Гипотезы

 Гипотез не измышляю. 

И. Ньютон

Ньютон, как всегда, категоричен. Но как его слова совместить о не менее компетентным мнением Энгельса, который говорил, что наука, в частности физика, "купается" в гипотезах?

Да оба правы. Любая физическая идея, говорят, проходит три стадии - "этого не может быть", "я сам всегда так думал", "кто же еще верит в эту чепуху". Ньютон просто "прятал" первую стадию - помните двадцатилетнюю выдержку "Начал" - и выступал сразу на второй, когда гипотеза становится теорией. Но, во-первых, не все - Ньютоны, а во-вторых, в науке все чаще возникает ситуация, когда оправдываются слова Бора: "Эта теория недостаточно безумна, чтобы быть правильной".

Встречаются и промежуточные случаи. К таким не то гипотезам, не то теориям относится идея голландского астронома Я. Оорта. По его представлениям, на окраине Солнечной системы расположен практически неисчерпаемый "банк комет" - что-нибудь 100 миллиардов кометных ядер.

На эту мысль его навела близость предельных скоростей комет в перигелии к параболической. Ведь если они прилетели из других областей Галактики, никто не мешает им иметь при подходе к Солнечной системе скорость порядка относительных скоростей звезд - десятки и сотни километров в секунду. Тогда в перигелии скорость кометы заметно превысила бы параболическую. Но таких комет нет! Если и получается скорость больше параболической, то совсем чуть-чуть, так что и не поймешь - ошибка измерений, возмущения планет или правда "чужая" комета. А теперь представим себе, что в десятках и сотнях тысяч астрономических единиц от Солнца "мчатся" по примерно круговым орбитам миллиарды комет (их скорости - десятки метров в секунду). Некоторые из них время от времени, чуть сбитые с пути соседями, могут попасть в ближние окрестности Солнца. Часть из них застрянет там, попав, например, в семейство Юпитера. Другие, наоборот, покинут Солнечную систему навсегда, добрав до параболической скорости с помощью того трюка, который мы использовали в задаче 62. На смену придут новые кометы из облака Оорта, запаса хватит надолго.

И вот недавно возникла достаточно безумная идея - связать облако Оорта с... вымиранием динозавров! Ход рассуждений примерно таков. Проанализировали скорость вымирания отдельных видов и родов животных за длительное время. И выяснилось, что в этой зависимости вроде бы намечается периодичность. Из каждых 26 миллионов лет сначала 6 миллионов лет животные мрут как мухи, а потом 20 миллионов лет спокойной жизни. Предположим, сказали почти одновременно две группы ученых, что у Солнца есть невидимый спутник - слабенькая звездочка, назовем ее в честь богини возмездия из древней мифологии Немезидой. Так вот, эта самая Немезида 6 миллионов лет разбойничает в облаке Оорта, сбивает с толку кометы, на Земле - кометный дождь, динозавры срочно вымирают. Потом 20 миллионов лет вдалеке от Солнца отдыхает от трудов.

Конечно, не надо думать, что кометы сыплются на Землю дождем и разят наповал бедных динозавров. Просто раз в тысячу лет на Землю падает приличная комета, поднимает тучу пыли. Меняется погода, меняется климат. Да к тому же кометы травят животных: именно в осадках периода "кометного душа" найден заметный избыток иридия, металла не безвредного при регулярном употреблении в пищу. Впрочем, избыток не так уж велик, и он в первую очередь - доказательство самого факта "душа", а не вредности "кометного орошения". Дело в том, что в кометах иридия заметно больше, чем на Земле.

Задача 65. Период обращения Немезиды вокруг Солнца - 26 млн лет. Ближнюю к Солнцу половину орбиты она проходит за 6,2 млн лет. Каковы минимальное и максимальное ее удаления от Солнца?

Не случайно возникла цифра 6,2 млн лет. Именно таково более точное значение длительности периодов "возмездия", периодов интенсивного вымирания животных На первый взгляд, кажется очевидным, что именно такое время Немезида должна находиться в облаке Оорта. К сожалению, не все так просто.

Первыми придут в движение, начнут падать к Солнцу кометы с внешнего края пояса. Но будут ли они первыми в окрестностях Солнца?

Немезида быстро движется внутрь облака. Кометам, сбитым с толку позже, лететь недалеко. Глядишь, они раньше прилетят к нам.

Задача 66. Предположим, ровно половина вычисленной в предыдущей задаче орбиты Немезиды лежит внутри пояса Оорта. Определить продолжительность "кометного душа".

Оказывается, внешний край облака должен находиться ближе 8,78×10⁴ а. е. от Солнца, а Оорт считал, что его облако простирается до 2×10⁵ а. е., т. е. дальше афелия Немезиды. Правда, дальнейшие исследования привели к мысли, что плотное облако простирается только до расстояния примерно 2×10⁴ а. е., а дальше - разреженная часть, так называемое гало. Если "душ открывается" только при входе Немезиды в плотную часть пояса - ее называют "банк", "сейф",- то концы с концами более или менее сходятся.

