Как уже отмечалось, Солнце вращается очень медленно, а основной «запас движения» в Солнечной системе приходится на долю планет. Чтобы объяснить этот факт, некоторые современные космогонисты (английский астрофизик Ф. Хойл и другие) привлекли к объяснению происхождения Солнечной системы электрические и магнитные силы. При этом они предполагали, что планеты когда-то отделились от Солнца — старая идея, подкрепленная некоторыми фактами из современной звездной астрономии.
Дело в том, что гигантские горячие звезды, массы которых в десятки раз больше солнечной, вращаются так быстро, что точки на их экваторе движутся со скоростью 300–500 км в секунду (для Солнца эта скорость близка всего к 2 км в секунду). Менее горячие и массивные звезды вращаются медленнее, и это убывание скорости вращения происходит непрерывно и постепенно вплоть до желтовато-белых звезд с температурой поверхности около 8000 °C. А дальше — резкий скачок: у звезд типа Солнца и более холодных экваториальные скорости сразу становятся очень малыми, порядка нескольких километров в секунду. При этом такие важные характеристики звезд, как температура поверхности, светимость и масса, продолжают меняться от одного класса звезд к другому медленно и постепенно. Что же вызвало скачок?
Так как быстро вращающиеся желтовато-белые звезды лишь немного горячее Солнца, но имеют почти такую же массу, как Солнце, можно думать, что скачок во вращении вызван тем, что у звезд типа Солнца есть планеты, которые при малой массе, но зато больших радиусах орбит несут на себе основную долю момента количества движения. Действительно, несложный подсчет показывает, что если бы все планеты Солнечной системы упали на Солнце, оно стало бы вращаться с экваториальной скоростью около 100 км в секунду, т. е. как раз с такой же, какая наблюдается у желтовато-белых звезд!
Но если планеты на самом деле когда-то отделились от Солнца, то что затормозило Солнце и перевело основной «запас движения» на планеты? На этот вопрос дает ответ гипотеза Ф. Хойла, опубликованная им в 1960 г. Представим себе Протосолнце — быстро вращающуюся вокруг оси в ту отдаленную эпоху еще совсем молодую звезду. Если она по каким-либо причинам постепенно сжималась (рис. 30), то скорость ее вращения непрерывно возрастала.
Рис. 30. Образование планет по Ф. Хойлу. Показано расположение магнитных силовых линий внутри протопланетного облака.
В конце концов наступила эпоха ротационной неустойчивости, когда под действием центробежных сил с экватора Протосолнца (его радиус был тогда равен радиусу орбиты Меркурия) началось истечение вещества, которое образовало «протопланетное» облако, имевшее форму сплющенного диска.
Допустим, что Протосолнце, сгустившееся газово-пылевой туманности, обладало сильным магнитным полем, вещество «протопланетного» облака хотя бы частично содержало ионизированный газ. В таком случае в этом газе возникало собственное магнитное поле, взаимодействующее с магнитным полем Протосолнца. В результате между диском и центральным сгущением (будущим Солнцем) установилось сильное магнитное «сцепление», вследствие которого вещество диска удалилось от центра, распространяясь на всю Солнечную систему, а Протосолнце, теряя момент, продолжало сжиматься и в конце концов превратилось в современное медленновращающееся Солнце.
Таким образом, по Ф. Хойлу, магнитное торможение вращающегося Протосолнца окружающей его туманностью привело к переходу момента количества движения от Протосолнца к облаку, а значит, и к сгустившимся из него планетам. Однако эта остроумная схема, объясняющая одну из главных загадок Солнечной системы, сама нуждается в солидном обосновании.
Расчеты показывают, что у горячих звезд атмосфера охвачена интенсивной конвекцией, и магнитное поле при этом располагается почти целиком внутри звезды. Значит, если Протосолнце было горячо, намагнитить «протопланетное» облако оно не могло. Если же оно было холодным, то облако «раскручивалось» магнитным полем звезды столь быстро, что протопланетный диск просто не успевал сформироваться и не смог принять на себя основной доли момента количества движения.
