Солнечная система

в галактике, мы должны понять не только то место,которое мы зани­маем,но и пройденный нами долгий путь.

Д ж о н Б е р н а л

1Часть 1:Начало

.Итак, перед нами планета Земля.Она имеет океан.Представим его се-

бе.Реки,впадающие в него,сначала текут по склонам гор,по пути кроша горные породы,и все,что могут,выносят с собой в океан.Атмосфера над океаном насыщена вулканическими газами,пылью,пеплом.Волны,разлетаясь брызгами,захватывают всё это в свои глубины.В результате вода в пер­возданном океане горько-соленая,мутная.Она - настоящий "буль­он",столько здесь весго перемешано и расстворено.Здесь можно встре­тить почти все элементы таблицы Менделеева.Особенно много тех,которые необходимы для создания живых существ.Теплая вода обеспечивает моле­кулам и атомам хорошую подвижность,перемешивание,контакты между собой в самых разных сочетаниях.Но для химических реакций этого мало.Для них часто бывает нужна "внешняя" сила.Толчок извне может помочь ато­мам и иолекулам соединиться,может разбить молекулы на части.Химики для ускорения реакций часто применяют нагрев.Полобным же образом действует и природа.Для этого работают не только частички света - фо-

тоны,но и "космические лучи" - осколки атомов,выброшенные далекими звёдами,которые круглые сутки проносятся сквозь атмосферу и вонзаются в толщу океана.Их удары особенно сильны и больше годятся для разбива­ния молекул.

1Часть 2:Сверкнула молния

.Небо заволокли черные тучи.В них и вводе накапливаются 2 0электричес-

кие разряды.Они рванулись навстречу друг другу.Ослепительная вспышка молнии озарила волны и пребрежные скалы.А в толще воды при этом резко метнулись молекулы,сшиблись друг с другом.Некоторые от ударов разва­лились. Зато другие,наоборот,соединились.Стихла гроза.Наступила ночь. Далеко от берега на дне океана пробудился дремавший вулкан.Горячие газы,вырвавшись из его жерла,растворились в воде,насытив её новыми порциями углекислоты,метана,аммиака,сернистого газа.Из недр планеты пошла в чёрную пучину огненная лава.Вспыхнула красным заревом,закипе-

ла вода.Тучи ослепительно сверкающих пузырей устремились вверх.Забур­лили,засветились изнутри в мраке ночи черные волны.Густые облака пара накрыли их."Бульон" над вулканом стал горяче и гуще.Челыми кучами поплыли новые,причудливые "комки" атомов - только что возникшие круп­ные молекулы...

1Часть 3:Естественный отбор

.Океанские волны без конца перемешивают,переставляют атомы,по-раз-

ному комбинируют их. Молекулы создаются и распадаются.Снова и снова в каждой капле океана повторяются миллиарды раз уже испробованные и не оправдавшие себя сочетания.Неужели в таких условиях возможна хоть какая-то эволюция? Возможна.Сами собой,без всякого плана или системы, создаются разные,какие получатся,варианты молекул.А потом испытывают­ся.Наверху,в небе,разыгралась гроза.И мы видим,как при вспышке мол­ний,шарахнувшись,разваливаются,рассыпаются все слабо связанные моле­кулы.А те,что выдержали эту проверку на прочность,остаются.Уже на этом этапе химической эволюции вещества работает своеобразный "естес­твенный отбор".Эволюция идёт в направлении создания всё более сложных и при этом прочных молекул,обладающих все новыми и новыми свойствами. А это приближает возможность нащупать в дальнейшем такие формы и свойства молекул,которые сделают вещество существом.В химической эво­люции вещества главную роль играют атомы углерода.это особый,незаме­нимый элемент.Его атомы обладают поистине неисчерпаемыми "потенциаль­ными возможностями".Они четырехвалентны ( т.е. очень высокая способ­ность присоединять атомы и молекулы др. химических элементов),что в атомном мире редкость.Цепляясь друг за друга,они могут образовывать молекулы в виде колец или цепочек,при этом прихватывая другие атомы или молекулы.И тогда кольца и цепочки обрастают "гроздьями",создаются грандиозные,сложнейшие молекулы в виде ветвящихся деревьев,насчитыва­ющие в своем составе многие тысячи атомов свмых различных элемен­тов.Сегодня таких молекул в природе бесчисенное множество вариан­тов.Но пока они еще не создались.В первозданном океане идут экспери­менты.Фронт работы широчайший - весь океан.Атомов - сколько угод­но.Времени - сотни миллионов лет.И вот нет-нет,где-то получается что-то интересное.Возникает совершенно случайно какая-нибудь новая комбинация атомов,обладающих прогрессивными свойствами.И значит, кро­хотный шаг к появлению жизни сделан.Делая,может быть,всего по одному такому шагу за тысячи лет,природа за миллиард лет все же дошла до возникновения жизни.Попробуем мысленно представить себе главные из этих шагов.Пропустим несколько миллионов лет и снова вернемся в пер­возданный океан.Кроме исходных крохотных и примитивных молекул,вроде метана,аммиака и углекислого газа,с которых всё началось,перед нами теперь плавает в воде множество совершенно новых,незнакомых комбина­ций атомов.Появились,например,полимеры - длинные цепочки из моле­кул.Иногда одинаковых,иногда разных.Появились катализаторы.Это моле­кулы-помощники,молекулы-посредники,облегчающие перестройку других мо­лекул.Через много миллионов лет мы видим,что простенькие полимеры стали полипептидами.Плывут длинные,сложные,ветвистые нити,состоящие из аминокислот.Их тысячи вариантов.Но самое поразительное - появился

