Lib.ru/Современная литература: Соционауки. Большая история Солнечной системы

Международный центр образования

и социально-гуманитарных исследований

Л. Е. Гринин

БОЛЬШАЯ ИСТОРИЯ

РАЗВИТИЯ МИРА:

история и эволюция Солнечной системы

Москва

2017

ББК 22.66

Л. Е. Гринин

Большая история развития мира: история и эволюция Солнечной си-

стемы. - М.: Московская редакция издательства "Учитель", 2017. - 192 с.

ISBN 978-5-7057-5204-1

Настоящая книга является второй частью задуманной автором большой моногра-фии. В ней предпринимается попытка объединить преимущества Большой истории, то есть истории всего: от возникновения Вселенной до современного состояния человече-ства и эволюционистики. Такая задача еще не решалась никем. Автор стремился пока-зать, с одной стороны, процесс роста эволюционной сложности мира, а с другой - сход-ства в эволюционных законах, принципах и механизмах на разных уровнях и этапах эволюции. В настоящей книге эти задачи решались в рамках эволюции Солнечной си-стемы. За последние несколько десятков лет астрономам и космологам удалось заметно продвинуться в понимании устройства, истории и эволюции Солнечной системы. Но многие процессы формирования Солнечной системы остаются еще предметом острых дискуссий и разнообразных гипотез. Тем не менее автору удалось последовательно из-ложить историю и эволюцию Солнечной системы в первые несколько сотен миллионов лет, когда в ней происходили наибольшие изменения, показав эти процессы на широ-ком эволюционном поле.

Книга будет интересна и полезна всем, кто интересуется проблемами космологии, эволюции и философии мироздания, кого волнуют проблемы устройства мира, тем, кто работает на стыке междисциплинарных проблем, кто хочет быть в курсе современных научных достижений. Она написана в достаточно популярной манере, но в то же время опирается на серьезные научные исследования, то есть рассчитана как на специалистов, так и на широкий круг читателей.

Издательство "Учитель"

400079, Волгоград, ул. Кирова, д. 143.

Формат 60в90/16. Печ. л. 12. Тираж 300 экз. Заказ N

Отпечатано способом ролевой струйной печати в АО "Первая Образцовая типография"

Филиал "Чеховский Печатный Двор"

142300, Московская область, г. Чехов, ул. Полиграфистов, д. 1

Сайт: www.chpd.ru, E-mail: salеs@chpd.ru, т. 8(499) 270-73-59.

ISBN 978-5-7057-5204-1 No Издательство "Учитель", 2017

Введение.

Солнечная система

как объект эволюции

Эволюция Солнечной системы в аспекте эволюционных сходств и различий. Проблема образования Солнца, Земли, других планет и их спутников - одна из самых древних проблем, волну-ющих человечество (Кузнецов 2011: 608). Изучая Солнечную си-стему, можно обнаружить множество важных, интересных и по-учительных эволюционных правил, идей и принципов в действии (сами эти правила сведены в Приложении 2, см. ниже). Например, как особенности строения и сама судьба меньшей системы зави-сит от более крупной, в частности - Солнечной системы от нашей Галактики^1*.

Также мы можем увидеть, что для обретения статуса особой или уникальной системы последняя должна вобрать в себя совер-шенно неповторимую комбинацию факторов, попытка разобраться

-- которых представляет увлекательнейшую научную задачу, по-тенциально ведущую к серьезному приращению знаний. В то же время становится понятно, что уникальность никогда не бывает полной, она всегда реализуется только в отдельных, но важных с эволюционной точки зрения аспектах^*. При этом чем глубже мы постигаем соотношение общего развития, общих трендов эволю-ции, с одной стороны, и прорывов к новым уровням организации - с другой, тем яснее видим, что эволюционный прорыв, сделанный

-- результате складывания уникальных условий, никогда не являет-ся случайностью, но всегда подготавливается огромной и длитель-ной работой эволюции по продвижению в определенном направле-нии^*. Сказанное относится в частности к нашей планетной системе. До сравнительно недавнего времени вопрос о том, насколько уни-кальна планетная система у звезд, был одним из важнейших. Те-перь ясно, что наличие такой системы у звезд не только не уни-кально, но даже вполне типично. В частности, на февраль 2017 г.

-- Здесь и далее ^* означает, что в указанном месте затронуто одно из эволюционных правил (законов, принципов, идей), которые представлены в Приложении 2. См. также Постра-

ничный указатель упоминания эволюционных правил, законов и принципов.

4 Введение

известно 3577 экзопланет в 2687 системах². Открыто даже неболь-шое число "земноподобных" планет, хотя обнаружение таких объ-ектов сильно затруднено вследствие разницы размеров планет и звезд и ограничений существующих методов. Словом, распростра-ненность планет и планетных систем у звезд вообще и даже планет "земноподобных" становится обыденным фактом.

Значит, причины уникальности Солнечной системы и Земли в ней лежат глубже или, точнее, дальше очевидного. Это подтвер-ждается и тем, что уже формулируются первые выводы о "законо-мерностях" формирования планетных систем. О них пойдет речь

-- Главе 7. Согласно этим первым, возможно, еще очень сырым, обобщениям, планетная система вокруг Солнца выглядит вовсе не типичной, а достаточно редкой по целому ряду параметров (см., например: Pfalzner et al. 2015). Но вполне возможно, что через некоторое время то, что сегодня кажется уникальным (например, круговые орбиты солнечных планет), предстанет более типичным. Например, недавно была открыта система 7 небольших (земного типа) планет у звезды TRAPPIST-1 (созвездие Водолея), удаленной от Солнца на 40 световых лет (Gillon et al. 2016). А менее бросаю-щиеся сейчас в глаза феномены станут претендовать на роль уни-кальных. Таким образом, мы будем идти, образно говоря, вглубь уникальности. Сказанное касается также и проблемы возникнове-ния жизни на Земле. Вряд ли она прошла все предстадии именно на Земле, это слишком сложный путь, скорее всего, значимые формы преджизни уже существовали. Они могли быть занесены из космо-са, например в кометах. А может быть, в космосе было и что-то аналогичное существующим формам жизни. Но это отдельный во-прос, который мы обсудим в следующих книгах.

Другой тренд эволюции, хорошо представленный в Солнечной системе, тот, который может иметь все большее значение в связи с неизбежной в будущем лавиной новых фактов, - это изучение ди-вергенции в развитии группы объектов, имеющих общее проис-хождение. В данном случае речь идет о развитии планет Солнечной системы, поиске сходств и различий между ними. Возникнув в од-них и тех же обстоятельствах из одного и того же материала, обла-

-- О скорости открытия экзопланет можно судить уже по тому факту, что к 2012 г. было найдено только 750 планет (см.: A Planetary... 2012). Любопытно, что в этой статье упоми-нается и планетная система возрастом 13 млрд лет.

Солнечная система как объект эволюции

дая многими сходствами, будучи включенными в единую систему, эти объекты тем не менее развивались во многом по-разному, то есть дивергировали и продолжают дивергировать. Этот феномен дивергенции исключительно важен в биологии, где мы наблюдаем, скажем, дивергенцию видов, произошедших из одного корня, и в обществе, где идет дивергенция языков, этносов, культур, цивили-заций, государств и технологий, ранее имевших единое происхож-дение. Также можно сказать и о конвергенции, то есть сближении,

-- тех или иных параметрах различных объектов, что мы наблюдаем и в отношении отдельных планет (скажем, сходств в формировании их структур под влиянием гравитации и конвекции). Много внима-ния уделяется конвергенции в биологии, где под данным термином подразумевается приобретение в процессе эволюции неблизкород-ственными группами организмов сходного строения в результате существования в сходных условиях и одинаково направленного естественного отбора (например, сходных форм тела у таких хищ-ников, принадлежащих к разным классам, как акулы, ихтиозавры и дельфины). То же можно сказать о сходных орудиях труда и техно-логиях у неродственных и даже не соседствующих этнографически наблюдаемых народов (о дивергенции и конвергенции в историче-ском процессе см.: Гринин, Коротаев 2016: гл. 4; Grinin, Korotayev 2015^*).

Чем больше узнаешь о планетах и их истории, тем больше по-нимаешь, как много у них сходств, но в то же время - насколько они уникальны. Каждая - феномен со своими неповторимыми ха-рактеристиками, индивидуальностью и особой судьбой. Последняя

-- огромной степени зависит от космической "генетики" (химиче-ского состава протосолнечного облака, например), но в не меньшей (а то и в большей) степени - от особенностей времени и места за-рождения, богатства "зоны питания" протопланет, результатов ми-грации и массы других вещей, о которых еще речь впереди^*. Так, Юпитеру достались 2/3 всего материала, который предназначался планетам. При этом некоторые его спутники не уступают по разме-рам первой планете Солнечной системы - Меркурию. Как это ни удивительно, но в истории планет не меньше интриг, чем, напри-мер, в истории древних обществ. "Убежал" ли Меркурий от Вене-ры, превратившись из спутника этой планеты в самостоятельную? Был ли Юпитер первой образовавшейся планетой и именно поэто-

6 Введение

му сумел захватить львиную долю всего планетного вещества или все они сформировались более или менее в одно время? Была ли Луна выбита из протоземли при столкновении последней с круп-ным телом или она образовалась самостоятельно? Является ли пояс астероидов между Марсом и Юпитером остатками расколовшейся планеты, названной Фаэтоном? Имелась ли пятая планета-гигант

-- ранней Солнечной системе, которую затем Юпитер выбросил за пределы нашей системы, превратив в планету-сироту? И т. п. С каждым новым открытием история формирования Солнечной си-стемы будет все более интересной и интригующей. Но уже сейчас можно сделать вывод о том, что любая история природы и обще-ства всегда связана прежде всего с перераспределением ресурсов и борьбой за них^*. Этот вывод наверняка порадует сторонников геополитики. Но не менее важно, что указанное перераспределение средств приводит к особой концентрации редких ресурсов или условий, что рождает их новое качество^*.

Любая история также связана с катастрофами^*. История Сол-нечной системы и отдельных планет изобилует ими (об этом по-дробно см. в Главах 7 и 8). Таким образом, эволюция - это всегда синтез медленных и взрывных процессов^*.

-- появлением планет рождается и особая форма движения ма-терии - геологическая, точнее планетологическая, связанная с про-цессами переструктурирования вещества в шарообразных крупных телах под влиянием гравитации, температур, расплавления веще-ства и его конвекции, столкновений поверхностей планет с косми-ческими объектами и химических реакций³. Химические реакции, то есть вообще химическая форма движения материи, с появлением планет становится одной из ведущих для этих объектов. С рожде-нием планет можно говорить о климатологических процессах, вод-но-жидкостном балансе и ряде других феноменов. Таким образом, появляется целый ряд аспектов развития, даже беглое сопоставле-ние которых открывает огромные горизонты для сравнительных эволюционных исследований. Сравнение истории и планетологии планет Солнечной системы - исключительно интересный и важный

-- Исследование планет привело к созданию нового научного направления, получившего название космическая геология, или сравнительная планетология (Кинг 1979; Барсуков,

Базилевский 1984; Милановский, Никишин 1982 и др.), в котором планеты Солнечной си-стемы рассматриваются в геологическом аспекте на основе опыта, накопленного при изу-чении Земли (Маракушев 1992: 5).

Солнечная система как объект эволюции

аспект исследований, позволяющий понять, как начальные условия влияют на судьбу и историю объекта, а где могут особенно сильно сказаться уникальные особенности. В любом случае представления

-- многообразии проявления тех или иных форм существования и феноменов, привычных нам в качестве земных, как то: приливы и отливы, землетрясения (планетотрясения) и деятельность вулка-нов, влияние спутников, расширение и таяние ледников, движение атмосферных масс и т. д. - многое дают для понимания паттернов эволюции⁴.

Таким образом, анализирование как типичных сторон, так и редких, особых, уникальных будет одним из аспектов настоящего исследования. Но в нем и много других аспектов. Один из них связан с неисчерпаемостью свойств объектов^*. В отношении Сол-нечной системы это касается собственно расширения ее границ, включения в нее бесчисленного количества новых объектов, а так-же новых параметров. Но такое расширение поля и горизонта ис-следования неизбежно ведет к увеличению пограничных случаев, размыванию прежних четких представлений о Солнечной системе. Наиболее известный случай - введение в 2006 г. понятия карлико-вая планета, к каковым был отнесен Плутон, до этого рассматри-вавшийся как девятая планета⁵.

Наконец, нельзя не увидеть, что с появлением Солнечной си-стемы и Земли возникает процесс локализации событий: мы не зна-ем, где до этого впервые локализовывались те или иные важные процессы эволюции (о локализации эволюционных событий см., например: Буровский 2013^*).

Солнечная система демонстрирует свои интересные качества, причем с каждым годом она предстает все более сложной, свойства ее неисчерпаемы в процессе познания. В данной книге мы также неоднократно проследим, сколько требуется особенностей для по-явления чего-то нового, сколько для этого необходимо совпадений непростых условий, причем всегда трудно понять, все ли эти усло-вия требовались неизбежно или какие-то были не играющей важ-ной роли случайностью^*.

-- Но аспекты, перечисленные в данном абзаце (а именно: сравнение планет по их характери-стикам, вопрос о химической форме движения материи, анализ сходных феноменов на планетах и др.), мы надеемся более основательно осветить уже в следующих частях нашей монографии.

-- Помимо Плутона к карликовым планетам были отнесены также: крупнейший астероид Це-рера и транснептуновые объекты Эрида, Макемаке, Хаумеа. Но предполагается, что еще до 40 из известных объектов в Солнечной системе могут принадлежать к этой категории.

8 Введение

Вторая книга монографии об эволюции мира. Это исследо-вание об эволюции Солнечной системы является второй книгой монографии, которую задумал автор, под общим названием "Боль-шая история развития мира: эволюция космоса, жизни, общества".

-- 2013 г. вышла первая книга этой монографии - "Большая исто-рия развития мира: космическая эволюция". Настоящее издание является ее продолжением и неразрывно с ней связано: концепци-ей, методом, эволюционными подходами и т. д. Напомним читате-лю наш замысел. Задумана обширная монография, в которой будет предпринята попытка объединить возможности Большой истории и эволюционистики. Автор стремился показать, с одной стороны, процесс роста эволюционной сложности мира, а с другой - сход-ства в эволюционных законах, принципах и механизмах на разных уровнях и этапах эволюции. Такой замысел требует решить три тесно взаимосвязанные задачи:

-- Дать связное изложение основных событий Большой истории от того момента, который считается началом Универсума, до совре-менности, показывая ее преемственность и наиболее важные узло-вые точки, фазовые переходы, место и особенности каждого из них в развитии космоса, жизни и общества⁶.

-- Представить структуру, принципы, законы и особенности эволюции в рамках общей канвы Большой истории. Задача: следуя за логикой Большой истории, при характеристике любого из ее этапов и явлений показывать проявление, зарождение и развитие принципов эволюции, искать те или иные общие или особенные черты, характеристики и движущие силы эволюции, сравнивая по возможности разные ее стадии; в целом, описывая каждую из эпох и любой процесс космического, биологического и социального раз-вития, стремиться делать акцент на единстве сущего и разных форм движения материи. Такая задача, насколько известно автору, еще не решалась никем.

-- Напомним, что термин Большая история (Big History) обозначает историю Универсума от ее начала до настоящего времени и часто называется также Универсальной, то есть ис-торией Универсума. История в этом смысле означает последовательное и связное описание важнейших этапов развития мира: от Большого взрыва до формирования галактик и звезд, затем Солнечной системы и Земли, жизни и общества. Большую историю сегодня препо-дают во многих университетах мира. В России есть вузовский предмет - курс "Концепции современного естествознания", но он не полностью совпадает с Большой историей. Во-первых, данный курс не включает в себя социальную историю, во-вторых, не представлен в качестве истории, имеющей общие сквозные, универсальные законы развития (подробнее о Большой истории см.: Гринин и др. 2009; 2012; Grinin, Korotayev, Rodrigue 2011; Grinin et al. 2014; Grinin, Korotayev, Baker 2014; Grinin et al. 2015; Rodrigue, Grinin, Korotayev 2015).

Солнечная система как объект эволюции

-- Дать характеристику эволюции сравнительным методом, то есть пытаться найти общие черты и показать степень их проявле-ния на разных фазах эволюции. Но при этом уже не подчиняться исторической последовательности, а выбирать разные объекты на различных стадиях мегаэволюции, не ограничиваться только одной линией эволюции, а отбирать разные (как перспективные, так и ту-пиковые) ее линии. Эта задача в современный период, по сути, не решалась. Между тем очень важно показать не просто сходства, но и степень этих сходств, а также то, на какой фазе мегаэволюции дан-ные качества наиболее сильны и почему, какая тенденция (на усиле-ние или ослабление сходств) присутствует; увидеть начало и пред-посылки многих процессов, которые ярко проявляют себя на высо-ких уровнях эволюции, равно как и обнаружить в них затухающие тенденции, бурно проявлявшие себя на ее первых фазах. Такой под-ход позволяет сформулировать общие правила мегаэволюции.

В целом монография будет посвящена анализу общего в функ-ционировании и развитии разных форм организации косной, живой

-- мыслящей материи, общего как в исторических, так и во вне-исторических аспектах эволюции⁷.

Словом, одна из главных задач настоящей книги (и монографии в целом) - найти сходства в эволюционных законах, принципах и механизмах на разных уровнях и этапах эволюции. Ведь несмотря на многообразие в проявлениях, сравнение разных процессов и объектов, их появление, развитие и эволюция, а также многое дру-гое демонстрируют одновременно большую схожесть в формах, способах, механизмах, паттернах, на основании чего можно выве-сти правила и даже законы, которые будут применимы в различных фазах эволюции и в самых разных ее проявлениях (список таких правил и паттернов, затронутых в книге, приведен в Приложе-нии 2). Порой можно говорить скорее не о правилах, но о правиль-ностях, нередко только об аналогиях, но отнюдь не случайных. Та-кой подход неоднократно давал новое видение в науке. Именно при таких аспектах удалось создать кибернетику. Предшественник науки кибернетики А. А. Богданов в своей работе об основах управления (в которой он явно опередил свое время) много внима-ния уделил таким аналогиям, которые позволяют увидеть общее в самых разнообразных явлениях, принадлежащих к разным мирам,

-- По замыслу третья книга будет посвящена геологической и биологической эволюции, а четвертая - эволюции социальной.

10 Введение

-- также подробно рассказал об ученых, которые работали в этом направлении⁸.

Можно спросить вместе с Богдановым: при бесконечном богат-стве материала Вселенной и бесконечном разнообразии форм отку-да берутся эти настойчиво, систематически повторяющиеся и воз-растающие с познанием аналогии? И согласиться, что признать их простыми "случайными совпадениями" - значит внести величай-ший произвол в мировоззрение и даже вступить в явное противо-речие с теорией вероятностей. И, модифицируя его ответ, сказать, что научно возможный вывод один: налицо действительное един-ство законов и паттернов эволюции, единство их повсюду - в жи-вой и мертвой природе, в работе стихийных сил и сознательной де-ятельности людей (Богданов 1989).

Вновь повторим то, о чем шла речь во Введении к первой книге монографии. Понимание того, что многие принципы, механизмы, характеристики, особенности, паттерны, законы и правила эволю-ции, которые мы привыкли относить только к ее высшим уровням и главным линиям, имеют место на всех ее уровнях и в разных ли-ниях, очень многое проясняет в понимании эволюции. Это также многое дает в познании ее движущих сил, векторов, тенденций, от-крывает новые аспекты эволюционистики, создает единое поле для междисциплинарных исследований. Поистине наш мир потрясаю-ще многолик, разнообразен и неисчерпаем в своих проявлениях. И все-таки во многих своих основах он един. Конечно, обнаружить даже некоторые из этих основ очень непросто. Поиску данного единства и форм его проявления в процессе исторического пути нашего универсума и посвящена эта работа.

-- чем эта книга? Настоящая работа посвящена интригующим проблемам истории и эволюции ранней Солнечной системы, ее первому миллиарду лет. С одной стороны, именно этот период (и особенно первые 10-50 млн лет) наиболее важен для понимания того, как и почему Солнечная система стала такой, какой мы ее знаем. В первые несколько сотен миллионов лет она прошла целый ряд сложных преобразований. В них мы условно могли бы выделить три эволюционные эпохи. Первая подпадает под емкую характери-

-- Особенно много внимания он уделил сербско-французскому ученому М. Петровичу, который уже с 1906 г. старался обосновать "учение об аналогиях", разрабатывая формулы "общих ме-ханизмов разнородных явлений" (таково название его книги, изданной в 1922 г.).

Солнечная система как объект эволюции

стику процесса "порядок из хаоса" (Главы 3, 4), вторая может быть охарактеризована как эпоха борьбы за ресурсы (Главы 5, 6); третья - как эпоха миграций, катастроф и "бомбардировок" (Главы 7, 8). За-тем в Солнечной системе установился порядок, который и действу-ет до сих пор. Однако вполне возможно, что в будущем выяснится: нынешний порядок до своего установления имел намного более длительную историю, чем мы представляем сегодня.

Важно также иметь в виду, что после установления основного порядка в Солнечной системе ее история стала представлять собой скорее историю отдельных объектов, из которых мы относительно хорошо знаем историю нашей собственной планеты и более чем фрагментарно - других. Тем не менее накопилось уже довольно много фактов по истории различных объектов Солнечной системы, анализ которых мы оставляем до следующей книги нашей моно-графии "Большая история развития мира". В настоящей же книге мы будем говорить о ранней, но, как уже отмечалось, наиболее важной эпохе ее истории.

-- любом случае говорить об истории Солнечной системы в полном смысле слова, конечно, сложно, поскольку история эта - некоторое количество гипотетических реконструкций. Неудиви-тельно, что мало кто решается ее написать. Во всяком случае, авто-ру этой работы не удалось найти какое-либо достаточно полное и цельное изложение истории Солнечной системы. Таким образом, данная работа в какой-то мере восполняет для интересующихся этот пробел. Но автор не является специалистом в области космо-гонии и космологии, поэтому какие-то важные аспекты процессов могли ускользнуть от его внимания. С другой стороны, главной за-дачей данной книги было показать историю и особенности Солнеч-ной системы в аспекте эволюционистики и Большой истории, и это, надеемся, делает указанные слабости извинительными.

Данная книга состоит из трех частей. Первая часть - "Солнеч-ная система и наша Галактика" - включает в себя две главы, и, по сути, является вводной. Вторая часть - "Протосолнечная система до образования планет" - посвящена истории преобразования про-тосолнечного облака в протосолнечную систему. Третья часть - "Образование планетной системы" - формированию уже планет-ной системы. В конце книги помещены два приложения. Первое - "Краткое изложение истории Солнечной системы", которое помо-

12 Введение

жет читателю систематизировать прочитанное и с которого, воз-можно, некоторым читателям лучше сразу начинать чтение данной книги. Второе - "Система эволюционных идей, используемых

-- книге" - позволит увидеть эволюционный аспект в системе и большей полноте. Фрагменты, в которых идет речь об эволюци-онных правилах или законах, как мы уже упоминали, будут поме-

чены звездочкой (^*). А в Постраничном указателе упоминания эво-люционных правил, законов и принципов будет перечислено, на ка-

ких страницах затронуты те или иные правила, законы или прин-ципы.

* * *

Работа над второй книгой монографии "Большая история раз-вития мира..." полностью подтвердила и обогатила то ощущение, которое возникло у автора в процессе работы над первой книгой. Стало еще более очевидным, что число сходств и общих черт в эволюционном движении на самых разных стадиях и уровнях ис-ключительно велико, что они присутствуют в самых, казалось бы, непохожих процессах и явлениях. Почти все, что мы знаем об эво-люции, можно найти уже в ее космической фазе. Многое, конечно,

-- зачаточной или несистематической форме, но ряд качеств, напро-тив, более ярко проявляется именно в космической фазе. И в то же время, когда многие свойственные биологической или социальной эволюции характеристики и черты (как, скажем, борьба за ресурсы^*) неожиданно обнаруживают свои корни или особые формы в косми-ческой фазе, понимаешь, что универсальность эволюции - это ре-альность, обнаруживаемая во множестве проявлений.

Часть I

СОЛНЕЧНАЯ СИСТЕМА

И НАША ГАЛАКТИКА

Глава 1. Современная

Солнечная система.

Общие характеристики

-- последние десятилетия представления о Солнечной системе (как и в целом о Вселенной) существенно усложнились. Это уже не просто система из 8 планет, вращающихся вокруг Солнца, и неко-торого количества других тел, а намного более сложная система, включающая триллионы различных тел, находящихся между собой в непростом взаимодействии. Это конгломерат твердого вещества, нейтрального газа, плазмы, пыли, энергичных заряженных частиц и электромагнитных полей (Зеленый и др. 2009: 1121). И несомнен-но, что представления об этой сложности будут расти по мере того, как перед нами будут открываться новые объекты и взаимосвязи. Эта бесконечность познания характерна для всех сфер человече-ского интереса, но в области космологии и космогонии она сейчас столь же интригующа и драматична, какой была в географии в пе-риод Великих географических открытий XVI-XVIII вв.^* В послед-ней в это время вместе с растущими научными представлениями в ходу еще были идеи о великанах, гипотезы о великом южном мате-рике и антиподах, фантастических морских обитателях и прочем, благодаря чему могли появляться такие книги, как "Путешествия Гулливера" Дж. Свифта, а также вымыслы путешественников и ра-порты капитанов, открывающих несуществующие земли.

Больше всего поражает огромное расширение представлений о Солнечной системе в пространственном плане (особенно про-явившее себя, когда в конце прошлого века началась лавина откры-тий в поясе Койпера)⁹. Если наблюдаемые размеры планетной си-

-- Впрочем, это совпало (и неслучайно) с революционной идеей о том, что собственно мате-рия, которую мы представляли как материю (светлая, барионная), являет собой только не-большую часть всей материи Вселенной. А остальная ее часть (темная материя и темная энергия) - это нечто пока совершенно загадочное (см. об этом в первой книге монографии: Гринин 2013; см. также: Вибе 2003).

14 Глава 1

стемы, заканчивая орбитой восьмой планеты - Нептуна, отдалены от Солнца на расстояние 4,5 млрд км (или 30 астрономических единиц [а. е.], то есть расстояний от Земли до Солнца), то уже пояс Койпера, который включает в себя сотни тысяч различных тел, увеличивает это расстояние вдвое: до 55 а. е. (Галанин 2012)¹⁰. Но это только видимая часть Солнечной системы. А основная ее часть - невидимая. Исследователи (FernАndez 1997; Morbidelli 2005) полага-ют, что реальные размеры Солнечной системы достигают 1,2 свето-вого года, или более 72 тыс. а. е. (вероятно, и более, поскольку гра-витационная граница Солнечной системы определяется в 2 свето-вых года)¹¹. То есть размеры невидимой части более чем в 1000 раз больше видимой!

Можно выделить не менее пяти основных подсистем Солнеч-ной системы по мере их удаления от центра: 1) Солнце; 2) внут-реннюю часть, где расположены четыре планеты земной группы, включая три их спутника и пояс астероидов за орбитой Марса. По-яс состоит из большого числа различных тел, часть из которых по-лучили название малых планет; 3) внешнюю часть, где расположе-ны четыре планеты-гиганта (все имеют кольца) вместе с более чем 160 их спутниками; 4) пояс Койпера с несколькими карликовыми планетами, или плутоноидами (Плутон, Хаумеа, Макемаке, Эрида),

-- сотнями тысяч тел диаметром более 50 км; 5) облако (облака) Оорта с огромным количеством (триллионами) комет. Кроме того, в Солнечной системе присутствуют астероиды, их осколки, косми-ческая пыль, межпланетная среда (Данилова, Кожевников 2008; см. также: Постнов, Засов 2005; Засов, Постнов 2011; Morbidelli 2011; Кусков и др. 2009).

Словом, перед нами весьма сложная система, причем ее слож-ность в нашем представлении будет только возрастать. Не так дав-но, например, была высказана основанная на моделировании гипо-теза о девятой планете Солнечной системы (помимо Плутона; см.: Batygin, Brown 2016; Лемоник 2016; Одинцова 2017). Самое любо-

пытное, что теоретически она может оказаться планетой, образо-ванной "вовне", которая, однако, "зацепилась" на удаленной орби-

-- Открытый в 1930 г. Плутон, который ранее считался девятой планетой, имеет орбиту 40 а. е. и даже больше, поскольку она у него особая; указывают на его орбиту до 50 а. е. (Витязев, Печерникова 2010: 161; Галанин 2012).

-- Некоторые даже считают, что границы солнечных владений удалены от Солнца по мень-шей мере на 135 000 а. е., или на 20 трлн км (Баринова 2015).

Современная Солнечная система. Общие характеристики 15

те у Солнца (Одинцова 2017), либо Солнце ее захватило (Лемоник 2016).

Мы также можем представить структуру Солнечной системы как центр (Солнце) - ближняя полупериферия (небольшие планеты земной группы) - дальняя полупериферия (планеты-гиганты) - ближняя периферия (пояс Койпера) - дальняя периферия (облака Оорта), переходящая в вовсе неизвестные районы (сверхдальняя периферия). Ближняя периферия отделена от дальней так называе-мой гелиопаузой - областью, в которой солнечный ветер смешива-ется с межзвездным веществом; она считается началом межзвезд-ной среды (расположена на расстоянии около 110-120 а. е. от Солнца; см. ниже). Далее (на расстоянии около 150 а. е.) находится так называемый рассеянный диск (о нем см. ниже).

Такая структура систем не редкость, ее можно наблюдать, например, в географическом распространении биологических ви-дов¹² или крупных политических образованиях, особенно в древних

-- средневековых империях, где из-за слабости коммуникации отда-ленные территории были действительно дальней периферией. Еще не так давно (в XVIII в.) от Петербурга до Камчатки можно было добраться по суше не быстрее, чем за три года.

Обратим внимание, что Солнечная система имеет ближнюю полупериферию в виде небольших планет, а дальнюю - в виде крупных планет. И согласно современным данным, это нетипично для планетных систем. Дело в том, что планеты размером с Землю

-- тем более с Меркурий встречаются нечасто, а большинство пла-нет - это тела в несколько раз больше Земли. Мало того, у некото-рых звезд ученые обнаружили так называемые "горячие юпитеры". Это огромные газовые гиганты, расположившиеся близко к своим звездам (Батыгин и др. 2016; Хауэлл 2015). Об этом еще пойдет речь в Главе 7.

Расширение представления о размерах Солнечной системы еще более наглядно показывает, что планеты занимают ничтожную в пространственном отношении часть Солнечной системы, примерно такую же, как редкие животные на бескрайних просторах полупу-

-- У ареалов многих видов различают его экологический центр (см., например: Шумилова

1979: 27) и соответственно полупериферию, а ближе к границам ареала - периферию. При этом из-за изменения климатических условий у границ ареала вид может удерживаться только в отдельных местах, проявляя большую избирательность (Там же). Дальняя пери-ферия в отдельных случаях может быть расположена и за пределами основного ареала.

16 Глава 1

стынь и пустынь. И все же они (как и представители фауны) явля-ются наиболее интересными объектами.

Из восьми больших планет четыре образуют земную группу. Это самые близкие к Солнцу планеты: Меркурий, Венера, Земля и Марс. Они имеют твердую оболочку и медленно вращаются вокруг своей оси (а, например, громадный Юпитер вращается вокруг сво-ей оси меньше чем за 10 часов)¹³. Правда, в ранние периоды ско-рость вращения Земли вокруг своей оси была гораздо быстрее, но приливное трение Луны постепенно тормозило ее и будет тормо-зить в дальнейшем. Все меняется даже в мире планет и звезд.