Гипотезы о совместном возникновении Солнца и планет в последнее время предложили также А. Камерон, Э. Шацман и другие астрофизики. Но и их объяснения страдают теми же недостатками, что и гипотеза Ф. Хойла. Сам механизм отделения планет от Протосолнца остается физически необоснованным, как, впрочем, и процесс сгущения газово-пылевого облака в Протосолнце. Может быть, планеты и сформировались совместно с Солнцем, но как именно это произошло, пока никто не знает.
«Горячее» рождение Земли
Может быть, Земля и планеты родились в итоге какого-нибудь катастрофического события?
Родоначальник научной космогонии французский естествоиспытатель Бюффон в первой половине XVIII века, т. е. еще до Канта и Лапласа, высказал гипотезу, что Земля и другие планеты возникли при падении на Солнце огромной кометы. Ошибочно полагая, что массы комет огромны, сравнимы с массой Солнца, Бюффон считал, что при столкновении кометы с Солнцем произошло что-то похожее на падение камня в лужу: из горячих солнечных «брызг» сгустились остывшие затем планеты.
Разумеется, сегодня эти идеи Бюффона кажутся по меньшей мере наивными. Но они оказали заметное влияние на дальнейшее развитие космогонии. Наиболее полно «катастрофические» варианты рождения планет были разработаны в 1916–1927 гг. английскими астрофизиками Джинсом и Джеффрейсом.
По мнению Джинса, несколько миллиардов лет назад мимо нашего Солнца, которое в ту пору было одиночной звездой, пролетела другая звезда. Сближение двух звезд было настолько тесным, что из Солнца под действием тяготения «чужой» звезды, вырвалась горячая сигарообразная газовая струя. Виновница этой катастрофы улетела в глубины Галактики, а из газовой струи сгустились планеты. В варианте, предложенном Джеффрейсом, Солнце столкнулось со звездой, что напоминает старую идею Бюффона.
Но все эти «катастрофические» гипотезы оказались несостоятельными. Строгие расчеты показали, что из Солнца не могла вырваться сигарообразная газовая струя, а если бы даже это и произошло, то она не сгустилась бы в планеты. Кроме того, тесное сближение, а тем более столкновение двух звезд — событие настолько маловероятное, что планетные системы были бы исключительной редкостью во Вселенной. Факты, однако, говорят о другом.
Если вокруг звезды обращается невидимая с Земли планета, то ее присутствие можно обнаружить прежде всего по тем отклонениям, которые она вызывает в пространственном движении звезды. В самом деле, движение одиночной, лишенной спутников звезды в пространстве (на сравнительно небольшом участке) будет почти прямолинейным и равномерным. Но если звезда имеет хотя бы одного достаточно массивного спутника, то, обращаясь по законам небесной механики вокруг общего центра тяжести, звезда и ее спутник будут двигаться в пространстве по сложным извилистым кривым. Чем массивнее спутник звезды, тем более извилистым будет ее путь. Значит, тщательно изучая движение звезд, можно не только установить, есть ли у них невидимые спутники, но и вычислить массы этих спутников.
Еще в 1937 г. шведский астроном Хольмберг, исследуя полет ближайших звезд в пространстве, установил, что вокруг многих из них должны обращаться невидимые спутники, масса которых сравнима с массой крупнейших планет Солнечной системы.
Позже подобными исследованиями занимались несколько ученых, в том числе пулковский астроном А. Н. Дейч, который очень хорошо изучил одну из ближайших к Земле звезд — 61-ю из созвездия Лебедя. По его данным, вокруг этой звезды с периодом около 5 лет обращается темный спутник, масса которого составляет 0,008 массы Солнца. Напомним, что величайшая из планет Солнечной системы Юпитер почти в тысячу раз легче Солнца. Значит, невидимое тело в системе звезды 61 Лебедя примерно в 10 раз массивнее Юпитера. Для планеты такая масса слишком велика. Даже у Юпитера давление в центре такое высокое, что температура, по подсчетам Н. А. Козырева, должна достигать там 150 000 °C. Тело с массой в 10 раз больше должно быть скорее звездой, чем планетой.