O. Yu. Shmidt and cosmogony
Дается краткий обзор исследований О. Ю. Шмидта, относящихся к космогонии, показывающий значение его работ в этой области.
Saved in:
| Date: | 1971 |
|---|---|
| Main Authors: | , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Institute of Mathematics, NAS of Ukraine
1971
|
| Online Access: | https://umj.imath.kiev.ua/index.php/umj/article/view/8343 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Ukrains’kyi Matematychnyi Zhurnal |
| Download file: |  |
Institution
Ukrains’kyi Matematychnyi Zhurnal| _version_ | 1860513063992557568 |
|---|---|
| author | Safronov, V. S. Сафронов, В. С. |
| author_facet | Safronov, V. S. Сафронов, В. С. |
| author_sort | Safronov, V. S. |
| baseUrl_str | https://umj.imath.kiev.ua/index.php/umj/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2024-06-10T13:25:25Z |
| description | Дается краткий обзор исследований О. Ю. Шмидта, относящихся к космогонии, показывающий значение его работ в этой области. |
| first_indexed | 2026-03-24T03:38:44Z |
| format | Article |
| fulltext |
УКРАИНСКИЕ МАТЕМАТИЧЕСКИИ ЖУРНАЛ т. .23, №~5
ИНСТИТУТ МАТЕМАТИКИ
У Д К 523.12
О. Ю. Шмидт и космогония
В. С. Сафр оно в
О жизни и творчестве Отто Юльевича Шмидта уже много писалось в
различных изданиях. Но о нем будет написано еще больше. О. Ю. Шмидт
оставил глубокий след в ряде областей деятельности нашего общества.
С течением времени все четче выявляется главный вклад, внесенный этим
замечательным человеком, все ярче вырисовывается идущее в-ногу с жизнью
объективное й все мельче становится оставшееся в прошлом субъективное.
Пожалуй, в наибольшей степени это относится к деятельности О. КХ Шмидта
р космогонии. Сейчас эта область исследования быстро развивается и ска-
занное вчера нередко уже непригодно сегодня. В таких условиях 15 лет
без О. 10. Шмидта — достаточно большой срок, чтобы проверить, как его
теория выдержала испытание временем.
Как получилось, что выдающийся ученый в одной из наиболее от-
влеченных областей математики вдруг взялся за исследование сложнейшего
физического процесса происхождения Земли и планет? Столь смелое реше-
ние О. Ю. Шмидта отнюдь не было случайным. Его широкая, жаждавшая
деятельности натура, не могла уместиться в рамках кабинетного ученого.
Неповторимая эпоха — годы становления и первых шагов молодого со-
ветского государства — открывала исключительные возможности для
раскрытия всех творческих способностей высокообразованного, талантли-
вого и деятельного патриота. Отсюда яркая биография О. Ю. Шмидта:
государственный деятель, организатор и главный редактор Большой Cor
ветской Энциклопедии, легендарный покоритель Арктики («ледовый комис-
сар»), организатор и директор Института теоретической геофизики, вицет
президент Академии наук СССР и, наконец, создатель теории происхожде-
ния Земли... В 1918 году О. Ю.Шмидт стал коммунистом. Жизнь требовала
активной практической деятельности. И он увлекся ею, обнаружив заме-
чательные организаторские способности. Но, что самое:главное, он при
этом всегда оставался ученым. Потребности освоения природных богатств
страны столкнули О. Ю. Шмидта с геофизическими проблемами. В 20-х гг.
он вошел в созданную по указанию В. И. Ленина «Особую комиссию по
Курской магнитной аномалии». Это привело к решению им обратной задачи
теории гравитационного потенциала, что позволило, наконец, правильно
истолковать магнитные наблюдения и оценить богатейшие запасы железа в
этом районе. Бурение подтвердило правильность предсказаний. Арктиче-
ские экспедиции довершили превращение О. Ю. Шмидта в геофизика ши-
рокого профиля. В 1935 г. по его настоянию создается геофизическая секция
при Институте географии АН СССР, а в-1937 г.-создается Институт теоре:
тической геофизики, директором которого он оставался до 1948 г. Стремясь
осмыслить важнейшие проблемы- геофизики, О. Ю. Шмидт убедился, что
все они упираются в «причину причин»— проблему происхождения Земли.
Таким образом, вся деятельность О. Ю. Шмидта подвела его вплотную к кос-
707
могонии. Ему оставалось только. решиться на штурм этой труднейшей
проблемы. И он ранился...
До О. Ю. Шмидта планетная космогония рассматривалась как чисто
астрономическая проблема. Круг фактических данных, на которые она
ориралась, ограничивался, в основном, закономерностями движений пла-
нет и их состава (состав атмосфер и средние плотности планет). О. Ю. Шмидт
осуществил методологически очень важный, подлинно революционный шаг.