Есть Немезида, нет ее - пока еще бабушка надвое сказала. Но вот планеты наверняка есть - на одной из них мы живем. А откуда они взялись? То ли пролетевшая мимо звезда вырвала их из Солнца, то ли при рождении самого Солнца остался строительный мусор. Есть и третья теория (или гипотеза).

Кроме скорости, с которой Солнце вместе со своими соседями движется вокруг центра Галактики, у него есть еще так называемая пекулярная скорость. Впрочем, она есть и у других звезд. Это та скорость, с которой Солнце движется относительно своих ближайших соседей. Обусловлена она случайными причинами; нам же интересно, что именно она позволяет Солнцу побродить по ближним районам Галактики. А в Галактике, между прочим, встречаются облака пыли. И вот по третьей теории Солнце захватило такое облако, и после сгущения из него образовались планеты. Облака эти довольно рыхлые, плотность в лучшем случае - примерно 10^-18 кг/м³, в триллионы раз меньше, чем плотность воздуха в лучшей на Земле вакуумной установке. Зато размеры внушительные - темная пылевая туманность, носящая выразительное название "Угольный мешок", простирается на три десятка световых лет.

Какое количество пыли может почерпнуть Солнце, проходя такую туманность?

На этот вопрос ответить нам трудно. Пылинки, сдвинутые Солнцем с насиженных мест, начнут сталкиваться друг с другом, их движение запутается, оно уже будет подчиняться неким статистическим закономерностям. И хотя, как уверяют Ильф и Петров, "статистика знает все", мы не будем заниматься этим вопросом, а обсудим проблему полегче.

Задача 67. Предположим, Солнце "пронзает" блинообразную пылевую туманность (рис. 12), толщина которой Н=1 св. год = 6,32×10⁴ а. е. Плотность туманности ρ = 10^-18 кг/м³. Пренебрегая взаимодействием пылинок, определить, насколько возрастет масса Солнца? Пекулярная скорость Солнца υ_пек=20 км/с. Напомним, радиус Солнца r_⊗=4,65×10^-3 а. е.

Возможно, и само Солнце, и другие звезды образовались из газопылевых туманностей. Изредка встречаются сравнительно небольшие образования, облачка с "очень высокой" плотностью - до 10^-16 кг/м³. Под действием взаимного притяжения такие, как их называют астрономы, глобулы могут сконцентрироваться в звезду. Размер глобул нам сейчас не нужен, но надо сказать, что они гораздо больше звезд, которые из них образуются. Так вот,

Задача 68. Оцените время образования звезды из глобулы.

Несколько выше мы познакомились с понятием пекулярной скорости и узнали, что для Солнца она равна 20 км/с. Это, в общем, типичное для звезд значение. Но изредка встречаются звезды с аномально большими пекулярными скоростями - 200, 300, даже 500 км/с.

Одним из примеров может служить так называемая летящая звезда Барнарда. Это одна из ближайших соседок Солнца. До нее около 6 св. лет. (Ближе только система α Центавра.) А "летит" эта звезда со скоростью 400 км/с. При такой большой скорости и сравнительной близости она перемещается на небе за год на 10 угловых секунд. Меньше 200 лет ей надо, чтобы сместиться на видимый диаметр Луны. Действительно - "летящая"!

Есть предположение, что такие скорости получаются в результате взрыва одной из компонент двойной звезды. Если одна из звезд пары взрывается, "осколки" разлетаются с громадными скоростями. За считанные часы они улетают из области, где находится пара. Движение второй звезды и остатка взорвавшейся за столь короткое время практически не меняется, а гравитационная связь между ними резко ослабевает. Пара распадается. Если она была достаточно тесной, звезды разлетаются с громадными скоростями - так называемый эффект пращи.

Предположим, звезда Барнарда получила свою скорость в результате такого взрыва ее партнера по паре. Давайте попробуем

Задача 69. Определить расстояние между звездой Барнарда и ее напарницей до взрыва. Начальная масса взорвавшейся звезды M₁=10 M_⊗, после взрыва масса остатка гораздо меньше массы звезды Барнарда М_Б=М_⊗.

Собственно говоря, нам просто надо определить, при каком расстоянии между звездами с известными массами меньшая из них имеет заданную скорость. Действительно, после взрыва остаток практически не влияет на движение звезды Барнарда.

В действительности, однако, после взрыва обычно остается звезда с массой порядка массы Солнца. Поэтому более реалистичной выглядит

Задача 70. Какими будут пекулярные скорости звезд, если в результате взрыва в паре из задачи 69 остаток имеет массу M_⊗?

Мы заранее предполагали, что пара распадется. Наше предположение оправдалось. Но интересно разобраться,

Задача 71. При какой минимальной потере массы та же пара распадется?

Мы познакомились с некоторыми гипотезами, предложенными учеными. Но ученые все-таки вынуждены соблюдать какие-то нормы приличия. Пожалуй, достаточно "безумной" можно назвать только "теорию Немезиды". Гораздо свободнее себя чувствуют