Системы мира (астрогеометрические и космогонические идеи). — Почти до XVII стол. звездная С. казалась астрономам чем-то вроде декорации, окружающей познаваемый мир. Вселенная ограничивалась планетной С., а главной задачей астрономии было — геометрическим, возможно простым построением объяснить видимое движение солнца, луны и планет. Об относящихся сюда С. Птолемея, сферах Евдокса, учении пифагорейцев, С. Тихо Браге и Коперника, а также о законах Кеплера — см. Солнечная система. Взгляды Коперника («De revolutionibus», 1543) на звездный мир ничем еще не отличались от взглядов древних — он считал звезды расположенными на шаровой поверхности. Джордано Бруно (1600) один из первых говорил о множественности миров и о движении звезд в пространстве. Кеплер («Epitome astronomiae copernicanae», 1618) утверждал, что звезды находятся на весьма различных расстояниях от нас; они заполняют сферическое пространство, внутри которого помещается Млечный Путь — гигантское кольцо, густо усеянное звездами; солнце расположено в центральной пустоте отдельно от других звезд. Два принципа, получившие надолго большое значение, были высказаны Гюйгенсом («Cosmotheoros», 1698): 1) звезды распределены равномерно в пространстве, 2) о расстоянии звезд до земли можно судить по их относительной яркости. Райт (Wright) в своем сочинении «An original theory of the universe» (1750) формулировал следующие тезисы: вселенная бесконечна в пространстве и во времени; вся она управляется законом тяготения, связывающим звездные С.; совокупность видимых звезд по своей группировке аналогична солнечной С. — звезды теснятся около основной плоскости, в этой плоскости они движутся вокруг центрального светила; мы видим основную плоскость в разрезе как светлую полосу — Млечный Путь; туманности суть не что иное, как безмерно далекие отдельные скопища звезд, во всем подобные нашему. Кант («Geschichte des Himmels», 1755) повторил эти тезисы; на основании геометрических соображений он считал Сириус центральным светилом. Мысль о бесконечном множестве отдельных «млечных путей», отдельных вселенных, широко развил Ламберт («Cosmologische Briefe», 1761). Он сделал допущение, что весь Млечный Путь разбивается на отдельные звездные скопления, а видимые нами яркие звезды составляют ту кучу, к которой принадлежит солнце. В. Гершель в основание своих взглядов положил результаты громадного ряда наблюдений. В начале он допускал равномерное распределение звезд в пространстве и думал судить о форме нашей вселенной по тому числу звезд, какое мог насчитать в поле зрения своего телескопа в различных местах небесного свода. Эти «черпки» звезд привели Гершеля (1785) к заключению, что Млечный Путь имеет вид пласта или диска, расщепленного с одной стороны. Уже в мемуарах 1811 и 1817 гг. («Philosophical Transactions») сам Гершель отказался и от этих результатов, и от самого метода. Тем более странно, что пресловутые черпки и бифуркация Млечного Пути до сих пор приводятся в популярных книгах. В 1802 г. Гершель доказал существование тесных С. двойных и кратных звезд — тогда же принцип равномерного распределения лишился всякого значения. С другой стороны, Гершель убедился, что даже его могучие телескопы не в состоянии местами пронизать всю толщу Млечного Пути, разложить его светлый фон на отдельные звезды. Отказавшись определить истинную фигуру этого звездного скопления, Гершель перешел к изучению отдельных, резко ограниченных звездных куч. Из 263 таких куч 225 расположены на Млечном Пути. Взгляд Ламберта оказался вполне правильным. О воззрениях В. Гершеля на туманности см. ниже и статью Туманности. Его сын Джон Гершель исследовал строение южного полушария неба. Он подтвердил, что млечный путь не сплошной диск, но кольцо неправильной формы с различными разветвлениями. Позднейшие взгляды Гершелей в общих чертах мало подверглись изменению. В основание новых изысканий по распределению звезд в пространстве легли их каталоги, изготовленные в XIX стол. Так, В. Струве в своих «Etudes d’astronomie stellaire» пользовался наблюдениями Бесселя. Самым ценным является труд Аргеландера с помощниками, знаменитое «Bonner Durchmusterung» — перепись всех звезд до 9,5 величины. Сам Аргеландер, затем Проктор, Зелигер и др. черпали из этого богатейшего материала.
