Космогонические работы Джинса

Космогонические исследования Джеймса Хопвуда Джинса, выдающегося английского физика-теоретика и одного из основателей теоретической астрофизики, составили целую эпоху в космогонии.

Джинсу принадлежат фундаментальные исследования и руководства по газо- и гидродинамике, разработка теории равновесия вращающихся жидких тел. Он — создатель теории гравитационной неустойчивости, принципы которой стали опорой современных космогонии и космологии и дальнейшее развитие которой, в первую очередь советским академиком Я.Б. Зельдовичем и его школой, позволило создать теоретический фундамент возникновения современных представлений о Метагалактике (теория крупномасштабной структуры Вселенной). Но в первой половине века более всего Джинс был известен широкому кругу читателей своей гипотезой (1916 г.), продвинувшей дальше гипотезу Мультона и Чемберлина, — о приливном происхождении Солнечной системы. Он совместно с крупным английским геофизиком Х. Джеффрейсом изучил судьбу прилива в Солнце, вызванного близким прохождением другой звезды. Эту свою гипотезу он излагал также в своих блестящих научно-популярных книгах, издававшихся (в переводе) и в СССР: «Вселенная вокруг нас», «Звезды и их судьбы» и другие, а в научной форме — в объемистой монографии «Астрономия и космогония» (1929 г.). Гипотеза Джинса стала столь же популярной, как в свое время это было с гипотезой Лапласа.

Джеймс Хопвуд Джинс (1877—1946)

Джинс в своей подробно разработанной математически космогонии учел, что планеты могут возникнуть только из плотного газа, который в Солнце имеет среднюю плотность 1,4 г/см³. Для этого он рассчитал, что звезда должна была пролететь мимо Солнца так, чтобы прилив был подобен резкому удару в солнечную поверхность и вырвал бы при большой скорости одну струю газа, короткую, но плотную (опять-таки аналог гипотезы Бюффона!). Толще всего вырванная струя была бы в своей середине, а в начале ее истечения и в конце была бы тоньше (сигарообразная форма). Этим он объяснил, почему в группе планет, на которые эта плотная струя распалась, самые крупные планеты Юпитер и Сатурн оказались в середине (рис. 12).

Рис. 12. Образование планет Солнечной системы согласно Джинсу

В 20-е годы, однако, гипотеза Джинса — Джеффрейса стала подвергаться критике. Сам Джеффрейс признавал, что их гипотеза не может убедительно объяснить причину вращения планет, и готов был вернуться к «косому удару», как это было в гипотезе Бюффона.

Другое возражение состояло в том, что вещество сигарообразной струи, вырванной из Солнца, ввиду высокой температуры его газа должно было рассеяться в пространстве, а не сгуститься в планеты. По той же причине — из-за высокой температуры газа в звезде — Джинс в 1935 и 1944 годы должен был отказаться от идеи происхождения двойных звезд путем разрыва одиночной звезды в результате ее быстрого вращения, так как его модель «жидкой» звезды оказалась несостоятельной (рис. 13).

Но основную для большинства гипотез трудность — объяснить распределение момента количества движения в Солнечной системе — Джинс считал преодоленной, так как полагал, что огромный по сравнению с солнечным момент количества движения планет был приобретен от пронесшейся звезды. Однако Г. Рессел в 1938 г. вычислил, что если рассчитывать этот момент на единицу массы тела, то оказывается, что у планет он в среднем в 10 раз больше, чем мог быть у проходящей звезды. Чтобы объяснить это, надо допустить, что улетевшая звезда увлекла с собой огромную массу газа. Эти приблизительные расчеты Рессела были подтверждены точными расчетами советского астронома Н.Н. Парийского.

Рис. 13. Происхождение двойной звезды по Джинсу

Кроме подтверждения вывода Рессела о том, что в гипотезе Джинса не учтено распределение вращательного момента у планет еще и на единицу массы, Н.Н. Парийский рассчитал, что орбиты частей «сигары», вырванной из Солнца, будут такими короткими, что наблюдаемое распределение планет на огромном протяжении Солнечной системы не получится. Таким образом, гипотеза Джинса оказалась несостоятельной со всех точек зрения, хотя она и пользовалась почти всеобщим признанием на протяжении 20 лет. (Последнее можно объяснить огромным авторитетом ее автора и отсутствием в космогонии той эпохи чего-либо лучшего.)

В нашей стране в 40-е годы большое внимание было обращено на то, что в научных и популярных книгах Джинса явно проступают его идеалистические воззрения.

С крахом гипотезы Джинса в планетной космогонии наступила пора депрессии. Механика показала свое бессилие в решении проблемы. Другие науки еще не располагали достаточным запасом сведений о космических процессах, о самих условиях в Космосе. Поэтому высказывавшиеся и в эти годы и даже весьма многочисленные «гипотезы» были либо искусственными построениями, либо представляли собою отдельные неразработанные идеи и мысли. Плодотворность ряда идей стала ясной лишь позднее, когда появились условия и новые факты для лучшего обоснования этих идей и для построения на их основе новых цельных гипотез. К таким идеям принадлежала выдвинутая известным шведским астрономом-теоретиком Б. Линдбладом (1934 г.) гипотеза о постепенном росте частиц межзвездной пыли за счет аккреции (т. е. холодного слипания частиц или поглощения их более крупным телом). Только в наши дни получает применение в космогонии и развитие идея другого крупного шведского ученого, астрофизика Х. Альвена, высказанная под влиянием идеи Линдблада. Это утверждение, что в космогонии Солнечной системы могли играть существенную роль электромагнитные силы — взаимодействие магнитного поля Солнца и потока заряженных частиц, приходящих из Космоса. На этом основании он объяснял распределение в Солнечной системе момента количества движения (уменьшение его у Солнца).

В тот же период общего упадка космогонии английский астроном Эджворт первым попытался соединить «спасительную» идею захвата Солнцем внешнего момента количества движения и лапласовскую идею закономерности, неуникальности Солнечной системы, а именно предложил гипотезу о более вероятной встрече Солнца не с отдельной звездой, а с целым межзвездным газопылевым облаком, захвате его и формировании в нем планет. Но поскольку с 1929 г. уже была известна невозможность захвата в задаче трех тел (теорема, доказанная французским небесным механиком Шази), то гипотеза эта не могла быть принята всерьез... Ситуацию, сложившуюся к середине 40-х годов XX в. В.Г. Фесенков охарактеризовал как небывалый разброд мнений.

Из этого кризиса космогония была выведена неожиданно не астрономами, а выдающимся советским математиком и геофизиком академиком О.Ю. Шмидтом.