Походження Землі: гіпотези І.Канта, Лапласа, В.Г.Фесенкова и О.Ю.Шмідта

Проблема походження Землі цікавила людство з давнини. Перша наукова гіпотеза про походження Сонячної системи належала філософу І. Канту (1724-1804), яку він запропонував у 1755 р., коли в природничих науках ще панувала метафізика.

Гіпотеза Канта. В основу поглядів вченого покладено реальні фізичні сили – притягання і відштовхування. Сонячна система утворилася з первинної пилоподібної матерії, яка знаходилась у хаотичному русі і заповнювала світовий простір. За законом всесвітнього тяжіння ці різні за розмірами часточки почали рухатись. Утворилися різнорідні зоряні скупчення, які, у свою чергу, почали притягувати дрібніші. Так утворились окремі великі скупчення, які і стали відокремленими зірками. Первинні зірки оберталися навколо осі в одному напрямку. Обертальний рух виник тому, що між частинками, з яких виникли ці тіла, діяли сили притягання і відштовхування, сили пружності. Отже, за гіпотезою Канта, і Сонце, і Земля утворилися з одної матерії, причому Сонце – в центральній частини скупчення матерії, а Земля – на периферійній частині і незалежно від Сонця. Цінне в цій теорії те, що вперше була створена гіпотеза яка показала, що Всесвіт розвивається самостійно.

Гіпотеза Лапласа. П’єр Симон Лаплас (1749-1827) намагався з'ясувати причини закономірностей, які спостерігаються в Сонячної системі. Він звернув увагу на такі закономірності:

1 – всі планети обертаються навколо Сонця і кожна навколо своєї осі в тому напрямку, в якому Сонце обертається навколо своєї осі;

2 – супутники планет обертаються навколо своєї осі й навколо планет в тому самому напрямку, що й планети;

3 – площини орбіт планет і супутників майже збігаються з площиною сонячного екватора;

4 – основна маса Сонячної системи зосереджена в Сонці, маса всіх планет становить 1/760 частину маси Сонця.

Незалежно від І. Канта також висловив гіпотезу про походження Сонячної системи з первинного хаосу. Прообразом Сонячної системи він вважав розпечену газову туманність, яка простягалась за межі найдальшої планети. Ця туманність мала первинне обертання, внаслідок якого вона сплющилась так, що її полярний діаметр став у півтори рази коротшим за екваторіальний. В міру охолодження, стиснення і сплющення газової туманності під впливом відцентрової сили настав момент відривання частин її зовнішньої екваторіальної частини по кільцю. Відірвані частини утворили "ущільнення", які продовжували обертатися навколо осі. В подальшому ці "кільця" розривалися, їх речовина сполучалась у планети, а центральне згущення перетворилось на Сонце.

Гіпотеза Лапласа здавалася його сучасникам дуже переконливою, але подальші дослідження показали, що вона має чимало недоліків. Наприклад, у 1815 р. стало відомо, що 4 супутники Урану обертаються навколо нього в протилежному напрямку. Такі самі особливості виявили в русі супутників Юпітера, Сатурна, Нептуна.

Недоліки гіпотез. За допомогою цих двох гіпотез не можна було пояснити деякі факти. Наприклад, особливості моменту кількості руху в Сонячної системі. Момент кількості руху визначається як добуток маси тіла на відстань від центра системи і швидкість його обертання. Сонце містить 99% загальної маси системи і тільки 2% моменту кількості руху припадає на Сонце. На планети припадає 1/700 маси всієї Сонячної системи, але 85% моменту руху. Але ці гіпотези вперше у природознавстві свідомо ввели принцип розвитку Сонячної системи під дією природних сил.

Великим внеском цих вчених в науку була спільна відправна точка, що вихідний матеріал, з якого формуються планети, знаходився в розрідженому стані: у вигляді газу (Лаплас) чи у вигляді певних часточок (Кант).

Американські дослідники – геолог Т. Чемберлен і астроном Ф. Мільтон на початку 20 століття запропонували гіпотези, згідно з якими планети утворилися з розпечених газових гілок – спіралей, "витягнутих" із Сонця зіркою, що пройшла на досить близькій відстані від нього. Англійський астрофізик Д. Джінс (1919) припустив, що при зближенні з Сонцем іншої зірки від першого відірвався сигароподібний виступ, який в подальшому розпався на окремі згустки, причому з середньої потовщеної частини "сигари" утворились великі планети, а по її краях – дрібні.