Он показал, что планетная космогония — комплексная астрономо-геолого-
геофизическая проблема и должна опираться, помимо астрономии, на дан-
ные всех наук о Земле. Это был первый существенный шаг в создании для
планетной космогонии надежной базы фактических данных, обеспечивший
ее успешное дальнейшее развитее.
Первые результаты работы О. Ю. Шмидта по космогонии были им до-
ложены в 1943 г. в Казани, куда были эвакуированы некоторые институты
Академии наук СССР. В 1944 г. последовали доклады в Московском Доме
ученых и Государственном астрономическом институте им. П. К- Штерн-
берга (ГАИШ). В этом же году были опубликованы в Докладах АН СССР
первые две статьи, в 1945—1946 гг.—еще шесть. Первое систематизированное
изложение основ теории было дано в «Четырех лекциях о теории происхож-
дения Земли», опубликованных в 1949 г. Но уже в 1950 г. вышло второе
издание книги, значительно расширенное и переработанное. В 1957 г.,
через год после смерти О. Ю. Шмидта, вышло третье издание, переработан-
ное в соответствии -с сохранившимся авторским планом и с использованием
рукописных материалов. Начав работать один, О. Ю. Шмидт постепенно
создал в Институте теоретической геофизики Отдел эволюции Земли.
К 1945 г. в него вошли Г. Ф. Хильми, С. В. Козловская, Б. Ю. Левин, а к
1949—1950 гг.— В. С. Сафронов, Е. А. Любимова, С. В. Маева, Е. Л. Рускол.
Когда О. Ю. Щмидт начал работу над этой проблемой, в планетной кос-
могонии не было установившихся взглядов. После крушения гипотезы
Джинса (в результате критики Г. Ресселом в 1937 г., подтвержденной рас-
четами Н. Н. Парийского в 1943 г.) начали появляться одна за другой но-
вые гипотезы. Но они были скороспелы и недолговечны. Годы войны ока-
зались более плодотворными. Независимо и почти одновременно появились
три гипотезы — немецкого физика К- Вейцзеккера, шведского физика
X. Альвена и О. Ю. Шмидта, оказавшие значительное влияние на даль-
нейшее развитие космогонии. Крупный специалист по теории турбулент-
ности К- Вейцзеккер внес большой вклад в астрофизику, показав, что
турбулентность должна быть универсальным явлением в космосе. Он пред-
положил также, что все структурные единицы во Вселенной возникли из
турбулентных вихрей соответствующего масштаба. Один из таких вихрей
породил солнечную систему, в которой развилась система вихрей мень-
шего масштаба, породивших планеты. Несколько лет гипотеза была весьма
популярной на Западе, но в начале 50-х гг. ее сменила гипотеза американ-
ского астронома Дж. Кейпера об образовании планет из массивных газовых
протопланет. Дж. Кейпер сохранил идею о турбулентном начальном состоя-
нии облака и дополнил ее идеей о возникновении в облаке гравитационной
неустойчивости. Эта гипотеза была построена на чисто астрономических
данных и просуществовала до 1958 г.
Благодаря X. Альвену, создателю новой науки — космической элект-
родинамики, в астрофизику широко вошла магнитная гидродинамика. На
основе электродинамики он стал строить и свою космогоническую гипотезу:
Согласно X. Альвену, с помощью электромагнитных сил Солнце захватило
из межзвездного пространства вещество в виде плазмы, из которой затем
сконденсировались твердые частицы, а из частиц затем образовались пла-
неты и спутники. X. Альвен продолжает активно работать и получает ряд
интересных результатов. Но в целом его гипотеза не получила распро-
странения. Попытка автора объяснить все' многообразие процесса образо-
вания планет, преимущественно электромагнитными силами, делает гипо-
708
тезу односторонней и вынуждает прибегать к сложным искусственным до-
строениям, далеким от реальной действительности.
Методологическая основа теории О. Ю, Шмидта оказалась более ши-
рокой и надежной. Как уже было отмечено выше, он обратил самое серьез.-
ное внимание на комплексность проблемы, на необходимость использовать
для построения теории все имеющиеся факты в различных областях науки.
О. Ю. Шмидт разделил проблему планетной космогонии на три части
(задачи): а) происхождение околосолнечного допланетного облака (ту-
манности); б) образование в этом облаке планет; в) эволюция планет, в
первую очередь Земли, от их начального состояния до современного с тем,
чтобы вывести геофизические, геохимические и геологические следствия
теории образования планет и связать космогонию с данными наук о Земле.