процсс копирования молекул - репликация.Это форменная эволюция.Раньше случайно возникшая комбинация атомов,существуя в одном экземпляре,не влияла на ход химической эволюции в целом.К тому же она могла в любой момент быть разбита шальной космической частицей и "изобретение" без­возвратно терялось.Тепрерь,при тиражировании молекул,"опыт" распрост­раняется,а гибель некоторых экземпляров не представляет опаснос­ти.

1Часть 4:Мутация

.Репликация не тормозит прогресс,как это может показаться,заполняя

океан однотипными молекулами.Дело в том,что при копировании иногда происходит сбой.Исходную молекулу или её матрицу может что-либо пов­редить.Например,блеснувшая вблизи молния.Получится "мутация",и травма начинает печататься во всех следующих копиях,дав начало новой серии молекул."Мутанты"вовсе не всегда являются браком.Случается,что среди них находят ценные находки,обладающие преимуществами перед оригинала­ми.Поэтому,говоря шутливо,внешние силы не калечат молекулы,а вносят в них небольшие изменения,как бы с целью посмотреть:что получится? Ре­зультаты этих стихийных экспериментов природы оценивает практика.Ес­тественный отбор беспощадно перечеркивает все миллионы "глупых" вари­антов,оставляя лишь единица "умных".В итоге мутации способстывуют увеличению разнообразия молекул и этим помогабт идти химической эво­люции вещества.

1Часть 5:Новый уровень эволюции

.Проходят ещё миллионы лет.Природа "нащупала" наилучшие последова-

тельности аминокислот в цепочках полипептидов - появились белковые молекулы - будущие кирпичи живых организмов.Усложнилась и стала со­вершеннее репликация.Матрица теперь уже не механческая форма,а услов­ная,химическая "запись"порядка аминокислот в белковой молекуле.Запись в виде портативной цепочки особых молекул - нуклеотидов.Эволюция ве­щества поднимается на новый уровень.Длинные,причудливо изогнутые нити разных белковых молекул цепляются друг за друга и понемногу собирают­ся.Сначала в небольшие комочки,потом в более крупные комки,похожие на клубки или капли.У молекул,тесно соприкоснувшихся в комке,разные свойства.Иногда это приводит к возможности своеобразного их сотрудни­чества.Например,катализаторы,оказавшиеся в гуще молекул,могут спо­собствовать реакциям,полезным для комка в целом.Иначе говоря,комки белковых молекул оказываются в ряде случаев "системами",способными к какой-то внутренней деятельности.Но система системе рознь.И конеч­но,начинается долгий путь поисков наиболее удачных сочетаний молекул в них.Удачнее,например,те,в которых снаружи расположились особо проч­ные молекулы.Они служат механической защитой остальным.Удачнее те,в которых включены молекулы,способные реагировать на опасные примеси в воде.Они служат химической защитой.Но наиболее интересны те вариан­ты,в которых оказался хороший набор катализаторов.Теперь,правда,их нужно называть ферментами.В этих комках начинается более или менее активный "обмен веществ" с окружающей средой.Идет захват материа­ла,ращепление молекул,иногда даже с выделением энергии,выбрасывание отходов,восстановление поврежденных молекул.Даже репликация - синтез белковых цепочек.Обмен веществ - свойство очень прогрессивное.Такой комок оказывается очень устойчивым перед разными разрушающими внешни­ми воздействиями,независимым,прочным,долговечным.При большой сложнос­ти он становится очень живучим - то,к чему стремится химическая эво­люция.Вещество в нем,в сущности,приобрело некоторые свойства живо­го! Эволюция белковых молекул приводит к их специализации.В од­них,например,лучше идут реакции с получением энергии,другие чётко ре­агируют на изменения температуры,в третьих хорошо налажена реплика­ция.И если мы снова пропустим миллионы лет,то обнаружим в океане ещё более "гигантские" сооружения,в каждом из которых миллионы моле­кул.Разные типы комков вошли в них в виде отдельных деталей.Сейчас биологи называют эти детали органеллами.А всё сооружение в целом ­одноклеточным организмом!