Найбільш досконалі гіпотези про походження світу створили вчені В.Г. Фесенков (1889-1956) та О.Ю. Шмідт (1889-1972). Вони розглядали розвиток Сонячної системи не тільки як механічне переміщення тіл у просторі, а й як сукупність процесів розвитку, які відбуваються суперечливо, негармонійно. Подібних поглядів дотримувались і закордонні вчені Д. Койпер і Г. Юрі.

Гіпотеза Отто Юлієвича Шмідта. (1944) На відміну від попередніх гіпотез, гіпотеза Шмідта пояснює утворення планет, у тому числі й Землі, з міжзоряної пилуватої матерії, захопленої Сонцем, яке до того вже існувало. Ця гіпотеза, яка переросла в теорію побудована на таких фактах:

1 – галактика обертається навколо своєї осі,

2 – у Галактиці, особливо в центральній її частині, існує туманність, яка складається з газу і твердих частинок, розміром від пилинки до великих тіл,

3 – площина орбіти Сонця, яке обертається навколо центра Галактики, утворює певний кут з центральною площиною Галактики.

Крім того, Шмідт вважав, що метеорні тіла є членами Сонячної Галактики, а не вихідцями ззовні.

Сонце, рухаючись у Галактиці, тобто беручі участь в обертанні, зустрічає на своєму шляху в місці перетину центральної площини Галактики темну хмару матерії і захоплює з неї тверді пилуваті частинки і газ. Від цього навколо Сонця утворюється рій частинок, які рухаються навколо нього по еліпсах. Під дією сил притягання ці частинки злипаються і значну частину своєї кінетичної енергії перетворюють на теплову, яка вилучається в світовий простір. Вилучення кінетичної енергії – необхідна умова еволюції рою в бік утворення планет. З іншої частини захопленої матерії утворилися комети, метеори й метеорити. Під впливом тиску світла деякі частинки падали на Сонце, інші відштовхувались далі, а леткі компоненти випаровувались. Поблизу Сонця рій збіднювався на пилуваті частинки, тому там утворилися планети невеликих розмірів. Далеко від Сонця матеріалу було досить для утворення планет-гігантів. Там гази зберігалися на твердих частинках та конденсувалися на їх поверхні. Тому в складі зовнішніх планет переважають леткі елементи – водень, аміак, метан, а в складі внутрішніх планет цих елементів менше. Гідросфера та атмосфера утворились з тієї води й легких газів (метану, аміаку, вуглекислоти), яких було багато на дрібних тілах і які перебували далеко від Сонця. Частина таких тіл, наблизившись до Сонця і не встигши нагрітися, падала на Землю і віддавала їй свою воду і гази. У цій воді з самого початку були розчинені сполуки вуглецю (метан). Оскільки Земля ще в ранню епоху мала атмосферу й воду, то життя могло виникнути в дуже давню епоху, набагато раніше, ніж досі вважала геологія – ще в догеологічні часи. За цією теорією Земля з початку її існування була холодною. Але в момент падання частинок розігрівалась. Це тепло швидко віддавалося в світовий простір. Більше значення в тепловому режимі Землі мав розпад радіоактивних елементів. Цей процес відбувається й тепер. Він дає могутнє джерело енергії для горотворення і явищ вулканізму.

Це гіпотеза холодного походження тіл Сонячної системи. Вона задовільно з'ясовує ряд проблем геології:

- утворення атмосфери і гідросфери

- час появи життя на Землі

- теплоту Землі

- явища вулканізму, горотворення.

Недоліки гіпотези:

1 – недостатнє пояснення еволюції Сонця та інших зірок,

2 – багато вчених вважають, що первинна хмара міжзоряної матерії була не метеоритною, а газовою, тобто захоплення матерії Сонцем неможливе,

3 – є думки, що метеорити утворились внаслідок розпаду якоїсь планети, а не навпаки,

4 – в осадових породах стародавніх геологічних епох не трапляються метеорити.