Наибольшая из четырех планет земной группы - Земля. Эти планеты выделяют в отдельную группу, во-первых, по причине их размеров и массы (так как они в десятки раз меньше, чем планеты-гиганты), во-вторых, они имеют в основном минеральный, а не га-зовый состав. Они образованы преимущественно тяжелыми эле-ментами, такими как кислород, кремний, железо, никель и др. В-третьих, эти планеты имеют сходство во внутреннем строении:

-- них есть железное (железоникелевое) ядро, нагретая пластичная мантия, состоящая из силикатных элементов, и твердый поверх-ностный слой - кора, образовавшаяся в результате выделения из мантии легких элементов. У всех есть относительно тонкая газовая атмосфера (наибольшая по плотности - у Венеры), которая удер-живается притяжением планеты и вращается вместе с ней как еди-ное целое. У планет земной группы нет колец и лишь немного (по сравнению с десятками у планет-гигантов) обращающихся во-круг них спутников (у Меркурия и Венеры спутников нет совсем,

-- Земли - один, у Марса - два, и то довольно странных [см. ниже]). Таким образом, паттерн неравномерного распределения вещества в процессе формирования планет Солнечной системы проявился исключительно ярко. Планеты-гиганты не только сами забрали львиную долю вещества, но и создали себе многочисленную свиту в виде десятков спутников и множества колец^*.

Планеты земной группы образуют внутреннюю область Сол-нечной системы. За орбитой Марса в дальней части внутренней об-

-- Но различия в этом плане огромные. Земля и Марс обращаются вокруг своей оси соответ-ственно за 24 земных часа и 24 часа 37 минут. А Меркурий - за 88 земных суток, тогда как Венера и вовсе за 243 суток. То есть никакой ясной закономерности здесь нет, все очень индивидуально.

Современная Солнечная система. Общие характеристики 17

ласти Солнечной системы (между 2,3 и 3,3 а. е. от Солнца) распо-ложен Главный пояс астероидов - большая концентрация астерои-дов в сравнительно узком пространстве межпланетной среды меж-ду орбитами Марса и Юпитера. Существуют различные гипотезы относительно происхождения и судьбы этого пояса. Имеется кра-сивая версия (сегодня малопопулярная), что это остатки разрушен-ной протопланеты (Маракушев и др. 2013: 135; Язев 2011: 175), ко-торой автор гипотезы Генрих Ольберс даже дал поэтичное назва-ние - Фаэтон. Другие считают, что астероиды никогда не были ча-стью планеты. Это либо целая группа относительно крупных планетезималей (тел, из которых, как предполагают, складывались планеты), так сказать, оказавшихся лишними (Язев 2011: 175)¹⁴, либо несложившаяся планета, которой помешало гравитационное влияние Юпитера (Абрамова, Пшеничнер 2014: 16; Язев 2011: 174). Базовая на сегодня версия сводится к тому, что здесь планета так и не сформировалась, а многочисленные астероиды в большинстве своем сохранились с древних времен, когда вся Солнечная система напоминала нынешний Главный пояс астероидов (Язев 2011: 175).

Сосуществование архаичных объектов с объектами, которые уже далеко прошли по пути эволюции, - характерная черта всех уровней последней. Это показывает, что, во-первых, не все объек-ты способны к эволюции либо для нее не сложились необходимые условия (например, не произошло радикального изменения внеш-ней среды)^*. Во-вторых, увеличивается разнообразие объектов^*. В-третьих, могут складываться прочные взаимосвязи или даже симбиозы архаических и эволюционно продвинутых объектов^*. Наиболее распространены такие симбиозы в биологическом мире (например, в виде пищевых цепочек, системы "хозяин - паразит" или взаимодействия крупного организма и бактерий, подобных бифидо- и лактобактериям в пищеварительной системе), но могут наблюдаться и в космосе. Так, спутники Марса - Фобос и Деймос -

-- отличие от Луны или крупных спутников Юпитера не шарооб-разной, а неправильной формы. Они представляют собой, по сути,

-- Есть мнения, что массы астероидов не хватило бы на полноценную планету. Общая масса всех астероидов, открытых и неоткрытых, по разным оценкам, не превышает величины от 0,01 до 0,1 массы Земли (Язев 2011: 165). Но при максимальной величине 0,1 массы Земли массы астероидов все же хватило бы на планету массой с Меркурий. Однако полагают, что большие различия в химическом составе различных астероидов также не позволяют счи-тать их осколками одного небесного тела (Там же: 176).

18 Глава 1

астероиды, захваченные гравитацией Марса, и должны либо упасть на эту планету в астрономически относительно короткое время, либо их разорвет гравитация Марса.

Но, конечно, полагать, что архаичный объект можно рассмат-ривать как полностью подобный древнему объекту, не всегда вер-но. Во всяком случае, в социальных явлениях это вело к ряду оши-бок¹⁵. В данном случае астероиды не во всем походят на древние планетезимали, из которых складывались планеты Солнечной си-стемы, в них уже прошли некоторые процессы. Кроме того, само движение астероидов существенно упорядочилось под влиянием гравитации Юпитера и Марса.

Так или иначе, в поясе астероидов находится более 500 000 не-бесных тел (Язев 2011: 158), включая и карликовую планету Цере-ру. Но оценки этого числа постоянно растут, причем очень быстро. Столь большое число объектов демонстрирует, насколько количе-ство мелких объектов превосходит количество крупных, и под-тверждает предположение, что по распределению во Вселенной и на всех уровнях эволюции основную часть объектов составляют мелкие, а крупные занимают лишь небольшую часть^*.

Пояс астероидов отделяет орбиту Марса от орбиты Юпитера и соответственно внутреннюю область Солнечной системы от ее внешней области, где расположены остальные планеты, сильно от-личающиеся от планет земной группы по многим параметрам: от размеров до химического состава, от структуры до числа спутников и наличия колец.

Группу планет-гигантов также составляют четыре планеты - Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Это огромные газовые шары не-высокой плотности, состоящие преимущественно из водорода и ге-лия (Кусков и др. 2009: 34), которые не имеют твердой поверхно-сти, какая есть у планет земной группы. Они недаром называются гигантами, так как в совокупности охватывают более 99 % всей массы вещества, обращающегося вокруг Солнца, то есть каждая из них во много раз больше планет земной группы (Там же: 30). Са-мый маленький из гигантов, Уран, больше Земли почти в 15 раз, а самый большой, Юпитер, - в 300 раз. И при этом надо учесть, что Земля - самая крупная планета земной группы. Распределение бо-

-- В частности, в отношении половых обычаев, родственных отношений, общинных коллек-тивов и т. д.

Современная Солнечная система. Общие характеристики 19

лее 99 % массы Солнечной системы в Солнце, а 99 % оставшейся массы - в планетах-гигантах, возможно, неслучайно. В целом кон-центрация основного количества вещества и энергии в немногих объектах - очень распространенный случай^*, хотя при этом воз-можность перехода к новым уровням обычно не реализуется в са-мых крупных объектах^*.

Планеты-гиганты (особенно Юпитер и Сатурн) смогли удер-жать основную часть водорода и гелия первичного протосолнечно-го облака и протопланетного диска (см. об этом в Главе 6). Это произошло, возможно, благодаря их удаленности от Солнца и соб-ственным большим массам, а возможно, действовали и другие при-чины. Так или иначе, они обладают необычайно мощными водо-родно-гелиевыми атмосферами. Недра этих планет очень горячи (до 20 тыс. градусов). Что касается их ядер, то вероятно, что твер-дые ядра у них есть, но они составляют лишь малую часть массы каждой планеты. Среди планет-гигантов наиболее изучены состав

-- строение Юпитера и Сатурна и их крупных спутников (Kuskov, Kronrod 2001; 2005; Sohl et al. 2003; Grasset, Pargamin 2005)¹⁶.

Строение Урана и Нептуна существенно отличается от строения Юпитера и Сатурна, что связано с большей удаленностью первой пары от Солнца и обстоятельствами их формирования (см. Главу 6). Уран и Нептун имеют в своем составе и своих атмосферах такие элементы, как аммиак, метан, углекислота и др.¹⁷, правда, в основ-ном в виде льдов. Их даже порой называют "ледяными гигантами" (см., например: Guillot 1999: 74). Так, на долю ледяной мантии Нептуна приходится 70 % всей массы планеты, причем основная ее часть - вода (Сурдин 2012: 262). Но, конечно, говоря о составе планет-гигантов, следует иметь в виду, что химический их состав, особенно ядер, все еще известен слишком мало, чтобы делать ка-кие-то определенные выводы (RamМrez et al. 2011).

-- планет-гигантов обнаружено множество спутников разных размеров (от 13 до 63, всего более 160) и системы колец из пыли

-- льда. Самое крупное из колец - у Сатурна, его легко можно уви-деть с Земли.

-- Помимо основных компонентов водорода и гелия в состав атмосфер планет-гигантов в ма-лых количествах входят метан и аммиак, углеводороды (этан, ацетилен), а также другие соединения, в том числе содержащие фосфор и серу.

-- Метан в составе Урана может составлять почти 2,5 % (Сурдин 2012: 253).

20 Глава 1

За орбитой последней планеты внешней области Солнечной си-стемы - Нептуна - расположен, как уже было сказано выше, пояс Койпера (или Эджворта - Койпера) - большое скопление малых тел (транснептуновые объекты и так называемые кентавры, по принятому названию в международной классификации). Пояс, в свою очередь, делится на два пояса: "внутренний" (в пределах 36- 40 а. е.) и "классический" (в пределах 43-60 а. е.). При этом если внутренний край транснептунового пояса определен орбитой Нептуна (30 а. е.), то внешний его край неизвестен. Внешняя гра-ница определяется по сравнительно резкому уменьшению числа небесных тел на более удаленных от Солнца орбитах.

Таким образом, занептуновое пространство превышает пояс астероидов по протяженности в 20 раз. Суммарная масса его объ-ектов также значительно превышает массу пояса астероидов, но оценки этого превышения сильно расходятся. Во всяком случае эта масса сопоставима с массой Земли или несколько превосходит ее (см., например: Язев 2011: 298). Не исключено, что разнообразные объекты или их часть пояса Койпера - это остатки протопланетной туманности, из которой образовалась Солнечная система (Абрамо-ва, Пшеничнер 2014: 16).

Таким образом, каждую группу сложившихся систем - планет - окружают остатки архаической материи, которая не смогла эволю-ционировать. Так, в древности и Средние века сложившиеся госу-дарства и империи окружали племена, находящиеся еще на догосу-дарственном уровне, и аналоговые государству, но недостаточно централизованные образования (см. об этом: Гринин 2010; 2011). Так наряду с новыми биологическими видами сохраняются древ-ние архаические виды^*.

Разделение областей Солнечной системы связано и с распреде-лением вещества по его составу. Более твердые элементы харак-терны для планет внутренней части Солнечной системы, легкие - для внешней. При этом в связи с низкими температурами за поясом астероидов, особенно за пределами Юпитера и Сатурна, - царство льдов. Поэтому водяной и другие виды льдов (метановый, аммиач-ный, углекислый и др.) оказываются главными составляющими внешних планет (Уран, Нептун, см. выше), спутников планет-

Современная Солнечная система. Общие характеристики 21

гигантов: Европы, Ганимеда, Каллисто, Титана, Тритона и др.

(Кусков и др. 2009: 20).

Стоит отметить, что число ледяных объектов в поясе Эджвор-та - Койпера возрастает, при этом карликовые планеты и астерои-ды почти целиком состоят изо льдов и скальных обломков (кометы также состоят в основном изо льдов). Но льды здесь разной приро-ды, это замерзшие вода, аммиак, метан и другие летучие вещества (подробнее см.: Delsanti, Jewitt 2006).

Таким образом, каждая область Солнечной системы отличает-ся и по составу тел. За поясом Койпера располагается удаленный регион Солнечной системы - рассеянный диск. Малых тел там немного, но их орбиты могут простираться до 150 а. е. от Солнца. Предполагают, что в рассеянном диске формируются короткопе-риодические (с периодом обращения в десятки лет) кометы¹⁸. Именно в рассеянном диске на расстоянии около 120 а. е. от Солнца (в четыре раза дальше Нептуна) находится уже упоми-навшаяся гелиопауза - область, где солнечный ветер смешивается

-- межзвездным веществом. Эта область считается началом меж-звездной среды. Но это еще не граница Солнечной системы, а только намек на границу.

Гелиопауза - это предел так называемой гелиосферы. Гелиосфера - огромный пузырь в пространстве, заполнен-ный солнечным ветром - потоком заряженных частиц, по-стоянно выбрасываемых Солнцем во все стороны, скорость которых ослабевает с удалением от Солнца за счет встречно-го давления межзвездного газа. На определенном расстоянии скорость солнечного ветра резко падает и перестает быть сверхзвуковой. Область (практически поверхность), в кото-рой это происходит, называется границей ударной волны. Далее идет область гелиосферы, в которой солнечный ветер движется с дозвуковой скоростью. Она заканчивается, когда ионы солнечного ветра тормозятся еще больше и практиче-ски останавливаются. Граница, на которой это осуществля-ется, называется гелиопаузой. Это окончательная граница гелиосферы, за которой начинается межзвездное простран-ство (Данилова, Кожевников 2008: 96-97). В декабре 2004 г.

-- Источником короткопериодических комет с периодом вращения от нескольких лет до не-скольких десятков лет, вероятно, является также транснептуновый пояс.

22 Глава 1

по показаниям магнитометра было зафиксировано пересече-ние "Вояджером-1" гелиосферной ударной волны на рассто-янии 94 а. е. В 2007 г. "Вояджер-2" пересек, что зафиксирова-но, расстояние в 84 а. е. Объяснить разницу в 10 а. е. пока не могут (Измоденов 2016: 16-19; см. подробнее: Он же 2007; Баранов и др. 2009). В 2012 г. "Вояджер-1" вышел за преде-лы гелиопаузы, но чтобы реально выйти за пределы Солнеч-ной системы, ему потребуется много времени. Согласно данным НАСА, никто из нас не доживет до того момента, когда это бесспорно станет реальностью (Романова 2017).

Наконец, объект, о котором выше было сказано, - гипотетиче-ское облако Оорта (Oort 1950) . Разброс мнений по поводу его гра-ниц очень велик: от 2000-5000 а. е. до 50 000 а. е., до 100 000 а. е. и даже больше, до 150 000 а. е. (Dones et al. 2004; Morbidelli 2011; Williams 2016; Кусков и др. 2009: 40). Считается, что облако Оорта является остатком исходного протопланетного диска (Абрамова, Пшеничнер 2014: 17; Dones et al. 2004). Предполагается , что объек-ты в этом "облаке" распределены в виде сферы вокруг Солнечной системы (Данилова, Кожевников 2008: 96). Эта сферическая об-ласть Солнечной системы предположительно является местом скопления астероидов с длинным периодом обращения, а также ре-зервуаром, откуда к нам прилетают долгопериодические кометы. При этом число называемых комет выглядит фантастическим: по некоторым предположениям, в облаке Оорта содержатся несколько триллионов ядер комет (Кусков и др. 2009: 40), размеры которых превышают 1,3 км (Абрамова, Пшеничнер 2014: 17).

Таким образом, гипотетическое облако Оорта рассматривается большинством исследователей как древний резервуар ледяных ко-метных ядер, сформировавшихся на ранних стадиях образования Солнечной системы, который и в наше время продолжает постав-лять кометы во внутренние области Солнечной системы (Язев 2011: 332).

Очевидно, что основная часть Солнечной системы еще вовсе не исследована. Поэтому о ее границах можно говорить только очень предположительно. Предельной границей Солнечной системы вы-ступает линия, где гравитационное влияние Солнца перестает пре-обладать над гравитацией соседних звезд. Это расстояние пример-но порядка 125 000 а. е., то есть 2 световых года. И если до бли-

Современная Солнечная система. Общие характеристики 23

жайшей к нам звезды альфа Центавра 1,295 пк, или несколько более 4,2 светового года, или примерно 268 000 а. е., то гравитаци-онная граница Солнечной системы лежит почти на полпути к альфе Центавра. Но, конечно, провести границы звездных систем не так просто. Собственно, проведение границ везде оказывается крайне сложным! Небезынтересно, однако, что сама граница Сол-нечной системы имеет шарообразную форму. Это внешний край облака Оорта, которое шарообразно. Граница эта весьма обширна. Таким образом, шарообразность как наиболее оптимальная форма далеко выходит за пределы только твердых крупных тел.

Глава 2. Немного о нашей Галактике:

особенности, влияющие

на Солнечную систему

Хотя в нашей первой книге (Гринин 2013: гл. 5) немало сказано о нашей Галактике, имеет смысл сделать более связное ее описание,

-- также вернуться к некоторым моментам, которые не были осве-щены так подробно, как следовало бы в первой книге, или вовсе в ней не затрагивались: происхождение галактик и звезд, структура галактик и некоторым другим.

Напомним, что наша Галактика (Млечный Путь) относится к крупным, точнее даже к гигантским, галактикам (Засов, Постнов 2011: 335) с огромным количеством звезд. Причем это число, как это происходит и во многих других случаях в космологии, посто-янно растет. Еще недавно шла речь о примерно 100 млрд звезд в ней (см., например: Brecher 2005), а сегодня число звезд определя-ют от 200 до 400 млрд (см., например: Громов 2012; Odenwald 2014; Cain 2017). Поэтому некоторые классификации относят ее даже к сверхгигантским.

Можно смело считать, что в процессе образования уникальных систем и объектов все не случайно, поскольку для образования че-го-то качественно нового требуется неповторимое сочетание самых разнообразных условий¹⁹. Однако выявление важности тех или иных моментов в формировании качественно новых систем, объек-тов, феноменов и т. п. крайне сложно^*. В частности, пока неясно, играл ли размер галактики достаточно важную роль в формирова-нии планетной системы и других особенностей Солнечной систе-мы, которые создали уникальные условия для появления жизни на Земле. Тем более что эти особенности также не до конца пока ясны (они будут проясняться только постепенно, по мере изучения экзо-планетных систем). Но, во всяком случае, одна качественная харак-

-- Для анализа биологической и социальной фаз эволюции мы назвали это правилом особых (исключительных) условий для возникновения ароморфозов (Гринин, Марков, Коротаев 2008). В целом для эволюции его можно переформулировать как правило совпадения уни-

кальных условий для возникновения качественно новых явлений^*.

Немного о нашей Галактике

теристика нашей галактики (ее гигантские размеры), которая отли-чает ее от многих других, налицо. Ведь галактик, подобных нашей,

-- относительном плане во Вселенной совсем немного, возможно, всего 0,1 %, то есть одна на тысячу (Громов 2012).

Возможно, немного больше ясности в плане особенностей с формой нашей Галактики. Существуют разные классификации форм (морфологии) галактик. Но мы не будем вдаваться в детали²⁰. Если не брать во внимание обширный класс карликовых галактик, свойства которых исключительно разнообразны (Засов, Постнов 2011: 342), то большинство галактик можно отнести либо к эллипти-ческим, либо к дисковым. Те из галактик, в которых дисковые ком-поненты слабо контрастны или совсем не обнаруживают себя, назы-вают эллиптическими (E), остальные галактики относят к дисковым. Те, в свою очередь, подразделяются на линзовидные (S0), спираль-ные (S) и неправильные (Irr). Диски галактик S содержат спиральные ветви (Там же), где, по всей видимости, сосредоточено основное их вещество. Спиральные галактики составляют около половины всех галактик. По форме они напоминают мелкую тарелку.

Эллиптические Е-галактики (от сферической до более сжатых) довольно невыразительны и в большинстве своем похожи друг на друга. Они мало подходят или вовсе не пригодны для образования планет земной группы и формирования жизни (Там же). Зато спи-ральные S-галактики демонстрируют разнообразие форм (Там же). И в этом можно увидеть важный эволюционный момент. Здесь, как и во многих других случаях, действует правило достаточного разно-образия (Гринин, Марков, Коротаев 2008). То есть для качествен-ного эволюционного движения необходимо разнообразие (форм, вариантов, видов, взаимодействий, особенностей и т. п.). Без этого поиск эволюцией новых уровней и форм затрудняется^*.

Кроме того, в спиральных галактиках активнее идут процессы звездообразования, в них на порядки больше газа, чем в эллиптиче-ских (так, в них полная масса газа составляет от 1 до 15 %, а в не-правильных спиральных - от нескольких процентов и до 30-50 %, тогда как в эллиптических - всего 0,1 %). Примечательно, что в тех

-- В целом до сих пор пользуются типологией, которую в 20-х гг. ХХ в. предложил Эдвин Хаббл. Он разделил галактики на три основных типа: эллиптические, спиральные и непра-вильные, обозначаемые соответственно Е, S и Irr. Это обозначение сохраняется. Есте-ственно, имеется много подтипов галактик.

26 Глава 2

галактиках, где нет признаков звездообразования, всегда мало газа (Пикельнер 1976: 12). То есть очевиден вполне тривиальный вы-вод, что для соответствующих процессов необходимо достаточное количество нужных ресурсов. В более молодых объектах нередко ресурсов больше, чем в старых^*. Наличие газа дает возможность образования рукавов спиральных галактик и приводит в действие другие процессы. Кроме того, здесь прослеживается правило необ-ходимой разнородности, то есть наличия в системе разных по своей природе компонентов^*.

Особенностью спиральных галактик является то, что в них, как правило, формируются рукава, число и размеры которых варьиру-ются (как и размер центра галактики). Наша Галактика относится к подтипу SBb и имеет четыре основных спиральных рукава²¹. Су-ществуют и местные рукава, то есть ответвления от основных.

-- одном из таких местных рукавов-ответвлений находится наша Солнечная система. Солнце отдалено от галактического центра на 8 кпк (что почти посередине между центром и краем диска), а рас-стояние от плоскости галактического диска (вверх, то есть север-нее), где концентрируются молодые звезды и звездные скопления, возраст которых не превышает нескольких миллиардов лет, состав-ляет 25 пк. Таким образом, месторасположение Солнечной систе-мы является и не периферийным, и не центральным, а скорее полу-периферийным. И это существенно.

-- точки зрения эволюционных особенностей здесь можно уви-деть, как работает важное правило: достаточно часто новые уровни или формы эволюции возникают не в центре системы, где дей-ствуют основные правильности и проходит основная на данный момент линия эволюции, и не на дальней периферии, где нет нуж-ной концентрации ресурсов, а на полупериферии и в местах до-

статочного разнообразия условий, соединения пограничных усло-

вий^*. Так, выход кистеперых рыб на сушу происходит не на глуби-нах и не на удалении от моря, а в мелких затонах и на небольших глубинах, то есть между сушей и морем, в особых условиях, где

-- Буква B означает, что наша Галактика относится к подтипу спиральных галактик с пере-мычкой или баром в центре. Спиральные галактики с перемычкой весьма распространены, они составляют до двух третей всех спиральных галактик. Спиральные ветви в последних начинаются на концах перемычек, тогда как в обычных спиральных галактиках они выхо-дят непосредственно из ядра. Буква b говорит о том, что такие галактики имеют относи-тельно небольшую ядерную область и не очень сильно закрученные спиральные ветви.

Немного о нашей Галактике

достаточно тепло, есть пищевые ресурсы и где затоны могли пери-одически высыхать. Первичная жизнь, древние гоминиды, так же как и Человек разумный, могли появиться только в особых местах

-- ситуациях. Земледелие зарождается также в особых условиях. Кроме того, для перехода к новому уровню или качеству требуются предпосылки в виде определенных органов, орудий, технологий

-- т. п. В биологии это называется преадаптацией, то есть предрас-положенностью, наличием определенных возможностей (органов, функций) для освоения новых мест обитания. Но этот термин вполне удачен и для социальных систем, также мы предлагали его использовать и для космических феноменов²² (о космических пре-адаптациях см.: Гринин 2013: глава 5; о социальных преадаптациях на уровне биологической эволюции см.: Гринин, Марков, Коротаев

2008: 55, глава 4; Grinin, Korotayev, Markov 2011)^*.

Классическим примером преадаптации считается нали-чие особого рода плавников у кистеперых рыб. Типичный для наземных четвероногих (тетрапод) план строения конеч-ности сформировался около 360-370 млн лет назад, в конце девонского периода, у животных, которые еще сохраняли полностью водный образ жизни (первые тетраподы - по-томки кистеперых рыб, такие как Ichthyostega, Acanthostega

-- близкие к ним формы). Лишь много позже, в каменно-угольном периоде (приблизительно 340 млн лет назад), по-явились тетраподы, способные жить на суше. Таким обра-зом, между формированием "тетраподной" конечности и началом ее эксплуатации для передвижения по суше прошло 20-30 млн лет. Хотя конечности первых тетрапод служили для передвижения в водной среде, их строение оказалось "преадаптированным" для жизни на суше, что во многом и обеспечило успешную колонизацию тетраподами наземных местообитаний (см., например: Long, Gordon 2004).

Согласно правилу особых/исключительных условий для возникновения ароморфозов (см.: Гринин, Марков, Коротаев 2008) для столь крупного социального ароморфоза, каковым выступало самостоятельное изобретение земледелия, требо-вались особые (в данном случае - природные) условия. Вот

-- Таково, например, появление органических химических соединений в облаках молекуляр-ного газа. В принципе такого рода сложные соединения для космической эволюции значат мало, но они находятся "в резерве" развития. Они стали играть особую роль на стадии преджизни и зарождения жизни.

28 Глава 2

почему возникновение сельского хозяйства всегда происхо-дило в особых природных зонах (какие бы при этом растения ни культивировались). Так, в ряде районов Юго-Восточной Азии имелись необычайно удобные для собирательства при-родные условия влажных тропиков. И на базе этого хозяй-ственного комплекса собирателей обитатели предгорий Цен-трального Индокитая перешли к разведению бобовых и бах-чевых культур уже в период 9-10 тыс. лет назад. Однако для зерновых условия там не годились (Деопик 1977: 15). Еще ранее, примерно 12 тыс. лет назад, в высокогорьях Папуа - Новой Гвинеи (и, возможно, в некоторых других местах Ме-ланезии) обнаружены некоторые следы культивации таро (Denham et al. 2003). Но прогресс в Новой Гвинее был мед-ленным по сравнению с другими регионами.

Первичное возникновение эволюционно наиболее важ-ного зернового хозяйства также могло случиться только в определенных природных и климатических условиях (Мел-ларт 1982: 128; Harris, Hillman 1989). Это могло произойти, например, в горных очагах с подходящим микроклиматом, где существовала периферия ареалов диких предков культурных растений, поскольку именно на таких окраинах потребность в земледелии чувствовалась наиболее остро (Гуляев 1972: 50- 51; Мелларт 1982; Шнирельман 1989). В таких местах колеба-ния климата заставляли людей не только заниматься сбором растений, но и стремиться поддерживать их существование путем создания благоприятных условий. Предполагают, что дикорастущие злаки стали культивировать изначально где-то на Ближнем Востоке, хотя по поводу более точного указания места имеются значительные расхождения. Существует не-сколько точек зрения, согласно которым это событие произо-шло на склонах возвышенностей Палестины (Мелларт 1982), в Междуречье, в верхнем течении Евфрата (Алексеев 1984: 418; Холл 1986: 202), в Египте (Харлан 1986: 200).

Стоит рассмотреть теперь, где находится Солнце по отноше-нию к спиральным рукавам Галактики.

Солнечная система располагается в звездном комплексе, а такие комплексы - в спиральных рукавах. Как образно пишет А. Н. Гро-мов (2012), эти комплексы нанизаны на рукава, как бусины на нить. Но что касается "нашего" звездного комплекса, в котором нахо-дится Солнце, то нельзя не отметить важную особенность: он (и соответственно Солнце) размещается не в рукаве, а между ос-

Немного о нашей Галактике

новными спиральными рукавами Галактики, одном из ответвлений, получившем название местного рукава Ориона - Лебедя.

Другая особенность Солнечной системы связана с особым уг-лом наклона рукава. Если два соседних рукава (Персея и Киля - Стрельца) имеют угол закрутки в 10-12®, что нормально для галак-тики типа Sb, то рукав Ориона - Лебедя имеет угол закрутки в 20®, что дополнительно подтверждает: он является лишь отрогом, от-ветвлением рукава Киля - Стрельца (Громов 2012).

То, что Солнечная система располагается в звездном комплек-се, означает, что она находится не "на отшибе" от процессов, а в определенном сгущении. Некоторые значимые эволюционные со-бытия и процессы должны протекать в достаточно интенсивном в событийном плане месте. Это может быть важным, поскольку счи-тается, что толчок к формированию Солнечной системы из газопы-левого облака дал взрыв сверхновой (об этом см. в следующих гла-вах). А поскольку это довольно редкое событие, то предположение, что Солнечная система образовалась в плотной звездной ассоциа-ции с присутствием массивных звезд, имеет смысл. Что давала та-кая среда? Более частые взрывы сверхновых в относительной бли-зости от будущей Солнечной системы, которые могли повлиять на

-- химический состав (Адушкин и др. 2008: 276). В Главе 6 мы увидим, что у звезд, имеющих в своем составе больше тяжелых элементов, чаще образуются планеты, в частности планеты-ги-ганты, как Юпитер.

Но, повторим, рождение нового качества не должно было быть в самом интенсивном месте и в самом центре. В центре невозмож-но уйти от магистральной линии эволюции, зарождение нового здесь затруднено силой общего процесса^23*.

Однако возраст нашего комплекса оценивается всего в 30 млн лет. И Солнце оказалось внутри комплекса случайно. Оно не обя-зано своим рождением волнам плотности, некогда прокатывав-шимся сквозь газопылевую материю комплекса (Громов 2012). То есть речь не идет о том, что именно этот комплекс оказался удач-ным местом для рождения Солнечной системы. Где и как она ро-

-- При этом и появление нового уровня эволюции вовсе не прекращает процессы, характер-ные для предшествующих уровней. Напротив. Так, процессы звездообразования и плане-тообразования идут полным ходом. Вариативность растет. Однако принципиально новые качественные прорывы с этих уровней могут быть значительно затруднены, поскольку эволюция уже вышла на новые уровни развития^*.

30 Глава 2

дилась, пока остается неясным. Однако есть мнения, что местопо-ложение Солнечной системы благоприятно для Земли.

Этому обстоятельству ряд исследователей и философов уделяют особое внимание.

Возможно, Солнце в Галактике находится в исключи-тельном положении, что может иметь далеко идущие по-следствия для космогонии Солнечной системы и происхож-дения в ней жизни. Поскольку галактический диск вращается дифференциально, а спиральные рукава - твердотельно, в Галактике должна существовать окружность, на которой уг-ловые скорости диска и волны плотности равны. Такая окружность называется коротационной (от англ. corotation - совместное вращение). Поскольку в каждой спиральной га-лактике может существовать только одна такая окружность, то, очевидно, она является выделенной. Галактическая орби-та Солнечной системы близка к коротационной окружности и, следовательно, находится в особом положении (Сюняев 1986).

Вот что замечал по этому поводу Станислав Лем, извест-ный исследователь развития науки и писатель-фантаст. Как следует из данной картины Вселенной, коперникианский принцип, согласно которому Земля вместе с Солнцем нахо-дится не в особо выделенном месте, а "где попало", оказыва-ется под серьезным сомнением. Если бы Солнце находилось на далекой периферии Галактики и, медленно двигаясь, не пересекало ее рукавов, оно, вероятно, не породило бы пла-нет. Планетогенез требует "акушерской помощи" в виде бур-ных катаклизмов - мощных ударных волн от взрывающихся сверхновых или по крайней мере одного такого "близкого контакта". Если бы Солнце, породив от таких ударов планеты, обращалось вблизи галактического ядра, а значит, гораздо быстрее, чем рукава спирали, то оно часто пересекало бы их. Тогда многочисленные лучевые и радиоактивные удары сде-лали бы невозможным возникновение жизни на Земле либо уничтожили ее на ранней стадии. А если бы Солнце двигалось по самой коротационной окружности Галактики, не покидая

-- рукава, жизнь также не смогла бы сохраниться на нашей планете: рано или поздно ее убила бы вспышка какой-нибудь близкой сверхновой. Внутри галактических рукавов сверх-новые вспыхивают чаще, да и средние расстояния между звездами здесь гораздо меньше, чем между рукавами.