Современные взгляды. Звезды всех величин распределены на небесном своде далеко не равномерно — всего гуще около Млечного Пути. Это стремление выражено резче для слабых звезд. Светлые части Млечного Пути состоят из множества мельчайших звездочек 12—16 величин. Проктор нанес на карту очень малого масштаба все 324198 звезд «Bonner Durchmusterung»; оказалось, что эти звезды (ярче 10-ой вел.) воспроизводят в подробностях фигуру Млечного Пути. Большинство же самых ярких звезд находится в поясе, наклоненном к плоскости млечного пути под углом в 20° (Гульд). Млечный Путь объясняется Проктором как мощный, быть может, не замкнутый в кольцо поток звезд, которого изгибы производят кажущиеся разрывы (напр. в созвездии Корабля) и местные ослабления блеска. Слабых звезд насчитывается гораздо меньше, чем это требуется принципом равномерного распределения. Это особенно резко выразилось в результатах Литрова и Пикеринга (последний пересчитал звезды от 9 до 15 величины около северного полюса). Отсюда следует, что наша вселенная, разумея под этим словом все собрание видимых раздельно звезд, не простирается бесконечно; плотность же распределения звезд к пределам вселенной уменьшается. Зелигер оценивает число всех звезд в 80000000. В распределении звезд по величинам заметен скачок около 4-й величины: здесь, по-видимому, начало перехода от звезд нашей солнечной группы (примерно 400 звезд от 1 до 7 величины) к прочим группам Млечного Пути (Гульд). Ольберс предложил гипотезу поглощения света далеких звезд пространством. Скорее можно предполагать существование чрезвычайно разреженной, задерживающей свет материи. Это подтверждается новейшими фотографическими снимками (Робертс, Барнард), которые обнаружили необозримые (в сотни квадратных градусов) скопления весьма слабо светящегося «космического тумана». Быть может, здесь лежит объяснение общих спектральных линий у всех звезд некоторых местностей неба (напр. в созвездии Ориона, см. Спектры звезд). Весь Млечный Путь имеет комообразное строение. Попадаются группы красных звезд, звезд с яркими спектральными линиями (преимущественно около самого нерва Млечного Пути). Фотография (Вольф, Анри, Барнард) указала, что звездочки в Млечном Пути местами проектируются на совершенно темный фон, местами как бы запутаны в светлую массу (напр. в созвездии Стрельца). Эта масса представляет интересные подробности: кое-где заметны пучки, точно силовых, линий, кое-где клубообразное строение. Теперь оставлены идеи Райта и Ламберта о туманностях как отдельных вселенных. Большие, неправильной формы туманности (напр. в Орионе, «омега», dumpbellnebula и т. д.) расположены вблизи Млечного Пути и, по-видимому, имеют непосредственную связь с ним. Спектр их состоит из немногих ярких линий, что доказывает газообразное строение. Туманность, видимая глазом в Орионе, составляет лишь небольшую часть открытой фотографией, разветвления которой покрывают громадную площадь и доходят до Млечного Пути. Точно так же связана с ним гигантская туманность, окутывающая группу плеяд (Робертс, Шейнер). Малые, круглые «планетные» туманности, тоже состоящие из раскаленных газов, расположены как раз в местностях бедных звездами. Больше всего их около полюсов Млечного Пути (напр. в созвездии Девы). Эти туманности как бы дополняют в пространстве звездную С. и тем самым составляют с ней одно целое. Напротив того, правильные, спиральные туманности (напр. в Андромеде, Гончих Собаках) имеют непрерывный спектр и расположены случайно относительно Млечного Пути. В них-то еще можно видеть отдельные вселенные, но признается более вероятным, что они состоят из скопления раскаленных частиц и представляют собой звезды в первых стадиях развития (см. ниже). Так же случайно разбросаны правильные шарообразные кучки мельчайших одинаковой яркости звездочек (напр. в созвездии Геркулеса, Центавра), о них см. ниже гипотезу Фая. Еще Гершель заметил склонность звезд группироваться струйками. Примером могут служить «потоки» звезд в Рыбах, Скорпионе. Быть может (Проктор) некоторые созвездия обязаны своим названием таким струйкам. Особенно же легко проследить подобные струйки среди телескопических звезд. Интересна местность в созвездии Стрельца, где видны целые пучки линий, составленных из звезд; около туманности Ориона есть струйка из 16 звезд. Хотя притяжение между звездами (принимая закон Ньютона) должно быть весьма слабо, несомненно существуют группы звезд, удаленных друг от друга, но связанных физически. Таковы 5 из 7 известных звезд Большой Медведицы, они имеют общее движение — составляют настоящий лоток звезд. Звезды далеко не одинаковы по размерам; это доказывают двойные звезды и такие кучи, как Плеяды, скопление в Персее и т. д., где близкие звезды весьма разнообразны по яркости. Несомненно, впрочем, что существуют значительный по размерам, но дающие мало света звезды; пример тому спутник Сириуса, а также темные спутники переменных звезд типа Альголя. Убедиться в