Обратные обращения и вращения

То, что со времени Лапласа общее число членов Солнечной системы многократно возросло, еще не влияет на характер гипотез о ее происхождении. Но эти новые открытия показали, что она далека от той однообразно устроенной системы, какой ее видел Лаплас. Лаплас подчеркивал, что все планеты и их спутники обращаются и вращаются в одном и том же направлении, кроме части комет, но ведь их он считал случайными гостьями (вернее пленницами) в упорядоченной Солнечной системе. Правда, уже в то время были открыты четыре спутника Урана, обращающиеся в обратном направлении. Но, упоминая о них, Лаплас ни словом не обмолвился о том, что их обращение имеет направление обратное тому, какое наблюдалось у известных тогда четырех ярких («галилеевых») спутников Юпитера. Это можно, впрочем, объяснить тем, что упомянутые спутники Урана вращаются в плоскости, почти перпендикулярной к плоскости эклиптики (i≈97°) и плоскости орбиты самого Урана (плоскости его движения вокруг Солнца). Если взять орбиту тела, обращающегося в прямом направлении (т. е. в направлении вращения Солнца) и начать наклонять ее к эклиптике все больше и больше, то, после того как орбита эта станет перпендикулярной к эклиптике (і=90°), дальнейшее наклонение ее в ту же сторону сразу делает направление его движения (по отношению к эклиптике) обратным. Наклон орбиты i=180° означает движение точно в плоскости эклиптики, но в направлении явно обратном. Лаплас, вероятно, считал наклон орбит спутников Урана еще не точно определенным, может быть, немного ошибочным и из-за каких-то 7° превышения наклона над 90° не хотел разрушать царившее до этого представление о прямом движении всех планет и спутников, о стройности Солнечной системы¹. Однако у открытого уже после смерти Лапласа Нептуна орбитальное движение его первого, открытого в том же 1846 году спутника имеет наклон 139°, т. е. еще более заметный, где никакой неточностью измерений объяснить это нельзя².

Позднее у всех больших планет не земной группы было обнаружено сосуществование спутников двух типов — с прямым и обратным движениями по орбите, т. е. открылась принципиально новая черта Солнечной системы! К настоящему времени установлено, что прямые направления обращений спутников лишь преобладают, когда спутников у планеты много.

Обратные вращения вокруг оси открыты у двух планет — одно очень быстрое (у Урана), другое самое медленное (у Венеры), т. е. почти у самой далекой и почти у самой близкой к Солнцу планеты. Как видим, четкого порядка в Солнечной системе и в смысле одинаковости или хотя бы закономерности распределения направлений вращений планет также нет.

Другое отклонение от представлений Лапласа обнаружилось с открытием в 1877 г. двух крохотных спутников у Марса. Больший из них и более близкий к планете — Фобос — обращается вокруг Марса за 7 ч 39 мин, тогда как сам Марс на один оборот вокруг своей оси затрачивает 24 ч 37 мин, — т. е. вращается в 3½ раза медленнее. Это движение по своей скорости и расстоянию движущегося тела от центра Марса (9370 км) вполне соответствует закону Кеплера, но совершенно не соответствует гипотезе Лапласа, по которой центральное тело, отделив кольцо и сжимаясь, должно вращаться быстрее, чем спутник, возникший из кольца.

То же явление имеет место в системе Сатурна. Его мелкие спутники, обращающиеся вблизи системы его колец, да и сами кольца — частицы, из которых они состоят, — делают оборот приблизительно за 8 ч, тогда как сам Сатурн имеет период вращения 10 ч 14 мин.

Пишущий эти строки полагает, что в формировании большинства тел и их систем должен был участвовать не один процесс, а больше, и не припоминает, чтобы такое высказывание делалось раньше, хотя к этому и ведет рассмотрение некоторых гипотетических возможностей. В этом смысле поучительна известная почти двухвековая борьба гипотез об образовании лунных кратеров. Одни стояли за исключительную роль ударного их происхождения (при падении метеоритов), другие же придерживались мнения об их вулканической природе. Изучение Луны с космических аппаратов вблизи и даже с самой лунной поверхности незыблемо установило наличие обоих процессов. Исключительно ударное происхождение стали приписывать кратерам на Марсе и на Венере. Между тем вулканические кратеры оказались и там, и тут. Действующие активно вулканы обнаружены и на спутнике Юпитера Ио, хотя большинство считало, что вулканическая деятельность на малых небесных телах должна была давно заглохнуть.