Немного о нашей Галактике

Следовательно, подходящие для планетогенеза условия существуют внутри спиральных рукавов, тогда как усло-вия, благоприятствующие зарождению и развитию жизни, - в пространстве между рукавами.

Таким условиям не удовлетворяют ни звезды, обраща-ющиеся вблизи ядра Галактики, ни звезды ее периферии, ни, наконец, звезды, орбиты которых совпадают с коротацион-ной окружностью, - но лишь такие, которые находятся в ее окрестностях (Лем 2004).

Таким образом, очень многое зависит от особенностей более крупной родительской системы^*. Как мы увидим далее, "генетиче-ские" факторы протозвездного облака играют колоссальную роль, то есть момент зачатия едва ли не определяет судьбу. В этом плане "генетика" работает и в космической эволюции, разумеется, не так четко, как в биологической, но все же имеет место нечто вроде наследственности^*. Она наблюдается и в химическом составе²⁴.

Подготовительная работа во Вселенной. Формирование на-шей Галактики произошло довольно рано. Датировки колеблются от 10 до 13 млрд лет. Все больше ученых склоняется к тому, что ей никак не менее 12 млрд лет, а то и все 13 млрд лет (Pasquini et al. 2004; Маров и др. 2008; см. также: Евсеева 2012).

Как известно, Млечный Путь состоит из трех основных частей: галактического центра со сверхмассивной черной дырой, тонкого периферийного диска и практически идеаль-но круглого внутреннего гало. Последнее включает глобу-лярные кластеры - плотно упакованные конгломераты сотен тысяч звезд. Сейчас некоторые исследователи полагают, что внутреннее гало состоит из двух разных звездных поколе-ний, поэтому гало условно можно разделить на внутреннее

-- внешнее. Считается, что внешняя часть гало Млечного Пу-ти - это остатки древней протогалактики, на базе которой сформировалась наша.

Три основных составных части Млечного Пути, очевид-но, образовались в разное время, причем именно гало было первым. Внутри гало самые старые глобулярные кластеры имеют возраст в 13,5 млрд лет, то есть они сформировались всего через 200 млн лет после Большого взрыва. Однако воз-

-- С точки зрения эволюции индивидуального объекта можно считать химический состав молекулярного облака начальным химическим составом (Вибе 2016: 47).

32 Глава 2

раст самого гало исследователи до сих пор не могли устано-вить, так как им не удавалось понять, когда началось объ-единение звезд. Чтобы понять этот аспект, ученые стали ис-следовать умирающие звезды в их поколениях внутри гало, особое внимание было уделено белым карликам. Большин-ство последних, родившихся одновременно с нашей галакти-кой, имеют возраст примерно в 11,7 млрд лет (Евсеева 2012).

Относится ли возраст нашей Галактики к особенностям Сол-нечной системы? Сложно сказать. Ведь Солнечная система по сравнению с нашей Галактикой относительно молодая. В нашей Галактике много зон, состоящих из более или менее молодых звезд, то есть звезд второго-третьего поколения. К таким относится и Солнце, возраст которого, напомним, менее 5 млрд лет.

Итак, в галактиках идет постоянный процесс звездообразова-ния. Это один из вариантов вечного процесса кругооборота веще-ства, который наблюдается на всех уровнях эволюции. И именно в этом, на первый взгляд, консервативном процессе: одни отмира-ют, высвобождая вещество и энергию (и/или место) для новых других, - таится громадная потенция для роста вариативности и поиска новых вариантов. Еще раз вспомним правило достаточного разнообразия и добавим к нему важный момент. Чем чаще созда-ются новые объекты взамен старых, тем больше разнообразия^*. Ведь нельзя создать абсолютно похожий объект, как нельзя два ра-за войти в одну и ту же воду реки. Таким образом, на месте одного ландшафта возникает другой, на место одного биологического вида приходит другой, на месте одной империи появляется другая.

Звезды рождаются из газа (точнее, из газа и пыли, собираю-щихся в облака), часть которого образовалась при распаде предше-ствующих им звезд. Облака могут быть самых разных размеров. Отсюда бесчисленные вариации размеров и яркости звезд, рожде-ний парных (и большего количества близнецов-звезд), вариации планетных систем и прочего. Но особенно важно то, что в этом процессе возникают бесконечные вариации химического состава звездных систем. За 8-9 млрд лет существования нашей Галактики до образования Солнечной системы, естественно, химический со-став изменился существенно. Главное - появились элементы более тяжелые, чем водород, гелий и литий, и концентрация их возросла.

Немного о нашей Галактике

Напомним, что основные элементы во Вселенной - водород и гелий. Как образуются более тяжелые элементы? Это результат термоядерных реакций в глубинах звезд и процессов саморегуляции

-- них. В звездах термоядерные реакции идут сначала на водороде, потом, при его выгорании, - на гелии и после сжатия звезды - на других элементах, которые образуются по мере увеличения темпе-ратуры (в результате дополнительного сжатия ядра звезды). По ме-ре выгорания более легкого элемента происходит дополнительное сжатие и образуется более тяжелый элемент, реакции на котором могут идти при значительно более высокой температуре (подробнее мы говорили об этом процессе в первой книге монографии, см.: Гринин Л. Е. 2013; см. также: Гринин А. Л. 2016б). Отсюда разница

-- температурах в недрах звезд в амплитуде от нескольких сотен ты-сяч градусов до нескольких сотен миллионов градусов.

Правда, так не бывает, чтобы эта очередность была пол-ной, то есть чтобы сначала водород выгорел полностью, а потом "зажегся" гелий. Практически всегда имеется опреде-ленная слоистость реакций. Внутри звезды возникает слои-стый источник энерговыделения: ближе к поверхности идут реакции на еще уцелевшем водороде, глубже - тройная гели-евая реакция, а еще глубже - самые разнообразные реакции между углеродом и гелием, а также между гелием и кисло-родом, азотом и т. д. (Громов 2012). По мере исчерпания за-пасов ядерного горючего звезды ее внутренняя структура представляется слоями различных химических элементов, каждый из которых отражает различные стадии ядерного синтеза. Так на протяжении своей "жизни" звезда по-степенно превращается из смеси первичного водорода и ге-лия в хранилище тяжелых химических элементов (Найдыш 2007). Такая слоистая структура, видимо, существует в са-мых разных системах. То есть никогда не бывает полного исчезновения одного способа (варианта, источника) и после этого замены его другим. Есть некое критическое состояние, при котором старый способ (элемент, источник и т. п.) уже не полностью удовлетворяет потребности. В этом случае должен появиться новый, причем иногда его появление означает существенное изменение, требующее саморегуля-ции системы. Таким образом, одновременно наблюдается

34 Глава 2

сосуществование разных способов добывания энергии (или

-- производства), их взаимодействие. Разнообразие в функ-ционировании! Никогда не бывает полной унификации, в си-стеме обычно имеются несколько способов реализации важ-ных функций, которые, как правило, способны действовать одновременно, при том, что один способ может быть веду-щим^*.

Итак, по мере выгорания звезд образуются более тяжелые эле-менты. При этом особое значение имеют крупные звезды, которые выгорают в сотни раз быстрее, чем мелкие. Соответственно, они после распада обогащают окружающую среду тяжелыми элемен-тами. Но имеется одно важное ограничение на пути разнообразия химического состава Вселенной. Элементы тяжелее железа, нике-ля, кобальта в недрах "обычных" (пусть сверхгигантских по свети-мости) звезд не образуются. Дело в том, что такие ядерные реак-ции, в результате которых могли бы образоваться и более тяжелые элементы, идут с поглощением энергии, а значит, как только они начинаются, температура недр звезды падает, и эти реакции пре-кращаются сами собой - типичный пример отрицательной обрат-ной связи, стабилизирующей текущую ситуацию.

Словом, в любой системе есть предел возможности совершения определенных действий, за которым они становятся либо разруши-тельными для системы, либо система их погашает. Это своего рода аттрактор, который ей сложно перейти^*. Так революции, "забе-жавшие вперед", забирают огромную часть энергии населения, и общество откатывается назад, к более устойчивой ситуации; так в биологии объединение организмов сверх нормы ведет к истоще-нию кормовой базы. Так слишком большая империя (по законам геополитики) уже не может найти средства для охраны своих гра-ниц и т. п.

По разным данным, водорода во Вселенной - три четверти по массе (а по количеству атомов - до 90 %), гелия - 24 % по массе (до 10 % по количеству атомов). Таким образом, всех остальных 90 элементов тяжелее гелия во Вселенной меньше 1 % (по массе). Среди этих элементов чаще всего встречаются кислород (N 8

-- таблице Менделеева), неон (N 10), азот (N 7), углерод (N 6), кремний (N 14), магний (N 12), железо (N 26) и др. Любопытно,

Немного о нашей Галактике

что элементов с четными порядковыми номерами во Вселенной больше, чем с нечетными, так как ядра атомов, состоящие из чет-ного числа протонов и нейтронов, обладают повышенной устой-чивостью. Вообще, концентрация и распределение - это мощней-ший способ формирования систем. Можно говорить об универ-сальном правиле неравномерного распределения вещества (кон-центрации вещества)^*. Оно прослеживается везде. Например, самая заметная часть излучающего вещества будет собрана в га-лактическом диске, а наиболее яркой его частью станет спираль-ный узор. В Солнце собрано больше 99 % всей массы Солнечной системы. В ядрах планет сконцентрированы наиболее тяжелые элементы. И так далее.

Очевидно, что элементов тяжелее железа совсем мало. Они об-разуются чаще всего в результате взрывов сверхновых, когда воз-никают колоссальные температуры и проблема поглощения энер-гии при образовании тяжелых элементов не играет роли (выше шла речь о том, что это препятствует образованию элементов тяжелее железа в процессе выгорания звезд)²⁵. Исключительно важно, что доля этих элементов, хотя и очень медленно, но росла, вместе с тем увеличивалось и разнообразие в природе. А главное, эти сравни-тельно редкие элементы могли концентрироваться в отдельных си-стемах и телах (каковыми, в частности, являются планеты земной группы) в гораздо большей пропорции, чем в среднем во Вселен-ной. И это правило концентрации редких элементов в отдельных местах исключительно важное^*. Примеры такого правила мы находим везде: в биологии (редкие виды могут обитать только в отдельных местах); в геологии (чтобы найти месторождения, тре-буется огромная работа и удача); в обществе, особенно в условиях разделения труда (когда, например, мастера определенной квали-

-- Это один из вариантов указанного выше правила особых (исключительных) условий для возникновения качественно новых явлений. Здесь закон перехода количества в качество^*

либо не работает, либо работает особо, поскольку здесь нет медленных изменений, кото-рые накапливаются, а есть ситуация резкого изменения, взрыва, катастрофы, в процессе которой и появляется нечто совершенно новое.

Что касается взрывов очень массивных сверхновых, то в этих случаях образуются черные дыры, смещающиеся к центрам галактик, облака, рассеивающиеся в космическом про-странстве, или - что важно для нашей темы - диски стремительного вращения, в которых образуется стяжение веществ и которые далее превращаются в небольшие звезды второго поколения (Маракушев и др. 2013: 133).

36 Глава 2

фикации селятся в одном месте²⁶). Только благодаря такой концен-трации могут возникнуть уникальные объекты и особые условия, которые начинают играть совершенно иную роль. Именно из-за способности извлекать и накапливать такие редкие элементы воз-можна жизнедеятельность организмов и сама жизнь, поскольку концентрация данных элементов в живой материи намного выше, чем в природе.

Как мы увидим далее, в протосолнечном облаке концентрация этих веществ была несколько выше, чем во Вселенной, а в рамках создания Солнечной системы редкие элементы смогли сконцен-трироваться в некоторых планетах, что и послужило созданию осо-бых условий на данных планетах.

-- Если собрать редких специалистов в один коллектив, то они смогут совершить прорыв в определенном направлении, который иначе не сделать. Без концентрации мастеров культуры при дворцах монархов не было бы огромного количества шедевров искусства и архитектуры.

Часть II.

ПРОТОСОЛНЕЧНАЯ СИСТЕМА

ДО ОБРАЗОВАНИЯ ПЛАНЕТ

Глава 3. Формирование

протосолнечной системы

из газопылевого облака

3.1. Вводные замечания

Факты и гипотезы в истории Солнечной системы. Уже более двухсот лет гипотезы о происхождении Солнечной системы опи-раются на идеи, высказанные И. Кантом и П. С. Лапласом, что она образовалась под воздействием гравитации из гигантской небулы, или туманности (nebula [лат.] - туман). Предложенные этими уче-ными механизмы образования Солнца и особенно планет сегодня отвергнуты. Но сама идея образования Солнечной системы из вра-щающейся туманности (или газопылевого облака) в процессе ее гравитационного сжатия стала общепринятой. Среди теорий, вос-ходящих к небулярной гипотезе И. Канта и П. С. Лапласа, можно упомянуть теории Ф. Мультона и Т. Чемберлена, Дж. Койпера, Х. Альвена, Ф. Хойла, О. Шмидта, С. Всехсвятского и др. (Савчен-ко, Смагин 2013: 8). Есть исследователи, полагающие, что имело место раздельное образование Солнца и протопланетного диска, из которого впоследствии сформировались планеты. Но согласно ве-дущей гипотезе, Солнце и его планеты образовались из единой протосолнечной туманности (Ривс 1976: 18; Макалкин, Дорофеева 1995: 99; Забродин и др. 2008: 298; Витязев, Печерникова 2010).

Как уже было сказано, вести речь об истории Солнечной си-стемы в полном смысле слова не всегда возможно, поскольку для истории требуется большое число доказанных фактов, позволяю-щих выстроить историческое повествование. Относительно же формирования Солнечной системы таких фактов (хотя число их растет) пока явно недостаточно, зато существует много гипотез и моделей. Гипотезы лежат и в основе начальной фазы истории Сол-

38 Глава 3

нечной системы о ее формировании из газопылевого облака. Одна-ко здесь ситуация меняется, поскольку с каждым годом гипотезы подкрепляются данными наблюдений за процессом возникновения молодых звезд и открытиями множества экзопланет. Это делает модели более надежными и позволяет сформировать базовый сце-нарий (см. ниже). Однако огромное количество процессов и про-блем представляют собой исключительно спорные и дискуссион-ные моменты, особенно механизм формирования планет (см. об этом в Части III). Поэтому получается, как ни странно это звучит, что благодаря более полному знанию процессов формирования звезд мы лучше представляем самые начальные фазы истории Сол-нечной системы, чем период формирования планет и планетной си-стемы. То же самое наблюдается в ситуации с историей Вселенной, где мы лучше представляем первые минуты, чем тысячи лет, а пер-вые тысячи и миллионы лет лучше, чем первые миллиарды.

-- начальной точке истории. Когда говорят об истории, всегда встает вопрос о хронологии и длительности процессов. По очень приблизительным подсчетам, возраст Солнечной системы опреде-ляется в 5 млрд лет, но более точные оценки "вращаются" вокруг меньших значений, приблизительно в районе 4,6 млрд лет. В част-ности, на основе радиоизотопных исследований древнейшего ме-теоритного вещества возраст Солнечной системы был определен в

4,56-4,57 млрд лет (Shukolyukov, Lugmair 2003; Витязев, Печерни-

кова 2010: 168; Pfalzner et al. 2015)²⁷. Встречаются и оценки, пре-вышающие возраст 4,6 млрд лет. Так, например, Р. Хейзен говорит

-- возрасте метеоритных пород (хондр) в 4,656 млрд лет (Hazen 2012; Хейзен 2015: 17). К этой дате нужно добавить еще некоторый начальный период (несколько миллионов), в течение которого твердого вещества в Солнечной системе еще не было, а также вре-мя первичных процессов сжатия протосолнечного газопылевого облака.

Первые периоды истории. Благодаря накопленным данным удается в самых приблизительных чертах описать первый период формирования Солнечной системы: от коллапса протосолнечного газопылевого облака до образования протосолнца и первичной си-стемы протопланет. Считается, что Солнце и планеты произошли

-- Возраст древнейших анортозитовых пород Луны и цирконов Земли лишь немного меньше и оценивается в 4,4 млрд лет (Imke, Lissauer 2001).

Формирование протосолнечной системы

почти одновременно из общей газопылевой туманности (см., например: Тлатов 2010: 175). Почти одновременно означает, что разрыв между образованием протосолнца и протопланет был по масштабам современного возраста Солнечной системы небольшим, хотя оценки времени этого процесса значительно колеблются: от сотен тысяч лет до примерно 100 млн лет (Тлатов 2010). Как мы увидим ниже, эти оценки также связаны с различными точками зрения на то, сформировались ли все планеты одновременно или нет, находились ли они сразу вблизи своих орбит или нет и т. п. Возможно, первые протопланеты (часто думают, что это был про-тоюпитер) сформировались в течение нескольких миллионов лет, а процесс формирования остальных планет мог затянуться на не-сколько десятков миллионов лет. Еще дольше могли продолжаться их миграции до обретения ими постоянных орбит. Но эти процессы пока недостаточно понятны, вокруг них создано много противоре-чивых и взаимоисключающих гипотез (см. Главы 6 и 7).

Как в процессе формирования планет и их спутников, так и в первые сотни миллионов лет история планетной системы склады-валась из столкновений, слияний и бомбардировок древними ме-теоритами. Различаются две эпохи "тяжелых бомбардировок" пла-нет и их спутников планетезималями и метеоритами. Ранняя эпоха имела место в период формирования планет, то есть в первые де-сятки миллионов лет (об этом подробнее сказано в Главе 6); позд-няя началась примерно полмиллиарда лет спустя (см. Главу 7). Важной частью истории Солнечной системы были также приобре-тение шарообразной формы планетами и их спутниками и процес-сы конвекции в них. Последняя сформировала их структуру (в частности, ядра). Конечно, здесь очень многое зависело от со-става планет (твердых или газовых), а также близости планеты к Солнцу. Так или иначе, в основных своих чертах Солнечная систе-ма сформировалась в первые несколько сотен миллионов лет, воз-можно, в пределах одного миллиарда лет (см., например: Альвен, Аррениус 1979: 50-51, подробнее см. в Главе 7). Кое-где на отдель-ных планетах и спутниках остались следы чудовищных столкнове-ний с древними небесными телами (планетезималями или астерои-дами). Но в основном эти следы относятся к более позднему пе-риоду.

40 Глава 3

Таким образом, повторим, конкретная история первых не-скольких сотен миллионов лет Солнечной системы пока остается во многом белым пятном (она крайне отрывочна и недостоверна), тем более что на Земле древнейших пород не сохранилось (они мо-гут существовать, но недоступны для изучения при современном уровне технологий). Тем не менее относительно этого периода со-здано много предположений о различных катастрофах и, если можно так выразиться, борьбе за ресурсы, а также о влиянии ме-теоритных бомбардировок на формирование планет.

Что касается дальнейших периодов, то в отношении Солнца на сегодняшнем уровне развития науки здесь вряд ли можно го-ворить о какой-то истории вообще, хотя едва ли не каждый пятый астроном посвятил себя изучению Солнца (по крайней мере, так было в 1980-х гг., согласно Саймону Миттону [1984])²⁸. Иное дело планеты и другие тела. Поэтому фактически с периода 3,5 млрд лет назад история Солнечной системы распадается на отдельные исто-рии планет и их спутников. Кое о чем мы можем судить по данным

-- древнейшей геологии Земли, а также о наблюдениях и исследо-ваниях Луны, Марса, Венеры, Меркурия и других планет. Это каса-ется катастроф и столкновений, смены климата, геологических процессов и катастроф и т. п. Сказанное позволяет сделать самый общий очерк сходств и различий в судьбах планет. Но понятно, что для полноценной истории этого недостаточно. По мере совершен-ствования астрономической техники, а также данных о планетах и спутниках, полученных космическими аппаратами, наши знания об этой истории будут расширяться.

Помимо наблюдений астрономов, в том числе с помощью кос-мических телескопов, данных и артефактов, добытых космически-ми аппаратами (фотографии, анализ грунта с Луны, планет и их спутников, атмосферы, химического состава и прочего), важным источником является анализ космических посланцев на Землю - метеоритов. В частности, многое дают найденные в их составе изо-топы. Эти химические маркеры позволяют открывать отдельные моменты самой далекой истории Солнечной системы. Таким обра-

-- Но об эволюции Солнца на основе научно установленных фактов (в частности, превраще-ния водорода в гелий в центральных областях, диффузионного осаждения гелия к ядру и т. п.) говорить вполне можно (см., например: Горшков, Батурин 2010; Синицын 2010; Наговицын 2010).

Формирование протосолнечной системы

зом, представляется возможным создавать, хотя очень неполные и фрагментарные, истории развития отдельных планет²⁹. Но, как уже было сказано, какой-то ведущей линии истории Солнечной систе-мы сформировать не представляется возможным. Тем не менее да-же такая история является огромным достижением современной космологии и позволяет уже очень многое понять в плане того, насколько история Земли типична, а насколько уникальна. Но если мы не всегда можем говорить об историческом (с точной хроноло-гией) времени в период формирования Солнечной системы, то го-ворить об "эволюционном" времени, определяемом числом воз-никших макроэволюционных изменений (Буровский 2013: 40), мы можем более определенно^*.

Эволюционные сходства. В истории Солнечной системы есть сходства с историей Вселенной. В частности, взрыв (коллапс) в начале образования присутствует и в той и в другой. Подобно тому как первые звезды стали формироваться из крошечных элементов, собравшихся в газопылевые облака, планеты также стали форми-роваться из весьма малых тел. Процесс самоорганизации материи наблюдается и при формировании крупномасштабной структуры Вселенной, и при преобразовании планет и других космических тел из аморфного протопланетного диска в Солнечную систему. Нако-нец, имеет сходство приобретение как первыми звездами, так и планетами сферической формы. Также можно говорить о процес-сах саморегуляции как в звездах, так и в планетах.

Напомним, что главная задача данной книги, помимо рассказа об истории Солнечной системы и ее объектов, - искать общие принципы, способы и механизмы эволюции, универсальные и в каждом случае особые. На первый взгляд в развитии Вселенной и Солнечной системы не так много общего с эволюцией более высо-

-- Но в этой истории даже давно установленные факты, когда их узнаешь, производят силь-ное впечатление. Таков, например, факт, что расстояние между Землей и Луной постепен-но увеличивается и изначально Луна была намного ближе к Земле (что существенно влия-ло на силу приливов земной массы). В частности, в архейскую эру (то есть в период от 4 до 2,5 млрд лет назад) дистанция между Землей и Луной была значительно меньше - от 4 до 20 радиусов Земли, по сравнению с настоящим временем (60 радиусов). Поэтому ско-рость осевого вращения Земли была от 4 до 10 часов в сутки (Глуховский, Кузьмин 2012; см. также: Азимов 2000). Таким образом, простой в плане астрономии факт, что земные сутки не всегда были 24 часа (а меньше) и не всегда будут 24 часа (а больше), очень мно-гое говорит об истории Земли и Луны.

42 Глава 3

кого уровня, то есть биологической и социальной. Но при более внимательном анализе заметно, что эволюция везде использует те же универсальные инструменты: вариативность и многолиней-ность, создание систем эволюционно магистрального и бокового (аналогового) типа, самоорганизацию (хотя и разного качества для разных объемов тел) и саморегуляцию (о последней см.: Гринин 2016a), концентрацию материи и ресурсов, индивидуальность и рождение "близнецов" и т. п.^* Выше мы также говорили об осо-бенностях принципа распределения вещества, когда основное ко-личество вещества концентрируется в наиболее крупных телах при преобладании по численности мелких тел; о концентрации редких веществ и свойств и др.^*

Важно отметить, что в планетах можно увидеть некий эволю-ционный мостик между космической и биологической формами эволюции, поскольку в рамках планет начинается геологическая форма эволюции (неразрывно связанная на Земле с биологиче-ской), а также активно развивается химическая форма движения материи.

3.2. Рождение звезд и базовый сценарий образования Солнечной системы

Наблюдения за рождением звезд. Наблюдения молодых до-звездных и звездных объектов в настоящее время проводятся в ши-рочайшем спектре длин волн: от рентгеновского до радиодиапазона (Маров и др. 2008: 225). При этом ведутся наблюдения за всеми стадиями процесса звездообразования. Наблюдения производятся за сотнями объектов формирующихся сгущений и молодых звезд. Эти наблюдения подтверждают эволюционное правило о наличии континуума состояний и характеристик, так как весьма часто рез-ких переходов между ними не отмечается. От крайних форм число переходных велико, порой огромно^*. В то же время всегда суще-ствует и некоторая дискретность (как проявление закона перехода количества в качество)^*.

Считается, что хотя скорость звездообразования в Галактике могла меняться, сам этот процесс миллиарды лет назад принципи-ально не отличался от современного (Адушкин, Витязев 2007; Elmegreen, Efremov 1998). А это означает, что результаты совре-менных наблюдений за рождением звезд можно экстраполировать

Формирование протосолнечной системы

-- на процесс рождения Солнечной системы около 5 млрд лет назад. Такие же экстраполяции применяются и при реконструкции биоло-гических и социальных процессов (в частности, в истории перво-бытного общества активно используются данные этнографии). Правда, исторический момент появления той или иной системы всегда крайне важен, так как его особенности иногда способны дать ключ к пониманию тех или иных вещей^30*. В этой связи нельзя не обратить внимание на то, что темп звездообразования в галакти-ках изменяется. Временами они переживают эпизоды бурного звез-дообразования, когда очаги формирования звезд покрывают всю галактику. В нашей Галактике последний подобный эпизод про-изошел 5-7 млрд лет назад. Возможным триггером для таких эпи-зодов может служить слияние галактик (Бочкарев 2010: 25). И если 5 млрд лет назад происходил особо активный процесс звездообра-зования, это могло вызвать пока неизвестные нам влияния на осо-бенности нашей Солнечной системы.

Так или иначе, уже очень много известно о том, как звезды об-разуются из огромных облаков газа и пыли, разогреваясь при сжа-тии³¹. Такие процессы даже можно наблюдать, хотя из-за плотной оболочки светимость молодых протозвезд мала. Наибольшие труд-ности в объяснении связаны с образованием планетной системы.

-- итоге за последние 20-30 лет был разработан так называемый стандартный сценарий формирования планетной системы из про-топланетного газопылевого диска, который окружал протосолнце 4,6 млрд лет назад. В нем рассмотрены основные физико-химичес-кие процессы, а также созданы компьютерные модели формирова-ния планет из различных тел астероидных размеров. Также удалось сделать оценки времени формирования планет с учетом более до-стоверных, в том числе изотопных данных. Все это подкрепляется открытием многих тысяч дисков около молодых звезд, обнаруже-нием многих сформировавшихся планетных систем (Адушкин, Ви-тязев 2007: 397). Этот сценарий, конечно, имеет множество лакун и вариаций, однако он позволяет очертить общие контуры процесса, особенно если говорить об образовании Солнца и планет.

-- Так, народы, жившие несколько тысяч лет назад, по своей энергии (пассионарности) могли быть намного выше, чем этнографически описанные племена, отсюда и их разная роль в истории.

-- Теория эволюции звезд считается почти завершенной и сейчас не находится в центре вни-мания (Бисноватый-Коган 2010: 27).

44 Глава 3

Сегодня невозможно установить (хотя это важно и могло бы дать ключ к объяснению тех или иных особенностей Солнечной системы), родилось ли Солнце в составе молодого рассеянного скопления звезд или возникло в результате сжатия одиночной гло-булы. Последнее является хотя и более редким, однако вполне воз-можным вариантом. И астрономами давно обнаружены глобулы - маленькие темные туманности с массами, не сильно отличающи-мися от массы Солнца, и значительными (для туманностей) плот-ностями (Громов 2012). При этом, по предположительным расче-там, некоторые из наблюдаемых глобул в перспективе должны начать сжиматься (а возможно, они уже сжимаются, но при наблю-дениях это незаметно)³².

Отметим, что альтернатива - возникновение одиночной систе-мы или группы взаимодействующих систем - существует при об-разовании новых систем на всех уровнях (биологические виды; государства, вождества и пр.). Системы одного типа могут образо-вываться более или менее одновременно, поскольку складываются сходные условия и в рамках этих условий идет дифференциация. Образование в сравнительно близкое время в результате особых условий ряда биологических родов или видов называется типогене-зом. А в результате каких-либо политических событий, например подъема революционного движения, могут почти одновременно образовываться политические партии. Так было, например, в Рос-сии в конце XIX - начале ХХ в. Но, конечно, системы могут обра-зовываться индивидуально. Таким образом, даже типичные объек-ты не появляются всегда одним и тем же образом. Напротив, вари-ативность условий рождения - непременный атрибут появления различных систем. А от конкретных условий во многом зависят их характеристики и судьбы^*.

Если использовать социальные характеристики, то у звезд и планет имеется своего рода "кастовость" или "ранговость". А если использовать биологические характеристики, то налицо особен-ность соединения генотипа и фенотипа в особую и неповторимую комбинацию. И эта "ранговость" и аскриптивность (то есть пред-

-- В первом случае (рождение в молодом рассеянном скоплении звезд) важно учитывать, что эти скопления не вечные. Сегодня только примерно каждая десятая входит в состав скоп-ления, содержащего от сотен до десятков тысяч звезд в области диаметром несколько све-товых лет. Но фактически большинство звезд родилось в таких группах, которые обычно распадаются за миллиарды лет, а звезды "разбредаются" по всей Галактике (Цварт 2013).

Формирование протосолнечной системы

писанность) исключительно присуща космическим объектам. От-клониться от траектории своей типичной судьбы (типичной для данного класса объектов) они могут только в особых случаях (в частности, при катастрофах, захватах их более крупными объек-тами и т. п.) или при каких-либо совсем исключительных обстоя-тельствах, которые ведут их вверх по ступеням эволюции, как слу-чилось с Землей.

Но при всей этой предписанности, как мы уже говорили, суще-ствует огромная вариативность и даже индивидуальность в судьбах объектов (см. об этом: Гринин 2013: 134 и далее). Мы уже указыва-ли, что, по сути, в Большой истории впервые встречается в столь явно выраженной форме проблема вариаций жизненного цикла ин-дивидуальных объектов. При этом судьба и длительность жизни, а также тип смерти, с одной стороны, зависят от начальных парамет-ров, они как бы запрограммированы "генетически" (и, следова-тельно, могут быть предсказаны), а с другой - они могут быть из-менены рядом случайных обстоятельств (Там же)^*. Но сказанное едва ли не в еще большей степени относится к планетам и их спут-никам.

Об облаках. Звезды образуются из газопылевых облаков. По-следние в основном состоят из водорода и в меньшей степени ге-лия, в них также есть другие элементы и твердые (пылевые) части-цы. Облака бывают атомарные и молекулярные. Дело в том, что в плотных и холодных межзвездных облаках, готовых к сжатию, часть вещества объединяется в молекулы. Таким образом, возни-кают молекулярные облака. Главной молекулой межзвездной сре-ды является молекула водорода (Н₂). После него наиболее распро-страненной космической молекулой является оксид углерода (СО) (Вибе 2016: 50). Но в облаках также обнаружены десятки других молекул, порой довольно сложных. Массы этих облаков огромны, только в нашей Галактике, возможно, они составляют миллиард масс Солнца (Пикельнер 1976: 12).