существовании самостоятельных «темных» звезд невозможно. Упомянутые же выше бесформенные скопления непрозрачной материи могли бы пояснить известные «угольные мешки» в млечном пути — места, лишенные звезд и совершенно темные. Из ярких звезд 60% относятся к 1 спектральному типу. Этот тип господствует в Млечном Пути и около него. Быть может, это происходит от большей яркости этих звезд. Звезды II и III типов распределены равномерно. Аргеландер сделал попытку, исключив кажущееся движение звезд, зависящее от перемещения самого солнца, найти в остаточном движении общий закон, иными словами — найти центр, около которого движется вся звездная С. Он думал увидеть такой центр по направленно созвездия Персея. Медлер, менее обоснованно, искал его в Плеядах. Наиболее вероятно мнение, что нет центрального светила, масса которого значительно превосходила бы массу других звезд. Среди нашей вселенной встречаются звезды, обладающие таким быстрым движением, какое не могло быть вызвано притяжением всего Млечного Пути. Таковы 1830 каталога Грумбриджа, 61 Лебедя, 2151 Корабля; это — или пришлые звезды, посторонние нашей вселенной, что указывало бы на существование звезд в пространстве недоступном нашему зрению, или же нельзя распространять на всю звездную С. закона тяготения, управляющего солнечной С.
Космогонические гипотезы имеют целью объяснить однообразие движения и состава небесных тел. Они исходят из понятия о первоначальном состоянии материи, заполняющей все пространство, которой присущи известные свойства, вызывающие все дальнейшие эволюции. Позднейшие идеи построены на законе притяжения Ньютона [1] и на так называемой гипотезе первичной туманности — бесформенного, крайне разреженного однородного [2] скопления вещества. Канту принадлежит в этом направлении первый опыт («Allgemeine Naturgeschichte und Theorie des Himmels», 1755); за ним следовал Лаплас. Совершенно ложно ходячее мнение, по которому гипотезы Канта и Лапласа совпадают. В них различны уже свойства первичной туманности и коренным образом расходятся все эволюции ее. Гипотеза Лапласа благодаря работам Роша («Essai sur la constitution et l’origine du système solaire», 1875) имеет некоторое право на место в астрономических трактатах. Гипотеза Канта в слишком многих пунктах идет вразрез с основными законами механики и представляет лишь исторический интерес. Вообще все космогонические гипотезы имеют лишь спекулятивное значение и ни в каком случае не могут считаться принадлежащими к астрономии как к точной науке. В них совершенно произвольны как начальные обстоятельства, так и условия развития С.; многие детали противоречат друг другу и существующим явлениям. Эти гипотезы — лишь образец того, как без особенных натяжек и почти без явных противоречий законам механики могли бы развиться С., подобные солнечной. Переходя от Сведенборга и Канта к Лапласу и Рошу, а затем к Д. Дарвину, мы видим сужение задачи — от всего мироздания к солнечной С. и к образованию одного спутника. В то же время рассуждения постепенно переходят на более твердую почву. Лаплас, поместив свою гипотезу только в популярной книге: «Exposition du système du monde» (1796), прибавляет: je présente avec la défiance que doit inspirer tout ce qui n’est point un résultat de l’observation ou du calcul. Дарвин, разработав историю С. подобной земля — луна с небывалой полнотой, говорит: мы никогда не узнаем истинного происхождения луны, и все работы в этом направлении останутся бесплодными.
Гипотеза Канта. Первичная туманность состоит из отдельных частиц. Более тяжелые начинают притягивать сравнительно легкие, образуются местами центры притяжения, вся туманность разбивается на участки, на шаровидные, более плотные скопления материи — будущие звезды. В каждой звездной туманности появляется центральное сгущение; частицы, стремясь к центру, сталкиваются; одни из них при этом падают к центру, другие получают боковое движение. Случайно накапливается перевес движения в одну сторону, и все частицы, как падающие к центру, так и остающиеся в туманности во взвешенном состоянии, получают вращательное движение, общее для всей массы. Вследствие вращения туманность сплющивается, частицы, не упавшие на солнце, начинают группироваться около местных, случайных центров притяжения — зарождаются планеты. В зависимости от положения зародыша планеты над экватором туманности орбиты планет будут более или менее наклонены к нему. Увлеченные общим вращением массы, все планеты движутся в одну сторону. Вопрос о вращательном движении планет вокруг их осей изложен у Канта весьма темно, и во всяком случае вращение должно бы происходить в обратную сторону существующему. Небольшие комки первичной туманности, далекие от экватора ее, образовали кометы. У Канта нет ни постепенного сокращения объема всей туманности, ни выделения колец — этих характерных особенностей гипотезы Лапласа. Кольца же Сатурна Кант объясняет, как продукт рассеивания атмосферы планеты.
