Глава 03. ПРОИСХОЖДЕНИЕ ЗЕМЛИ И ЕЕ ДОГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ИСТОРИЯ (1119266), страница 6
Текст из файла (страница 6)
3.3) и сопоставлена стеоретической зависимостью А от массы вращающихся небесных тел М (Сорохтин,Ушаков, 1989):12где K ≈ 2,44(ρ 0 ρ s )13γA = J 3⋅M 23,(3.7)13 K (4π ⋅ ρ 0 3) − коэффициент, определяющий собой относительные размерысферы Роша у данной планеты; ρ0 – средняя плотность центральной планеты (или звезды);ρs – средняя плотность спутника; γ = 6,67·10–8 см3/г·с2 – по-прежнему гравитационнаяпостоянная.Теоретические расчеты показывают, что удельные моменты осевого вращенияпланет и звезд, раскрученных до предельной скорости приливными взаимодействиями сосвоими спутниками, всегда пропорциональны массе рассматриваемого космического телав степени 2/3.
Такой же закон распределения удельных моментов количества вращенияизвестен по эмпирическим данным для быстровращающихся внешних планет Солнечнойсистемы и некоторых классов вращающихся звезд (см. рис. 3.3). На эту же зависимостьхорошо ложится молодая Земля при условии, что Луна тогда находилась на ее пределеРоша, да и само Солнце до его торможения электромагнитным взаимодействием спервичным протопланетным газопылевым облаком (т.е. еще до образования планет).Как видно из сопоставления приведенных данных для всех этих небесных тел,отличающихся по своим массам на 7 порядков, выведенная из приливной гипотезы“раскрутки” планет (и звезд) теоретическая зависимость их момента осевого вращения отмассы действительно очень неплохо аппроксимирует найденную ранее эмпирическуюзакономерность.
Вряд ли такое совпадение можно признать случайным. Скорее всего оносвидетельствует о широком распространении явления раскручивания планет за счетприливного разрушения их спутников на пределах Роша. Такие события часто моглипроисходить во всяком случае на этапах образования самих планетных систем.Однако механизм этот, по-видимому, не является универсальным, посколькусуществуют планеты, явно отклоняющиеся от рассмотренной закономерности. Так,например, Венера вращается очень медленно и в обратную сторону. Возможно, это былосвязано с процессом формирования Венеры только за счет аккреции и прямого выпаденияна нее планетезималий без гравитационного захвата спутников на ее околопланетныеорбиты.
К тому же вращение Венеры сейчас явно заторможено солнечными приливами иона оказалась даже захваченной приливными взаимодействиями с Землей в резонансноесостояние второго рода. Говорить что-либо определенное о былом вращении Меркуриявообще невозможно, так как он полностью заторможен солнечными приливами и его73орбитальное вращение строго резонансное – он всегда одной и той же стороной обращен кСолнцу (вероятно, еще с момента своего образования).Рис.
3.3. Зависимость удельного момента осевого вращения планет Солнечной системы и некоторыхклассов быстровращающихся звезд от их массы. Черными кружочками показаны не заторможенныеобъекты; светлыми – заторможенные объекты; звездочками − звезды. Пунктиром показаны теоретическиезначения удельного момента А при раскручивании планет и звезд до угловой скорости вращения спутниковна пределе Роша, рассчитанные по выражению (3.7) в зависимости от значения массы центральной планеты(звезды), ее плотности и плотности разрушаемых на пределе Роша спутников.
Тонкой сплошной линиейпоказаны предельные значения момента А для случая ротационной неустойчивости тех же планет и звезд.(Данные длярасчета моментов осевого вращения планет и звезд взяты из справочника “Физика космоса”, 1986)Ситуация с Марсом пока не совсем ясна. Скорее всего из-за малой массы на егооколопланетные орбиты было захвачено мало крупных спутников, и поэтому за времясуществования он просто не успел раскрутиться до предельной скорости Роша.
Об этомже, в частности, говорит факт расположение его ближайшего спутника Фобоса на пределеРоша. В этом случае судьба Фобоса предрешена – он неизбежно будет разрушен илицеликом выпадет на Марс, немного ускорив тем самым его осевое вращение. Более того,судя по системе борозд на поверхности Фобоса, напоминающих следы схода снежныхлавин в горах, этот процесс разрушения спутника, срыва с него верхних слоев иотдельных скал уже начался.Из приведенного на рис. 3.3 сопоставления теоретических расчетов сэмпирическими данными и их неплохого совпадения друг с другом следуют два важныхтеоретических вывода. Во-первых, этим совпадением косвенно подтверждаетсяпредположение Х.
Альвена и Г. Аррениуса (1976) о возможности и конечной вероятностигравитационного захвата растущими планетами своих спутников с ближайших к нимгелиоцентрических орбит. Ведь при раскрутке крупных планет “косыми” (по касательнойк их поверхностям) соударениями планетезималей или других планет, т.е. такназываемыми мегаимпактами, как сейчас принято говорить, со случайнымираспределениями самих ударов по поверхности “цели” просто невозможно ожидатьвыполнения изображенного на рис. 3.3 закона. Кроме того, как уже отмечалось выше,такие мегаимпакты, скорее, приводили бы к возникновению обратных, а не прямыхнаправлений вращения планет. Без привлечения идеи гравитационного захвата растущими74планетами (т.е.