Первая часть должна решаться вместе с астрономами, а третья —
вместе с геофизиками, геохимиками, геологами. Вторая часть полностью от-
носится к планетной космогонии и может быть названа центральной зада-
чей планетной космогонии. О. Ю. Шмидт подчеркивал, что ...«центральная
задача может быть поставлена и решена до некоторой степени независимо
от решения первой задачи (а). Эта относительная независимость очень важ-
на. Дело в том, что чем дальше мы удаляемся в прошлое, в глубь времен,
тем меньше фактов в нашем распоряжении, тем менее уверенны могут быть
наши суждения, тем больше в них гипотетического».* В те годы это разде-
ление второй и первой частей проблемы было действительно очень важным в
методологическом отношении. Оно позволило начать разработку теории об-
разования планет в околосолнечном допланетном облаке, не дожидаясь
решения вопроса, как возникло само это облако. Тогда он не мог
быть решен, так как для этого необходимо знание основных закономерно-
стей процесса образования звезд. Сейчас разумность такого подхода оче-
видна, но в то время нередко утверждалось, что проблема происхождения
солнечной системы в настоящее время не может быть решена или, что ее
решение следует отложить до того времени, когда будет решена проблема
происхождения звезд.
Наиболее важные результаты, представляющие крупный вклад в пла-
нетную космогонию, были получены во второй и третьей части проблемы.
Они и составляют основное содержание теории О. Ю. Шмидта. Для решения
на современном научном уровне первой части проблемы, имевшихся факти-
ческих данных было слишком мало. Но О. Ю. Шмидт считал необходимым
показать, что главная трудность проблемы, связанная с аномальным рас-
пределением момента количества движения в солнечной системе, может быть
устранена. Кроме того, с чисто популяризаторской точки зрения было жела-
тельно дать единую . картину происхождения солнечной системы.
О. Ю. Шмидт выдвинул гипотезу о захвате вещества допланетного облака
Солнцем во время его встречи на своем пути в Галактике с состоящей из
пыли или метеоритов темной туманностью. Одновременно он начал разра-
батывать гипотезу образования двойных звезд путем захвата.
Остановимся отдельно и более подробно на каждой из трех частей проб-
лемы'.
а) П р о и с х о ж д е н и е д о п л а н е т н о г о о б л а к а . Объяс-
нение большого момента количества движения планет при малом моменте
количества движения Солнца с помощью гипотезы захвата Солнцем вещества
планет логически _ представляется наиболее простым. Но ни откуда не
следует, что именно таким должен был быть естественный физический
процесс. Наши астрономы, в большинстве придерживавшиеся классическо-
го представления о совместном образовании Солнца и облака, встретили
гипотезу захвата отрицательно и подвергли ее суровой критике. Специа-
листы в области небесной механики, основываясь на результатах Шази,
* О. Ю. Ш м и д т , Четыре лекции о теории происхождения Земли, Изд. 3-е, ИзД-ВО
АН СССР, 1957, стр. 28.
считали гравитационный захват в системе трех тел невозможным. Астрофи-
зики допускали возможность захвата, но считали его крайне маловероятным.
•Развернулась острая дискуссия. Первый упрощенный вариант схемы захва-
та, предложенный О. Ю. Шмидтом (захват при сближении двух тел в поле
тяготения Галактики),, оказался неправильным. Тогда О. Ю. Шмидт пред-
ложил захват в системе трех гравитирующих тел и доказал его возможность.
Были предложены и другие механизмы захвата (Т. А. Агекян, В. В. Рад-
зиевский). Для решения проблемы происхождения допланетного облака эта
полемика принесла мало- пользы — гипотеза захвата не была опровергнута,
•но и-не была принята. Однако для небесной механики установление возмож-
ности захвата в классической задаче трех тел было существенно новым и
важным результатом. Обладая замечательной математической интуицией,
О. Ю. Шмидт построил конкретный пример движения, приводящего к за-
хвату.' Численное интегрирование подтвердило, что захват действительно
осуществляется. Тем самым была доказана ошибочность второй теоремы
Шази для случая, положительной полной энергии системы (1932 г.), в ко-
торой утверждалось, что захват невозможен. Позднее сотрудники Института
теоретической астрономии АН СССР в Ленинграде Ю. Л. Газарян, а затем
•Г. А. Мерман проделали критический анализ этой теоремы и показали, что
О. Ю. Шмидт был прав. Основываясь на численном примере О. Ю. Шмидта
и использовав свойство непрерывности уравнений движения, Г. Ф. Хильми
показал, что мера множества точек в фазовом пространстве, представляю-
щих Начальные движения, ведущие к захвату, не равна нулю.. Следова-
тельно, и вероятность захвата тоже не равна нулю. В дальнейшем
О. Ю. Шмидт произвел количественную оценку вероятности захвата. Этот
-расчет опубликован в томе «Геофизика и космогония» его избранных трудов.
- - К сожалению, часто обсуждение теории О. Ю. Шмидта, особенно среди
астрономов," сводилось к критике" его гипотезы захвата. Иногда оценка этой
гипотезы представлялась как оценка, всей его теории. Отчасти в этом вино-
ват был сам О. Ю. Шмидт, так как в первые годы своей работы в области
космогонии он считал идею захвата наиболее оригинальной идеей своей
теорий. Несмотря на приверженность* астрономов к классическому канто-
лапласовскому представлению о совместном образовании Солнца и допла-
нетного облака из единой .туманности, при жизни О. Ю. Шмидта не было
выдвинуто ни одной конкретной гипотезы совместного образования. Эти
•гипотезы появились лишь позднее, когда стали складываться более опре-
•деленные представления об. основных чертах процесса образования звезд.