Плотность молекулярных облаков в сотни раз больше, чем у облаков атомарного водорода (Абрамова, Пшеничнер 2014: 43; см. также: Вибе 2016: 48). При этом звезды образуются в наиболее плотных их областях. Температура в молекулярных облаках всего на несколько градусов выше абсолютного нуля. Но именно при та-ких условиях возникают неустойчивые к гравитационному сжатию

46 Глава 3

отдельные уплотнения в облаке массой порядка массы Солнца и становится возможным формирование звезд. Около половины меж-звездного газа содержится в молекулярных облаках (Абрамова, Пшеничнер 2014: 43). Вновь мы видим, что неравномерность, в том числе в концентрации вещества, является универсальным паттер-ном существующего порядка и эволюции^*. При этом даже там, где концентрация низкая, различия могут быть колоссальными, в част-ности, как сказано выше, плотность молекулярных облаков на два с лишним порядка больше, чем атомарных (таковы возможности структурирования материи). И так везде: структурированная си-стема намного компактнее, и именно в ней, благодаря концентра-ции, возможны какие-либо новые качественные процессы^*. Также здесь налицо состояние неустойчивости - важная характеристика для тех объектов, которые находятся в точке выбора разных путей (бифуркации). От того, какой путь система сумеет избрать, и зави-сит ее эволюция^*.

Как уже было сказано, молекулярные облака образуются из разреженного атомарного газа, который по каким-то причинам уплотняется, остывает, и атомы в нем начинают объединяться в молекулы. Очень интересно, что в результате образования звезд их энергетическое воздействие рассеивает родительское облако и пе-реводит его обратно в разреженное атомарное состояние (Вибе 2016: 49). Таким образом, происходит некий круговорот состояний, который, как мы полагаем, можно наблюдать на других уровнях эволюции. Так, смерть растений создает плодородные почвы, торф или угольные пласты; распад империй - возможность возникнове-ния новых государств и культур^*.

Возможности и условия рождения звезд. Но следует пони-мать, что звезды образуются не автоматически. Для этого нужны условия. С. Миттон (1984: 97) подчеркивает, что образовать звезду из газа непросто, иначе весь газ давно бы превратился в звезды. При этом легче образовать 200 звезд, чем 20. Это значит, что звез-ды чаще возникают сразу большими скоплениями³³. Как установил еще Джеймс Джинс в 1902 г., для сжатия облака необходимы опре-

-- Фрагменты молекулярных облаков, которые обособляются гравитационной неустойчиво-стью и начинают сжиматься, обычно имеют массы от 100 до 1000 масс Солнца (Бочкарев 2010: 13). См. выше обсуждение вопроса о том, как образовалось наше Солнце - в составе целого ряда звезд или как одиночная звезда. Больше шансов на то, что в составе многих звезд. Но тогда интересно понять, кто является братьями и сестрами Солнца.

Формирование протосолнечной системы

деленные его масштабы, в несколько десятков парсек в поперечни-ке (Громов 2012: 18). Здесь можно говорить о переходе количества

-- качество^*. Но можно сделать вывод, что для ряда процессов нуж-ны общий вектор, общность. А затем после совершения процесса общность распадается (так из огромного облака образуются от-дельные самостоятельные звезды). Так, в одиночку люди не будут переселяться, но племенами или группами (караванами, как двига-лись на запад переселенцы) смогут это сделать. А потом могут и разойтись кто куда. Так и птицы собираются стаями, а потом раз-летаются^*.

Газ может находиться в газообразном состоянии в облаках очень долго, для его сгущения нужен какой-то толчок³⁴. Да, для сгущения облака, в результате чего позже образуются протозвезды, как и для начала многих процессов, требуется толчок, или триггер (например, ударная волна от взрыва сверхновой или другие факто-ры, способствующие началу конденсации облака). Иначе в таком состоянии потенциальной готовности к трансформациям облака могут находиться многие миллионы и даже десятки миллионов лет. Это подобно тому, как порох может лежать длительное время, не производя никакого эффекта, но всегда при этом готов к взрыву. И стоит искре попасть в него, как происходит взрыв.

Триггерность, таким образом, необходимый элемент эволюци-онных процессов. Напомним, в первой книге нашей монографии мы отмечали (Гринин 2013: 151-152), что по многим параметрам молекулярные облака выступают как аналоги звезд (а в Главе 6 мы говорим о поясе астероидов как об аналоге планеты). При этом, по-скольку толчок - это нередко внешний фактор, его характеристики во многом случайны и в то же время значительно влияют на осо-бенности запускаемых им процессов. Здесь налицо соединение внутренних/эндогенных и внешних/экзогенных процессов как не-разрывного единства. Триггер не сработает без внутренней готов-ности системы, но даже высокий уровень внутренней готовности не может сам собой запустить процесс трансформации, как не мо-жет порох взорваться без огня^*. Триггерность отличается от ката-

-- Это касается как сгущений, из которых потенциально могут образоваться большие скоп-ления звезд, так и зародышей одиночных звезд - глобул. Последние с "пограничным" зна-чением радиуса, массы и температуры могут весьма долго пребывать в "подвешенном" состоянии, не сжимаясь и не рассеиваясь (Громов 2012).

48 Глава 3

лизаторности в химических процессах тем, что химическая реакция может идти и без катализаторов, только намного медленнее, тогда как без триггера процесс не запустится.

-- вышеописанном примере с кистеперыми рыбами, которые стали предками сухопутных животных, можно отметить как готов-ность рыб к выходу на сушу (поскольку они имели преадаптации - конечности-плавники, которые можно было использовать для пе-ремещения по дну), так и триггерность. Возможно, окончательным толчком для выхода на сушу стали изменения климата и более сильное пересыхание неглубоких водоемов, чем обычно. Можно предположить и другие качественные переходы при образовании новых видов или даже родов. С одной стороны - готовность в слу-чае, когда все ниши заняты и популяции готовы к трансформациям,

-- другой - какие-либо достаточно быстрые и резкие изменения, за-пускающие процесс видообразования (включая и повышенную му-тагенность, например в результате повышения радиационного фо-на). Подобное происходит и при возникновении государства. С од-ной стороны, необходима ситуация, когда внутренние процессы усложнения управления и социальной стратификации достигают нужного уровня сложности. С другой - какое-либо резкое ее изме-нение, например война, вынужденное переселение или открытие данного общества для внешнего мира (как случилось с гавайцами в конце XVIII в., когда их острова открыл Джеймс Кук). В отсут-ствие же необходимого триггера образуются аналоги эволюционно типичных/признанных систем^*.

Этапы образования звезд. В самом общем виде процесс обра-зования протозвезды, равной массе Солнца, выглядит следующим образом. На сегодняшний день эта модель во многих аспектах под-тверждена астрономическими наблюдениями³⁵, поскольку сейчас удается наблюдать практически все стадии образования звезд (Боч-

карев 2010: 11).

Первый этап, о котором уже было сказано, - это медленный процесс ожидания начала интенсивного сжатия. Но, по сути, это и подготовительный процесс. При этом облако может просто нахо-диться в своего рода равновесии (газ не рассеивается и не сгущает-ся). Но сжатие может и происходить, однако очень медленно, так

-- Впервые подобную модель исследовали Ч. Хаяши и Т. Накано в 1965 г. (Громов 2012).

Формирование протосолнечной системы

что обнаружить его в наблюдаемых объектах не удается. Длитель-ность данного этапа зависит от того, когда произойдет спусковое (триггерное) событие. Но в среднем этот процесс длится милли-оны лет.

Второй этап - процесс сжатия облака, который также называ-ют этапом свободного падения. Сжатие происходит неравномерно, центральные части сжимаются быстрее и оказываются более плот-ными, чем внешние (Бочкарев 2010: 13). Неравномерность проте-кания процессов - характернейший паттерн функционирования ма-терии и эволюции. При этом многие процессы, в том числе и в со-циальной жизни, активнее идут в центре, чем на периферии^*.

Если первый этап формирования звезд - подготовка облака к сжатию - измеряется в миллионах лет, то второй - коллапс облака

-- его быстрое сжатие - довольно быстрый по космическим меркам процесс. Сжатие облака происходит за время порядка 10⁴ лет, то есть около 10 000 лет (Маров и др. 2008: 225; Motoyama Kazutaka, Tatsuo Yoshida 2003; Belloche et al. 2006). При этом чем дальше,

тем выше скорость сжатия³⁶. Здесь мы видим пример смены эво-люционных (медленных) периодов революционными (быстрыми, стремительными). Длительное время объект или система готовятся к трансформациям, которые, кажется, никогда не произойдут. И вдруг количество переходит в качество и начинаются быстрые изменения^*.

Существенно, что нагрева облака пока не происходит: избыток энергии благополучно канализируется в окружающее пространство (Бочкарев 2010: 12-13)³⁷, поскольку оболочка, которая будет этому препятствовать, еще не сформировалась (соответственно, облако еще прозрачно для наблюдения). О роли оболочек, которые фор-мируют границы системы и контролируют обмен веществом и энергией со средой, мы уже говорили в первой книге нашей моно-

-- Так же происходит и в ряде социальных революций: скорость изменений в революцион-ном процессе может в течение некоторого времени нарастать, пока сопротивление этому процессу не станет столь сильным, что революционеры окажутся вынужденными бросить все силы на борьбу с "контрреволюцией".

-- Это происходит благодаря особенностям углерода, который, поглощая высокоэнергичные фотоны, затем испускает кванты излучения с энергиями, соответствующими инфракрас-ному диапазону (поскольку облако для него пока еще прозрачно). Вообще углерод в кос-мическом пространстве и ряде процессов играет роль "холодильника" (Громов 2012: 17), что, как мы видим, в ряде случаев имеет важнейшее значение.

50 Глава 3

графии (Гринин Л. Е. 2013: гл. 5), но упомянем еще не раз. Наличие оболочек/границ - это важнейший способ отделения системы от внешней среды^* (см. подробнее: Гринин А. Л. 2016б; Grinin A. 2016).

-- процессе сжатия (или даже до его начала) исходный фраг-мент облака распадается на более мелкие сгустки. Такой процесс называется иерархической фрагментацией и может повториться не-сколько раз, прежде чем сгусток становится непрозрачным для сво-его излучения (Бочкарев 2010: 13)³⁸. Сколько звезд образуется из уже конечного сгустка, зависит от его массы, скорости вращения, дальнейшей фрагментации и других обстоятельств. Примерно по-ловина звезд рождаются одиночными; остальные образуют двой-ные, тройные и более сложные звездные системы. Чем больше компонентов, тем реже встречаются такие системы. Известны звездные системы, содержащие до семи связанных звезд, более сложные пока не обнаружены (Абрамова, Пшеничнер 2014: 45). Нетрудно заметить сходство с рождением потомства у одноплод-ных животных, в частности у людей. Хотя в общем случае, как правило, рождается один ребенок, тем не менее близнецы (от двух

-- до шести-семи детей) составляют 2,5 % всех рожденных детей. Конечно, это не половина, как у звезд. Но зато у многоплодных животных, напротив, рождение одного детеныша - значительно более редкое событие, более характерное для очень молодых или, наоборот, старых матерей. Но так или иначе, в случае рождения звезд мы видим еще один распространенный паттерн мироздания - появление либо одиночных, либо парных (групповых) объектов. Видимо, это одно из фундаментальных свойств природы - форми-ровать группы из объектов близкого масштаба с определенным родственным набором качеств (Павлов 2006: 50). Это в полной ме-ре относится и к формированию группы планет^*.

Если не произошло дальнейшего распада на фрагменты, то раз-витие коллапса приводит к образованию сгустка. Увеличиваясь и уплотняясь, он превращается в одиночную протозвезду, находя-щуюся в состоянии гидростатического равновесия.

Третий этап - собственно образование протозвезды, которая на дальнейших этапах будет трансформироваться в молодую звез-

-- Фрагментация, как и объединение прежде автономных элементов (сегментов), также очень характерный паттерн функционирования систем и множеств во Вселенной, животном и социальном мире^*.

Формирование протосолнечной системы

ду. В процессе сжатия вещество (газ) облака стремится к центру и продолжает сжиматься. Когда плотность достигает величины, пре-вышающей первоначальную плотность примерно в сто раз, начи-нается своего рода фазовый переход. Такая плотность облака ведет

-- тому, что оно становится непрозрачным к собственному инфра-красному излучению. В результате происходят важные изменения. Продолжающийся процесс сжатия будет теперь сопровождаться нагревом (но при нагреве сжатие станет происходить уже гораздо медленнее, чем на этапе свободного падения). Нагрев также пре-кращает фрагментацию. Соответственно, недра облака станут го-рячее его поверхности, и в результате начнется конвекция³⁹. Кон-векция - это вид теплообмена в жидкостях и газах, при котором внутренняя энергия передается струями и потоками. Это очень распространенный процесс в природе, в частности, характерный и для внутренних частей планет (например, мантии Земли). В сжав-шемся облаке горячие "пузыри" газа будут всплывать из глубин к поверхности, отдавать избыток тепла межзвездной среде и снова "нырять" обратно (Громов 2012). В результате этих и других про-цессов облако теряет однородность, его центральные области ста-новятся более плотными и горячими, чем периферия.

Считается, что половина тепловой энергии облака уйдет в про-странство, а вторая половина израсходуется на нагрев газа, кото-рый произойдет прежде всего в центральных областях. Итак, мы видим, как за счет прекращения теплообмена с внешней средой и центростремительных сил, поддерживаемых гравитацией, форми-руется структура будущей звезды, ядро и другие оболочки.

Перед нами одна из тайн самоорганизации - превращение аморфной материи в организованную, способную в дальнейшем к сложному функционированию, саморегуляции и эволюции. Имен-но к таким случаям относится знаменитый закон Г. Спенсера (о ко-тором мы уже говорили в первой книге этой монографии: Гринин 2013: 71) - закон перехода вещества по мере его качественного развития из неопределенной (недифференцированной, неспециали-зированной) однородности к определенной (более специализиро-ванной) разнородности^*. "Эволюция, - писал Г. Спенсер, - измене-ние от неопределенной, несвязной однородности к определенной,

-- Конвекция (от лат. "перенесение") - вид теплообмена, при котором внутренняя энергия передается струями и потоками за счет неравномерного нагревания.

52 Глава 3

связной разнородности через постоянную дифференциацию и ин-теграцию" (Spencer 1972: 216). Правда, напомним, что сам Спенсер внезапных трансформаций не признавал, предпочитая медленные и незаметные изменения. А здесь, в процессе образования звезды, мы наблюдаем именно резкую трансформацию, момент перехода (быстрого, катастрофического, революционного) накопленного ко-личества (в данном случае энергии и плотности) в качество, воз-никновение протозвезды из облака^*.

Формирование протоструктуры. Процесс формирования струк-туры будущей звезды связан: а) с притягиванием вещества перифе-рии к ядру; б) рассеиванием части вещества периферии.

Формирующееся ядро пока еще слабо похоже на ядро звезды. Оно, по расчетам, будет иметь массу порядка всего 0,01 солнечной, зато радиус, равный 6000 солнечных, и температуру около 2100 К. Но процесс уже запущен. Падая на ядро, газ тормозится, а его ки-нетическая энергия переходит в тепло и разогревает ядро еще и снаружи (Громов 2012). Масса ядра растет, что приводит к его сжа-тию и выделению тепла по всему объему. Затем происходит следу-ющий фазовый переход. После достижения температуры 10 000 К вещество начинает менять свою структуру. Атомы начинают иони-зовываться (а диссоциация молекул и разрушение пылинок про-изошли раньше). В результате нагрева и изменения структуры вещества центральная часть ядра вновь резко сжимается. Обра-зуется более плотное и горячее внутреннее ядро. После полной ионизации температура и давление во внутреннем ядре стабилизи-руются. Сжатие внутреннего ядра на время останавливается при массе опять-таки около 0,01 солнечной и радиусе порядка 1000 сол-нечных (Там же). Таким образом, структура формирующейся звез-ды усложняется: в ней появляются внутреннее и внешнее ядро, а также сложная периферийная часть. В целом по сравнению с са-мыми начальными данными давление повышается более чем в ты-сячу раз (Абрамова, Пшеничнер 2014: 43).

Четвертый этап связан уже с формированием молодой звезды

-- выходом ее на главную последовательность. Как известно, когда температура в центре протозвезды достигает нескольких миллио-нов градусов, начинаются термоядерные реакции. Выделяющееся при этом тепло полностью компенсирует охлаждение протозвезды с поверхности, сжатие прекращается.

Формирование протосолнечной системы

При образовании молодой звезды часто образуется околозвезд-ный диск, который может стать протопланетным. По поводу этого диска ведется много дискуссий, мы о нем еще скажем далее.

Такова теоретическая модель образования звезд (базовый сцена-рий), частично подтвержденная прямыми наблюдениями. Во мно-гих основных чертах, вполне возможно, данный сценарий спра-ведлив и для процесса образования Солнца. Однако переход от теории к конкретной истории всегда непростой. Тем более что в отношении образования планетной системы намного больше неяс-ностей, чем собственно самого Солнца.

3.3. История формирования Солнца

-- настоящей главе нас особенно интересует самый первый период формирования протосолнечной системы из газопылевого облака. Предположительно, он длился в пределах 10 млн лет. Возможно, период формирования занимал меньше времени (хотя, по некото-рым оценкам, он мог быть и более длительным). Так, по современ-ным данным, продолжительность существования дисковых струк-тур около молодых звезд составляет 5-7 млн лет (Адушкин и др. 2008: 277). Наиболее древние системы, имеющие дисковые струк-туры, имеют возраст около 25 млн лет (он измеряется возрастом их звезды [Там же]). Но процент числа звезд, имеющих диски, зависит от возраста звезды и резко снижается с 80 % для молодых звезд до 10 % для более старых (Momose et al. 2003). Поэтому есть вероят-ность, что все события от начала процесса звездообразования в мо-лекулярном облаке до образования планет-гигантов в газопылевом протопланетном диске укладываются в промежуток времени в 10 млн лет (Маров и др. 2008: 22, 225; см. также: Элкинс-Тантон 2017: 95)⁴⁰. Однако, как мы увидим в Главах 6 и 7, временны_?е оценки зависят от особенностей гипотез о формировании планет и сильно колеблются.

Триггерное событие и рождение Солнечной системы. Сколь-

ко времени понадобилось, чтобы протосолнечное облако начало сжиматься, разумеется, сказать невозможно. Вероятно, миллионы лет. Что могло стать для него триггерным событием? Непосред-

-- Но процессы окончательного формирования самого нашего светила - Солнца - до выхода его на главную последовательность могли длиться дольше. Встречаются мнения, что пе-риод медленного сжатия звезды до выхода ее на главную последовательность длится до 50 млн лет (Суркова 2005: 50).

54 Глава 3

ственно спусковым механизмом становится небольшое (спонтан-ное) уплотнение вещества газопылевого облака. Однако важнее, что именно вызывает такое уплотнение, которое ведет к сжатию облака и коллапсу ядра. Его могут вызвать: взрыв вблизи него сверхновой и последовавшие за ним выброс вещества и ударная волна; сжатие молекулярного облака при его прохождении через спиральный рукав Галактики; потоки газа из формирующихся по соседству массивных звезд или расширяющиеся области низкой плотности, то есть ионизованного водорода (Маров и др. 2008: 225). Допускается также, что первичное уплотнение вещества про-тосолнечного газопылевого облака могла вызвать и естественная динамика облака, которое стало центром притяжения для окружа-ющего вещества - центром гравитационного коллапса.

-- все же в качестве такого события для рождения Солнечной системы чаще всего называют взрыв сверхновой. Чисто психоло-гически кажется, что именно такое неординарное событие больше подходит для начала формирования Солнечной системы. Напом-ним, имеется предположение, что Солнечная система образовалась

-- плотной звездной ассоциации с присутствием массивных звезд, где должны были происходить более частые взрывы сверхновых (Адушкин и др. 2008: 276). А это давало больше шансов будущему Солнцу и особенно планетам Солнечной системы на более богатый химический состав и концентрацию некоторых элементов, без чего не могла бы возникнуть жизнь на Земле.

Есть и материальные основания говорить о взрывах сверхно-вых в качестве триггерных событий. В метеоритах найдены изото-пы, которые образуются при таких взрывах. В частности, изучение метеорита Альенде показало наличие вымершего ²⁶Мg (на основа-нии анализа аномального ²⁶Al). Этот короткоживущий (время по-лураспада - 720 тыс. лет) изотоп рождается при вспышках сверх-новых (Там же).

Такие данные позволяют уже реконструировать и некоторые датировки, хотя, как и бывает в таких случаях, когда фактов мало, реконструкции существенно различаются. Наличие указанных изо-топов говорит о том, что максимум за два миллиона лет до рожде-ния Солнечной системы рядом в комплексе была вспышка сверх-новой. Но здесь могли быть варианты (Там же). И эта сверхновая либо послужила триггером для начала формирования Солнца (и его

Формирование протосолнечной системы

"соседей"), либо впрыснула некую долю вещества в уже формиру-ющуюся Солнечную систему (то есть формирование Солнечной системы в этом случае имело другой триггер, взрыв еще одной сверхновой или что-либо еще). Также есть мнение, что спустя мил-лион лет после начала формирования Солнечной системы была еще одна вспышка сверхновой, впрыснувшей короткоживущий ⁶⁰Fe (Bizzarro et al. 2007). Отметим попутно, что анализ изотопов дает возможность реконструировать и доказывать факты любой истории (Вселенной, Солнечной системы), а не только жизни и общества (как известно, радиоуглеродный и другие методы активно исполь-зуются для исторических датировок и определения возраста биоло-гических останков и окаменелостей).

Возвращаясь к вопросу о том, возникло ли протосолнце в мо-лодой ассоциации звезд (или появилось как одиночная звезда), можно сказать, что взрыв сверхновой, если именно он был триг-герным событием, скорее всего, должен был стать причиной появ-ления множества звезд. Таким образом, у Солнца должны были быть родственники и соседи. Естественно, очень хотелось бы знать, кто они.

Обнаружение даже одного родственника Солнца даст очень важную информацию о самых первых этапах жизни Солнечной системы, которые, казалось бы, давно уже канули

-- Лету. Теоретики смогут более точно вычислить место рож-дения Солнца и определить, например, сильно ли измени-лось гравитационное поле Галактики. К тому же окрестности родственников Солнца станут отличным местом для поиска пригодных для жизни планет. Хотя мы выглядим очень оди-нокими в Галактике, так было не всегда. Многие особенно-сти Солнца - хотя бы то, что оно взрастило жизнь, - могут стать более понятными при знакомстве с его семьей (Цварт

2013; см. также: Zwart 2009; 2016; Pfalzner et al. 2015). Одна-

ко найти таких родственников крайне сложно, поскольку звездная жизнь разбрасывает звезды из одного помета за счет вращений и пертурбаций среди миллиардов других звезд по всей нашей Галактике, подобно тому, как земная жизнь разбрасывает родственников по разным странам. Рос-сийские астрономы Юрий Мишуров и Ирина Ачарова счи-тают возможности найти родственников Солнца маловеро-ятными (В поиске... 2010).

56 Глава 3

Напомним заодно, что сверхновые могут быть гигантскими звездами, а они "живут" недолго (миллионы лет), тогда как не-большие звезды, такие как Солнце (желтые карлики), - миллиарды (Солнце - 10 млрд) лет. Следовательно, здесь наблюдается сочета-ние комбинации короткого и долгого века звезд, когда звезда с ко-ротким веком становится причиной для рождения звезд с долгим веком.

Из сказанного также ясно, что взрыв сверхновой выступил не только в качестве триггера начала процесса формирования Солнеч-ной системы, но и как источник ее химического состава. В недрах Солнца синтезируются только легкие элементы, так что наблюдае-мый химический состав Солнечная система во многом унаследова-ла от своей предшественницы - гигантской звезды - и при взрыве сверхновой (Маракушев и др. 2013: 133). Таким образом, именно от особенностей химического состава сверхновой (или сверхновых) зависела вся судьба Земли⁴¹.

Стадии коллапса, образования протосолнца и аккрецион-ного диска. Итак, первая стадия образования Солнечной системы длилась несколько миллионов лет, пока не началось сжатие облака. Вторая стадия - сжатия, как мы помним, очень короткая, примерно 10 000 лет. На этой стадии Солнце окружено непрозрачной аккре-ционной оболочкой, которая поглощает интенсивное излучение молодого Солнца и переизлучает его в инфракрасном диапазоне (Забродин и др. 2008: 298). То есть разогрева облака еще не проис-ходит. Третья стадия начинается, когда сжатие приводит к прекра-щению теплоотдачи и формированию протоструктуры Солнечной системы. При этом, поскольку за счет гравитационного сжатия размеры облака уменьшались, должна была расти скорость его вращения (в силу закона сохранения углового момента). Сжатие приводило к росту плотности, что увеличивало температуру осо-бенно в центре диска, в том числе и за счет роста интенсивности столкновений частиц вещества друг с другом. Важно учитывать, что увеличение скорости вращения и другие процессы привели к

-- Точнее было бы сказать, что Солнечная система унаследовала небольшой процент хими-ческого состава от сверхновой. Но это определило важные моменты ее формирования, по-скольку некоторые из этих элементов сконцентрировались в отдельных телах, включая Землю. Кстати, недавние открытия в области того, что Homo sapiens унаследовал до 2 % генов от неандертальцев, показывают, что своего рода "дрейф генов" - также общеэволю-ционный паттерн^*.

Формирование протосолнечной системы

уплощению облака и превращению его диска⁴². Таким образом, из облака возникла новая структура: протосолнце с зародышевым диском и аккреционная оболочка (Маров и др. 2008: 225). Теперь процесс должен был пойти по пути все большего сжатия и форми-рования ядра, затем внутреннего ядра, где плотность и температу-ры постоянно возрастали.

Аккреция и рост массы протосолнца. Итак, ядро протосолн-ца (в том числе и внутреннее ядро) сформировалось. А оставшееся вещество периферии начало частично падать на ядро, которое за счет этого стало увеличиваться в размерах. Данный процесс выпа-дения вещества на поверхность какого-либо тела, как мы помним, называется аккрецией.

Процесс аккреции, или переноса вещества в данном случае из аккреционной оболочки (то есть периферии сжимающегося облака) на ядро формирующейся звезды, проходит несколько этапов. Соот-ветственно, масса аккреционной оболочки постоянно убывает. "В силу закона сохранения углового момента, меньшая часть мас-сы диска, расположенная в его периферийной, удаленной от звезды части, перемещается в противоположном направлении, увеличивая радиус диска" (Кусков и др. 2009: 66). В целом эволюция аккреци-онных дисков определяется в основном взаимодействием гравита-ции центральной звезды, вращения, магнитного поля и турбулент-ности (Дудоров и др. 2015: 11).

Вот как М. Я. Маров и соавторы (2008: 225-226) описывают процесс аккреции в соответствии со множеством прямых наблюде-ний за звездами. Сначала масса аккреционной оболочки больше массы протозвезды (это класс 0), поэтому протопланетный диск на этой стадии еще не обнаруживается спектрально, но его существо-вание и аккреция вещества из него на протозвезду проявляется в наблюдаемых мощных потоках газа, истекающих из протозвездно-го объекта. После того как больше половины массы коллапсирую-щего протозвездного объекта оказывается в протозвезде, темп ак-креции замедляется. Наблюдаемый объект переходит в спектраль-ный класс I. Благодаря меньшей массе оболочки на этой стадии спектрально удается распознать диск вокруг протозвезды и аккре-

-- При сжатии диска во много раз момент вращения сохраняется неизменным, а момент инерции уменьшается пропорционально квадрату степени сжатия, и, значит, во столько же раз должна возрасти скорость вращения (Савченко, Смагин 2013: 7).

58 Глава 3

цию газа на нее из диска⁴³. Открытие потоков-истечений у прото-звезд и молодых звезд явилось очень веским аргументом в пользу совместного и одновременного образования звезд и окружающих их дисков⁴⁴. Наконец, после того, как аккреционная оболочка в ос-новном выпадает на протосолнечный диск, протозвезда превраща-ется в молодую звезду, окруженную газопылевым диском, которую можно наблюдать в видимом и более коротковолновых участках спектра. При этом аккреция вещества из диска на звезду продолжа-ется. Такие звезды с дисками по спектральным характеристикам относят к классу II.

Относительно времени процесса аккреции мнения различаются, поскольку сделать оценки весьма сложно (Засов, Постнов 2011: 308). Формирование Солнца как звезды, по некоторым предполо-жениям, произошло за промежуток времени, равный примерно 0,1·10⁶ (то есть 100 тыс.) лет. Солнце за этот период аккумулирова-ло около 90 % своей массы (Макалкин, Дорофеева 1995: 101). Встречаются также оценки интервала времени как меньше этой цифры, так и намного больше, порядка нескольких миллионов лет (Дудоров и др. 2015: 11; см. также: Засов, Постнов 2011: 279). Воз-можно, более правильной оценкой будет средняя, то есть период в районе 1 млн лет⁴⁵.

Обмен вещества и начало образования протопланетного диска. Мало того, что не все вещество из аккреционного диска вы-падало на ядро протосолнца, часть выпавшего вещества вновь ухо-дило из него в виде солнечного ветра и истечения (см. выше; см. также: Забродин и др. 2008: 298). Происходил своего рода обмен

-- К настоящему времени проведены наблюдения десятков объектов звезд спектрального класса I в нескольких областях звездообразования (White et al. 2007).

-- При аккреции вещества из диска звезде передается угловой момент, ускоряющий ее вра-щение. Если бы все вещество из диска поглощалось протозвездой, то она, постоянно уско-ряя вращение, потеряла бы устойчивость. Этого не происходит из-за образования во внут-ренней части диска, близко к поверхности звезды, двух потоков ионизованного газа, пред-ставляющих собой протозвездный и/или дисковый ветер (Маров и др. 2008: 226). То есть возникает противоположное движение, которое устанавливает некоторое равновесие.

-- Как определяют Т. Монтмерль и его соавторы (Montmerle et al. 2006), первый миллион лет

-- истории Солнечной системы - звездная эра. Главные изменения - это формирование Солнца в звездный кластер в процессе аккреции материала из протосолнечного диска и постепенное исчезновение окружающей оболочки. Они рассматривают следующий период длительностью 10 млн лет как эру протопланетного диска, когда этот диск постепенно исче-зает и начинают формироваться планеты; третий период длительностью до 100 млн лет - "земная" эра, когда образуются планеты земной группы (каменистые планеты) (Ibid.).

Формирование протосолнечной системы

веществ в рамках системы, но общий баланс был в пользу роста массы протосолнца. Масса, которая уносится протозвездным вет-ром, составляет примерно 0,1-0,03 массы, которая поступает к про-тозвезде из окружающего диска (Маров и др. 2008; Hollenbach et al. 2000; Pudritz et al. 2007).

-- настоящее время Солнце содержит в себе 99 % всей материи Солнечной системы. Какую часть аккумулировало в себе прото-солнце от протосолнечного облака, можно говорить только очень предположительно, но, по всей видимости, где-то 60-80 %. Часть вещества диссипировала в космическое пространство в процессе образования протосолнечной системы. Часть оставалась в прото-планетном диске, но, как мы увидим ниже, и основная часть веще-ства протопланетного диска либо рассеялась в космическом про-странстве, либо упала на Солнце.

Собственно, процесс трансформации вещества или энергии ни-где не имеет 100 % КПД, всегда открывается несколько вариантов его распределения, что и дает возможность для проявления много-образия и разнообразия комбинаций^*. Оставшееся вещество аккре-ционного диска частично рассеивается в пространстве, а частично формируется в протопланетный диск. С образованием протопла-нетного диска начинаются процессы, связанные с формированием допланетных тел и протопланет, о чем будет сказано в другой главе.