.Вспомните предысторию жизни.Атомы - молекулы - полимеры - органел-

лы - одноклеточные существа.Всё идет в направлении от простого к сложному, к разнообразию структур, форм ,свойств.В живых организмах добавилось важнейшее новое - могучее стремлени к самосохранению,к долговечности.Нужны улучшенная защищенность,более хорошая вооружен­ность в борьбе за существование.Обьединяясь,клетки этого достига­ют.Борьба за существование,в частности,способствует увилечению разно­образия форм в животном мире.Иногда куда выгоднее не вступать в бой с врагом,а просто уйти в другую "экологическую нишу",переменить образ жизни так,чтобы,даже оставаясь на том же участке земли,никогда и не в чём не соприкасаться с врагом.Перестать соперничать с ним.Не иметь с ним ничего общего.Противопоставить сопернику не силу,а какое-то со­вершенно особое качество,которое даёт новые возможности к существова­нию.Пройдет ещё очень много времени и на Земле появится человек.Поя­вится,и изменит мир в котором живет.Он научится наблюдать за звёзда­ми,за планетами Солнечной системы,строить космические аппараты и за­пускать их в космос.Многие из этих аппаратов садятся на поверхности планет и возвращаются обратно.

2Глава 3: Человечество и поиск

Человечество достигло таких успехов

в астрономии, технике, связи,кибер­нетике , которые создали реальные технические предпосылки для уста­новления связи с разумной жизнью других миров.

Академик В.А. А м б а р ц у м я н

1Часть 1:Цивилизация и её влияние на космос

.Плоды нашей деятельности уже заметны из космоса.Это подтверждают

космонавты,различающие с орбитальных станций даже шоссейные и желез­ные дороги,мосты,корабли в море.Они видят это невооруженным глазом,а значит,с Луны то же самое можно увидеть в тысячекратный телескоп,ка­кие стоят в наших обсерваториях.Марсиане,если бы они существовали,да­же вооруженные техникой,равноценной нашей,без особого труда обнаружи­ли бы наши города,дымы промышленности,космические аппараты,испытания атомных бомб.при более пристальном наблюдении они заметили бы искуст­венные моря и орасительные каналы.Ну а работу телевизионных станций можно обнаружить и с других планетных систем.Люди в мире звёзд.Циви­лизация.Сообщество разумных существ,выросшее за миллиарды лет из ко­мочков слизи,копошашихся в мутных лужах.Разумных существ,проникших в глубины атома и в дали Вселенной,познавших строение звёзд и тайну жи­вой клетки,постигших законы своей эволюции!

1Часть 2:Новый век - новое решение

.В каждую эпоху люди в своих мечтах решали проблему контактов с

инопланетянами,исходя из техники своего времени.Вплоть до XVIII века люди полагали,что для полёта к звёздам достаточно будет энергии мышщ,своих и домашних животных.И поэтому,даже фантазируя,единственно что они могли предложить - это всего-навсего экипаж,запряженный...в стаю птиц.Что воздух кончится сразу,как "отлетишь от дома",наши далё­кие предки не знали.Они не представляли себе и огромные расстоя­ния,отделяющие нас от Луны и планет, не говоря уже о расстояниях до звезд.Потом,измерив эти расстояния и узнав,что небесные тела разделя­ет почти пустое,безвоздушное пространство,стали мечтать хотя бы о взаимной сигнализации.