В гипотезе английского астрофизика Ф. Хойла (1960 г.) предполагается,
-что сжимающееся центральное сгущение (протосолнце) передало свой мо-
мент количества движения отделившемуся от него диску (допланетному
облаку) благодаря магнитному сцеплению, установившемуся между сгуще-
нием и диском. В гипотезе американского физика А. Камерона (1962—
1968 гг.) сжимающаяся туманность первоначально имела массу вдвое больше
солнечной. Образование центрального сгущения — Солнца — с медленным
вращением происходило в результате выброса в окружающее пространство
с помощью не вполне ясного механизма турбулентности и конвекции массы
порядка "солнечной. В небулярной гипотезе французского астронома
Э. Шацмана (1967 г.), наиболее близкой к гипотезе Лапласа, момент коли-
чества движения формирующегося Солнца эффективно уносился заряжен-
ными частицами, выбрасывавшимися активными областями и двигавшимися
•в магнитном поле Солнца до больших расстояний с угловой скоростью вра-
щения Солнца. Пока еще нельзя сделать окончательного выбора между этими
гипотезами, и ни одна из них не может быть принята без существенной реви-
зии. Но-в'целом гипотезы совместного образования Солнца и допланетного
облака представляются сейчас более перспективными, чем гипотезы захва-
та. Они теснее связываются с проблемой происхождения звезд, интенсивнее
разрабатываются и, вероятно, имеют больше возможностей для преодоления
возникающих трудностей.
б) О б р а з о в а н и е п л а н е т . В основу теории Шмидта была
положена кардинальная идея об образовании планет путем объединения
твердых тел и частиц («метеоритная» или «планетезимальная» теория). Эта
идея определила успех и перспективность дальнейшего развития теории.
В то время она представляла подлинно революционный шаг в планетной
космогонии, так как в течение длительного времени в ней господствовали
представления об образовании планет из газовых сгустков. Лишь в самом
конце XIX века метеоритную гипотезу развивал бельгийский ученый Ли-
гондес, а в начале XX века (1904—1905 гг.) появилась планетезимальная
гипотеза американских ученых Мультона и Чемберлина. .Но эти гипотезы
не получили дальнейшего развития и были вскоре оставлены. Необходи-
мость повернуть космогонию на этот путь в 40-х годах была отнюдь не оче-
видной и решение О. Ю. Шмидта в значительной степени определялось его
богатой интуицией. Его не могло удовлетворить огненно-жидкое начальное
состояние Земли, образовавшейся из газового сгустка. Постепенно появля-
лись новые убедительные доводы против образования планет из газа. Ока-
залось, что при таком образовании невозможно объяснить химический со-
став планет земной группы и его отличие от состава планет-гигантов. Пред-
полагали, .что оно связано с малой массой планет земной группы и потерей
ими летучих элементов. Но в работе И. С. Шкловского (1951 г.) была пока-
зана невозможность такой отсортировки летучих элементов. На спутнике
Сатурна Титане, масса которого всего лишь вдвое больше массы Луны, была
обнаружена мощная метановая атмосфера, которая давно рассеялась бы,
если бы Титан нагрелся хотя бы до 0° С. Был обнаружен большой дефицит
на Земле инертных газов по сравнению с их содержанием в звездах и ту-
манностях. Содержание криптона составляет 10—8, а ксенона — 10~5 от
космического, хотя их атомы много тяжелее атомов азота и кислорода и не
могли диссипировать из земной атмосферы. Теория Шмидта очень просто
объясняет этот дефицит: в состав Земли вошли только вещества, находивши-
еся в допланетном облаке в твердом состоянии. Инертные газы оставались
всегда газообразными и не попали на Землю. Лишь ничтожно малое коли-
чество атомов этих газов адсорбировалось на поверхности твердых частиц.
В теории Шмидта получило естественное объяснение деление планет на
две группы (Б. Ю. Левин). Вследствие более низкой температуры в области
планет-гигантов там происходила конденсация в твердые частицы, имевших-
ся в облаке в большом количестве, летучих соединений СН4, ЬШз, С02 и др.
Планеты земной группы, в области которых эти вещества оставались газо-
образными, их не содержат и состоят в основном из силикатов и металлов.
Наконец, еще один веский довод в пользу теории.образования планет
из твердого вещества следует из существования у планет спутников. Сход-
ство основных закономерностей систем спутников Юпитера, Сатурна и Ура-
на с закономерностями планетной системы указывает на сходство их процес-
са образования. Но спутники, вследствие их малой массы, никак не могли
образоваться из газовых сгустков.