Глава 4. Образование

допланетных тел

4.1. Основные вопросы главы и их значение

Главные события, которые рассматриваются в данной главе:

образование протопланетного диска из остатков аккрецион-ной оболочки протосолнечной системы;

образование в структуре диска так называемого пылевого субдиска, в котором сконцентрировалось твердое вещество;

образование в пылевом субдиске сгущений и твердых тел; рост и столкновения этих допланетных тел.

Это весьма сложные процессы. Они включают в себя: а) обра-зование и эволюцию допланетного газопылевого турбулентного диска; б) радиальный перенос и температурное фракционирование дискового вещества; в) фазовые переходы с выделением высоко- и низкотемпературных конденсатов; г) рост, объединение и оседание пылевых частиц к экваториальной плоскости диска, где образуется обогащенный пылью слой (субдиск); д) радиальное сжатие, уплот-нение и гравитационную неустойчивость субдиска, вплоть до воз-никновения первичных пылегазовых кластеров, служащих основой образования зародышей планет - планетезималей⁴⁶; е) ряд других фазовых переходов и процессов (перечисление дается по: Маров

-- др. 2008: 223).

Основные вопросы, затронутые в данной главе, связаны с дис-куссионными проблемами, касающимися, во-первых, образования протопланетного диска. Здесь крайне важными и спорными вопро-сами являются:

-- Был ли этот диск горячим (или даже очень горячим) либо холодным. От этого зависит решение проблемы, когда и каким об-разом переплавилось первичное вещество, из которого начали образовываться зародыши планет и планеты, а сегодня оно пред-ставлено в метеоритах.

-- Планетезимали (англ. planetesimal от planet - планета, infinitesimal - бесконечно малая ве-личина). Планетезималями называют как мельчайшие, так и крупные и очень крупные сгустки вещества.

Образование допланетных тел

-- Масса, состав и другие характеристики этого протопланетно-го диска. Здесь практически все является дискуссионным, а от под-ходов зависит решение проблем образования сгущений и формиро-вания крупных допланетных тел.

-- Вопрос о конденсации пыли в так называемом пылевом суб-диске (если, конечно, признавать само его наличие, что делают да-леко не 100 % исследователей). Именно в этой структуре, как предполагается, образовались сгущения и начались процессы фор-мирования плотных допланетных тел. Понятно, что от решения во-просов о химическом составе этого субдиска, соотношения количе-ства пыли и газа, скорости вращения диска зависит решение вопро-са о том, как именно образовались планеты, а также почему плане-ты внутренней и внешней части образовались по-разному, о рамках этих групп и особенностях формирования подгрупп, например Юпитера - Сатурна и Урана - Нептуна.

-- Вопрос о параметрах поведения газа и пыли в процессе вра-щения протопланетного и пылевого дисков, о том, как эта газопы-левая среда влияла на формирование допланетных тел в разных об-ластях Солнечной системы, скорости их движения к Солнцу и т. п.

-- Как именно начинался и происходил процесс образования твердого вещества в рамках пылевого субдиска и протопланетного диска. Эта проблема является центральной в планетной космого-нии, мы будем ее касаться и в последующих главах.

Здесь имеется целый ряд гипотез. От формирования кон-туров планет как бы сразу за счет фрагментации и дальней-шего сжатия указанных дисков до идеи своеобразного вы-ращивания планет путем медленного собирания сначала крошечных, затем небольших фрагментов вещества, а потом

-- все более крупных. А. В. Витязев и Г. В. Печерникова (2010: 171) по этому поводу замечают: вот уже более 30 лет исследователи не могут выбрать - росли ли планетезимали от пылинок размером ~ 10^-5 см до десятикилометровых пу-тем слипания при взаимных столкновениях или на опреде-ленной стадии (порядка 1-10 см) они прошли через стадию Джинсовской неустойчивости в пылевом субдиске. На кон-ференцию по "дискам и планетам" на Гавайях в 2009 г., например, собралось более 150 участников (равное количе-ство представителей Америки, Японии и Старого Света). Но к согласию исследователи не пришли.

62 Глава 4

-- Вопрос о природе наиболее распространенных в метеоритах элементов (так называемых хондритов), а также о физических при-чинах и времени их спекания. Поскольку данные, полученные при исследовании метеоритов, являются важнейшими в объяснении ря-да аспектов образования древнейшего вещества Солнечной систе-мы, указанный вопрос становится одним из центральных в объяс-нении процессов образования допланетных тел.

-- Наконец, процесс движения, столкновений, роста и фрагмен-тации допланетных тел представляет собой исключительно важную (но также дискуссионную) проблему.

Сложность реконструкции процесса образования планет Сол-нечной системы связана с тем, что у нас мало данных, подтвержда-емых прямыми наблюдениями или анализом вещества с различных планет. И, как это обычно и бывает, сложность проблемы и недо-статок данных компенсируются огромным количеством гипотез и теорий, которых за два столетия выдвинуто множество⁴⁷. Тем не менее пока ни одна из этих гипотез не может объяснить все факты, относящиеся к планетам (Савченко, Смагин 2013: 8). Но число установленных фактов довольно быстро растет. В частности, в не-которых околозвездных дисках наблюдаются газопылевые клампы (сгущения), указывающие на возможное образование протопланет

-- аккреционных дисках молодых звезд (Дудоров и др. 2015: 11).

4.2. Образование допланетного диска

Предварительные сведения. Протопланетные/допланетные обла-ко или диск - это в принципе одно и то же понятие. Ранее в пла-нетной космогонии употреблялось первое понятие, в современный же период идея "диска" отражает осесимметричную и уплощенную форму этого образования, толщина которого не постоянна, а уве-личивается с расстоянием от звезды (Маров и др. 2008: 225; о тер-минологии см. также: Витязев и др. 1990: 5). Но можно также счи-тать, что протопланетное облако и протопланетный диск - это раз-ные стадии эволюции. Иными словами, после того, как основная масса аккреционной оболочки сконцентрировалась в Солнце, а часть вещества рассеялась в пространстве, оставшаяся газопылевая

-- По наблюдениям А. В. Витязева, только известных ему авторов, предлагавших собствен-ные теории происхождения Солнечной системы, насчитывается около ста. Разумеется, речь идет не о полностью независимых концепциях: во всей совокупности теорий имеются и сходные, и различающиеся элементы (Язев 2011: 348).

Образование допланетных тел

масса представляла собой сначала протопланетное облако. Но по-следнее, будучи неустойчивым, становилось все более плоским и в итоге сконденсировалось в уплотненный диск (Найдыш 2007). Естественно, что этот диск по массе составлял только небольшую часть предшествующего ему аккреционного диска. И из этого про-топланетного диска в процессе его вращения и фрагментации обра-зовались планеты путем нового цикла аккумуляции вещества в протопланетных телах.

Период формирования протопланетного облака-диска, по дан-ным ряда работ, по длительности оценивается примерно в 10⁶-

10⁷ лет, то есть в пределах от 1 до 10 млн лет (Забродин и др. 2008: 298; см. также: Макалкин, Дорофеева 1995: 100; Larson 1972a; 1972b; Ривс 1976: 207)⁴⁸. 10 млн, вероятно, для образования прото-планетного диска являются все же чрезмерным сроком. Ряд иссле-дователей в 10 млн лет укладывают все процессы от коллапса про-тосолнечного облака до образования планет-гигантов в газопыле-вом протопланетном диске (см., например: Маров и др. 2008: 225; Кусков и др. 2009: 57)⁴⁹.

Размеры, масса и состав допланетного диска. Протопланет-ный диск называют маломассивным околосолнечным диском (см., например: Витязев и др. 1990: 101 и др.), поскольку он сохранил лишь несколько процентов от массы аккреционного диска. Массу протопланетного диска обычно рассматривают в интервале не-скольких процентов от массы Солнца до 10 % (см., например: Ви-

-- А. В. Витязев с соавторами (1990: 28) придерживаются меньшей цифры. Они считают, что коллапс протосолнечного облака (туманности) продолжался 10⁵-10⁶ лет, то есть от 100 тыс. до 1 млн лет, и за это же время должен был сформироваться протопланетный (околосолнеч-ный) диск. Другими словами, согласно мнению этих авторов, 1 млн лет - это предельный срок. Таким образом, любые определения длительности процессов в эволюции планетной си-стемы вызывают активные и длительные дискуссии (тем более что весьма часто длитель-ность определяется компьютерным моделированием и компьютерными симуляциями).

-- Но расхождения по поводу длительности периода образования планет, как мы еще увидим ниже, достаточно велики, некоторые исследователи расширяют этот период до 10⁸, то есть до 100 млн лет (см. об этом, например: Тлатов 2010: 175; Витязев и др. 1990: 6). Период образования планет от десятков миллионов до ста миллионов лет определял и О. Шмидт (см.: Там же: 269). Первые сто миллионов лет исключительно важны, считал И. Шклов-ский (1987: 45-46). Однако в пользу идеи, что по крайней мере первые планеты образова-лись в период до 10 млн лет, свидетельствуют наблюдения за молодыми звездами, в кото-рых протопланетный диск вокруг звезды исчезает за достаточно быстрый период порядка

~ 10 млн лет (Кусков и др. 2009: 89; Вибе 2012; Тлатов 2010: 175; Muzerolle et al. 2010).

Впрочем, есть мнения, что иногда исчезновение протопланетного диска у звезд занимает гораздо больше времени - десятки миллионов лет (Адушкин, Витязев 2007: 397; см. также выше).

64 Глава 4

тязев и др. 1990: 7, 20-21; см. также: Макалкин, Дорофеева 1995). Это важно. Если бы его масса превышала 0,15 массы Солнца, оно аккумулировалось бы не в систему планет, а в звездообразный спут-ник Солнца (Найдыш 2007), то есть получилась бы двойная звезда.

Таким образом, в процессе образования Солнечной системы, как и везде в процессе самоорганизации и эволюции, количество определяет качество процесса. От того, больше или меньше веще-ства, энергии, населения и т. п., очень часто зависит, какая именно система образуется и какая ее ждет судьба^*. И кстати заметить, та-кая вариативность показывает сосуществование разных линий эво-люции. С одной стороны, планеты - это, образно говоря, результат нехватки материала для второй звезды, это неудавшиеся звезды (если планеты достаточно большие, как Юпитер), тела, собранные из обломков и остатков материи (то есть аутсайдеры, которые под-бирали то, что осталось). Но с другой - потенциально возможности эволюции в них возрастают благодаря меньшим температурам и сохранению в результате этого молекул или атомов, а также мень-шему размеру, вследствие чего "эксперименты" эволюции требуют намного меньше энергии (об этом см. ниже)^*.

Хотя протопланетный диск был не слишком массивен по срав-нению с газопылевым облаком, из которого родилась Солнечная система, тем не менее пространственно он был достаточно велик

-- весьма неоднороден. Размеры аккреционных дисков молодых звезд составляют 100-1000 а. е. (Дудоров и др. 2015: 11).

Горячий или холодный диск. По вопросу о том, был ли он го-

рячим или холодным, давно ведутся споры. Долгое время считали, что планеты образовались из горячего газа, который постепенно охлаждался; позже вещество перешло в жидкую фазу и далее обра-зовало твердую оболочку (Відьмаченко, Мороженко 2014: 14). Но у этой гипотезы были существенные сложности. В настоящий мо-мент большинство космологов исходят из того, что при этом пла-неты сформировались из холодного материала, который позже был разогрет другими процессами.

Забегая вперед, скажем, что в отношении первичного со-стояния планет, когда они уже сформировались, развитие представлений шло по гегелевскому закону отрицания отри-цания^*. В 1950-х гг. произошел отказ от идеи первичной ог-ненно-жидкой Земли (которую поддерживали О. Ю. Шмидт,

Образование допланетных тел

В. И. Вернадский, Г. К. Юри) и сформировалась идея о хо-лодном начальном состоянии планет. В последние же деся-тилетия идет поворот к идее умеренно горячего состояния планет. Однако это горячее состояние достигалось теперь не за счет того, что планеты возникли из горячего газа диска,

-- за счет разогрева вещества уже в процессе его аккумуляции

-- зародышах планет и радиоактивности. Таким образом, можно говорить об условности понятия "начальное состоя-ние планет" (Витязев и др. 1990). Отсюда вытекает задача моделирования состояния планет с учетом ее одновременно-го роста и структурирования, поскольку параллельно с на-ращиванием вещества в протопланетах шла и его дифферен-циация. Это сложная задача, которая тем не менее показыва-ет объемность эволюции (Там же). Объемность - интересная характеристика, особенно важная при генезисе и росте си-стем, которая описывает развитие, усложнение, качественное изменение в разных уровнях, направлениях и линиях эволю-ции одновременно^*. Так зарождение и рост первичных круп-ных надобщественных образований (мир-систем) в IV-II тыс. до н. э. происходили одновременно с усложнением полити-ческих и социальных структур, качественным ростом техно-логий, экономик, культуры и структуры поселений.

Вероятно, распределение температур в протопланетном диске было различным, диск был сильнее нагрет во внутренних своих ча-стях. А внешние области диска оставались относительно холодны-ми. В них стали развиваться уплотнения, которые и явились ло-кальными гравитационными центрами формирования планет. Но сам механизм этого процесса исключительно спорный. Протопла-нетный диск, по-видимому, на 98 % состоял из того же газа, что и протосолнечное облако. А в последнем, напомним, молекулярный водород, гелий и все остальные вещества представлены по массе соответственно как 0,71; 0,28; 0,01. На пылевые частицы приходит-ся по массе от 0,5 до 1,5 %. Но именно пылевые частицы сыграли особую роль (см. ниже)⁵⁰.

-- Попутно отметим, что существуют прямые наблюдательные указания на то, что звезды образуются в областях с особенно большим количеством межзвездной пыли (Відьмаченко, Мороженко 2014: 18). Таким образом, пыль играет важную роль на всех стадиях эволюции космических тел. Этим подтверждается необходимость наличия разнородных компонен-тов в системе для реализации тех или иных трансформаций^*.

66 Глава 4

От тех или иных параметров, например длительности и скоро-сти процессов в протопланетном диске, зависела сама возможность образования планетной системы. Отсюда вытекает и важность определения длительности фаз, аналогично, как и при образовании Вселенной. Выше мы уже видели, что если бы масса протопланет-ного диска была существенно больше, то образовалась бы скорее вторая звезда. Кроме того, при реконструкции эволюции протопла-нетного диска важное значение приобретает проблема длительного поддержания турбулентности (неупорядоченных хаотических дви-жений) в протопланетном диске, поскольку от интенсивности тур-булизации вещества на разных этапах его эволюции в значитель-ной степени зависят механизмы и сама возможность формирования планет (Маров и др. 2008: 240). Турбулентная природа является одним из ключевых свойств околозвездных газопылевых аккреци-онных дисков (см.: Маров и др. 2008; Zeldovich 1981; Фридман 1989; Dubrulle 1993; Balbus, Hawley 1998; Richard, Zahn 1999). Впрочем, сходные по типу процессы, которые можно назвать тур-булентными, наблюдаются и на других уровнях эволюции.

4.3. Образование пылевого субдиска

Концентрация пыли как возможность для формирования твер-дой материи. Процессы образования и эволюции протопланетного диска выступают как ведущие для понимания того, как формирова-лись планеты, и для представления об исходном материале, из ко-торого они образовывались. Напомним, что на пылевые частицы в солнечном протопланетном диске приходилось по массе от 0,5 до 1,5 % (Пикельнер 1976: 13; Забродин и др. 2008: 298; Засов, Пост-нов 2011: 99; Маров и др. 2008; Сурдин 2011; Reipurth et al. 2007). Но для образования планет такой концентрации было, скорее всего, недостаточно. Соответственно, предполагается, что она усилилась. Как мы уже говорили, концентрация определенного вещества (ред-ких ресурсов) - важнейший паттерн эволюции и важнейшее осно-вание для перехода к какому-либо новому качеству. Вот почему в процессе эволюции протопланетного диска очень важным было формирование так называемого субдиска, в котором в результате турбулентных и иных процессов происходила концентрация пыли.

Эта пыль представляла собой хотя и микроскопические, но твердые частицы водяного льда и слипшихся молекул и атомов,

Образование допланетных тел

-- частности углерода (например, в виде графита и карбида крем-ния), железа и других твердых веществ микронного размера. В ре-зультате аккумуляции в молодом Солнце основной части газа кон-центрация пыли в протопланетном диске на более поздней стадии его эволюции возросла (см., например: Засов, Постнов 2011: 199). Но она стала еще более высокой в результате оседания пыли к средней плоскости диска. Ряд космологов считают, что наиболее вероятный путь образования зародышей планет связан с оседанием пылевых частиц к средней, экваториальной плоскости диска, в ко-торой образуется тонкий слой (субдиск). По их мнению, пыль иг-рает ключевую роль в образовании планет (Там же).

Газ и пыль. Как образовался пылевой субдиск? Важно пони-мать, что допланетный диск постоянно находился в движении (в нем были турбулентные движения и неравномерности), посколь-ку существовало притяжение его к молодому Солнцу и оставалась инерция вращения. На эволюцию протопланетного диска и образо-вание пылевого субдиска могли оказать влияние различные физи-ческие силы (ультрафиолетовая активность протосолнца, солнеч-ный ветер, излучение, магнитные и электрические поля и т. п.). Те или иные факторы могли сыграть свою роль в конденсации веще-ства (см.: Витязев и др. 1990: 269). Особое значение имело то, что пылинки в составе диска вращались в окружении газа. Но, по-скольку скорости вращения и другие параметры у пыли и газа были разными и газовое окружение могло влиять на замедление скоро-сти приближения пылинок к Солнцу, это способствовало тому, что, опускаясь сквозь газ, частицы пыли двигались к центру диска⁵¹. Таким образом, в центре допланетного диска складывался пылевой субдиск. Но в нем возникло уже совсем иное соотношение пыли и газа. В частности, по разным оценкам, оно меняется в 10-1000 раз по сравнению с космическим (Там же: 116). Уже на стадии обра-зования субдиска пылинки могли увеличиваться в размерах (за счет слипания и притягивания), о чем мы еще скажем ниже. Таким

-- Относительно различных физических параметров движения пылинок, особенно слипаю-щихся, в газе существует масса неясностей и дискуссионных моментов, множество конку-рирующих моделей. Кроме того, пыль является основным поглощающим и рассеивающим электромагнитное излучение агентом. Присутствие в межзвездной среде пыли влияет на характеристики излучения исследуемых небесных тел, на тепловой баланс межзвездного газа, причем пылинки могут содействовать как его нагреву, так и охлаждению (Жукова и др. 2012: 59).

68 Глава 4

образом, произошел очень важный для будущей планетной сис-темы переход - концентрация твердого вещества (пока в виде пыли), которая сыграла определяющую роль в росте сначала допланетных тел, а затем и планет.

Здесь, кстати, стоит отметить, что особо активно слипаются в пылинки атомы углерода. Уже из сотни атомов может возникнуть пылинка, пусть и наноразмера. В частности, углерод образовывает сложные структуры типа фуллеренов (ныне активно используемые

-- нанотехнологиях), которые найдены в космической пыли (Громов 2012: 17)⁵². Мы уже говорили о том, что углерод играет роль холо-дильника. Таким образом, налицо различная специализация эле-ментов в природе, причем на самых ранних стадиях истории Все-ленной.

Согласно некоторым моделям, эволюция околосолнечного про-топланетного диска до образования обогащенного пылью субдиска занимала от 1 до 2 млн лет (Маров и др. 2008: 268).

Пылевой субдиск реально представлял собой довольно тонкий диск (по сравнению с его радиусом). Расчет показывает, что пыль собирается в диск толщиной 10^-3-10^-4 от его радиуса (Відьмаченко, Мороженко 2014: 19). Важно также, что он должен быть непро-зрачным для солнечных лучей, и поэтому они не достигают пери-ферии диска (Там же). Это определяло в том числе разные условия образования планет в зависимости от близости к протосолнцу. О дальнейшей его эволюции см. ниже.

4.4. Начало образования допланетных тел

Основные теории формирования планет. Вопрос, образовались ли планеты из газовых сгустков (см. выше) или уже из твердого вещества, обсуждается давно⁵³.

-- О фуллеренах в нанотехнологиях см.: Рыбалкина 2005; Балабанов 2010; Гринин Л. Е.,

Гринин А. Л. 2015: гл. 10.

-- Образование планет из газовых сгустков (протяженных массивных сгущений-прото-планет) предполагается в работах П.-С. Лапласа, Дж. Джинса, Дж. Койпера, В. Г. Фесен-кова, А. Камерона, а образование планет из твердого вещества - в работах Лигендеса, Ф. Мультона и Т. Чемберлена, О. Ю. Шмидта, Х. Альвена, Г. Аррениуса, К. Эджворта, Л. Э. Гуревича и А. И. Лебединского и др. (Витязев и др. 1990: 4; Витязев, Печерникова 2010: 161). В рамках этих подходов существуют различные модификации моделей. Конеч-но, эти подходы различаются не полностью, в частности, и в рамках теории газовых сгустков накопление твердого вещества также имеет место.

Образование допланетных тел

Теория пылевых сгущений исходит из того, что в течение опре-деленного времени (на протяжении примерно 100 тыс. лет) в связи

-- силами гравитации и турбулентности происходило сжатие суб-диска и образование в нем пылевых сгущений (Маров и др. 2008: 268). В условиях гравитационной неустойчивости плотного пыле-вого слоя и турбулентности в нем могли образовываться допланет-ные пылевые сгущения (Гуревич, Лебединский 1950; Сафронов 1969; Витязев и др. 1990). А уже в рамках этих сгущений происхо-дили процессы конденсации, слипания, соединения вещества, ко-торые стали основой формирования более крупных тел (Витязев и др. 1990; Забродин и др. 2008: 298, 314; см. также: Савченко,

Смагин 2013: 8; Найдыш 2007).

Образование планет из твердого вещества рассматривается в рамках теории последовательной аккреции (или аккумуляции)⁵⁴. Многие космологи, если не большинство, считают ее более веро-ятным сценарием (Лин 2008). Согласно теории последовательной аккреции, крошечные частицы пыли слипаются, образуя крупные глыбы. Ниже мы подробнее разберем обе гипотезы.

Однако добавим, что помимо этих теорий есть и иные, например возможность образования крупной планеты (такой как Юпитер) путем коллапса (примерно так, как образуются звезды; этот процесс мы описывали в предыдущей главе). О возможности коллапса мы поговорим в следующих главах⁵⁵.

4.4.1. Теория пылевых сгущений

и препланетезималей

Дискуссии об эволюции пылевого субдиска. Сгущения и пре-планетезимали. Гипотеза о формировании пылевого субдиска до-статочно распространена среди сторонников разных взглядов на природу образования планет. Пылевой субдиск - это субстанция, из которой и возникали планетезимали и зародыши планет. Однако по поводу того, как происходила эволюция этого пылевого субдис-ка, мнения расходятся радикально.

-- Отметим, что когда говорят об аккреции, чаще имеют в виду выпадение на поверхность га-за, а выпадение на поверхность допланетного тела твердого вещества или объединение твердых тел часто называют аккумуляцией. Но это в отечественной традиции, а на Западе слово "accretion" обозначает и аккумуляцию, и аккрецию (см., например: Рускол 2002).

-- Существуют и малопопулярные теории. Так, Х. Альвен с 1940-х гг. разрабатывал гипотезу, согласно которой образование планетной системы на всех этапах определялось в основном электромагнитными силами (Відьмаченко, Мороженко 2014: 16).

70 Глава 4

-- частности, есть идея о возможности сильного уплощения га-зопылевого слоя (пылевого субдиска), важная для объяснения воз-можности возникновения в нем гравитационной неустойчивости и соответственно формирования крупных пылевых сгущений. Неко-торые считают, что могли существовать очень крупные сгущения с массами, достигавшими нескольких масс Марса (см. подробнее:

Ипатов 2015: 389 и др.).

Но идея о фрагментации пылевого субдиска и образова-нии в результате пылевых сгущений принимается далеко не всеми и многими ставится под сомнение (см. об этом, например: Витязев и др. 1990: 269). Основной проблемой здесь является сама возможность возникновения гравитаци-онной неустойчивости. В частности, сопротивление газа тормозит пылевые частицы и их высокопористые агрегаты, образовавшиеся путем слипания более мелких частиц. Тур-булентное движение газа вызывает турбулентную диффузию твердых частиц, которая противодействует развитию грави-тационной неустойчивости в пылевом слое (Макалкин и др. 2016). Тем не менее эти же авторы считают возникновение гравитационной неустойчивости возможным, особенно для плотного пылевого слоя, в котором масса пыли много боль-ше массы газа (Там же).

Для дальнейшего изложения здесь важно пояснить, что для объяснения первичных процессов формирования протопланет

-- рамках теории фрагментации пылевого субдиска был введен термин препланетезимали - сгущения материи в рамках крупных фрагментов или колец протопланетного диска (когда такая фраг-ментация случилась). Препланетезималями также называют са-могравитирующие пылевые сгущения. В них - за счет сложных процессов гравитации и других влияний - возникают уплотнения и неоднородности. И далее идет процесс образования из этих сгуще-ний твердых тел (см., например: Ипатов 2015: 389). В этом смысле резонно представлять препланетезимали как предшественников планетезималей⁵⁶. Если рассматривать это в аспекте, что препланетезимали - пылегазовые сгущения, а планетезимали - твердые тела, то это выглядит логично, поскольку сгущения могли

-- Так, В. С. Сафронов считал, что крупные допланетные пылевые сгустки (препланетезима-ли), которые образовались в результате распада допланетного пылевого слоя (субдиска) после его уплотнения, достаточного для гравитационной неустойчивости (ГН) в слое, яв-ляются предшественниками первичных планетезималей (Сафронов 1969; см. также: Geretshauser et al. 2011; Макалкин и др. 2016).

Образование допланетных тел

трансформироваться в твердые тела. Однако они трансформи-ровались уже в крупные твердые тела, то есть крупные планетези-мали. Но поскольку планетезималями называют также мельчайшие

-- мелкие объекты (крошечные слипания космической пыли), то здесь возникает противоречие. Препланетезимали не могли быть предшественниками таких мелких планетезималей, а способны бы-ли стать предшественниками только уже крупных планетезималей. Иными словами, препланетезимали формировались в планетезима-ли, но уже минуя стадию мелких тел. В этом подходе как бы ком-бинируются идеи образования протопланет из газовых сгущений и из плотного вещества.

-- некоторых работах препланетезимали выступают сразу как предшественники планет. Эти подходы предполагают, что

-- процессе дефрагментации протопланетного диска образо-валось небольшое количество сгущений или колец, крупных по размеру, которые и стали в будущем планетами. Однако мы сейчас рассматриваем теорию сгущений пылевого суб-диска, в которой число сгущений не равно числу будущих планет, а существенно больше. То есть в данном случае препланетезимали - это сгущения пыли и газа, которые после ряда трансформаций превращаются в твердые тела разных размеров и масс и начинают роиться.

-- любом случае в гипотезах о препланетезималях уже пылевые агрегаты в рамках сгущений должны быть доста-точно крупными, измеряемыми в сантиметрах (не менее 10 см на расстоянии Земли и до полуметра на расстоянии Юпитера). А самогравитирующие пылевые сгустки должны иметь размеры на расстоянии Земли не менее ~ 10 тыс. км и массу, как у астероидов с радиусом ~ 10 км. На расстоянии Юпитера образуются самогравитирующие пылевые сгустки с размерами ~ 0,1 млн км и массами, соответствующими массам ледяных планетезималей с радиусом ~ 30 км (Макал-

кин и др. 2016).

Процесс превращения сгущений-препланетезималей в твер-дые тела не был простым и быстрым, одномоментным. Сначала сгущения должны были сократиться в первоначальном размере минимум в 3-4 раза, достигнуть определенного равновесия. Далее они могли сжиматься лишь при столкновениях. Так, при столкно-вениях сгущений одинаковой массы плотность их могла увеличи-

72 Глава 4

ваться в два раза или даже более, что вело к возникновению более крупных тел и одновременно их разогреванию (Витязев и др. 1990: 58). Препланетезимали еще до превращения в твердые тела могли значительно увеличиваться по массе путем притяжения и втягива-ния окружающих пыли и газа. Но механизмы превращения сгуще-ний в твердые тела ясны не полностью.

-- целом представления о размерах препланетезималей, скоро-стях уменьшения радиуса этих будущих протопланет, длительно-сти процесса превращения их в твердые тела и о многом другом противоречивы и взаимоисключающи. Разброс мнений здесь огро-мен, поскольку все эти параметры выведены в основном за счет моделирования. Так, по времени образования первичных преплане-тезималей моделирование дает период от десятков до миллионов лет. Даже в меньшем разбросе мнений срок превращения сгущений

-- тела (зародыши планет) в зоне земных планет колеблется между сотнями тысяч и миллионами лет (Там же; Відьмаченко, Моро-женко 2014: 21). В отношении определения длительности процесса также возможны вариации в связи с местоположением и пара-метрами планеты. Огромна и амплитуда - от нескольких оборотов вокруг протосолнца до десяти миллионов лет - в разных моделях в отношении сгущения препланетезималей до твердых тел. Неясно также, образовывались ли эти сгущения одновременно или нет, на каком расстоянии от протосолнца и т. п.

Важным вопросом является и то, насколько часто препланете-зимали сталкивались между собой (а столкновения могли вести к изменению размеров, фрагментации, изменению процессов). По мнению С. И. Ипатова (2015: 389), до периода сжатия до плотности

твердых тел большинство препланетезималей не участвовало в столкновениях с другими препланетезималями.

4.4.2. Теория последовательной аккреции планетезималей и ее проблемы

Суть теории последовательной аккреции/аккумуляции. Однако стадия пылевых сгущений - больше отечественная версия, и в ра-ботах зарубежных исследователей она почти не рассматривается (Витязев и др. 1990: 269). Основной подход многих зарубежных (и части отечественных) ученых связан с теорией последователь-ной аккумуляции. Последняя начинается с того, что мелкие пылин-

Образование допланетных тел

ки слипаются и захватывают газ. Довольно давно такие образова-ния, то есть мелкие твердые частицы, вокруг которых уже могло нарастать вещество, получили название планетезималей. Послед-ние, по мнению многих, образовались в диске в результате конден-сации вещества, поскольку в облаке участились столкновения от-дельных пылинок. В итоге начался процесс слипания пылинок и формирования из них сначала мелких, а затем все более крупных планетезималей, которые постепенно выросли в зародыши планет.

Суть теории последовательной аккреции образно выразил Д. Лин (2008), сказав, что даже гигантские планеты начинались со скром-ных тел - микронных пылинок, плавающих во вращающемся газо-вом диске.

Особенности пылевой структуры и роста. Насколько, одна-ко, возможны слипания пылинок и их рост до довольно крупных размеров? Ведь в межзвездных облаках не только не образуются изолированные планетные тела, более того, в них не наблюдается рост частиц пыли более 10^-5-10^-4 см, то есть не больше 1 мкр (Гринберг 1970; Забродин и др. 2008: 298). Предполагается, что в облаках межзвездного пространства существуют процессы, пре-пятствующие росту пылевых частиц (Маров и др. 2008: 256). Меж-ду тем, по данным работ (Макалкин, Дорофеева 1995; Макалкин

-- др. 2016), в протопланетном диске Солнца частицы достигают распределения по размерам, в котором имеются и мелкие частицы размером около 1 мкм, поддерживающие высокую непрозрачность вещества диска, и крупные - около 1 см. Средний размер пылевых частиц составляет несколько десятков микрон, то есть существенно больше, чем в межзвездных облаках (между 10^-3 и 10^-2 см; см. так-же: Витязев и др. 1990: 31).