.В XIX веке,всего каких-нибудь сто лет тому назад все серьезно ве-

рили в существование марсиан.И тогда вполне серьезно ученые выдвигали предположения об оптической связи с ними.Математик Карл Гаусс предла­гал прорубить в сибирских лесах моногометровую просеку в виде треу­гольника и засеять её пшеницей.Марсиане увидят в свои телескопы на фоне тёмно-зеленых лесов аккуратненький светлый треугольник,и пой­мут,что слепая природа не могла это сделать.Значит на этой планете живутразумные существа.Многим идея Гаусса понравилась,но,чтобы пока­зать марсианам,что земляне высокообразованы, предлагали на сторонах

треугольника сделать квадраты,чтобы получился рисунок теоремы Пифаго­ра.Этот проэкт обладал заметными недостатками.Ведь Сибирь часто пок­рыта облаками и снегом,и треугольник может долго оставаться незаме­ченным марсианами.А главное,даже в хорошую погоду его можно будет ви­деть только днем.Поэтому более правильным показался проэкт венского астронома Йозефа Иоганна фон Литрова.Он предлагал в пустыне Саха­ра,где всегда безоблачно,вырыть каналы в виде правильных геометричес­ких фигур (возможно теорему Пифагора).Стороны многоугольника должны быть по крайней мере тридцать километров.А ночью поверх воды налить керосин и поджечь.Огненные полосы прочертят на ночной стороне планеты яркий чертеж.Уж марсиане не могут его не заметить.Но и этот проэкт был отвергнут как очень дорогой.Француз Шарль Кро подсказал гораздо более дешёвый способ связи.Он посоветовал своему правительству соо­рудить огромную батарею зеркал для отражения солнечных лучей в сторо­ну Марса.Зайчик,конечно,был бы ослепительно ярок.Проэкт Шарля Кро имел очень большое преимущество по сравнению с остальными.Зеркала можно шевелить, и тогда при взгляде с Марса ослепительная яркая точка на Земле подмигивала бы.И главное,мигание можно было передать марсиа­нам сообщение.Наивно!А ведь это всё было совсем недавно,при жизни на­ших предков.Тем временем создаётся целый ряд научно-фантастических произведений,посвященных перемещениям между планетами.Наиболее из­вестны из них "Из пушки на Луну" Жуль Вена и "Война миров" Герберта Уэлса.

.С развитием ракетной техники в послевоенные годы,а главное,запуск

первого искуственного спутника Земли в 1957 году дали мощный толчок старым мечтам человечества о межпланетных перелётах.Хлынула целая ла­вина самых разнообразных научно-фантастических произведений.Полетав к Венере и Марсу,герои книг стали запросто летать к звездам,бороздя уже на огромных межзвездных кораблях бескрайние просторы Галлактики,сра­жаясь с самой различной космической нечистью и злодеями.Но и тут сно­ва ,уже в который раз, строгий анализ охладил мечтателей.Современные ракеты,работающие на химическом топливе,изготавливаются из самых прочных и легких материалов,из двигателей "выжато" уже почти всё,но всё это делает пределом наших мечтаний полёт к Марсу или Венере.И всё же полёты в пределах Солнечной системы реальны.Но у нас нет надежды встретить здесь разумные существа.Есть шансы найти их в других пла­нетных системах,около других звезд.Но о полёте к звёздам на современ­ных ракетах говорить бессмысленно: полёт до ближайшей звезды (кроме Солнца) - Альфа Центавра будет длиться 80 тысяч лет при скорости 17 километров в секунду.

2Глава 4: Солнечная система: 1 2состав и особенности

Мы рады той таинственности,

которая находится за преде­лами нашей досегаемости...

Х а р л о у Ш е п л и

.В Солнечную систему входит 1Солнце 0,9 больших планет свместе с их 34

спутниками,более 100 тысяч 1малых планет 0 (астероидов),порядка 10 в 11 степени комет, а также бесчисленное количество мелких,так называемых метеорных тел (поперечником от 100 метров до ничтожно малых пыли­нок).Центральное положение в Солнечной системе занимает Солнце.Его масса приблизительно в 750 раз превосходит массу всех остальных тел,входящих в систему.Гравитационное притяжение солнца является главной силой,определяющей движение всех обращающихся вокруг него тел Солнечной системы.Среднее расстояние от Солнца до самой далекой от него планеты - 1Плутон 0 39,5 а.е., т.е. 6 миллиардов километров,что очень мало по сравнению с расстояниями до ближайших звёзд.Только не­которые кометы удаляются от Солнца на 100 тысяч а.е. и подвергаются воздействию притяжения звезд.Двигаясь в 1Галактике 0,Солнечная система время от времени пролетает сквозь межзвездные газопылевые обла­ка.Вследствие крайней разряженности вещества этих облаков погружение Солнечной системы в облако может проявится только при небольшом пог­лощении и рассеянии солнечных лучей.Проявления этого эфекта в прошлой