О. Ю. Шмидт дал объяснение основных закономерностей планетной
системы. Наиболее простое и естественное объяснение получило движение
планет по почти круговым орбитам, почти в одной плоскости и в одном на-
правлении. Оно является результатом осреднения элементов орбит отдельных
-частиц. Частицы первоначально двигались по разнообразным эллипти-
-ческим и наклонным орбитам. Но при объединении большого числа частиц в
одну планету эксцентриситет и наклон ее орбиты к центральной плоскости
.должны стать очень малыми.
В 1945 г. в работе «Астрономический возраст Земли» О. Ю. Шмидт вы :
вел формулу для скорости роста планеты, вычерпывающей вещество, на-
ходящееся в ее зоне. При выводе предполагалось, что каждое тело,,, дви-
гаясь по наклонной орбите вокругСолнца, за время своего обращения дваж-
ды, пересекало плоскость орбиты планеты и .при этом" имело возможность
упасть на планету с вероятностью, равной отношению геометрического се-
711
чения планеты к площади зоны планеты. Формула дает экспоненциальное
убывание со временем количества вещества в зоне, еще не вычерпанного
планетой. Предполагая, что выпадающее в настоящее время на Землю ме-
теоритное и метеорное вещество является остатком первичного вещества
зоны, О. Ю. Шмидт нашел по этой формуле возраст Земли (время роста),
равным 7,6 млрд. лет. Эта оценка вскоре подверглась критике. Указывалось,
что метеориты и метеоры представляют собой продукт распада астероидов и
комет, а не первичное вещество зоны Земли. В дальнейшем формула
О. Ю. Шмидта стала одним из важнейших соотношений количественной тео-
рии роста планет. Она была выведена автором данной статьи другим, более
строгим методом (1954 г.). Скорость роста планет оказалась в 15—20 раз
больше, оцененной О. Ю. Шмидтом,— в два раза больше из-за того, что
он фактически рассматривал только движение тел перпендикулярно плос-
кости орбиты планеты и еще в 7—10 раз больше из-за того, что в формуле
надо брать эффективное сечение столкновения с гравитирующей планетой,
которое существенно больше ее геометрического сечения. Земля успела
сформироваться за 108 лет и уже в первые 1—2 млрд. лет вычерпала все
первичное вещество своей зоны.
О. Ю. Шмидт дал объяснение закона планетных расстояний. Согласно
известному закону Тициуса — Бодэ расстояния планет от Солнца меняются
приблизительно в геометрической прогрессии. О. Ю. Шмидт обнаружил, что
удельные моменты планет (квадратные корни из их расстояний от Солнца)
составляют арифметическую прогрессию, точнее сказать две — одну для
планет земной группы и другую для планет-гигантов. Деление на две после-
довательности он считал естественным ввиду резкого различия всех харак-
теристик двух групп планет. Но многие астрономы относили его к числу не-
достатков закона планетных расстояний, поскольку оно вносит в закон два
дополнительных свободных параметра.
Рассмотрение проблемы вращения планет проведено О. Ю: Шмидтом
при весьма общей постановке задачи, до него никем не применявшейся.
Он написал условия сохранения момента количества движения и энергии
при переходе от начального состояния вещества в зоне данной планеты —
облака частиц, движущихся вокруг Солнца,— к конечному состоянию,
т. е. к готовой планете. Начальный момент количества .движения относи-
тельно Солнца перешел в орбитальный момент количества движения планеты
и в ее вращательный момент. Чем меньше орбитальный момент, т. е. чем
меньше радиус орбиты планеты, тем больше должен быть вращательный
момент. Но чем меньше радиус орбиты, тем меньше орбитальная энергия
планеты и, как считал О. Ю. Шмидт, тем больше тепловые потери энергии
в процессе ее образования. Отсюда основной вывод О. Ю. Шмидта: так как
потери энергии в этом процессе велики, то вращение планет должно быть
прямым (в направлении орбитального движения). Аналогично этому
О. Ю. Шмидт считал, что обратное движение далеких спутников Юпитера
/связано с малыми тепловыми потерями при образовании спутников на
больших расстояниях от планеты.
Однако дальнейший анализ уравнений сохранения не подтвердил пря-
мой зависимости вращения планеты от тепловых потерь (В. С. Сафронов,
1962 г.). И вращение и потери определялись конкретными условиями объ-
единения тел в планету. Оказалось, что облако частиц, движущихся пер-
воначально по круговым кеплеровым орбитам в зоне планеты, не могло объе-
диниться в одну планету — такое объединение привело бы к скорости вра-
щения, превышающей на два порядка наибольшую возможную скорость
для ротационно устойчивой планеты. Следовательно, зона планеты не мог-
ла быть замкнутой. Частицы с избыточным моментом должны были уйти
из нее в соседнюю наружную зону (дальше от Солнца), а частицы с избыточ-
ной отрицательной энергией— в соседнюю внутреннюю зону. Соответствен-
но отпало и объяснение О. Ю. Шмидтом обратного движения внешних спут-
ников Юпитера.