Высказываются разные предположения. Возможно, планетези-мали быстрее росли в более холодных зонах. Сначала пылевые ча-стицы оседают к плоскости диска, где в условиях низких темпера-тур и низких скоростей движения газ намерзает на пылинки. Пы-линки слипаются при столкновениях, образуя постепенно растущие макроскопические объекты - хлопья размером в сантиметр и более (см.: Засов, Постнов 2011: 99). Так или иначе, ключевым пунктом проблемы образования планет в настоящее время является физиче-ский механизм, позволивший пылевым частицам в протопланетных

74 Глава 4

дисках объединиться с образованием планетезималей и планет. Нужно объяснить рост размеров частиц и возможность образова-ния достаточно крупных тел, способных далее расти с помощью своего тяготения. Этот вопрос относится к числу наиболее слож-ных и не решенных до настоящего времени. По существу, от его решения зависит представление о путях эволюции планетной си-стемы Солнца.

Ряд авторов утверждает, что в протопланетном диске мог происходить рост размеров частиц при столкновении их между собой за счет слипания (Ривс 1976; Сафронов 1969; Забродин и др. 2008)⁵⁷. М. Я. Маров, А. В. Колесниченко, А. Б. Макалкин и др. (2008: 256) также указывают, что со-гласно предположению (Weidenschilling 1980; 1984), которое разделяет ряд специалистов, пылевые частицы могли вырас-ти до размеров планетезималей в результате объединения (слипания) при взаимных столкновениях. Действительно, на самой ранней стадии эволюции протопланетного диска ча-стицы субмикронных и микронных размеров (межзвездного происхождения) могли слипаться под действием поверх-ностных сил при скоростях соударения. Но потенции такого роста по мере увеличения размеров планетезималей, по сего-дняшним представлениям, весьма слабые.

Дело в том, что экспериментальные данные не подтверждают возможности такого объединения для тел в интервале размеров от 1-10 см до 100 м, так как в этом интервале не эффективны ни по-верхностные, ни гравитационные силы (Маров и др. 2008: 256). От-сюда рост комков упирается в так называемый метровый барьер. Не успев набрать и 1 м в диаметре, эти наращивающие массу глы-бы становятся слишком большими, чтобы их могли удержать элек-тростатические силы, но еще слишком малы, чтобы их смогли удержать от разрушения силы гравитации (Элкинс-Тантон 2017: 97). Есть и другие аргументы против возможности мелких планете-зималей вырасти. Поэтому против идеи о дальнейшем росте плане-тезималей за счет слипания имеются серьезные возражения.

-- Предлагаемые возможные механизмы слипания частиц пыли: вандерваальсовы силы; раз-

ные типы "радиационного" спекания (Ривс 1976: 413); эффект холодной сварки (Сафронов

1969: 139) и др. Произойдет ли слипание или дробление частиц при столкновении, зависит от их относительной скорости.

Образование допланетных тел

4.4.3. Сравнение двух гипотез с точки зрения эволюции

Истинным критерием определения ценности рассматриваемых тео-рий будут установленные когда-нибудь на основе моделирования, экспериментов и наблюдений факты, которые и позволят создать базовый сценарий планетообразования. В условиях же конкурен-ции потенциально равных гипотез и с учетом направленности кни-ги имеет смысл применить и эволюционный критерий их оценки.

-- точки зрения эволюционистики более привлекательна первая теория. Второй же подход - формирование из малого все более крупного - очень примитивная, плоская эволюция, так как в ней нет перерывов постепенности, перехода количества в качество пу-тем резких трансформаций, смены скорости изменений и т. п. Обычно новые структуры так не образуются⁵⁸. Подобное медлен-ное и постепенное изменение в виде аккумуляции может быть только частью более сложного процесса формирования более или менее крупных структур, который приводит к коренным трансфор-мациям и появлению нового качества системы, переходу к новому аттрактору.

Постепенные изменения в рамках теории последова-тельной аккумуляции напоминают эволюцию в духе Г. Спен-сера и эволюционистов XIX в. Выше мы говорили о его за-коне изменения от неопределенной, несвязной однородности

-- определенной, связной разнородности через постоянную дифференциацию и интеграцию (то есть процессы, согласно этому закону, идут постоянно и незаметно)^*. Но такие под-ходы давно отвергнуты. В рамках современных взглядов на эволюционные процессы они выглядят примерно так же, как представления некоторых политических философов прошло-го, что государства образуются путем постепенного разрас-тания семей, а царская власть над подданными сродни вла-сти домохозяина над домочадцами. Однако для образования самого примитивного государства должны произойти очень сложные социальные и иные процессы в формирующемся варварском обществе (см., например: Гринин 2011). Либо

-- Что-то новое может вырасти из малого, как, например, синтетическая теория эволюции свидетельствует о том, что новые популяции и даже виды способны происходить от от-дельных пар особей. Но здесь процессы развиваются (до определенного экологией уровня, конечно) в геометрической прогрессии, когда число особей увеличивается не постепенно, а довольно быстро, а в случае пылинок увеличение массы идет все-таки путем арифмети-ческого прибавления (по крайней мере, пока тела не достигнут определенного объема).

76 Глава 4

это можно сравнить с наивными попытками экономистов XIX в., взяв за начало пример Робинзона Крузо, вывести из этого макроэкономические процессы.

Поэтому более диалектический и более правдоподобный пат-терн - смена медленных изменений быстрыми, радикальными, не-редко связанными с катастрофами, резкими пертурбациями, кол-лапсами и т. п., и наоборот: за быстрыми процессами резких изме-нений следует медленная эволюция^*. Например, сначала происхо-дит формирование новой субстанции из предшествующей ей путем достаточно резкого изменения параметров в последней, а потом наблюдается длительный путь накопления изменений, который приводит к формированию уже полноценного объекта с качествен-но новыми характеристиками. Именно так протосолнце образовы-валось из облака: сначала довольно быстро под влиянием гравита-ции, сгущения и разогрева, то есть резкого изменения параметров,

-- затем постепенно за счет аккреции. В рамках теории сгущений схожим образом происходил процесс образования планетезималей. Сначала в результате фрагментации диска образовались преплане-тезимали-сгущения. Затем они стали уплотняться в результате столкновений и других процессов (все это - фаза быстрых измене-ний). А уже превращение сгущений в первичные элементы твердой материи могло идти более медленно, сменяясь еще более медлен-ной аккумуляцией вещества в планетезималях.

Отметим, что описанный в теории сгущений процесс дефрагментации уплощенного субдиска являет собой один из примеров эволюционного паттерна - разрушения суще-ствующей структуры (хотя структура там аморфная) для об-разования новой структуры. Но это еще не творческое раз-рушение (по выражению Й. Шумпетера)^* - о нем мы скажем далее, а паттерн циклов смены порядка и хаоса (о нем см. в Главе 7^*). Это также несколько напоминает процесс форми-рования горшка из куска глины. При этом даже напрашива-ется сравнение вращения гончарного круга с вращением диска. И, продолжая сравнение, скажем, что гравитация по-всюду выступает как искусный гончар.

Важнейший принцип (и паттерн) формирования нового - появ-ление неоднородностей. Аристотель считал, что природа не терпит

Образование допланетных тел

пустоты. Действительно, абсолютной пустоты во Вселенной нет, даже в вакууме. Аналогично можно сказать, что эволюция не тер-пит однородности и равномерности. Равномерность в природе, конечно, есть, но не она открывает возможности для эволюцион-ных изменений, а именно неоднородности⁵⁹. Для эволюционного изменения (даже в рамках типичной трансформации без качествен-ного эволюционного роста) нужно возникновение критической не-однородности, которая способна стать ядром изменений^*. Так, аб-солютно эгалитарное общество, если таковое можно было бы пред-ставить, неспособно развиваться. Для образования какой-то струк-туры, даже аморфной, может требоваться инородность, появление чужой субстанции (во главе стада овец идет козел; в образовании многих этносов важную роль сыграл инородный субстрат, то есть группы иноземцев). Неоднородности способны стать триггером, запускающим процесс.

Обратим еще внимание, что едва ли не любые фазовые пере-ходы и эволюционные трансформации требуют какой-то неорди-нарной ситуации, неустойчивости (бифуркации), которая и позво-ляет изменить структуру (природу, системную форму и т. п.) объ-екта или процесса^*. Чаще всего такая неустойчивость есть ре-зультат предшествующего накопления изменений, хотя часто и трудноуловимых^*.

4.4.4. Процесс формирования зародышей планет

Отличия разных взглядов на сгущения. Важнейшим этапом в процессе образования зародышей планет является формирование крупных твердых (сплошных) тел-планетезималей. В этом сходны все теории и гипотезы. Однако по поводу числа, размеров и иных

-- Напомним, что в первой книге монографии (Гринин 2013: 87) много внимания было уде-лено неоднородностям. В частности, после эпохи рекомбинации водорода и остывания Вселенной стала закладываться ее крупномасштабная структура. Однако она могла сло-житься только благодаря возникающим неравномерностям в газе атомно-молекулярной материи, наполнявшей Вселенную. Это происходило благодаря силам гравитации, кото-рые сразу же подхватывали и многократно наращивали эти неравномерности. Мало того, теория инфляции даже утверждает, что вся последующая крупномасштабная структура Вселенной была в некотором роде предопределена мельчайшими флуктуациями плотно-сти, возникшими уже на стадии инфляции в чрезвычайно короткие доли миллисекунд (Там же: 42). Мы считаем такой подход малореальным, однако роль флуктуаций и нерав-номерностей в эволюции в любом случае очень велика.

78 Глава 4

параметров этих крупных тел, как мы отмечали, имеются суще-ственные расхождения. Есть различия и в оценке рубежных (кри-тических для процесса) размеров планетезималей. Ниже мы уви-дим, что, согласно теории последовательной аккумуляции веще-ства планетезималями, условно считают таким образование кило-метровых тел. Теория сгущений в интерпретации, например, А. В. Витязева и др. (1990: 58) свидетельствует о бСльших разме-рах, отмечается, что крупнейшие тела могли достигать размеров в тысячи километров.

Так или иначе, важно понимать, что образовался рой тел с са-мыми разными спектрами масс и размеров. Действительно, прави-ло достаточного разнообразия требует наличия огромного спектра объектов или явлений, нередко их континуума^*.

Хаос и возникновение предпосылок для формирования по-рядка. Роль газа и льда. Роль газовой компоненты в образовании допланетных тел и особенно в динамике роя тел была весьма важ-ной. Она влияла на замедление скоростей, направление движения к Солнцу малых тел, помогала осуществлять и своего рода сортиров-ку их по размеру (Там же: 77). Дело в том, что движение частиц в протооблаке (и субдиске) было весьма хаотичным, хотя движение

-- основном было направлено к Солнцу как главному гравитацион-ному центру. Из-за баланса давления, гравитации и центробежной силы скорость движения газа была меньше, чем у пылинок. Пы-линки размером более нескольких миллиметров опережают газ, по-этому встречный ветер тормозит их и вынуждает по спирали опус-каться к звезде. Чем крупнее становятся эти частицы, тем быстрее они движутся вниз (Лин 2008).

Таким образом, в этом хаосе частицы движутся с разной скоро-стью. Однако это является предпосылкой для начала самооргани-зации. Как мы уже говорили, абсолютная гомогенность делает не-возможными эволюционные процессы. Наличие какой-либо разни-цы, даже небольшой, способно запустить процессы разделения ве-щества, что начинает сепарировать разные фракции. А на этой базе возникают иная структура и иной порядок^*.

Среди множества сил, которые влияли на процессы концентра-ции и аккумуляции материи, превращения протооблака в твердые тела, формирования орбит и т. п., особую роль, конечно, играли

Образование допланетных тел

две: гравитация и сила солнечного излучения. И обе они в прямой пропорции зависели от расстояния объекта от Солнца. Формирова-ние двух групп планет внутренней и внешней зон Солнечной си-стемы также в огромной степени зависело от этих сил. Уже вели-чина орбиты протопланеты значительно влияет на ее возможности аккумуляции массы.

Как мы уже говорили, между расстоянием 2-4 а. е. от Солнца, примерно посередине между орбитами Марса и Юпитера, возни-кает так называемая линия льда, или снеговая линия. Линия льда означает замерзание воды в этом районе, так как сила излучения Солнца слабеет. Вода - весьма распространенный компонент в Солнечной системе (и не только). Приближаясь к Солнцу, части-цы нагреваются, и постепенно вода и другие вещества с низкой температурой кипения, называемые летучими, испаряются (Лин 2008). Линия льда делит, таким образом, Солнечную систему на внутреннюю область, лишенную летучих веществ и содержащую твердые тела, и внешнюю, богатую летучими веществами и со-держащую ледяные тела⁶⁰. На самой линии льда накапливаются молекулы воды, испарившиеся из пылинок, что служит пусковым механизмом для целого каскада явлений. В итоге под влиянием различных факторов частицы начинают скапливаться, и линия льда превращается в полосу его скопления. Скапливаясь, частицы сталкиваются и растут. Некоторые из них прорываются за линию льда и продолжают миграцию внутрь; нагреваясь, они покрыва-ются жидкой грязью и сложными молекулами, что делает их бо-лее липкими. Некоторые области настолько заполняются пылью, что взаимное гравитационное притяжение частиц ускоряет их рост (Там же).

Соответственно, линия льда способствует созданию планетези-малей. К месту будет заметить, что всегда есть условия, более или менее подходящие для каких-либо процессов. Эта удачность/не-удачность крайне важна для эволюции и понимания ее процессов^*.

-- Известно, что крупнейшие спутники Юпитера Ганимед и Каллисто наполовину состоят из воды, и по мере удаления от Солнца вода становится главной составной частью тел. Она преобладает на спутниках Сатурна, на Уране и Нептуне (и их спутниках), а также в ядрах комет (Рускол 2002) .

80 Глава 4

Образование крупных планетезималей. По мере возрастания масс планетезималей и достижения ими километрового размера у них появилась способность удерживать близко находящиеся частич-ки за счет тяготения. Образуется огромное количество (миллиарды) километровых планетезималей, которые на последней стадии фор-мирования планет "сгребают" почти всю первичную пыль (Лин 2008). По мере роста планетезималей образовался так называемый протопланетный рой объектов (само слово очень емкое, вызывает ассоциации с роем насекомых!). В протопланетном рое присутство-вали планетезимали самых разных размеров. Естественно, что среди них было намного больше мелких, меньше средних. Постепенно вы-делилась и небольшая по количеству "элита", тела размером с Луну или даже Меркурий. Но механизм их выделения пока неясен (одну из версий см.: Schlichting, Sari 2011). И соответственно, здесь много противоречивых гипотез (см.: Витязев и др. 1990: 269). Эта важная и пока физически не объясненная стадия формирования планет назы-вается взрывным ростом протопланет (runaway growth during planet formation).

-- эволюционной точки зрения, с точки зрения протекания слож-ных процессов, развитие множества однотипных объектов не может происходить равномерно (особенно обидна эта закономерность для социальных реформаторов, которые хотели бы уничтожить неравен-ство, но в любой ситуации оно возвращается в том или ином виде)^*. Однако физические и космологические причины здесь неясны. Воз-можно, для формирования зародышей планет требовалось одно-временно несколько совпадающих процессов. Так или иначе, с некоторого времени начался кумулятивный процесс увеличения масс зародышей планет, поскольку крупные и крупнейшие тела в системе допланетных тел растут при столкновениях с любыми другими объектами, чего нельзя сказать о телах меньшей массы

(Там же: 75).

Количество крупных зародышей планет, по разным предполо-жениям, было различным - от единиц до сотен. Для понимания со-отношения крупных, менее крупных и мелких тел среди планете-зималей можно опираться на правила распределения вещества, согласно которым с увеличением размеров количество тел убы-вает по степенному закону: например, десятикилометровых тел

Образование допланетных тел	81
в 1000 раз больше, чем стокилометровых, а километровых	-
в 1000 раз больше, чем десятикилометровых (Рускол 2002)^*61.

Образование планетезималей длилось, согласно расчетам, де-сятки и сотни тысяч лет, протопланетных тел из планетезималей - несколько миллионов лет. Со временем орбиты крупнейших тел стали приближаться к круговым, а сами они становились центрами притяжения всего окружающего их вещества, явившись зародыша-ми планет (см., например: Савченко, Смагин 2013: 8, 32).

-- Это важный штрих к неоднократно упомянутому нами правилу о том, что большие объек-ты всегда представляют собой малочисленное меньшинство.

Часть III

ОБРАЗОВАНИЕ

ПЛАНЕТНОЙ СИСТЕМЫ

Глава 5. Образование зародышей

планет и протопланет

5.1. О веществе, из которого формировались планетезимали и зародыши планет

Для понимания процессов формирования протопланет важен во-прос о первичном веществе, из которого были сложены планетези-мали, в частности те, из которых образовались планеты земной группы и астероиды. Кроме того, исключительно важен вопрос о том, каким образом и почему это вещество подвергалось переплав-ке. В отношении перечисленных вопросов первостепенное значе-ние имеют данные о метеоритах и их составе.

Хондриты и метеориты. Многие метеориты содержат мелкие зерна миллиметрового размера - хондры⁶², некоторые из них име-ют стеклообразное строение. Эти метеориты соответственно назы-ваются хондритами. Они самые древние (их возраст почти равен возрасту формирования протосолнца, то есть около 4,6 млрд лет). Кроме того, это и самый распространенный тип метеоритов (Хей-зен 2015: 17; Маракушев 1992: 8). Когда-то, правда, считалось, что самый распространенный тип метеоритов - железные, однако большая выборка антарктических образцов позволила выяснить, что железные метеориты составляют весьма скромную долю - 5 % от всех выпадений (Хейзен 2015: 17, 20), тогда как хондриты -

-- % всех метеоритов⁶³. Они делятся на несколько групп. Хондри-

-- От греческого слова, означающего "зерно, гранула".

-- Другой, более молодой вид метеоритов, именуемых ахондритами, относится ко времени, ко-гда вещества Солнечной системы проходили первичную трансформацию: плавились, дроби-лись и т. д. Среди ахондритов наблюдается удивительное разнообразие - кусочки блестящих металлов и обломки оплавленных камней, фрагменты гладкие, как стекло, и экземпляры, со-стоящие из глянцевитых кристаллов более 2 см в диаметре (Там же).

Образование зародышей планет и протопланет

товые метеориты аналогичны по своим физическим свойствам большинству астероидов. Поэтому пояс астероидов называют так-же хондритовым поясом (Маракушев 1992: 8).

Метеоритные данные (Connolly 2005) свидетельствуют о том, что образование хондр длилось от 2 до 5 млн лет (Адушкин и др. 2008: 277). Поэтому достаточно широко распространено мнение, что хондры возникли еще до стадии формирования твердых тел. При этом некоторые исследователи, например Дж. Вуд, выдвигают небезынтересные гипотезы, что они образовались в местах, где со-отношение пыли и газа на порядки превышало космическое, то есть в пылевом субдиске. Насколько верна эта гипотеза, сказать сложно, но с точки зрения эволюции это оправданно, поскольку, повторим, концентрация - важнейшее условие появления новых веществ, объектов и зарождения новых процессов^*.

Несмотря на распространенность, хондриты все еще остаются весьма загадочными породами (Шкловский 1987: 45-46). Неудиви-тельно, что вокруг них ведутся масштабные дискуссии и форми-руются весьма противоположные утверждения: о том, что они ни-когда не плавились, не входили в состав первичных планетезима-лей и образовались очень рано, уже через два миллиона лет после начала формирования Солнечной системы (Лин 2008), и наоборот, что они были свободными расплавленными каплями и появились в результате раздробления вещества, разбрызгивания состава и по-следующей агрегации реконденсатов, образовавшихся при высоко-скоростных соударениях тел (Витязев и др. 1990: 118 и др.). В по-следнем случае получается, что они были не первичными, а вто-ричными породами.

Считается, что планеты земной группы имеют в целом хондри-товый состав, соответственно хондриты рассматриваются как строительные блоки при аккреции планет (Кусков, Кронрод 2008: 317). А хондритовые метеориты являются образцами планетезима-лей, формировавшихся в протосолнечном облаке (Маракушев, Зи-новьева 2013). Таким образом, хондриты могут дать ключ к пони-манию природы планетезималей и того, как образовывались плане-ты, они являются вещественным материалом для суждения о про-исхождении планет земной группы (Маракушев и др. 2013: 137)⁶⁴.

-- Эти авторы также высказывали гипотезу о формировании в начальный период Солнечной системы примитивных хондритовых планет, располагавшихся в районе сегодняшнего поя-

84 Глава 5

-- мироздании случается, что самые древние объекты являются

-- самыми распространенными. Так, водород и гелий - самые древ-ние элементы - продолжают быть самыми распространенными в мире. В биологической эволюции бактерии (древнейшие организ-мы) также являются самыми распространенными. Но в социальной эволюции примеров, когда самые древние народы или общества (языки и т. п.) были бы самыми распространенными, кажется, не наблюдается. Это происходит потому, что имеется выявленное нами (Гринин и др. 2008: 10-11) фундаментальное различие биоло-гической и социальной эволюции. Дело в том, что первая имеет преимущественно аддитивный, или накопительный характер, вто-рая - в значительной степени последовательно-прогрессивный, или вытеснительный характер. В отношении космических объектов ад-дитивность (дополнительность) еще более наглядна^*. Здесь, как мы видели, сосуществуют темная и светлая материи, древнее гало и молодые звезды, первичные и более поздние элементы и т. п.

Имеет смысл более подробно сказать об указанных раз-личиях, имеющих принципиальный характер, между биоло-гической и социальной макроэволюциями (далее излагается по: Там же). Соотношение аддитивности (накопления разно-образия) и конкурентного вытеснения в двух формах макро-эволюции является исключительно важным. И аддитивность,

-- конкурентное вытеснение имеют место в обоих случаях. Однако в целом для социальной макроэволюции (в особен-ности с XIX в.) намного более характерен поступательный,

последовательно-прогрессивный характер, развитие по принципу "старое вытесняется новым". Для биологической макроэволюции гораздо более характерен аддитивный, накопительный характер, развитие по принципу "новое до-бавляется к старому", причем между появляющимся новым

-- сохраняющимся старым возникают новые связи, что суще-ственно усиливает суммарный "приток новизны" в эволю-ции биоты. (Здесь к месту вспомнить о правиле сосущество-вания архаичных и эволюционно продвинутых объектов, о котором мы уже говорили выше^*.) Например, появление многоклеточных организмов вовсе не привело к вытеснению одноклеточных. Этого и не могло произойти, потому что высшие организмы изначально развивались в среде, насе-

са астероидов, которые предшествовали планетам земной группы. Эти планеты в итоге са-моразрушились под воздействием флюидов, попавших в их недра в период формирования.

-- результате их взрывного разрушения образовался современный пояс астероидов (Мара-

кушев и др. 2013: 136).

Образование зародышей планет и протопланет

ленной низшими; эти низшие организмы составляли важ-нейшую часть тех "внешних условий", к которым изначаль-но должны были адаптироваться высшие. В результате с са-мого начала своей истории и по сей день низшие организмы остаются жизненно необходимыми для существования выс-ших (Заварзин 2004).

-- отличие от биологической эволюции в социальной эволюции (в особенности в последний ее период) общая тен-денция направлена на то, чтобы в конечном счете почти полностью вытеснить социальные организмы, которые не сумели воспользоваться инновациями, и модернизировать не выдержавшие конкуренции общественные отношения и институты. Разве могло не сократиться, например, число обществ с каменными орудиями после того, как широко рас-пространились железные орудия? Могло ли не уменьшиться число самобытных цивилизаций в результате экспансии лучше вооруженных социальных систем (например, владе-ющих огнестрельным оружием)? Одна история завоевания цивилизаций Нового Света испанскими и португальскими конкистадорами дает красноречивый ответ на оба вопроса

(см., например: Diamond 1999).

Однако весьма вероятно, что хондриты не были самым первич-ным веществом, в которое собирались первичные планетезимали, поскольку структура хондр показывает, что их вещество по край-ней мере один раз находилось в расплавленном состоянии (Шклов-ский 1987).

5.2. О начале протогеологических процессов

Причины плавления и спекания хондритов. Хотя встречаются утверждения, что большинство хондр не переплавлялось (Лин 2008) или что многие хондры содержат в своих центральных частях реликтовые зерна нерасплавленного материала (Витязев и др. 1990: 103), тем не менее множество хондритов имеют следы переплавки (часто неоднократной). Гипотез о причинах плавления хондритов много. И то, как, где и почему они прошли процесс плавления, мо-жет иметь важнейшее значение для подтверждения или опровер-жения тех или иных теорий формирования планет.

На первый взгляд факт расплавления хондр приходит в несоот-ветствие с холодной теорией образования планет⁶⁵. Но ее сторон-

-- Вообще, вопрос о расплавлении вещества планет является очень важным. Одна из версий (кажется, наиболее распространенная) гласит, что образование планет происходило из хо-

86 Глава 5

ники дают этому достаточно адекватное объяснение, о котором бу-дет сказано ниже. Имеются также гипотезы, например японских космологов, согласно которым расплавление вещества протопланет происходило уже в составе протопланетного диска (за счет пре-кращения теплообмена со средой, которому мешала плотная обо-лочка вокруг будущих протопланет)⁶⁶.

Расплавление и даже испарение могло произойти и непосред-ственно в газопылевой среде, если ее потоки проходили через бли-жайшие окрестности рождающегося Солнца. Это вполне возможно, так как температура могла быть достаточно высокой. В то же время

-- более дальних и периферийных районах Солнечной системы пла-нетезимали могли быть ледяными⁶⁷. Также есть предположения, что первичными планетезималями выступали кометы (Дорофеева 2015; Маракушев 1992; Маракушев, Зиновьева 2013).

По мнению ряда исследователей, первичное вещество еще не-больших планетезималей спекалось, то есть под влиянием солнеч-ного излучения начиналось спекание вещества в небольшие фраг-менты (это могло происходить, конечно, только во внутренней зоне Солнечной системы, но не за линией льда). По образному выраже-нию Р. Хейзена (2015: 17), когда ядерный реактор Солнца пришел в действие, образовалась своего рода доменная печь, в которой меж-звездная пыль, составлявшая облако, спеклась в крохотные вязкие капли, или хондры. Он пишет, что, будучи размером от дробинки до небольшой горошины, эти продукты воздействия солнечного пламени переплавлялись множество раз, вслед за пульсацией излу-чения, которое преображало околосолнечное пространство⁶⁸.

Формирование протоминералов. Скопления этих древнейших хондр сплавлялись в единое целое за счет более мелкой звездной

лодной материи и планеты никогда не проходили через стадию полного расплавления, хо-тя расплавление большей части вещества на ранних стадиях жизни некоторых планет ве-роятно (Савченко, Смагин 2013: 8-9).

-- Они исходят из того, что, подобно тому как прекратилась теплоотдача в окружающую среду в процессе сжатия ядра протосолнечного облака, будущие планеты также оказались в ситуации, когда шла активная аккреция на них вещества, но при этом за счет прекраще-ния теплообмена нарастала температура, в результате чего произошла переплавка веще-ства, что способствовало внутреннему расслаиванию планет на железное ядро, мантию и кору.

-- Хотя есть мнения, что это как раз характерно для более близких к протосолнцу районов (Маракушев 1992; Маракушев, Зиновьева 2013).

-- Возможно, Хейзен здесь все же несколько преувеличивает, поскольку, как мы видели вы-ше, не все исследователи признают, что хондры переплавлялись (по крайней мере, полно-стью), тем более неоднократно.

Образование зародышей планет и протопланет

пыли и фрагментов минерального вещества, образуя примитивные хондриты, миллионы которых оседали на поверхности Земли и других планет. Но, конечно, планеты строились за счет не только хондритов, но и так называемых ахондритов и многих других ми-нералов.

Интересно отметить, что досолнечных протоминералов насчи-тывается порядка 2-3 десятков⁶⁹, то есть в 20 раз меньше, чем во всех образцах метеоритов, где обнаружено более 250 различных минералов (Хейзен 2015). Это показывает, сколь огромным может быть рост разнообразия, который происходит, если для развития данной области наступают подходящие условия. До появления че-ловеческого общества вариантов социальной организации в живот-ном мире также было немного, зато потом вариативность выросла на порядки.

Здесь к месту упомянуть правило роста разнообразия (Гринин, Марков, Коротаев 2008: 72-75)^*. В биологической эволюции прак-тически всеми признается рост биоразнообразия, иногда это даже возводится в ранг закона (Алексеев 2008). В социальной эволю-ции, несмотря на указанную выше вытеснительную тенденцию, в целом также мы видим шаг за шагом рост разнообразия в орудиях труда, продуктах культуры, пищевых продуктах и множестве дру-гих вещей. Но увеличение разнообразия также наблюдается и в космическом мире в процессе его развития, что лишний раз под-тверждается фактами роста числа минералов и их сочетаний. Фор-мы и размеры звезд, галактик, их сочетаний в разных случаях так-же, вероятно, демонстрируют тенденцию к росту. Таким образом, рост разнообразия с ходом эволюции присущ всем уровням эво-люции, возможно, ускоряясь вместе с ускорением темпа самой эволюции.

-- момента формирования твердого вещества и его аккумуля-ции начали происходить протогеологические процессы. Под воз-действием гравитации ранние хондриты соединялись в группы, и сокрушительное давление, высокие температуры, агрессивная вода

-- жесткие столкновения преобразовывали планетезимали, создавая все новые виды минеральных веществ. Эти разнообразные твердые вещества, включающие раннюю мелкую пыль, пластины слюды и

-- Здесь Р. Хейзен, вероятно, имеет в виду вещества, которые встречаются вне Солнечной системы.

88 Глава 5

полудрагоценный цирконий, послужили основным строительным материалом для формирования Земли и других планет (Хейзен 2015: 20).

Вот как образно описывает это разнообразие Р. Хейзен. Железные метеориты могли представлять плотные метал-лические ядра таких планетезималей. Поскольку железные метеориты не столь распространены, соответственно, ядра планетезималей должны были отличаться небольшими раз-мерами (Там же). Зато мантии планетезималей, богатые кремниевыми солями, напротив, представлены в большом разнообразии.

Это говардиты, эвкриты, диогениты, урейлиты, акапуль-коиты, лодраниты и т. д. - все они отличаются характерной структурой, текстурой и минералогическим составом и на-званы по местности, в которой найден первый соответству-ющий образец. Некоторые из этих метеоритов аналогичны горным породам, существующим на Земле в наше время. Например, диогениты, состоящие преимущественно из сили-ката магния, по-видимому, являются результатом оседания кристаллов в крупных подземных резервуарах магмы. По мере охлаждения магмы кристаллы становились плотнее окружающей расплавленной среды, росли и опускались на дно, образуя концентрированную массу, аналогичную той, которая образуется в наше время глубоко под землей в маг-матических камерах Земли.

Иногда во время особенно разрушительных столкнове-ний метеорит мог захватить частицы силикатных соедине-ний из пограничной зоны между ядром и мантией планете-зимали, где силикаты соединены с металлами. В результате появлялся прекрасный палласит - потрясающее сочетание блестящего металла и золотистых кристаллов оливина. Шли-фованный срез палласита, где блики сверкающего металла на фоне оливина выглядят, словно витражи, выделяют его среди самых красивых образцов в мировом собрании метео-ритов (Там же).

Но, конечно, основная геологическая работа началась позже, хотя что-то происходило уже в процессе формирования протопла-нет. Уже на стадии планетообразования (преимущественно им-пактных событий, то есть столкновений, а не аккреции пыли) начался процесс дифференциации вещества в формирующихся

Образование зародышей планет и протопланет

протопланетах. Тепло импактов вместе с теплом радиоактивных элементов должно было привести к разогреву, частичному плавле-нию вещества, оседанию к центрам масс будущих планет тяжелых железоникелевых частиц и выдавливанию к поверхности более легких силикатных частиц. Так формировались первичные ядра, мантии и кора будущих планет (Язев 2011: 357).

