Рождение планет по Лапласу

Вернемся, однако, к гигантской туманности со сгущением в центре, из которой, по мысли Лапласа, развивалась Солнечная система (рис. 10). Эта обширная, раскаленная газовая туманность, вращающаяся вокруг своей оси, испускала, конечно, в пространство большое количество тепла и вследствие этого охлаждалась. Охлаждение туманности должно было сопровождаться ее сжатием, т. е. уменьшением размеров и возрастанием плотности газа. Но с уменьшением размеров вращающегося тела скорость его вращения, как утверждают законы механики, должна возрастать. На языке механики это важнейшее правило говорит, что в изолированной системе сумма моментов количества движения должна быть постоянна, т. е. должна быть постоянна сумма произведений массы m каждой частицы системы на ее скорость v и на ее расстояние r от оси вращения (mvr).

Чем быстрее вращается тело, тем больше в нем центробежная сила, которая сильнее всего действует на частицы, лежащие на границах экватора туманности. Поэтому туманность сплющивалась у своих полюсов все больше и больше, вытягиваясь в плоскости экватора и напоминая своим видом линзу, чечевицу или две глубокие тарелки, сложенные своими краями.

Рис. 10. Различные стадии формирования Солнечной системы по Лапласу

В процессе сжатия туманности на некотором расстоянии от ее оси вращения в плоскости экватора частички приобретали скорость, достаточную для того, чтобы действующая на них центробежная сила уравнялась с силой тяготения к центру. Заметим, что если первоначально эта туманность простиралась далеко за орбиту наиболее удаленной планеты, — она не простиралась все-таки до бесконечности. В самом деле, частички, очень далекие от центрального сгущения, могли им притягиваться слабее, чем каким-либо другим массивным небесным телом, т. е. какой-нибудь другой звездой. Даже и без этого влияния со стороны солнечных соседей такие далекие частички при достаточной скорости или при случайном толчке легко могли выйти из области притяжения центрального сгущения и рассеяться в мировом пространстве.

Частички, лежащие на экваторе и испытывающие при вращении центробежную силу, равную силе их притяжения к центру, теряли связь с остальной массой туманности и отслаивались от нее. Они продолжали вращаться уже самостоятельно, на определенном расстоянии от центра и с постоянной скоростью. Так как процесс охлаждения и сжатия туманности шел непрерывно, то от внутренних частей туманности, вращавшейся все быстрее и быстрее, в экваториальной плоскости частицы отрывались слой за слоем, всякий раз как центробежная сила для данных частиц уравновешивалась тяготением.

Таким образом, сплюснутая туманность сначала превратилась в шар, оставшийся от центрального ядра, окруженный системой неоднородных тонких и почти плоских газовых колец, лежащих в экваториальной плоскости. Такая система вращалась уже не как твердое тело, потому что после отслоения очередного кольца скорость оставшейся внутренней части туманности возрастала, как того требуют законы механики. Наглядное представление о получившейся картине дает в миниатюре планета Сатурн со своими плоскими, концентрическими кольцами, отделенными друг от друга пустыми промежутками.

Образование колец является наиболее характерной чертой гипотезы Лапласа.

Лаплас полагал, что отделившиеся таким образом кольца образовались как раз в местах, занятых теперь орбитами планет. Он думал, что внутреннее трение между частичками в каждом отдельном кольце должно было выровнять их угловые скорости, так что в конце концов кольцо вращалось вокруг своего центра с угловой скоростью, одинаковой по всей ширине кольца. Охлаждение и взаимное тяготение частиц вело к дальнейшему сжатию кольца, которое, конечно, лишь в исключительных случаях могло быть однородным. В нем неизбежно должны были встречаться уплотнения и разрежения газа. Более массивные комки постепенно должны были притянуть к себе, собрать остальные частички, и, таким образом, каждое неоднородное кольцо сбивалось в один газовый шар, несущийся вокруг Солнца на том расстоянии, на каком отделилось соответствующее кольцо, и имеющий ту скорость, какую имела оставшаяся туманность на экваторе в момент отделения этого кольца. Поэтому-то кольца, отделившиеся позднее, находившиеся ближе к Солнцу и имевшие большую угловую скорость, превратились в планеты с наименьшими периодами обращения. Действительно, самая близкая к Солнцу планета — Меркурий — обегает его за 88 суток; следующая планета — Венера — за 225 суток; Земля — за год, и так вплоть до Урана, период обращения которого составляет 84 года. Солнце, которое Лаплас мыслил сжавшимся центральным ядром туманности, обладает периодом вращения вокруг оси в 25 дней, т. е. еще более коротким, чем период Меркурия, что также соответствует гипотезе Лапласа.

Действительно, после отделения кольца Меркурия сжимающееся центральное тело должно было начать вращаться еще быстрее. Описанные процессы, очевидно, вполне могли привести и к согласию с другими наблюдаемыми периодами Солнечной системы, т. е. к тому, что орбиты всех планет — почти круговые и лежат почти в плоскости солнечного экватора, причем направления обращений все одни и те же — прямые.