истории Земли пока не установлены.Все большие планеты - 1 Меркурий,Ве­ 1нера,Земля,Марс,Юпитер,Сатурн,Уран,Нептун и Плутон - 0 обращаются вок­руг солнца в одном направлении (в направлении освого вращения самого Солнца), по почти круговым орбитам, мало наклоненым друг к другу (и к солнечному экватору).Плоскость земной орбиры - эклиптика принимается

за основную плоскость при отсчёте наклонений орбит планет и других тел,обращающихся вокруг Солнца.Расстояния от планет до Солнцы образу­ют закономерную последовательность - промежутки между соседними орби­тами возрастают с удалением от Солнца.Эти закономерности движения планет в сочетании с делением их на две группы по физическим свойс­твам указывают на то,что Солнечная система не является случайным соб­ранием космических тел,а возникла в едином процессе (см. главу 1). Благодаря почти круговой форме планетных орбит и большим промежуткам между ними исключена возможность тесных сближений между планетами,при которых они могли бы существенно изменять своё движение в результате взаимных притяжений.Это обеспечивает длительное существование планет­ной системы.Планеты вращаются так же вокруг своей оси,причём почти у всех планет,кроме Венеры и Урана,вращение происходит в том же направ­лении,что и их обращение вокруг Солнца.Черезвычайно медленное враще­ние Венеры происходит в обратном направлении,а Уран вращается как бы лежа на боку.Большинство спутников обращаются вокруг своих планет в том же направлении,в котором происходит осевое вращение планеты.Орби­ты таких спутников обычно круговые и лежат вблизи плоскости экватора планеты,образуя уменьшенное подобие планетной системы.Таковы,напри­мер,система спутников Урана и система галилеевских спутников Юпите­ра.Обратными движениями обладают спутники,расположенные далеко от планеты.Сатурн,Юпитер и Уран кроме отдельных спутников заметных раз­меров имеют множество мелких спутников,как бы сливающихся в сплошные кольца.Эти спутники движутся по орбитам,настолько близко расположен­ным к планете,что её приливная сила не позволяет им объединиться в единое тело.Подавляющее большинство орбит ныне известных малых планет располагается в промежутке между орбитами Марса и Юпитера.Все малые планеты обращаются вокруг Солнца в том же направлении,что и большие планеты,но их орбиты,как правило,вытянуты и наклонены к плоскости эк­липтики.Кометы движутся в основном по орбитам,близким к параболичес­ким.Некоторые кометы обладают вытянутыми орбитами сравнительно не­больших размеров - в десятки и сотни а.е. У этих комет ,называемых периодическими,преобладают прямые движения,т.е. движения в направле­нии обращения планет.Будучи вращающейся системой тел,Солнечная систе­ма обладает моментом количества движения (МКД).Главная часть его свя­зана с орбитальным движение планет вокруг Солнца,причём массивные Юпитер и Сатурн дают около 90%.Осевое вращение Солнца заключает в се­бе лишь 2% общего МКД всей Солнечной системы,хотя масса самого Солнца составляет более 99,8% общей массы.Такое распределение МКД между Солнцем и планетами связано с медленным вращением Солнца и огромными размерами планетной системы - её поперечник в несколько тысяч раз больше поперечника Солнца.МКД планеты приобрели в процессе своего об­разования:он перешел к ним из того вещества,из которого они образова­лись (см. главу 1).Планеты делятся на две группы,отличающиеся по мас­се,химическому составу (это проявляется в различиях их плотнос­ти),скорости вращения и количеству спутников.Четыре планеты,ближайшие

к Солнцу, 1планеты Земной группы 0,невелики,состоят из плотного каменис­того вещества и металлов. 1Планеты-гиганты 0 - Юпитер,Сатурн,Уран и Неп­тун - гораздо массивнее,состоят в основном из лёгких веществ и поэто­му,несмотря на огромное давление в их недрах,имеют малую плотность.У Юпитера и Сатурна главную долю их массы составляют водород и гелий.В

них содержится так же до 20% каменистых веществ и легких соединений кислорода,углерода и азота,способных при низких температурах концент­рироваться в льды.Недра планет и некоторых спутников находятся в рас­калённом состоянии.У планет земной группы и спутников вследствие ма-

лой теплопроводности наружних слоёв внутреннее тепло очень медленно просачивается наружу и не оказывает заметного влияния на температуру поверхности.У планет-гигантов конвекция в их недрах приводит к


29-04-2015, 03:02