Таким образом, хондриты и другие минералы образовывали планетезимали, а те поглощали друг друга и росли, при этом на вновь образовавшиеся протопланеты выпадали хондриты и другие метеориты. Время от времени две достаточно крупные планетези-мали сталкивались с такой силой, что разлетались на осколки (этот бурный процесс до сих пор продолжается в поясе астероидов за Марсом вследствие гравитационного воздействия Юпитера)⁷⁰. Со-ответственно, большая часть разнообразных ахондритов, которые мы находим теперь, является осколками таких разрушенных плане-тезималей (Хейзен 2015: 20)⁷¹.

Гомогенность и гетерогенность. Как уже было сказано, в настоящее время много сторонников имеет идея холодного, а не горячего начального состояния Земли и других планет Солнечной системы, которые возникли в результате объединения частиц и твердых тел протопланетного облака (хотя набирает популярность идея о разогреве вещества уже в процессе образования и роста сгущений). Но отсюда вытекает важный вопрос о том, была ли Земля гомогенна или гетерогенна к концу своего формирования, образовались ли ядро, мантия и кора в результате гетерогенной ак-креции или же наша планета создавалась из гомогенного материа-ла, который затем подвергался дифференциации в процессе после-дующей геологической истории. Большинство исследователей

-- Но есть мнение, что большинство астероидов не связаны с первым поколением планетези-малей, которые, скорее всего, были выброшены из системы под действием Юпитера. Ча-стицы, избежавшие влияния Юпитера или позже попавшие в пояс астероидов, объедини-лись в новые планетезимали, но к тому времени в них осталось мало алюминия-26, поэто-му они никогда не плавились, тогда как в первом поколении планетезималей было много изотопа алюминия-26, имеющего период полураспада 700 тыс. лет и, возможно, попавше-го в них при взрыве сверхновой. Этот изотоп способствовал нагреву и плавлению планете-зималей первого поколения, в результате чего железо отделилось от силикатов. Тяжелое железо опустилось к ядру, а легкие силикаты собрались во внешних слоях (Лин 2008).

-- Далее Р. Хейзен проводит такое сравнение: исследование ахондритов напоминает, таким образом, урок анатомии на примере разъятого на части трупа. Требуется много времени, терпения и множество образцов, чтобы представить ясную картину целого тела.

90 Глава 5

придерживаются модели гетерогенной аккреции, хотя вопрос о разделении вещества допланетного облака на железные и силикат-ные частицы пока не решен окончательно (Найдыш 2007). Но мно-гие исследователи, как мы видели выше, придерживаются мнения, что в результате ударов в формирующихся протопланетах и радио-активности начался процесс разогрева и дифференциации вещества (см., например: Язев 2011: 357).

Появление шарообразной формы и усиление геологических процессов. По мере развития процессов аккумуляции вещества за-родышами планет, роста их объемов и массы происходили и важ-ные формообразующие процессы.

Предварительные расчеты показывают, что образующиеся те-ла - зародыши планет - имеют вытянутую форму (Ле-Захаров, Кривцов 2008: 339). Однако постепенно форма менялась, прото-планеты становились шарообразными. Здесь к месту будет сказать, во-первых, о шарообразности форм не только планет, но вообще большинства крупных тел в Солнечной системе. Шарообразность практически всех космических тел, чей поперечник превышает 250-300 км, является общепризнанным фактом. И шарообразность тела как под действием сил собственного тяготения может возник-нуть только через нагрев и размягчение его недр (Громов 2012: 47). Таким образом, форма протопланет претерпела существенные из-менения, но в данном случае форма оказалась единой с содержани-ем, поскольку для придания шарообразной формы требовались су-щественные изменения в структуре протопланеты. Таким образом, требуется определенный размер, чтобы получилась правильная форма. Важно, что все тела Солнечной системы, чей поперечник превышает 250-300 км, более или менее сферичны, тогда как меньшие тела угловаты или, чаще, картофелеобразны. Отметим также, что если масса космического тела настолько велика, что собственная сила тяжести придала ему сфероидальную форму, то это означает, что в его недрах протекает геологическая эволюция.

-- результате вещество разделяется по плотности (легкое поднима-ется вверх, тяжелое опускается вниз), выделяется тепло, происхо-дят химические реакции и т. п. (Сурдин 2011: 32).

Итак, в результате формирования новых структур, общеси-стемных процессов молодой Солнечной системы мы видим актив-ное проявление новых сил, которые в условиях и масштабах пла-

Образование зародышей планет и протопланет

нет, их спутников и малых планет становятся главными: химиче-ские и геологические. Наконец-то в истории Вселенной развитие переходит из гигантских масштабов в средние. А для эволюции не столь больших объектов требуется меньше энергии. Соответствен-но, можно говорить о законе зависимости скорости эволюции от сокращения ее "фронта"^*. Сокращение "фронта" эволюции при переходе от геологической к биологической эволюции, а от нее - к социальной полностью подтверждает это правило.

5.3. Гипотезы о росте планетезималей и борьба за ресурсы

Рост планетезималей. Итак, рост планетезималей происходил как за счет аккреции вещества, включая и газ, так и за счет их взаимно-го притяжения и столкновений. Роль случайных столкновений (им-пактов) в ходе формирования протопланет, возможно, была веду-щей (Адушкин, Витязев 2007: 397)⁷², но не в течение всего процес-са, а скорее на первых его фазах. Чем больше становится планете-зималь, тем сильнее ее гравитация, тем интенсивнее она поглощает своих маломассивных соседей. Таким образом, планетезимали раз-растались по мере того, как самые крупные из них поглощали бо-лее мелкие.

Здесь, если использовать термины социологии и теории игр, шла игра с нулевой суммой, по принципу "если к кому-то что-то прибавилось, то у другого столько же убавилось". В рамках клас-сической физики этот процесс в какой-то мере мог бы быть описан законом сохранения массы. Но с точки зрения эволюции более ин-тересно, что налицо один из вариантов естественного отбора до-дарвиновского типа (об этом см. ниже).

Затем, как уже было сказано, согласно представлениям многих исследователей, множество километровых планетезималей соби-раются в крупные тела. Когда массы планетезималей становятся сравнимы с массой Луны⁷³, их гравитация возрастает настолько,

-- Важность столкновений планетезималей подтверждается уже астрофизическими данными в ИК-диапазоне по ряду пылевых протопланетных дисков (различных звезд). Эти данные интерпретируются как поступления вещества при соударениях тел (Там же).

-- В солнечной системе в области планет земной группы масса отдельных зародышей должна была быть 10²³ кг и еще большей - в области планет-гигантов (см.: Засов, Постнов 2011: 279). 10²³ кг - это 10 млрд триллионов тонн. Масса Земли - в 60 раз больше, зато масса Луны несколько меньше.

92 Глава 5

что они отклоняют окружающие тела в стороны еще до столкнове-ния. Этим они ограничивают свой рост⁷⁴.

Приведем еще одно образное описание процесса. Не-сколько дюжин крупных каменных шаров, каждый величиной

-- небольшую планету (скорее, несколько меньше, как мы ви-дели выше, - с крупный спутник планеты, Луну. - Л. Г.), по-добно гигантским пылесосам, подчищая на своем пути внут-ри Солнечной системы значительную часть пыли и газа, срастались между собой и выравнивали свои орбиты до по-чти идеальных окружностей (Хейзен 2015: 20). Далее Р. Хей-зен подчеркивает, что расположение орбит в значительной мере зависело от массы планет, однако, конечно, далеко не только от нее.

Между тем в некоторых моделях численное моделирова-ние показало, что могло образоваться множество (многие сот-ни) объектов примерно лунного размера⁷⁵. При этом взаимное гравитационное влияние этих объектов должно было приво-дить к изменениям их орбит с взаимными пересечениями. Это должно было вызвать укрупнение объектов в результате вза-имных столкновений (Язев 2011: 356-357).

-- итоге, согласно данному представлению, разделяемому большинством космологов, в результате борьбы, столкновений и объединений образуется относительно небольшое количество крупных космических тел, называемых зародышами планет, про-топланетами, "олигархами". Они господствуют в своих орбиталь-ных зонах и борются за оставшееся вещество.

-- зависимости от местоположения возможности для роста за-родышей планет различны. Зоной питания каждого зародыша слу-жит узкая полоса вдоль его орбиты. При этом, что вполне логично, рост зоны питания происходит вместе с ростом массы зародыша. Рост прекращается, когда зародыш поглотит большую часть плане-тезималей из своей зоны. И соответственно вместе с ростом его

-- Интересный пример положительной обратной связи, которая, достигнув максимума, пере-ходит в отрицательную обратную связь.

-- К. Батыгин, Г. Лафлин и А. Морбиделли (2016; Batygin et al. 2016) даже говорят, что про-топланетный диск Солнечной системы кишел "эмбрионами" размерами с Луну. Однако другие исследователи считают, что крупных планетезималей было не так много. Некото-рые даже полагают, что в протопланетном рое крупных, таких как Луна или Меркурий, совсем немного - единицы (Савченко, Смагин 2013). Но все же, вероятно, их было доста-точно много.

Образование зародышей планет и протопланет

массы уменьшается и вероятность появления в зоне его роста серь-езных конкурентов. Крупные небесные тела, как медведи или дру-гие крупные хищники, не уживаются в одной берлоге, имеют каж-дый свою зону обитания и питания либо борются за них.

Конечно, нельзя не обратить внимание на терминологию, явно взятую из биологии: зародыш, зона питания; также упоминаются перекрещивающиеся и предельные зоны питания и т. п. (см., например: Витязев и др. 1990: 145, 153 и др.). Но здесь не только сходная с биологией терминология, но и явно похожая ситуация, поскольку возникает некая пищевая (трофическая) цепочка, только

-- отличие от живой природы воспроизводство пищевых ресурсов не происходит с четкой регулярностью. Это лишний раз показыва-ет, что многие процессы на разных фазах эволюции имеют типоло-гическое сходство.

Размер зоны питания и продолжительность поглощения возрас-тают с удалением от звезды. На расстоянии 1 а. е. зародыши дости-гают массы 0,1 массы Земли в течение 100 тыс. лет. На расстоянии 5 а. е. они достигают четырех земных масс за несколько миллионов лет⁷⁶. Зародыши могут стать еще больше вблизи линии льда или на краях разрывов диска, где концентрируются планетезимали (Лин

2008).

При этом скорости тел в диске планетезималей росли пропор-ционально радиусам крупнейших тел. Сталкивающиеся планетези-мали начинали дробиться, тем более что при достижении размеров Луны относительные скорости возросли до 1 км/с, а возрастающий разброс в скоростях должен был привести к нарастанию энергии ударов. Но дробление вело и к росту крупных тел. Ведь наиболее крупные объекты обладали и большим гравитационным полем, в результате чего осколки становились спутниками центрального те-ла, со временем падали на него и продолжали увеличивать его мас-

су (Язев 2011: 356-357).

Новая эпоха хаоса, борьба за ресурсы и процессы самоорга-низации. Таким образом, в этом первичном хаосе роящихся и сталкивающихся планетезималей легко угадывается борьба за

-- Однако эта логика годится только в первом приближении. Она не объясняет, почему Марс, будучи от Солнца на расстоянии, в два раза большем, чем Земля, меньше последней. По этой логике Уран также должен был быть больше Сатурна и даже Юпитера. Другими сло-вами, здесь вступают в действие еще и другие факторы, в том числе индивидуальные для каждой планеты, о которых еще будет речь.

94 Глава 5

ресурсы, ибо побеждал тот, кто появился раньше либо в более удачное время, находился в более удачном месте (в том числе в отношении соседей), имел больше массы, лучшую орбиту и т. п.

-- частности, в результате дробления и захвата крупными планете-зималями мелких в итоге выживали лишь некоторые наиболее крупные объекты. При этом до некоторых пор они захватывали все больше ресурсов. Словом, росли те, кто и без того был крупным.

Борьба за ресурсы есть общий способ отбора в эволюции, од-нако сами механизмы отбора существенно варьируются на разных ее уровнях и в разных ее линиях^*. Соответственно, огромную роль в процессе отбора всегда играют те или иные, в том числе случай-ные, преимущества. Эволюционный отбор можно рассматривать и как способ апробирования различных вариантов и конструкций, как орудие, с помощью которого эволюция осуществляет "твор-ческое разрушение". Отбор одновременно и повышает, и снижает разнообразие, создавая новые варианты и уничтожая старые^*.

С одной стороны, как мы видим, число объектов должно было зна-чительно сократиться. С другой стороны, в итоге формируется си-стема с небольшим числом крупных объектов - планет и их спут-ников, то есть принципиально новых для Солнечной системы тел, с появлением которых только и мог установиться (и то не сразу) ка-кой-либо порядок. Таким образом, отбор - это важнейший инстру-мент упорядочения процессов.

Влияние среды на отбор прослеживается в большинстве ти-

пов отбора. Но хотя рой планетезималей - это явно среда, влияю-щая на объекты, что в ней находятся, в данном случае мы видим механизм отбора, еще не связанный с попытками приспособиться к окружающей среде⁷⁷.

Перед нами возникает весьма впечатляющая картина смены ха-оса и порядка в процессе формирования планетной системы. Сна-чала в результате хаоса коллапсирующего газопылевого облака возникает первичная структура протосолнечной системы (с моло-дым Солнцем и протопланетным диском вокруг него). Затем начи-нается переход к твердой материи в рамках протопланетного диска и его пылевого субдиска, которая и собирается в разного рода пла-нетезимали. Это ведет к новой эпохе хаоса. Ведь образовалось

-- Правда, в отношении формирующихся оболочек протопланет можно сказать, что их сле-дует рассматривать как способ изолироваться от среды, например, в плане теплообмена и уменьшения влияния бомбардировок астероидами^*.

Образование зародышей планет и протопланет

огромное множество (многие миллиарды, возможно, триллионы) зародышей планет размерами с астероид, то есть тел самого разно-го масштаба, которые одновременно двигались по разным орбитам. Расчеты показывают, что плотность вещества в этих образованиях приближалась к 1 г/см³ (Язев 2011: 356), что вовсе не мало (отсюда

и частота столкновений). Соответственно, налицо и проявления этого хаоса: постоянные столкновения тел, которые приводили

-- различным последствиям. Постепенно, однако, как мы видим, за счет поглощения мелких объектов и роста объема крупных про-цессы самоорганизации возобладали в этом хаосе.

Длительность процесса формирования протопланетных тел, зародышей планет и протопланет. Относительно длительно-

сти формирования протопланет существует формула, согласно кото-рой эта длительность равна 10ⁿ лет, где, по разным оценкам, n = от 5 до 8 (Найдыш 2007). Но подобная формула дает не так много, ведь в этом интервале процесс мог колебаться от 100 тыс. лет до 100 млн лет⁷⁸. Большинство исследователей исходят из того, что процесс до образования первых планет занял до 10 млн лет. Но при этом есть мнения, что планеты формировались неодновременно. Так, например, Д. Лин считает, что хотя первая планета Юпитер образовалась рано (в течение 2-3 млн лет после образования про-топланетного диска), полностью планетная система сформирова-лась за 50 или более миллионов лет (Лин 2008).

-- По мнению Д. Лина, период формирования зародышей планет - от 1 до 10 млн лет (Там же). Другие считают, что рост массы до земных значений занимает около 10⁸ лет, то есть 100 млн лет (Засов, Постнов 2011: 279; см. также ниже о подходах К. Батыгина и др. [2016] на длительность образования планет земной группы). Встречаются даже мнения, что обра-зование протопланетных тел заняло несколько сотен миллионов лет (Савченко, Смагин

2013: 8).

Глава 6. Образование системы

протопланет

6.1. Формирование системы крупных планет

Центральная задача планетной космологии: объяснить, как из мно-жества тел и частиц образовалась планетная система с небольшим количеством планет (Витязев и др. 1990: 136). Однако здесь, ка-жется, способна помочь математика. Возвращаясь к формированию системы планет как в конечном итоге малого числа крупных пла-нет, интересно обратить внимание на то, что и в численных расче-тах на компьютерах эволюция диска приводит к формированию набора из (примерно) 10 планет на слабоэксцентричных орбитах (Язев 2011: 358)⁷⁹.

-- нашей Солнечной системе планеты хотя и распределены на большом пространстве, но они близки друг к другу, насколько это возможно. Если между планетами земного типа поместить еще од-ну планету с массой Земли, то она выведет из равновесия всю си-стему. Отсюда весьма вероятно, что планетные системы в начале своей жизни обладают бСльшим количеством вещества, чем в кон-це. Некоторые объекты выбрасываются из системы прежде, чем она достигнет равновесия. Астрономы уже наблюдали свободно летающие планеты в молодых звездных скоплениях (Лин 2008). См. ниже гипотезу о девятой протопланете, "выбитой" за пределы Солнечной системы.

Следовательно, согласно такому взгляду, возникновение новой системы, системы планет, происходило, условно гово-ря, с выделением энергии (то есть потерей части вещества, которое уходило в космос). Образование звезд - также про-цесс, который идет с выделением вещества и энергии (точ-нее, сначала он происходит как процесс концентрации веще-ства на разных стадиях, но в итоге начинается его выделе-ние). Как ни странно, но в социальной жизни образование

-- Если принять во внимание гипотезу о девятой планете, которую Юпитер выбросил за пре-делы Солнечной системы, а также о несформировавшейся планете между Марсом и Юпи-тером (об обоих см. ниже), то число 10 становится тем более релевантным.

Образование системы протопланет

многих социальных систем также следует данной схеме: сначала концентрация, затем выделение энергии, например, путем экспансии на другие общества.

Таким образом, плотность "населения" планет (как и звезд) име-ет свои ограничения, накладываемые законом гравитации. Выше мы уже говорили, что планетам требуется определенное пространство, жизненная зона^*, причем борьба за эту зону идет не менее (если не более) жестко, чем в биологической и социальной эволюции. Таким образом, борьба за жизненное пространство, поиск системой оп-тимальной "плотности населения" есть универсальный закон^*.

Как пишет С. А. Язев (2011: 358), вышеуказанные расче-ты о числе планет также приводят к реализации правила планетных расстояний (Тициуса - Боде) - отношение радиу-сов орбит сформировавшихся по соседству планет оказыва-ется равным 1,4...2. Это очень важное правило, которое тре-бует своего объяснения. "Таким образом, - делает интерес-ный вывод Язев (Там же), - основные закономерности Сол-нечной системы объясняются стандартным сценарием. Детали сценария могут изменяться, но общая картина оста-ется при этом в основном неизменной". Насколько все же стандартный сценарий работает - это вопрос.

6.2. Образование групп планет: проблемы и гипотезы

Формулирование проблем. Поскольку планеты Солнечной систе-мы делятся на две группы (земного типа и газовых гигантов), важ-ным становится вопрос о разнице в механизмах их образования. Были ли они принципиально теми же в обеих группах, а различия определялись расстоянием от Солнца, либо сам процесс образова-ния разных групп планет был во многом различным, либо имелись иные комбинации?

То, что расстояние от Солнца играло огромную роль в особен-ностях формирования планет, ни у кого не вызывает сомнений (но есть различия во мнениях, как именно это повлияло на механизмы планетообразования). Выше мы видели, что различия в длине ор-бит у зародышей планет (а чем дальше планета от Солнца, тем больше орбита) влияли на возможность захвата окружающих пла-нетезималей и соответственно на радиус и массу протопланеты.

98 Глава 6

Выше мы также видели, что благодаря линии льда концентрация планетезималей и материи в определенных местах Солнечной си-стемы была выше, что также могло повлиять на размеры планет разных областей.

Предполагается, что в протопланетном диске был состав, соот-ветствующий космическому, то есть абсолютно преобладали водо-род и гелий. Другие элементы составляли приблизительно 1-2 % от общей массы. Конечно, уже с формированием пылевого субдиска состав вещества будущих планет не мог не измениться в пользу твердых пылевых частиц. Тем не менее важно объяснить несколько важных результатов, которые сейчас имеют место в Солнечной си-стеме.

Во-первых, почему состав планет земной группы особый? По-чему их вещество представлено в основном ферромагнезиальным веществом, а водорода, гелия и других газов так мало? Имелись ли эти газы в их первоначальном составе; если имелись, то как и когда эти планеты потеряли основную часть летучего вещества?

Во-вторых, почему Нептун и Уран имеют не так много водоро-да, как Юпитер и Сатурн, но больше льда, чем последние?

В-третьих, почему Юпитер и Сатурн по своему составу ближе к Солнцу, чем другие планеты?

Ниже мы покажем, что в настоящее время имеется целый ряд конкурирующих гипотез, пытающихся объяснить эти факты. Но уже сейчас отметим, что вопрос о газе (и почему он был потерян во внутренней и дальней внешней частях Солнечной системы) являет-ся одним из самых сложных среди многих в планетной космогонии (Витязев и др. 1990: 77).

Этот "газовый" подход должен включать в себя решение проблемы переплавки вещества и образования хондр. А здесь следует иметь в виду, что в хондритах мало водорода (то есть его было мало в первичном твердом веществе), что мо-жет свидетельствовать о достаточно ранней диссипации газа (Там же: 86). И соответственно, если газ рассеялся рано, то в дальнейшем он уже оказывал существенно меньшее влияние на процесс формирования планет.

-- вновь отметим, что в отношении состава планет, как и ряда других параметров (например, спутников, колец и прочего), рас-пределение оказалось очень неравномерным. Напомним, что в об-

Образование системы протопланет

щем плане это не случайно. Неравномерность в распределении ве-щества - характернейшая черта эволюции, это мы наблюдаем и в живом мире, и в человеческом обществе, и в структуре планет, включая Землю, и во множестве других объектов и процессов. Иными словами, распределение вещества, как и любых иных ресур-сов, не бывает равномерным по определению^*! Но общее правило, конечно, не может объяснить конкретных механизмов, влияющих на особенности распределения вещества протопланетного диска.

Гипотезы в отношении формирования планет земной груп-пы. Существуют три главных подхода, объясняющих, как образо-вались планеты земной группы.

-- Наращивание массы планеты путем аккумуляции планетези-малей (и метеоритов) до современных размеров, в результате чего постепенно произошла структуризация планет на ядро, мантию и кору (но не у всех планет). Иногда добавляется идея о том, что в ближней, внутренней зоне Солнечной системы, то есть до линии льда, под влиянием солнечного излучения и ветра газ протопланет-ного диска рассеялся, соответственно планеты земной группы по-лучили мало водорода и гелия.

-- частности, Витязев и др. (1990: 209) исходят из того, что в зоне земных планет диссипация газа произошла до-вольно рано, менее чем за 10⁷ лет, то есть менее чем за

10 млн лет после начала процесса формирования Солнечной системы. При этом они считают, что в это время размеры крупнейших тел едва достигали 1000 км. Зато в зоне планет-гигантов газ сохранялся на порядок дольше, то есть в тече-ние 100 млн лет. В результате более длительного периода формирования зародышей планет в этой зоне и ряда других факторов они приобрели большие начальные массы, что да-ло вместе с иными факторами и большие возможности для аккреции газа. Эти авторы считают, что планеты образова-лись неодновременно.

-- Образование планет земной группы по типу планет-гигантов. Но затем планеты земной группы потеряли свои газовые оболочки под воздействием Солнца, которое их рассеяло. Соответственно, железосиликатные ядра этих протопланет-гигантов превратились в самостоятельные планеты уже небольшой величины. Расслоение на железные ядра и прочные силикатные оболочки предотвратило их

100 Глава 6

взрывной распад⁸⁰. Сторонники данной гипотезы даже считают, что с потерей этими протопланетами гигантских флюидных оболо-чек протопланеты потеряли и спутниковые системы (сохранились только Луна, Фобос и Деймос) (Маракушев и др. 2013: 133, 135-37; Маракушев, Зиновьева 2013). Этот процесс потери флюидных обо-лочек продолжался, по их мнению, довольно долго, около 10⁷ лет, то есть порядка десяти миллионов лет (Язев 2011: 357).

-- Влияние Юпитера и Сатурна на формирование планет зем-ной группы, поскольку первые забрали весь газ, но подтолкнули планетезимали ближе к Солнцу, в результате чего планетам земной группы удалось собрать всю массу⁸¹.

Существуют и другие, менее популярные версии. Так, В. В. Кузнецов (2011: 608) пишет о быстром сжатии веще-ства за счет самогравитации как о возможном механизме об-разования планет. При этом вещество планеты, в том числе

-- Земли, оказывается нагретым до высокой температуры, а тепло, выделяющееся при образовании, запасается в ее недрах (Там же). Но проблема самогравитации вызывает со-мнения даже для планет-гигантов (см. ниже), не то что не-больших планет. В отношении теории самогравитации Куз-нецов исходит из того, что вполне логично допустить: каж-дая из планет образовалась из того вещества, которое было сосредоточено в кольце, ограниченном собственным радиу-сом n-ой планеты и радиусом внутренней относительно нее планеты n - 1, где n - порядковый номер планеты (Там же: 613)⁸². О родственных этой теории взглядах, когда каждая

-- Эта гипотеза (см.: Маракушев, Зиновьева 2013: 135-37) затрагивает и формирование пояса астероидов. Планеты земной группы своими прочными силикатными оболочками отлича-лись от гипотетических хондритовых планет, о которых мы уже упоминали выше. По-следние были расположены дальше от Солнца и после потери их протопланетами флюид-ных оболочек подвергались взрывному распаду на астероиды (в основном хондриты) под действием флюидов, сконцентрировавшихся в их недрах на протопланетной стадии раз-вития.

-- Если такая глыба притянет к себе много газа, она превращается в газовый гигант, как Юпитер, а если нет - в каменистую планету типа Земли (Лин 2008). Таким образом, дан-ная концепция, по сути, делает упор на процесс борьбы за ресурсы в период формирования планет: побеждает тот, кто захватывает больше газа^*.

-- В другой своей книге В. В. Кузнецов объясняет образование двух групп планет следую-щим оригинальным образом. Уже в течение первого миллиона лет произошла некая би-

фуркация в области пояса астероидов, в тот момент, когда Солнце еще полностью не сфор-мировалось, и его радиус был больше современного примерно в 7 раз (курсив мой. - Л. Г.; речь, по-видимому, идет о периоде, когда формировалось внутреннее ядро протосолнца).

Бифуркация разделила вещество протосолнечного "облака" на две части: из одной сфор-

Образование системы протопланет

101

планета произошла из определенного сгущения или кольца при дефрагментации протопланетного облака, мы уже гово-рили. Она довольно изящна, но не объясняет многих вещей, включая и разный химический состав планет.

Как мы увидим ниже, подход в объяснении процессов образо-вания планет земной группы значительно зависит от того, считают ли исследователи, что образование всех планет Солнечной системы шло более или менее одновременно или же что планеты образовы-вались в разное время. Ниже в следующем разделе этому будет уделено много внимания.

Общие соображения в отношении планет внешней зоны. Процесс образования планет, особенно планет-гигантов, во многом не ясен. При этом в теории планетообразования Юпитеру и Сатур-ну, двум газовым планетам-гигантам, на которые приходится 92 % массы всей планетной системы, особенно Юпитеру, уделяется ис-ключительное внимание (Рускол 2002; Кусков и др. 2009: 129). Что касается общих условий формирования планет во внешней зоне, то очень важное место отводится низким температурам и недостаточ-ному потоку солнечного света в этой зоне, что препятствовало рас-сеянию газа в межзвездное пространство. Это помогло Юпитеру и Сатурну захватить много водорода и гелия.

...планеты-гиганты могут формироваться только доста-точно далеко от Солнца: там, где сейчас находится Юпитер,

-- дальше. Ближе к Солнцу льдинки (из воды, метана, аммиа-ка и других летучих соединений) из-за более высокой темпе-ратуры не образуются, и аккреция газа неэффективна (Засов,

Постнов 2011: 279).

Несколько по-иному, чем у Юпитера и Сатурна, сложилась си-туация у более далеких планет. По мнению некоторых исследова-телей, дело в том, что Уран и Нептун очень долго формировали свои твердые ядра, и за это время газ в данной зоне оказался потерян (рассеялся в межзвездном пространстве). Как уже сказано в Главе 1,

мировались планеты-гиганты, вторая "пошла" на формирование Солнца и планет земного типа. Особенности внутреннего строения и эволюция планет и спутников определялись одним параметром - величиной их массы (Кузнецов 2008: 8). Весьма своеобразная гипоте-за изложена в работе: Ферронский В. И., Ферронский С. В. 2012. Здесь речь, в частности, идет о том, что формирование тел в Солнечной системе происходило из внешних оболочек их прародителей по достижении невесомости.

102 Глава 6

эти планеты и множество кометных тел за орбитой Нептуна содер-жат преимущественно воду.

Если же считать, как некоторые космологи, что темпера-тура в этой области все же была относительно высокой (200 К), то доминирование льда здесь можно объяснить тем, что вода сконденсировалась, образовав кометные ядра и насытив оболочки Урана и Нептуна, а более легкие газы (во-дород и гелий) улетучились. Холодные легкие элементы бы-ли вынесены на периферию Солнечной системы, где могли быть сформированы объекты пояса Койпера и облака Оорта (Язев 2011: 357-58).

Конкурирующие концепции также используют идею о разделении водных и водородных компонентов, происходя-щем за счет быстрого вращения протопланетного диска. При этом водные компоненты "отгонялись" на его периферию, а водородные оставались в центральной части (из них и воз-никли газовые гиганты). Водные компоненты на периферий-ной части Солнечной системы соответственно представлены ледяными структурами. Соответственно разделялись и воз-никающие затем ледяные массы с вмерзшей в них космиче-ской пылью (планетезимали). Стяжениями водных планете-зималей образованы ледяные аккумуляции в окружении Солнечной системы - в поясах Оорта, Хиллса и Койпера, непосредственно окружающего Солнечную Систему. Они служат источником комет, периодически вторгающихся в Солнечную систему. К типу ледяных тел относятся Плутон (диаметр 2320 км) в динамической системе с Хароном (диа-метр 1270 км). Они образуют как бы внешнюю орбиту Сол-нечной системы (Маракушев, Зиновьева 2013).

Некоторые мнения по поводу образования Юпитера и Са-турна. Есть две основные гипотезы относительно способа образо-вания Юпитера и Сатурна, которые содержат много водорода и ге-лия (Відьмаченко, Мороженко 2014: 22; Кусков и др. 2009: 129-30). Первая гипотеза, контракции , объясняет "солнечный", то есть га-зовый состав планет-гигантов тем, что в протопланетном диске об-разовались массивные газопылевые сгущения - гигантские препла-нетезимали, которые позже в процессе гравитационного сжатия

Образование системы протопланет

103

превратились в протопланеты-гиганты⁸³. При этом температура планет-гигантов на ранней стадии была высокой. Однако эта гипо-теза не объясняет удаления из Солнечной системы значительных излишков вещества, не вошедшего в планеты, а также причины от-личия состава Юпитера и Сатурна от состава Солнца (в Сатурне содержится больше тяжелых химических элементов, чем в Юпите-ре, где, в свою очередь, их несколько больше, чем в Солнце).

Согласно второй гипотезе, последовательной аккреции, образо-вание Юпитера и Сатурна проходило в два этапа. На первом этапе

-- области Юпитера и позже в области Сатурна происходила акку-муляция твердых тел таким же образом, как и в области планет земной группы, а когда масса крупнейших тел достигла критиче-ского значения⁸⁴, начался второй этап - аккреция газа на эти уже достаточно массивные тела, - который длился не менее 10⁵-10⁶ лет. На первом этапе из области Юпитера диссипировала часть газа, его состав начал отличаться от солнечного, и это еще больше прояви-лось в области формирования Сатурна. На стадии аккреции самая высокая температура внешних слоев Юпитера достигала 5000 К, а Сатурна - около 2000 К. Значительно более сильное прогревание Юпитером своих окраин определило силикатный состав его близ-ких спутников.