712
В число основных задач теории образования планет входит также объяс-
нение образования спутников планет. Важность этой задачи особенно под-
черкивается в связи со сходством систем спутников с планетной системой.
О. Ю. Шмидт наметил путь решения и этой проблемы. Его идея сводится к
следующему. Спутники образовались в едином процессе с планетами. Те-
ла, пролетавшие вблизи растущей планеты, иногда сталкивались друг с
другом в ее окрестности. Вследствие неупругого характера столкновений
тела теряли заметную часть своей скорости и захватывались гравитацион-
ным полем планеты. В результате образовался рой частиц, движущихся
вокруг планеты. В нем, в уменьшенном масштабе, протекали те же процес-
сы, что и при образовании планет. Частицы сталкивались и эксцентриси-
теты их орбит уменьшались. Многие частицы выпали на планету, а остав-
шиеся объединились в спутники планеты.
Эта идея полностью подтвердилась. В дальнейшем на ее основе была
развита теория образования околоземного спутникового роя и формирования
в нем Луны (Е. Л. Рускол). Была показана несостоятельность других гипо-
тез образования Луны — отделение от Земли, захват Землей готовой Лу-
ны. Сейчас явное предпочтение отдается гипотезе образования Луны в ок-
рестности Земли из вещества околоземного роя.
Возможность слипания малых сталкивающихся тел ставилась под
сомнение. Поэтому О. Ю. Шмидт первоначально считал, что в допланетном
рое с самого начала присутствовали достаточно крупные тела, которые своим
тяготением удерживали падавшие на них другие тела и частицы. В 1950 г.
в работе Л. Э. Гуревича и А. И. Лебединского была исследована эволюция
околосолнечного пылевого облака (слоя), не содержавшего крупных тел.
Вследствие неупругих столкновений частиц облако превратилось в тонкий
диск. Достигнув критической плотности, диск стал гравитационно неус-
тойчивым и распался на множество сгущений. Объединение этих сгущений
завершилось образованием роя тел, принимавшегося ранее О. Ю. Шмид-
том в качестве исходного состояния облака. Эта работа представляла су-
щественный шаг в изучении ранней стадии эволюции допланетного облака и
стала одним из важных звеньев теории Шмидта. Роль, придававшаяся
неупругим столкновениям частиц в процессе образования планет, еще более
возросла. В дальнейшем было показано, что пылевой слой, принятый
Л. Э. Гуревичем и А. И. Лебединским за исходное состояние, образовался в
результате естественной эволюции околосолнечного газо-пылевого облака
космического состава — вследствие затухания неупорядоченных движений
в газе и оседания пылевых частиц к центральной плоскости облака.
В зарубежной космогонии переход к новым представлениям произошел
значительно позднее. В 1949 г. К. Эджворт произвел схематическое рас-
смотрение распада пылевого диска на сгущения. В 1951 г. известный аме-
риканский физико-химик, лауреат Нобелевской премии Г. Юри начал
физико-химические исследования структуры и состава метеоритов и на их
основе определил условия, при которых могло происходить образование
планет. Независимо от О. Ю. Шмидта, Г. Юри пришел к тому же решаю-
щему выводу об аккумуляции планет из твердого вещества (из тел астероид-
ных размеров). Исследования Г. Юри явились следующей, после работ
О. Ю. Шмидта, крупной вехой в планетной космогонии. Они открыли для
космогонии новый богатый источник фактических данных. Теория образо-
вания планет путем объединения твердого вещества получила более проч-
ную и широкую основу. В настоящее время среди специалистов практически
нет разногласий в отношении главной идеи и основных выводов теории.
в) Н а ч а л ь н о е с о с т о я н и е и э в о л ю ц и я З е м л и и
п л а н е т . Начальное состояние Земли определялось в первую очередь ее
температурой. Если бы вся гравитационная энергия, выделившаяся при
образовании Земли, осталась в ее недрах, то Земля нагрелась бы до 40000°.
В действительности доля энергии, оставшаяся в недрах Земли, должна была
существенно зависеть от способа ее образования. Так, например, при мед-
713
ленном окатан газового сгустка половина энергии излучается в простран-
ство, а половина идет на его нагревание. Значительно большая часть энер-
гии излучается при образовании планеты путем объединения твердого ве-
щества.
- Отправным пунктом для рассмотрения третьей части проблемы планет-
ной космогонии явилась важная идея О. Ю. Шмидта о том, что Земля сфор-
мировалась в виде относительно холодного твердого тела и затем постепен-
но разогревалась теплом, выделявшимся при распаде радиоактивных эле-
ментов.. В то время в науках о Земле было общепринятым представление о
горячем, расплавленном начальном состоянии Земли, опиравшееся исклю-
чительно на взгляды, господствовавшие в космогонии. Только В. И. Вер-
надский, благодаря его огромной научной эрудиции, смог освободиться от
этих взглядов, внесенных в науку о Земле извне. С 1908 г. он отказался от
представления о первоначально горячей Земле и считал, что все внутрен-
нее тепло имеет радиоактивную природу.