Гипотеза Лапласа-Роша не касается звездных миров, а только солнечной системы. Первичная туманность есть газообразная раскаленная атмосфера солнца, которая простиралась далеко за пределы нынешней планетной С. Солнце уже вырисовывалось как довольно плотное сгущение в центре. Вся С. подобна туманным звездам или планетарным туманностям с центральным сгущением. Солнцу и его атмосфере от вечности присуще равномерное вращение. Атмосфера ограничена поверхностью, где центробежная сила уравновешена притяжением центрального ядра и всей атмосферы. Под влиянием притяжения, частью же вследствие внешнего охлаждения атмосфера сжимается. Тогда вращение ускоряется; увеличивается центробежная сила; поверхность равновесия обеих сил отступает внутрь всей массы, и слой туманной материи должен отделиться под экватором в виде туманного вращающегося кольца. При этом частицы, которые были расположены вне экватора, стекают к нему; но, обладая недостаточными скоростями, чтобы оторваться от общей массы, впитываются обратно в туманность и образуют эллиптические потоки около солнца внутри самой атмосферы, образуют внутренние туманные кольца. Часть их падает на солнце и увеличивает его массу. Попеременное увеличение центрального сгущения, сменяясь внешним сокращением объема вследствие охлаждения и сжатия, вызывает то, что поверхность равновесия отступает скачками, а отделение туманных колец происходит ритмично — материя не выделяется безостановочно на экваторе. Каждое кольцо склубилось в один ком — будущую планету, образование одной планеты из кольца составляет самый слабый пункт гипотезы; кольцо должно бы распасться на множество мелких телец (как астероиды). Вращение планет вокруг осей было первоначально обратно движению планет вокруг солнца, но тут выступил новый фактор — приливы, вызванные солнцем в планетной массе. Трение их постепенно замедляет это обратное вращение, наступает момент, когда вращение исчезает, затем, в благоприятных случаях, может получиться прямое вращение. Приливы на Уране и Нептуне слишком малы, чтобы уничтожить их первоначальное обратное вращение. Период обращения планеты около солнца равен времени вращения атмосферы солнца в момент выделения кольца. Внутренние же кольца объясняют быстрое обращение спутников Марса и колец Сатурна. Образование спутников идет в каждой планетной массе совершенно аналогично образованию самих планет. Приливы препятствуют образованию спутников второго порядка. Наклонности и эксцентриситеты орбит планет вызваны последующими взаимными возмущениями планет. — Гельмгольц ввел в гипотезу Лапласа-Роша закон сохранения энергии, и указал на сжатие как на единственно достаточный источник лучистой энергии солнца (об этом — см. Солнце).
Гипотеза Фая — допускает предвечное существование «хаоса» как темной и холодной туманности. Вследствие начавшегося сжатия, вызванного притяжением, материя нагрелась и стала слабо светиться, совершенно подобно туманностям, открытым фотографией. По различным направлениям хаос бороздят «потоки» материи. Местами вследствие встречи противоположных потоков получаются вихри — родоначальники спиральных туманностей, а за ними и различных звездных систем. Основным типом этих систем служат тесные двойные и кратные звезды, где массы распределены довольно равномерно, а составляющие звезды вращаются вокруг общего центра тяжести. Для образования системы, подобной нашей солнечной, требовались исключительно благоприятные условия. Фай совершенно справедливо настаивает на ложности взгляда, по которому каждая звезда является центром движения многих планет. Планетные системы — редкое исключение среди звездных миров. Там, где в хаосе не было встречи движений, образовались не вихри, а медленно сгущающиеся облака мелких раскаленных телец (пример тому в созв. Геркулеса, Центавра). В такой системе равнодействующая сила ньютонианского взаимного притяжения отдельных частиц всегда направлена к центру системы и прямо пропорциональна расстоянию частицы до него. Такой же закон сил господствовал и в нашей системе до сложения солнца. Вследствие этого кольца, образовавшиеся внутри туманности, дают начало планетам с прямым вращением вокруг осей. Между тем формируется центральное сгущение — солнце, масса которого, наконец, далеко превосходит массу оставшейся туманности, и закон сил изменяется: начинает преобладать центральное притяжение, обратно пропорциональное квадрату расстояния. Все частицы туманности движутся уже по законам Кеплера. Планеты, которые еще не успели сложиться из колец, получают вращение обратное. Таким образом, по гипотезе Фая, земля и внутренние планеты старше солнца, а оно старше Урана и Нептуна. Несмотря на удачное замечание о перемене закона сил, гипотеза Фая объясняет некоторые пункты (напр. образование колец) менее удовлетворительно, чем гипотеза Лапласа-Роша. Даже главная цель ее — объяснить аномальное вращение Урана и Нептуна — не вполне достигнута.