планетами с увеличивающейся массой) невозможно объяснить ивозникновение самих околопланетных роев первичных тел и планетезималей, из которыхпо традиции стараются “создавать” спутники планет.Во-вторых, отсюда следует, что большинство метеоритов и астероидов скореевсего представляют собой мелкие осколки прошедших дифференциацию и затемразрушенных приливными возмущениями спутников и даже планет, оказавшихся в“глубинах” сферы Роша более массивных планет. Особенно это относится к классамдифференцированных метеоритов, например к железоникелевым метеоритам, веществокоторых прошло полную и глубокую сепарацию элементов по их сидерофильнымсвойствам (т.е.
химической близости к железу). Анализируя химический состав такихметеоритов, просто трудно обойтись без привлечения гипотезы о разрушении некойдостаточно крупной и расслоенной планеты с металлическим ядром типа гипотетическогоФаэтона. Фаэтон – предполагаемая планета, разрушение которой якобы породиломножество осколков, образовавших затем пояс астероидов между Марсом и Юпитером.Эта “планета” названа так по имени сына греческого бога Солнца, Гелиоса, взявшего усвоего отца огненную колесницу, но не умевшего ею управлять, за что и был поражен, т.е.как бы разрушен, молнией Зевса.Помимо железоникелевых метеоритов к таким осколкамФаэтона (или“Фаэтонов”), по-видимому, следует относить мезосидериты (железокаменные метеориты),обычные хондриты “мантийного” состава и ахондриты базальтового состава.
Многие изэтих метеоритов несут на себе следы интенсивных пластических деформаций и быстрогоостывания горячего вещества (таково, вероятно, происхождение и загадочныхобразований – сферических гранул или хондр). Если это действительно так, тооказывается, что большинство каменных метеоритов несет в себе характерные признакикатастрофического разрушения дифференцированных тел планетных размеров.Механизмом для выбрасывания осколков таких тел за пределы гравитационногополя разрушившей их планеты может служить механизм инерционной отдачи,срабатывающий, например, при прохождении космическим телом приблизительнолунных размеров через сферу Роша значительно более массивной планеты со скоростью,близкой к параболической. В этом случае, как показал Дж.
Вуд, часть образовавшихсяобломков переходит на эллиптические орбиты вокруг центральной планеты, а другиеосколки ускоряются до гиперболических скоростей и навсегда покидают ее пределы,превращаясь в вечных скитальцев Солнечной системы. В период формирования планет,т.е. около 4,6 млрд лет назад, такие события, по-видимому, могли происходить достаточночасто. Вот почему и первичные возрасты подавляющего большинства всех классовметеоритов соответствуют именно этому времени их образования.В свете изложенных идей, представляется вероятным, что остатками первичныхпланетезималей, из которых происходило формирование планет Солнечной системы (да ито только их внешних членов), являются кометные тела.
Даже углистые хондриты, как идругие метеориты, вероятно, не являются остатками исходного (первичного)протопланетного вещества, а скорее всего возникли на периферии Солнечной системы засчет приливного разрушения внешних (богатых подвижными и летучими элементами) ислабодифференцированных протопланет.Отсюда, в частности, следует, что состав Земли и других планет земной группынельзя просто так прямо определять по составам известных нам метеоритов.
Необходимопомнить, что метеориты не являются остатками первичного протопланетного вещества, апредставляют собой осколки разрушенных некогда планет и планетоподобных тел,прошедших иногда глубокую дифференциацию. При определении среднего составаисходного земного вещества, мы еще раз обратим внимание читателя на этот вопрос.3.4. Эволюция системы Земля–Луна75Энергия приливных взаимодействий планет сильно зависит от расстояния междуих центрами тяжести и возрастает обратно пропорционально шестой степени этогорасстояния! Это означает, что любое сближение планет приводит не только кзначительному увеличению самих приливов, но и к стремительной интенсификации всехсвязанных с приливами процессов.
Так, при захвате Протолуны на близкую околоземнуюорбиту процесс сближения спутника с Протоземлей, включая его разрушение на пределеРоша, занимал всего около 15–20 тыс. лет, причем само разрушение Протолуны заняло неболее 80–100 лет. Столь же быстро произошло раскручивание и самой Земли –приблизительно за 100 лет скорость ее собственного вращения увеличилась более чем вдва раза: с одного оборота за 14–15 ч до одного оборота за 6 ч.
С точки зрения геолога,привыкшего оперировать миллионами и даже миллиардами лет, это очень короткиепромежутки времени, просто мгновение.Приведенному приросту количества вращения Земли, с учетом кинетическойэнергии выпавших на земную поверхность осколков разрушенной Протолунысоответствует огромная энергия 3,8·1037 эрг, часть из которой, около 1,1·1037 эрг, перешлав тепло. Если бы эта энергия равномерно распределилась по всему объему Земли, то еесредняя температура возросла бы приблизительно на 160 °С. Однако фактическийразогрев земного вещества оказался существенно меньшим, поскольку основноевоздействие со стороны обрушившегося на земную поверхность потока мелких обломковПротолуны приходилось в основном только на экваториальную зону Земли.
В моментыударов этих частиц о земную поверхность, естественно, происходили тепловые взрывы идаже расплавления ее приповерхностных слоев, но они быстро остывали, отдавая в видеизлучения почти все свое тепло открытому космосу. Поэтому катастрофа Протолуны хотьи значительно раскрутила нашу Землю, а также и несколько разогрела ее за счетприливных деформаций, но все же на ее внутреннем тепловом балансе сказалась не стольрадикально, как это могло бы показаться с первого взгляда. По-видимому, вкладразрушившейся Протолуны и выпавших на земную поверхность ее осколков в энергетикуЗемли нужно еще относить к энергетическим эффектам аккреции нашей планеты, но этиэффекты в общей форме учитываются в современной теории планетообразования,подробно изложенной, например, в работах В.С.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