Идея О. Ю. Шмидта о первоначально холодной Земле, высказанная уже
в космогоническом плане, переворачивала существовавшие представления
об эволюции Земли и имела исключительное значение для всех наук о
Земле. Некоторые ученые сразу поняли ее перспективность, другие, наобо-
рот, вначале считали ее подрывом всех основ геологии и геофизики и лишь
постепенно переходили на эту точку зрения. За рубежом она распростра-
нилась позднее. Но уже в 1950 г. конференция геологов и геохимиков в
Санта-Фе высказалась в пользу большей вероятности холодного начального
состояния Земли.
Одной из первых задач, поставленных О. Ю. Шмидтом с целью иссле-
дования эволюции Земли, было изучение ее термической истории. Оно было
начато в созданном О. Ю. Шмидтом Отделе эволюции Земли в 1950 г.
(Е. А. Любимова, затем С. В. Маева). Было показано, что радиоактивное
тепло, выделившееся за время существования Земли, должно было распла-
вить наружную область металлического ядра и привести в состояние час-
тичного расплавления слой верхней мантии на глубине от 150—200 до
400 км. О. Ю. Шмидт был убежден, что Земля нагревается, а не остывает,
и потому считал что контракционная гипотеза, связывающая горообразова-
ние с охлаждением и сморщиванием Земли, должна быть отвергнута. Если
бы Земля была первоначально расплавленной, в ней быстро произошла бы
гравитационная дифференциация вещества по плотности. Тяжелые вещества
опустились бы вниз, легкие поднялись бы вверх, и Земля давно перестала
бы быть тектонически и сейсмически активной. Но в Земле, постепенно разо-
греваемой радиоактивными элементами, гравитационная дифференциация
происходит очень медленно и продолжается' до сиХ пор. С нею связана сов-
ременная внутренняя активность Земли — горообразование, сейсмичность
и т. д.
Весьма существенным для исследования состава и эволюции Земли и
других планет земной группы является выяснение природы ядра Земли. Сна-
.чала О. Ю. Шмидт придерживался общепринятой точки зрения о том, что
ядро Земли состоит из железа. После работы Рамзея (1949 г.) он принял
гипотезу Лодочникова — Рамзея о том,' что ядро состоит из силикатов,
-перешедших в металлизованное состояние-под действием высокого давления.
Н о и при этом он полагал, что в ядре может быть некоторая концентрация
железа вследствие гравитационной дифференциации. Природа земного ядра
до сих пор не установлена. Гипотеза железного ядра встретила ряд труд-
ностей. Одна из наиболее серьезных состоит в том, что неясно, где и как
могло произойти восстановление железа, находившегося в облаке скорее
'всего в окисленном состоянии. Серьезные трудности возникли и перед гипо-
тезой силикатного ядра. Фазовый переход силикатов в металлическое со-
стояние не удалось обнаружить в экспериментах по ударному сжатию до
давления 4 млн. атмосфер. Возможность перехода ставится также под
714
сомнение и с чисто теоретической точки зрения. Сейчас большее предпочте-
ние отдается гипотезе железного ядра Земли.
В 1951 г. в Москве было проведено Первое совещание по космогонии,
на котором состоялось широкое обсуждение теории О. Ю. Шмидта совет-
скими учеными. После большого доклада О. Ю. Шмидта было заслушано
более 40 выступлений астрономов, геологов, геофизиков, геохимиков. Сове-
щание вынесло решение, которое, несмотря на исключительную остроту
дискуссии, было на редкость объективным. Совещание одобрило в целом ра-
боту О. Ю. Шмидта, отметило ее недостатки, а также вопросы, на которые
теория не дала ответа. Совещание призвало к объединению усилий научных
учреждений в различных областях знания и наметило ряд первоочередных
задач, выполнение которых представлялось особенно важным для построе-
ния более полной космогонической теории.
О. Ю. Шмидт продолжал работу над теорией. Это были годы не только на-
учного подвига, но и повседневного героизма в борьбе с прогрессировавшей
болезнью. Начиная с 1945 г., повторяющиеся обострения туберкулеза неумо-
лимо разрушали его организм. После тяжелейшего обострения в декабре
1953 г. О. Ю. Шмидт уже не смог подняться и работал в постели в течение
почти 3-х лет, до самых последних дней его жизни. 7 сентября 1956 года
его не стало. Его последняя статья, посвященная роли твердых частиц
в космогонии, была опубликована в Трудах Льежского симпозиума в
1955 году.
