили в Сибири. Стеклообразность минеральных включений и пористая структура сибирской глыбы наводили современников Палласа на мысли о кипении этой массы, прежде чем она застыла. С другой стороны, ограненность некоторых минеральных зерен в ней (равно как и сама неплавкость их для земных лабораторий) подсказывала и противоположное мнение — о кристаллизации их холодным образом из некоторого раствора...

К 90-м г. XVIII в. закрепилось представление об «огненном» происхождении сибирской находки в результате расплавления руды молнией. Эта идея не вызывала особенного отклика, пока она существовала изолированно, среди других столь же мало обоснованных умозаключений о природе данной единичной находки. Но она предстала в совершенно ином свете после того, как венский минералог, хранитель Венского минералогического музея А. Штютц попытался объединить два факта — официально зафиксированный случай падения на землю (после наблюдавшегося болида) двух оплавленных железных масс в местечке Грашина (Хорватия) и случай сибирской находки, которые показались ему сходными по некоторым признакам внешнего строения масс. Но при этом Штютц стремился как раз опровергнуть фантастическую, по его мнению, версию падения с неба железных кусков в Грашине, усмотрев в них аналогию с сибирским железом (широко известным в Европе). Он утверждал, что и железо из Грашины имело то же происхождение (от удара молнии в руду). Именно эта статья Штютца неожиданно подсказала Хладни совсем другое и правильное решение относительно природы обоих объектов. Хладни уже был убежден в космической природе болидов. Поэтому, столкнувшись в работе Штютца с обоснованным объединением болида и появления оплавленных блоков железа в Грашине, с одной стороны, и сибирской находки, с другой, Хладни «лишь» перевернул с головы на ноги идею Штютца: он объявил, напротив, саму сибирскую массу упавшим с неба аэролитом, куском космической материи.

Концепция Хладни о космической природе болидов и аэролитов, а также странных находок «самородного» железа, подобных сибирскому (получившему вскоре название «Палласово железо»), была опубликована им в сочинении «О происхождении найденной Палласом и других подобных ей масс и о некоторых связанных с ними явлениях природы» (1794). Встреченная вначале скептически многими учеными (в том числе и Лихтенбергом), а другими даже враждебно, теория Хладни сразу вызвала бурные дискуссии и привлекла к феномену внимание крупных физиков, химиков, астрономов (в том числе Лапласа, Ольберса и др.).

Опубликованные незадолго до того, в 80-х гг. XVIII в., идеи продолжающегося лунного вулканизма (Эпинус, Лихтенберг) и некоторые наблюдения Гершеля, которые, казалось, подтверждали это, вызвали к жизни сначала теорию лунного источника метеоритов (Ольберс, 1795; Лаплас, 1802). Первоначальная идея Хладни — об источнике метеоритов как остаточном материале от космогонических и катастрофических процессов — ждала своего обоснования. Она восторжествовала лишь в середине XX в., в наши дни конкретизировавшись в теории астероидного (и отчасти кометного) источника метеоритов. Связываемый в основном с кометами редкий тип метеоритов — углистые хондриты, как считают, содержит вещество, сохранившееся в непереработанном виде со времен образования самой протосолнечной туманности из диффузной материи Галактики.