Во времена Лапласа считалось, что вращающаяся жидкая масса для равновесия должна принять форму тела вращения. Отсюда гипотетическое деление массы на части неизбежно происходила в виде круговых колец. Якоби (1856) первый указал на трехосный эллипсоид как на форму равновесия вращающейся жидкости и тем положил начало новым исследованием. Пуанкаррэ (1890) нашел, что при увеличении скорости вращения эллипсоид Якоби переходит в иную, «грушевидную» (апиоид) форму равновесия; дальнейшее же увеличение скорости должно вызвать разрыв всей массы на две неравные части. Д. Дарвин пришел к тем же результатам обратным путем. Исследуя приливное взаимодействие двух близких масс, он вывел, что подобные массы должны были раньше составлять одну, фигура которой близко подходит к апиоиду Пуанкаррэ. Ни одна из вышеизложенных гипотез не объясняет сформирование планеты из кольца; тем вероятнее новый вывод, по которому образование кольца — совершенно аномальное явление и имело место в солнечной системе только раз (для астероидов), все же планеты и спутники произошли путем отделения клуба материи. Если оторванный клуб был слишком мал, он не успевал удалиться от большей массы и был разорван ее приливным действием. Пример тому — кольца Сатурна, истинный генезис которых, как рассеянного спутника, был выяснен еще Рошем (1848). Для системы луна — земля исследования Дарвина можно назвать весьма удачными; меньше значения они имеют для эволюции других планет. Лишь для системы спутников Марса они дают новые разъяснения. Си (See) приложил вывод Д. Дарвина к звездным системам. Он указал (1893) сходство фигур, найденных Пуанкаррэ и Дарвином, с двойными туманностями и объяснил приливным действием значительные эксцентриситеты орбит большинства двойных звезд. Си подтверждает взгляд Фая, по которому планетные системы составляют исключение во вселенной, господствует же тип двойных звезд, лишенных планет. У всех изложенных космогонических теорий имеются общие слабые пункты, которые, быть может, следует отнести на счет самой гипотезы первичной туманности. Зачатки этой гипотезы видны в объяснении новых звезд 1572 и 1606 годов Тихо Браге и Кеплером. Галлей в 1714 г. говорит о повсеместном и предвечном существовании материи в разреженном состоянии. Параллельно с умозрениями Канта и Лапласа к гипотезе туманной материи пришел В. Гершель, из наблюдений. Он думал проследить в различных туманностях все стадии развития звезд. Несколько времени спустя лорд Росс показал, что многие из этих туманностей распадаются на отдельные звезды, и тем поколебал было доверие к гипотезе. Однако спектральный анализ подтвердил, что существуют светящиеся газообразные массы с очень слабым сплошным спектром, на котором выделяются блестящие линии. Но нужно признать, что гипотеза эволюции всех небесных светил из первичной туманности совершенно эмпирична и не имеет еще никакого фактического подтверждения.
- ↑ Гипотеза Сведенборга (1732) замечательна как последняя и наиболее разработанная из построенных не на законе притяжения. Сведенборг исходил из вихревой теории Декарта и в своих «Principia rerum naturalium» (отдел «de Chao Universali solis et planetarum») так рассказывает происхождение мира: вследствие давления мировой материи местами появляются довольно плотные агломераты (зародыши звезд), а в них вследствие присущей частицам материи наклонности двигаться по спиралям образуются вихри. Эти вихри захватывают частицы материи иного порядка, и из них формируется нечто вроде шаровой темной корки, вращающейся около уже сияющего центра — солнца. Вследствие центробежной силы эта корка становится тоньше, наконец лопается, из ее осколков образуется кольцо около солнца, оно в свою очередь разрывается на части, которые и дают начало планетам.
- ↑ Химический состав туманности Крукс назвал протилом; из этого протила, по его мнению, сложились все химические элементы.