Развитие теории О. Ю. Шмидта продолжается в Отделе эволюции Земли
Института физики Земли АН СССР и после его ухода. Значительно расши-
рились исследования термической истории Земли и других планет
(С. В. Маева), изучение строения и эволюции Луны (Б. Ю. Левин), исследо-
вание происхождения Луны и эволюции системы Земля — Луна
(Е. Л. Рускол), изучение внутреннего строения планет земной группы
(С. В. Козловская). Выявлена важная роль сравнительного изучения строе-
ния и состава различных планет. Проведено исследование различных этапов
эволюции допланетного облака и процесса образования планет (В. С. Саф-
ронов). Ведется изучение функции распределения допланетных тел по раз-
мерам (Е. В. Звягина). Новые данные, полученные недавно путем прямого
исследования образцов лунной поверхности, находятся в хорошем согласии
с нашими представлениями об эволюции Луны.
В последние годы была выяснена значительная роль крупных тел в про-
цессе образования планет. По наклонам осей вращения планет были найдены
размеры наибольших падавших на них тел. Наибольшие тела, падавшие на
Землю, достигали тысячной доли ее массы (В. С. Сафронов, 1965 г.). Вывод был
подтвержден теоретическим рассмотрением процесса роста зародышей пла-
нет. Этот результат приводит к важным геофизическим следствиям. При
падении крупных тел в недрах Земли оставалась значительно большая
часть энергии удара, чем при падении мелких тел. В результате слой верхней
мантии на глубине около 500 км. мог иметь начальную температуру выше
1500° К. Удары самых крупных тел создали значительные температурные
неоднородности в верхней мантии. В обширных избыточно нагретых облас-
тях с поперечниками свыше тысячи километров раньше начались процессы
расплавления и выделения вещества коры. Естественно считать, что именно
с их существованием было связано последующее образование континентов.
В этих областях гравитационная дифференциация протекала быстрее и в
большем масштабе, чем вне их.
Продолжающееся развитие теории происхождения солнечной системы,
столь же успешное как и при жизни О. Ю. Шмидта, является, пожалуй,
наиболее убедительным и ярким доказательством плодотворности и пер-
спективности идей, положенных О. Ю. Шмидтом в ее основу.
715
Л И Т Е Р А Т У Р А
1. О. Ю. Ш м и д т , Четыре лекции о теории происхождения Земли, Изд. 3-е, Изд-во
АН СССР, М, 1957.
2. О. Ю. Ш м и д т , Избранные труды. Геофизика и космогония, Изд-во АН СССР, М.,
1960.
3. Труды Первого совещания по вопросам космогонии, Изд-во АН СССР, М., lSßl.
4. Отто Юльевич Шмидт, Жизнь и деятельность (Отв. ред. П. С. Александров)» Изд-во
АН СССР, М., 1959.
5. Б. Ю. Л е в и н , Происхождение Земли и планет, Изд. 4-е, «Наука», М., 1964.
6. В. С. С а ф р о н о в, Эволюция допланетного облака и образование Земли и планет,
«Наука», М., 1969.
Поступила 4.V 1971 г.
Институт физики Земли АН СССР
|
| id | umjimathkievua-article-8343 |
| institution | Ukrains’kyi Matematychnyi Zhurnal |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | rus |
| last_indexed | 2026-03-24T03:38:44Z |
| publishDate | 1971 |
| publisher | Institute of Mathematics, NAS of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | umjimathkievua/b4/5ebe61a9c4e38d5f7312804a801d35b4.pdf |
| spelling | umjimathkievua-article-83432024-06-10T13:25:25Z O. Yu. Shmidt and cosmogony О. Ю. Шмидт и космогония Safronov, V. S. Сафронов, В. С. Дается краткий обзор исследований О. Ю. Шмидта, относящихся к космогонии, показывающий значение его работ в этой области. Institute of Mathematics, NAS of Ukraine 1971-09-03 Article Article application/pdf https://umj.imath.kiev.ua/index.php/umj/article/view/8343 Ukrains’kyi Matematychnyi Zhurnal; Vol. 23 No. 5 (1971); 707-716 Український математичний журнал; Том 23 № 5 (1971); 707-716 1027-3190 rus https://umj.imath.kiev.ua/index.php/umj/article/view/8343/9900 Copyright (c) 1971 V. S. Safronov |
| spellingShingle | Safronov, V. S. Сафронов, В. С. O. Yu. Shmidt and cosmogony |
| title | O. Yu. Shmidt and cosmogony |
| title_alt | О. Ю. Шмидт и космогония |
| title_full | O. Yu. Shmidt and cosmogony |
| title_fullStr | O. Yu. Shmidt and cosmogony |
| title_full_unstemmed | O. Yu. Shmidt and cosmogony |
| title_short | O. Yu. Shmidt and cosmogony |
| title_sort | o. yu. shmidt and cosmogony |
| url | https://umj.imath.kiev.ua/index.php/umj/article/view/8343 |
| work_keys_str_mv | AT safronovvs oyushmidtandcosmogony AT safronovvs oyushmidtandcosmogony AT safronovvs oûšmidtikosmogoniâ AT safronovvs oûšmidtikosmogoniâ |