Но вернемся к движению спутников планет. Большинство спутников с обратным движением малы и могли быть выхвачены мощным притяжением Юпитера и Сатурна из кольца астероидов. У Марса сила притяжения невелика, но он к астероидам ближе, чем Юпитер и Сатурн. Быстродействующие счетные машины за последние годы показали, что захваты мелких тел планетами, особенно большими, вполне возможны. Вероятно, и наша планета Земля захватывает, еще до падения на нее (и таким образом делает своими спутниками), некоторые метеорные тела, являющиеся чаще всего обломками сталкивающихся астероидов.

Две большие группы мелких астероидов движутся почти по орбите Юпитера, концентрируясь в небольших областях пространства впереди или позади него, отчего их называют «греки» и «троянцы» соответственно или чаще всего просто «троянцы». Эти группы находятся всегда в вершинах двух равносторонних треугольников, у которых две остальные вершины совпадают с положениями Солнца и Юпитера. Возможность устойчивости такой комбинации тяготеющих друг к другу трех тел предвидел и доказал коллега Лапласа, знаменитый Лагранж. В природе описанное выше расположение тяготеющих тел было открыто лишь через десятилетия после смерти Лагранжа. Но ввиду неточного соблюдения условий Лагранжа движение греков и троянцев устойчиво (в пределах наблюдения) не вечно. Оно может быть нарушено выходом одного или другого астероида из его современного положения в вершине соответствующего равностороннего треугольника.

Но вот в 1977 г. был открыт необычный астероид Хирон. Период его обращения вокруг Солнца — около 51 года, так что его довольно близкая к окружности орбита большей частью лежит между орбитами Сатурна и Урана. Наклон его орбиты к эклиптике составляет только 7°. Размер этого небесного тела заключен в пределах 150—650 км.

С другой стороны, недавно было обнаружено несколько астероидов, очень малых, диаметром до 1 км, имеющих афелии между Марсом и Юпитером (как почти у всех астероидов), но перигелии втрое более близкие к Солнцу, чем перигелий Меркурия — самой близкой к Солнцу планеты. На своем пути они пересекают орбиты Марса, Земли, Венеры и Меркурия. Все эти орбиты — типа орбит комет, имеющих самый короткий период. В то же время, известна короткопериодическая комета Отерма с почти круговой орбитой, которая лежит целиком в пространстве между орбитами Марса и Юпитера, и комета Швассмана — Вахмана с орбитой, целиком лежащей между орбитами Юпитера и Сатурна и тоже почти круговой. Оба эти светила, имеющие сходные с некоторыми астероидами орбиты, отличаются от последних только наличием у них слабо светящейся оболочки. Так, открытия последнего полустолетия почти уничтожили различие между ядрами комет и астероидами и никак не позволяют допускать межзвездное происхождение, по меньшей мере короткопериодических комет.

Возможно, малые планеты типа Икара являются ядрами бывших комет, утративших свою газовую оболочку с течением времени под влиянием нагревания их Солнцем вблизи перигелия. Таким образом, с гипотезой Лапласа не согласуется и все разнообразие орбит комет и астероидов. Да и крайняя планета Солнечной системы — Плутон, причисляемый к большим планетам, в перигелии подходит к Солнцу ближе, чем Нептун (в проекции орбита Плутона пересекает орбиту Нептуна, и последний в нашу эпоху оказывается наиболее далекой планетой в Солнечной системе).

Вместе с тем открытые позднее большие планеты не только нарушают закон Тициуса — Воде для расстояний больших планет от Солнца, но не выдерживается даже простое увеличение промежутков между их орбитами с удалением их от Солнца.

Эмпирический закон Тициуса — Воде представляется формулой

D = 4 + 3×2ⁿ

где D — среднее относительное расстояние от Солнца, выраженное в десятых долях расстояния от него Земли, а показатель п заменяется последовательно числами от О (для Венеры) до 6 (для Урана); для Меркурия формула применима при n = — ∞, но Нептун и тем более Плутон в эту формулу не укладываются.

Однако для тех планет, которые были известны в эпоху Лапласа, его гипотеза казалась вполне удовлетворительной, а сам Лаплас подчеркивал закономерное увеличение промежутков между планетами как одно из важнейших доказательств неслучайности в устройстве системы.

Примечания

1. Но главное, такое движение спутников могло оставаться прямым относительно вращения планеты (т. е. совпадающим с ним по направлению, как это и оказалось для всех пяти спутников Урана), а это обстоятельство несравненно важнее для космогонической гипотезы Лапласа. — Примеч. ред.

2. Это и был, по существу, первый случай открытия истинно обратного движения в Солнечной системе, противоречащего гипотезе Лапласа, поскольку спутник Тритон обращается против вращения планеты. — Примеч. ред.