Гіпотеза Василя Григоровича Фесенкова. (1960) побудована на наукових досягненнях космогонії. В.Г. Фесенков схиляється до думки, що оскільки вік Сонця близький до астрономічного віку Землі, можна вважати, що Сонце і планети, які обертаються навколо нього, утворились одночасно і що це єдиний процес походження зоряної системи з одного й того самого вихідного середовища – якоїсь газопилової туманності. Внутрішні частинки ущільнення стали матеріалом для утворення Сонця, зовнішні – для утворення планет Сонячної системи. Земля виникла відразу в усій масі, а не "збиралась" з окремих часточок. На початку свого існування Сонце перебувало в постійному русі і мало масу в 8-10 разів більшу, ніж зараз. Тоді Сонце мало всю кількість обертів, включаючи сумарну кількість обертів усіх планет, які тоді ще не існували як індивідуальні тіла. Усередині кожної зірки перебудовуються ядра деяких елементів і звільняється атомна енергія. Кожна зірка не тільки випромінює тепло й світло, а й потоки частинок, тобто вона в процесі розвитку втрачає масу, внаслідок чого зростає швидкість обертання. Зірки, які утворюють компактні скупчення, мають однакові фізичні властивості (масу, блиск, колір, температуру, хімічний склад). Це свідчить про те, що зірки утворились одночасно з одного середовища. Зірки виникли в різні епохи існування Галактики з газово-пилуватого середовища. Вони виникають й тепер.

Гіпотеза пояснює основні властивості Сонячної системи: закон планетних віддалень від Сонця, неоднаковий розмір планет, різний хімічний склад внутрішніх і зовнішніх планет, періоди обертання планет навколо осі і Сонця.

Ця гіпотеза дає можливість зробити висновок, що утворення планет - закономірний процес, досить поширений у природі, що планети утворилися з речовини, тісно пов’язаної з первинним Сонцем, без втручання зовнішніх сил.

Недоліки гіпотези: вона неспроможна пояснити, чому близько 90% маси Сонця складається з найлегших елементів – водню і гелію, а на Землі цих елементів дуже мало. Якщо планети утворились з єдиної туманності, то незрозуміле походження сили, яка потім відкинула планети на величезні відстані від Сонця.

Згідно із сучасними космогонічними уявленнями, джерелом речовини, з якої сформувалися зірки й планетні системи є вихідна газопилова протосонячно-протопланетна хмара. Вона утворилася з міжзоряного газу і пилу, чиє походження пов'язують із вибухами великих зірок. Про це свідчать сліди розпаду деяких короткоживучих ізотопів в метеоритах. Під час утворення нашої галактики біля 20 млрд. років тому відбувся "Великий вибух". Космічний простір заповнився випромінюванням та речовиною, яка швидко розширювалась – протонами, електронами, ядрами гелію, нейтріно. Більш важких елементів тоді ще не було, вони не встигли утворитися. На флуктуаційних згустках речовини формувалися протогалактики та протозірки. Хмара почала стискуватися під впливом власного гравітаційного поля, що призвело до збільшення температури в її центрі. Таким чином сформувався гігантський газовий згусток Протосонце. Формування Сонця з первинного згустку газів та пилу, які стискалися, відбувалося швидше, ніж формування планет. В центральних областях протопланетного диску конденсувалися тугоплавкі елементи, а газоподібні були відтиснуті на периферію, де потім сформувалися планети-гіганти із масивними та щільними газовими оболонками. Така диференціація вихідної газопилової хмари пояснює залежність щільності планет від та їх відстані до Сонця. Із підвищенням щільності протопланетної хмари різко зростала ймовірність зіткнення та злипання частинок із утворенням зародків майбутніх планет – планетезималей. При цьому, у найбільших з них проявлялися власні гравітаційні поля, що сприяло захопленню дрібних тіл. Таким чином, більші планетезималі збільшувалися швидше, ніж малі. Одне з таких крупних тіл, яке було розташоване у внутрішньому поясі протопланетної хмари, перетворилося на зародок нашої планети. Земля, як й інші планети земної групи формувалася з речовини, яка втратила всі газоподібні складові. За розрахунками В.С. Сафронова (1969), одного із авторів сучасної теорії планетоутворення, рост Землі тривав біля 100 млн років і відбувався в прискореному режимі акреції. А після того, як був вичерпаний запас твердої речовини в біляземному рої планетезималей, ріст призупинився.

• .