Образование Урана и Нептуна, где содержится меньше водоро-да и гелия, объясняется гипотезой аккреции тем, что большая часть газа уже покинула пределы Солнечной системы по достижении этими планетами критической массы.

-- возможности гравитационного коллапса в процессе обра-

зования планет-гигантов. Однако нужно ясно понимать, что про-цесс образования планет за счет аккреции на ядро является доста-точно медленным и происходит за время не менее нескольких мил-лионов лет (Дудоров и др. 2015: 11). Иногда называются и вовсе огромные длительности образования критической массы: в области

-- Выше мы говорили о наличии такой концепции, которая предполагает, что судьба планет была предрешена уже в момент фрагментации протопланетного диска, при этом некото-рые исследователи ведут речь о фрагментации уже пылевого субдиска, а другие - об обра-зовании огромных сгущений или колец именно в допланетном диске, и цитируемые авто-ры имеют в виду как раз такой подход, поскольку водородно-гелиевый состав в своей основе должен был быть в допланетном диске, а в пылевом, естественно, состав сильно изменился.

-- По разным интерпретациям, от двух до десяти масс Земли (Там же) или даже до 30 масс

(см.: Засов, Постнов 2011: 279).

104 Глава 6

Юпитера 30 млн (3 в 10⁷), и 200 млн лет (2 в 10⁸) в области Сатурна (Відьмаченко, Мороженко 2014: 22). Такие длительности входят в противоречие с другими фактами, поэтому появляются иные тео-рии о происхождении планет-гигантов. В частности, есть гипотезы, которые можно рассматривать как разновидности теории контрак-ции. Согласно этой точке зрения газовые гиганты формируются путем внезапного коллапса, приводящего к разрушению первично-го газопылевого облака (Лин 2008). То есть к формированию пла-нет может приводить гравитационная неустойчивость в плотных и холодных областях диска⁸⁵.

Оценки показывают, что образование планет за счет гра-витационной неустойчивости может происходить за время порядка 10⁵-10⁶ лет - значительно меньшее, чем за счет ак-креции на ядро. Важную роль в динамике аккреционных дисков играет магнитное поле. Дело в том, что вблизи эква-ториальной плоскости образуется область низкой степени ионизации и эффективной диффузии магнитного поля - мертвая зона, вследствие чего не развивается МГД-турбу-лентность. Мертвые зоны представляют интерес в первую очередь с точки зрения образования планет. Из-за слабой турбулентности аккреция внутри них замедлена, что делает возможным накопление вещества и формирование планет. Магнитное поле оказывает стабилизирующее, а пыль - де-стабилизирующее действие на гравитационную устойчи-вость протозвездных и аккреционных дисков (Дудоров и др. 2015: 11).

Внимательный читатель способен увидеть, что предполагаемый процесс гравитационной неустойчивости и коллапса, в результате чего происходит сгущение вещества и образование ядра планеты, напоминает процесс формирования звезд. Однако разница в массе между Юпитером и небольшой звездой - коричневым карликом - десятки раз. Поэтому в планетах сильная неустойчивость, которая возникает в формирующейся звезде (сжавшемся облаке), может и не наступить. Вот почему эта гипотеза, по мнению других, выгля-дит весьма спорной (Лин 2008).

-- Хотя возможность коллапса для образования планет обычно отрицается, поскольку плане-ты, а тем более спутники, слишком малы для того, чтобы их образование могло быть вы-звано гравитационным коллапсом.

Образование системы протопланет

105

Планеты, даже очень крупные, такие как Юпитер, существенно отличаются даже от совсем малых звезд. И промежуточной массы между очень крупными планетами и самыми маломассивными звездами просто не существует (Лин 2008). Таким образом, соглас-но Д. Лину, здесь налицо перерыв постепенности, разрыв между объектами разной природы, разных классов. Примерно такой, до-бавим, как между одноклеточным и многоклеточным животным, насекомым и млекопитающим, сельской общиной и государством. Однако хотя разрывы и имеют место, все же чаще мы встречаем некий континуум различных форм и размеров, когда этот разрыв постепенности почти исчезает, так как формы разных типов пере-хлестывают друг друга^*. И в отношении гигантских планет и малых звезд есть вполне компетентные исследования, которые говорят о том, что хотя существует принципиальная разница в механизмах образования коричневых карликов (очень маленьких звезд), обыч-но с массой всего в 10-20 больше Юпитера, тем не менее суще-ствует область перекрытия масс коричневых карликов и планет-ги-гантов, которые могут быть существенно крупнее Юпитера (Masset, Kley 2006: 247).

6.3. Последовательность образования планет

Кто был первым? Чаще исходят из того, что планеты образова-лись более или менее одновременно. Но некоторые исследователи полагают, что одни из них сформировались раньше других. Напри-мер, А. А. Маракушев и др. (2013: 133, 136-37) считают, что плане-ты земной группы - древнейшие, образовались заметно раньше Юпитера. Выше мы видели, что А. В. Витязев и др. (1990), по сути, также полагают, что планеты земной группы сформировались раньше планет-гигантов. И напротив, другие исследователи счита-ют, что первым сформировался Юпитер, и это произошло уже че-рез 2 млн лет после начала процесса трансформации протосолнеч-ного облака (Лин 2008).

Согласно Д. Лину, формирование этой крупной планеты не просто важнейший момент в истории планетной системы. Чтобы сформировался гигант, в диске должно быть много не только газа, но и твердого вещества. Но если такая планета сформировалась, она начинает управлять всей системой. С одной стороны, газовый гигант стимулирует образование других гигантов и планет земного типа. Но с другой - Юпитер за счет того, что сформировался рань-

106 Глава 6

ше, забрал основную часть газа диска⁸⁶. Кроме того, он "выметает" астероиды первого поколения и собирает много масс планетезима-лей и астероидов. Причина, по которой у Сатурна масса меньше, чем у Юпитера, банальна. Это случилось просто потому, что он сформировался на несколько миллионов лет позже.

-- роли системообразующей планеты. Д. Лин замечает инте-

ресный момент. Астрономы обнаружили дефицит экзопланет с массами от 20 масс Земли (это масса Нептуна) до 100 земных масс (масса Сатурна). Это может стать, по его мнению, ключом к вос-становлению картины эволюции. В течение последующих 8 млн лет после формирования Юпитера тот помогал сформироваться остальным планетам-гигантам. К этому времени почти весь газ диска расходуется, соответственно планеты земной группы, обра-зовавшиеся последними и заметно позднее (см. ниже), газа почти не получают (Лин 2008; см. также: Савченко, Смагин 2013: 11).

Таким образом, в этой гипотезе с эволюционной точки зрения ситуация выглядит довольно интересно. Формирование одной си-стемообразующей планеты оказывает существенное влияние на формирование других - как в позитивном, так и в негативном плане. Система рождается и развивается. С другой стороны, доста-точно часто новые объекты рождаются более или менее одновре-менно. Выше мы говорили о довольно распространенной ситуации, когда появление сходных объектов в сходных условиях случается практически одновременно^*. Но если рассматривать такой меха-низм более детально, то в ряде случаев может обнаружиться, что единый процесс имеет различные фазы, и появление тех или иных объектов и соотвветственно формирование их особенностей связа-но с тем, какой из объектов и почему родится первым. Образно го-воря, возникает "право первородства", которое обычно ассоцииру-ется с человеческим обществом, например с правом наследования в монархических режимах⁸⁷, но, как мы видим, его можно просле-дить и в отношении некоторых космических объектов^*.

-- Другие планетологи согласны в том, что уже после 3 млн лет газа и пыли в Солнечной си-стеме оставалось мало (Элкинс-Тантон 2017: 95).

-- Библейская легенда об Исаве, который обменял право первородства на чечевичную по-хлебку, сваренную его братом Иаковом, также всем известна. В некоторых случаях, веро-ятно, можно говорить о "праве первопоселения". Очевидно, если планета заняла опреде-ленную орбиту, то другой планете занять ее будет существенно труднее. В биологии, если какой-то вид занял нишу или территорию, то занять ее другому виду будет намного слож-

Образование системы протопланет

107

Каким образом в концепции, изложенной Д. Лином, Юпитер способствует формированию планет-гигантов? Первый газовый ги-гант создает условия для рождения следующих. Расчищенная (от планетезималей) им полоса действует как крепостной ров, который не может преодолеть вещество, движущееся снаружи к центру дис-ка. Гравитация первого газового гиганта часто отбрасывает сосед-ние с ним планетезимали во внешнюю область системы. Это веще-ство собирается на внешней стороне разрыва. Получается, что вто-рое поколение планет формируется из вещества, собранного для них первым газовым гигантом. При этом большое значение имеет темп: даже небольшая задержка во времени может существенно изменить результат (см. ниже). В случае Урана и Нептуна, по мне-нию Лина, аккумуляция планетезималей была чрезмерной. Заро-дыши стали слишком большими, 10-20 земных масс, что отсрочи-ло начало аккреции газа до момента, когда в диске его почти не осталось. В итоге получились уже не газовые, а ледяные гиганты, которые могут оказаться самым распространенным типом во Все-ленной. Возможно, Юпитер помог Сатурну сформироваться быст-рее, чем это произошло бы без его помощи. Кроме того, Уран и Нептун без него не достигли бы своей нынешней массы. На их рас-стоянии от Солнца процесс формирования без посторонней помо-щи шел бы очень медленно: диск рассосался бы еще до того, как планеты успели набрать массу (Лин 2008).

Согласно излагаемой версии, планеты земной группы образо-вались последними, что произошло в период от 10 до 100 млн лет⁸⁸.

-- естественно, что эти планеты опоздали к разделу газа, соответ-ственно им досталось мало газа, да и твердого вещества было не так много. Словом, кто не успел, тот опоздал, раздел ресурсов в космическом мире столь же несправедлив, как в мире биологиче-

ском и социальном^*. Сегодня планетологи, считающие, что форми-рование планет происходило довольно быстро, формулируют ситу-

нее. В истории и этнографии известно много фактов, когда группы людей, первыми посе-лившихся в какой-либо местности, становятся привилегированной группой (сословием) по сравнению с теми, кто пришел позже. Эти привилегии могут стать наследственными. Наиболее известны первопоселенцы и пришедшие позже, это древнеримские патриции и плебеи.

-- Но, напомним, другие планетологи считают, что планеты земной группы или по крайне мере часть из них образовались раньше, должно быть, в течение первых 10 млн лет (Эл-кинс-Тантон 2017: 95).

108 Глава 6

ацию таким образом: "Чтобы вырасти, в распоряжении малой пла-неты есть примерно 3 млн лет. Все пыль и газ, не успевшие к этому времени осесть на космические глыбы (то есть не захваченные дру-гими протопланетами. - Л. Г.), либо захватываются звездой, либо рассеиваются по просторам Вселенной, и строительного материала для планет не остается" (Элкинс-Тантон 2017: 95).

Однако, согласно вышеизложенной гипотезе, то, что весь газ забрали Юпитер и Сатурн, на определенном этапе способствовало формированию планет земной группы. При этом не исключено, что последовательность формирования планет земной группы находи-лась в зависимости от их близости к Юпитеру. Радиоизотопные измерения указывают, что астероиды сформировались первыми (спустя 4 млн лет после образования Солнца), затем - Марс (через 10 млн лет) как наиболее близкая к Юпитеру планета, и лишь мно-го позже - через 50 млн лет - Земля (Лин 2008).

Впрочем, сам Д. Лин признает, что многие планетологи не счи-тают роль Юпитера решающей в формировании твердых планет. При этом он указывает на то, что большинство солнцеподобных звезд лишено планет типа Юпитера (см. об этом далее).

Итог многих процессов планетообразования зависит от начального состава вещества. Примерно треть звезд, богатых тяжелыми элементами, имеет планеты типа Юпитера (в то время как в целом астрономы открыли планеты типа Юпите-ра только примерно у 10 % исследованных солнцеподобных звезд, см. ниже). Ядра таких планет могут быть редкими за-родышами, выжившими из многих поколений - "последни-ми из могикан". Возможно, у таких звезд были плотные дис-ки, позволившие сформироваться массивным зародышам, у которых не было проблем с теплоотводом. И, напротив, во-круг звезд, бедных тяжелыми элементами, планеты форми-руются редко (Там же)⁸⁹.

Теория образования Юпитера в качестве первой и системообра-зующей для остальных планеты Солнечной системы выглядит до-вольно интересно, хотя имеет и немало слабых мест. В частности, ее популяризатор говорит о том, что сложно объяснить, как систе-

-- О том, что именно у звезд, обогащенных атомами металлов, возрастает возможность появ-ления планет, по крайней мере, газовых гигантов, см.: RamМrez et al. 2011; Setiawan et al. 2012.

Образование системы протопланет

109

ма себя стабилизирует и как планеты земной группы оказались на их нынешних почти круговых орбитах. Об установлении орбит и его объяснении см. в разделе ниже. Но отметим, что идея образо-вания планет-гигантов в результате коллапса (о котором мы рас-сказывали выше) могла бы объяснить, почему Юпитер, а за ним другие планеты-гиганты образовались раньше планет земной груп-пы, ведь планеты земной группы образоваться путем коллапса из-за малых размеров вряд ли могли.

Образование планет-гигантов и элементы отбора, везения и совпадения условий. В некоторых гипотезах газовому потоку в формировании планет, особенно крупных и крупнейших, отводят не просто важную, но в чем-то определяющую роль. При этом про-цесс отбора "везунчиков", которым удастся стать из зародыша планеты планетой-гигантом, включает в себя и местоположение протопланеты, и время ее формирования, и роль газовой среды, и многое другое.

Вот как Дуглас Лин описывает этот процесс в своей ин-терпретации. Вероятно, Юпитер начинался с зародыша, сравнимого по размеру с Землей, а затем накопил еще около 300 земных масс газа. Такой внушительный рост обусловлен различными конкурирующими механизмами. Гравитация за-родыша притягивает газ из диска, но сжимающийся к заро-дышу газ выделяет энергию, и чтобы осесть, он должен охлаждаться. Следовательно, скорость роста ограничена возможностью охлаждения. Если оно происходит слишком медленно, звезда может "сдуть" газ обратно в диск прежде, чем зародыш образует вокруг себя плотную атмосферу. Ран-ние модели показали, что зародыш планеты для достаточно быстрого охлаждения должен иметь массу не менее 10 масс Земли. Такой крупный экземпляр может вырасти лишь вбли-зи линии льда, где ранее собралось много вещества. Воз-можно, поэтому Юпитер расположен как раз за этой линией. Но крупные зародыши могут образоваться и в любом другом месте, если диск содержит больше вещества, чем обычно предполагают планетологи.

Рост зародыша, его миграция и потеря газа из диска происходят почти в одном и том же темпе. Какой процесс победит, зависит от везения. Возможно, несколько поколе-ний зародышей пройдут через процесс миграции, не будучи способными завершить свой рост. За ними из внешних обла-

110 Глава 6

стей диска к его центру движутся новые партии планетези-малей, и это повторяется до тех пор, пока в конце концов не образуется газовый гигант или же пока весь газ не рассосет-ся, и газовый гигант уже не сможет сформироваться.

-- некий момент масса планеты начинает расти чудо-вищно быстро: за 1000 лет планета типа Юпитера приобре-тает половину своей конечной массы⁹⁰. При этом она выде-ляет так много тепла, что сияет почти как Солнце. Процесс стабилизируется, когда планета становится настолько мас-сивной, что сама начинает изменять движение газа в диске и

-- итоге уничтожает запас строительного материала (Лин

2008).

Завершая раздел, можно сказать, что состояние современных взглядов на проблему последовательности формирования планет Солнечной системы, равно как и в целом на механизмы их форми-рования, находится еще на уровне, на котором приходится доволь-ствоваться сосуществованием множества конкурирующих и проти-воположных гипотез. Тем не менее такой набор гипотез позволяет увидеть основные контуры этого интереснейшего и в чем-то уни-кального процесса.

Аналог планеты. Но, естественно, не вся материя могла со-браться в крупные тела. Так никогда не бывает в миропорядке, все-гда остается часть неоформленного материала, абсолютного иде-ального порядка быть не может, тем более, как мы уже говорили, должно выполняться правило преобладания численно малых объ-ектов над крупными^*. Рост массы протопланет сопровождался ди-намическим "разбрасыванием" планетезималей и малых фрагмен-тов из области формирования крупных планет на периферию Сол-нечной системы или в межзвездное пространство. Остатки газа и пыли также "выметаются" из области между орбитами планет.

-- итоге планетезимали, которые так и не успели слипнуться в большие тела, а также фрагменты столкновений протопланет оста-лись в Солнечной системе как астероиды, метеороиды и кометы

(Засов, Постнов 2011: 279).

Астероиды и метеориты, имеющиеся в огромном количестве в Солнечной системе, таким образом, вероятно, являются остатками материала, из которого формировались планеты. Астероиды сохра-

-- Обратим здесь внимание на подтверждение вышеописанного паттерна, что в эволюции ор-ганично сочетаются процессы медленного, почти незаметного и взрывного роста^*.

Образование системы протопланет

111

нились до нашего времени благодаря тому, что подавляющее большинство их движется в широком промежутке между орбитами Марса и Юпитера (Найдыш 2007). Таким образом, пояс астерои-дов - это, скорее всего, несформировавшаяся планета, образованию которой помешало гравитационное влияние Юпитера (Абрамова, Пшеничнер 2014: 16). Тем не менее распределение масс наблюда-ется и в этом множестве тел^*. Почти 80 % общей массы пояса асте-роидов содержится в четырех самых больших телах (Альвен, Ар-рениус 1979: 60). Этот пояс не стал планетой и не претерпел осо-бых изменений за время существования Солнечной системы; пред-полагается, что его объекты по составу представляют собой лед с небольшими примесями органических веществ, то есть близки к веществу комет (Данилова, Кожевников 2008: 96).

Это интересный пример аналога планеты (по массе), сформи-роваться которой помешало неудачное для этого место, где мощное гравитационное влияние мешало консолидации. Как образно писал Л. В. Ксанфомалити (1997: 231), возможно, эти "заготовки" и мог-ли бы стать Фаэтоном (гипотетической планетой, о которой мы го-ворили в Главе 1), если бы им не помешало соединиться притяже-ние Юпитера, который "взбалтывал" весь пояс астероидов на каж-дом обороте. Также, возможно, помешало и неудачное для консо-лидации время. Если бы эта планета сформировалась раньше Марса, то она могла бы занять его место, либо иметь собственную орбиту наравне с ним. Теперь же Марс захватывает некоторые тела оттуда. Возможно, его спутники Фобос и Деймос были захвачены им из пояса астероидов (Шевченко 2014; см. подробнее: Кусков

-- др. 2009: 18).

Глава 7. Смена местоположения

планет

7.1. Общие рассуждения о смене орбит

Менялось ли положение планет в Солнечной системе? Раньше считалось и нередко считается до сих пор, что все планеты сфор-мировались приблизительно на тех орбитах, где находятся сейчас.

-- то же время имеются небезосновательные мнения, согласно ко-торым потребовалось длительное время, чтобы планеты приняли современные орбиты. По мнению В. Г. Сурдина (2012: 62), это произошло около 4 млрд лет назад. То есть первые несколько сотен миллионов лет система планет устанавливалась. Идеи о том, что первоначальные орбиты планет значительно отличались от совре-менных, стали активно разрабатываться в начале этого века. Отсю-да вполне резонно высказываются предположения, что в самый ранний свой период Солнечная система была иной. В частности, внешняя часть была гораздо компактнее по размеру, чем сейчас, а пояс Койпера был гораздо ближе к Солнцу (см., например: Brown 2008). Таким образом, согласно этому взгляду, Солнечная система, как и наша Вселенная, расширялась⁹¹.

Предполагается, что после установления современной системы планет и спутников серьезных изменений уже не происходило. Значительные изменения происходили на самих планетах, в их гео-логии, климатологии, составе атмосферы и прочем. Как пишут Х. Альвен и Г. Аррениус (1979: 16), самым поразительным резуль-татом исследования этого этапа, который длился около 4 млрд лет, является то, что в продолжение его почти ничего не изменилось (скорее всего, важные изменения все же происходили, но нам пока о них неизвестно).

Точка зрения, что местоположение и орбиты планет Солнечной

системы установились далеко не сразу, эволюционно кажется

-- Довольно известна так называемая модель Ниццы, сценарий этой модели предполагает пе-ремещение планет-гигантов из начальной компактной конфигурации в их нынешние по-ложения (см., например: Desch 2007). Основой модели стали сразу три статьи, опублико-ванные в журнале Nature в 2005 г., а разработка модели была начата в обсерватории Ла-зурного Берега в Ницце (Франция), отсюда и название модели.

Смена местоположения планет

113

намного более интересной, чем идея об изначальной сформирован-ности Солнечной системы. Идея изменения орбит выглядит при-влекательнее с эволюционной точки зрения потому, что маловеро-ятно, чтобы система сформировалась сразу готовой. Системы не формируются зрелыми, для обретения зрелости и устойчивости им обычно требуется несколько реконфигураций, в том числе циклов разрушения и нового формирования. Поэтому первичные системы часто выглядят архаично, а более совершенные системы образуют-ся уже как вторичные или третичные. Системы обретают способ-ность к саморегулированию и входят в состояние гомеостаза (или равновесия) далеко не сразу (см.: Гринин 2016a). Поэтому ранняя эпоха формирования (в том числе и в процессе формирования звезд) часто довольно бурная, условно это "эпоха великих пересе-лений"^*.

-- этом плане не выглядит удивительным мнение некоторых ис-следователей, считающих, что ранняя эпоха Солнечной системы определялась блуждающими планетами и вызванными ими гран-диозными разрушениями (Батыгин и др. 2016: 16), что, конечно, особенно важно для нашей темы. Полагаем, что эти ученые правы, утверждая, что необходимо переписать историю Солнечной систе-мы, включив в нее гораздо больше драмы и хаоса, чем большин-ство из нас ожидали (Там же: 17). Порядок из хаоса - это чудо са-моорганизации и эволюции, несомненно, был одним из главных паттернов ранней Солнечной системы^*. Как мы видим, драматизм также характерен для эволюции на всех ее уровнях^*.

Современные взгляды свидетельствуют о том, что между протопланетным диском и растущей протопланетой могут существовать весьма интересные взаимоотношения, своего рода обмен энергией. В результате этого новорожденная планета может дрейфовать далеко от места своего рождения. Энергетически это объясняется тем, что после того как пла-нета подросла, может происходить необратимый обмен им-пульсом и энергией между планетой и диском. Это позволя-ет молодым планетам отправляться в путешествие по роди-тельскому диску (Там же: 19-20). Таким образом, наряду с описанным выше хаосом, имеется и некоторая протосистем-ность, которая влияет на будущее устройство. В чем-то она напоминает врИменную системность переселяющихся жи-вотных или племен, которая заменяется затем новой, более организованной системностью.

114 Глава 7

Но стоит отметить, что установление орбит не всегда связано со сменой местоположения планет. На установление орбит могло влиять взаимодействие с другими телами, в частности и с много-численными планетезималями. Ведь всякий раз, когда движение по орбите формирующейся или сформированной планеты сближает ее

-- другим объектом, этот объект либо притягивается к нему силами гравитации и становится его составной частью, либо отбрасывается прочь в результате изменения своей орбиты. Собственно, тот факт, что растущие планеты начинают расчищать свои орбиты, и служит одним из критериев, дающих право небесному телу называться планетой (Элкинс-Тантон 2017: 98).

Однако по законам механики это отбрасывание планетезимали не может не влиять на орбиту планеты. Впрочем, на местоположе-ние и орбиты планет влияли, помимо разброса планетезималей, и различные другие факторы, как то: метеориты, катастрофы, столк-новения и т. п., которых было много в течение первого миллиарда лет истории Солнечной системы. Таким образом, окончательное установление местоположения и орбит планет заняло длительный период, возможно, более миллиарда лет (см. также: Савченко, Сма-

гин 2013: 11).

Взаимодействие крупных и малых объектов и взаимное влия-ние их друг на друга - особая тема в эволюции, мы к ней еще вер-немся в следующем издании, когда будем вести речь о телах Сол-нечной системы.

Особенности Солнечной системы во вселенском масштабе.

Завершая этот параграф, стоит сказать, что, как этого и следовало ожидать, в каждом протопланетном диске благодаря массе случай-ностей формируется индивидуальная, непохожая на другие, пла-нетная система. То есть нет общего плана формирования планет-ных систем (Лин 2008). Повторим, порядок во многом зависит от случайностей, начиная от количества вещества в протопланетном облаке до резонансов, катастроф и прочих вещей*. Однако если го-ворить о каких-либо вероятностях, то в результате наблюдений за тысячами экзопланет выяснилось, что Солнечная система с точки зрения расположения и величины планет относится к редко встречающимся типам.

Обратим внимание, что всего несколькими годами раньше Д. Лин (2008) указывал, что существует мнение, буд-

Смена местоположения планет

115

то похожие на Землю планеты распространены больше, чем планеты-гиганты. Однако в связи с новыми данными идея о распространенности планет земного типа не подтвердилась. Полагаем, что мнения о том, насколько типичны/нетипичны Солнечная система и Земля как планета, еще будут меняться в результате новых открытий.

Типичная планетная система содержит одну или несколько су-перземель (то есть планет, в несколько раз превышающих Землю по размерам) с орбитальными периодами короче примерно 100 су-ток. А гигантские планеты типа Юпитера и Сатурна встречаются лишь у 10 % звезд, и еще реже они движутся по почти круговым орбитам. Мало того, среди экзоюпитеров было много так называе-мых "горячих юпитеров", то есть планет, которые располагались близко к своему солнцу и вращались вокруг него за несколько су-ток (Батыгин и др. 2016: 19). Поскольку в такой близости от звезды лед полностью отсутствует, что противоречит сложившимся пред-ставлениям о картине образования планет, предполагается, что эти горячие гиганты формировались вдали от своей звезды, а затем ми-грировали к ней⁹².

Также и разделение Солнечной системы на внутренние камени-стые планеты и внешние газовые гиганты, ранее считавшееся "космическим стандартом", встречается очень редко, что фактиче-ски делает нашу планетную систему "белой вороной". Планеты среднего размера, так называемые суперземли, - вероятно, самые распространенные в Галактике, но ни одной из них нет в семье Солнца. К тому же у большинства звезд многие планеты расположе-ны гораздо ближе, чем ближайший спутник нашего Солнца Мерку-рий. Орбиты странного семейства нашего Солнца более округлые и широкие, чем у планет других звезд. Объяснить эти расхождения можно, учитывая сложное взаимодействие планет в период молодо-сти Солнечной системы (Там же: 21).

Таким образом, мы вновь видим, что путь эволюции - это ти-пичное в индивидуальном, особенности системы зависят от ее ге-нетики и внешней среды, случайностей, говоря биологическим язы-ком, от генотипа и фенотипа^*; а также то, что Солнечная си-

-- Отметим попутно, что идея о существовании в космосе в экзопланетных системах "горя-чих юпитеров" может косвенно подтверждать теорию о том, что планеты земной группы могли потерять свои флюидные оболочки.

116 Глава 7

стема имеет свои особенности, которые могли играть важную роль в создании условий для появления жизни на Земле.^.

Выясняется и еще одна интересная особенность. По сравнению

-- другими планетными системами, где суперземли плотно упакова-ны, Солнечная система кажется почти пустой (Батыгин и др. 2016: 20)⁹³. В то же время несомненно, что Солнечная система намного плотнее упакована, чем ряд других (возможно, еще не открытых) планетных систем. То есть представляется, что в Солнечной систе-ме достигнуто достаточно оптимальное соотношение "заселенно-сти"^*. Это важно, поскольку такой оптимум условий и пропорций является одной из предпосылок для эволюционного рывка^*. В част-ности, выход жизни на сушу, где плотность населения возросла, дал мощный толчок для роста разнообразия и уровня биологиче-ской организации. Но и на суше эволюционные рывки скорее про-исходят в не столь плотно заселенных ареалах. Из плотно заселен-ных ареалов животные мигрируют на более свободные территории, что ведет к разнообразию популяций вида и создает условия для нового видообразования. То же можно сказать в отношении соци-альной эволюции. Только переход к земледелию (особенно иррига-ционному) позволил выйти из ситуации недостаточной концентра-ции населения для возникновения государств и цивилизаций (об этой и других предпосылках и условиях возникновения государ-ственности см.: Гринин 2011). Но и сверхплотность населения для аграрного принципа производства в Китае и других азиатских странах стала препятствием для нового эволюционного рывка. Зато Европа, будучи намного более плотно заселенной, чем Африка, в то же время значительно уступала в этом отношении Азии, обладая оптимальной плотностью населения для подъема. И именно в Ев-ропе начался модернизационный рывок (см.: Он же 2006; Grinin et al. 2015).

7.2. Гипотезы о смене орбит

Смена орбиты Юпитера и других планет. Если исходить из того, что Юпитер образовался первым и оказал влияние на формирова-ние и местоположение всех остальных планет, то его истории сле-

-- Это, кстати, противоречит вышеприведенной идее о том, что "добавить" больше планет в Солнечную систему не позволяла гравитация. Пока все подобного рода идеи являются только гипотезами.

Смена местоположения планет

117

дует уделить особое внимание. Кроме того, Юпитер, вероятно, сам изменил свою орбиту (и не исключено, что не один раз). Возможно, он сформировался в зоне, более близкой к Солнцу. Выше мы уже говорили о том, что существуют разные гипотезы о возможных направлениях этих миграций самой крупной планеты Солнечной системы. Далее мы увидим две версии этой "одиссеи" гиганта.

Сначала приведем историю в изложении Д. Лина. Юпитер дол-жен был формироваться во внутренней части планетной системы, вблизи линии льда, пока в диске было еще достаточно газа. Но для этого в диске должно быть много и твердого вещества. Кроме того, он должен был переместиться к месту своего нынешнего располо-жения. Мигрировать по типу зародышей планет он не мог, так как был слишком велик, но возможны были способы миграции за счет диффузии газа. Этот процесс довольно медленный: нужно несколь-ко миллионов лет для перемещения планеты на несколько астро-номических единиц.

Далее излагается одна из последних версий миграций Юпитера

-- других планет, вызванных влиянием Юпитера (Batygin et al. 2016; Batygin, Brown 2016; Батыгин и др. 2016)⁹⁴. Сначала предпо-

лагается, что Юпитер после своего образования начал двигаться к Солнцу. В течение примерно 100 тыс. лет, когда Юпитер дрейфо-вал к центру и тянул за собой Сатурн, он действовал как гравита-ционный бульдозер, толкая несколько земных масс льдистого ве-щества внутрь системы. Взаимное гравитационное влияние обеих планет создавало разрыв в протопланетном диске. Дрейфуя внутрь, Юпитер и Сатурн попали в орбитальный резонанс⁹⁵. Последний изменил движение планет: затормозил их миграцию внутрь и направил обратно к внешней части Солнечной системы, куда они

-- Эти статьи вызвали довольно большой резонанс и дополнительно популяризировались в ряде статей с весьма интересными образами и дополнениями (см., например: Биллингс

2015; Хауэлл 2015).

-- Согласно Википедии, орбитальный резонанс возникает, когда орбитальные тела оказыва-ют регулярное периодическое гравитационное влияние друг на друга. Чаще всего в резо-нансе находятся пары объектов. В большинстве случаев это приводит к нестабильному взаимодействию, при котором тела обмениваются импульсом и смещением, пока резонанс не затухает. В некоторых случаях резонансная система может быть стабильной и самокор-ректирующейся, так что тела остаются в резонансе. Об истории исследования резонансов см.: Молчанов 2011: 34-48. Автор статьи высказывает интересную для нашего исследова-ния мысль, что резонансность характерна для любой эволюционно зрелой динамической системы.

118 Глава 7

двигались примерно полмиллиона лет, разбрасывая обломки. Пе-рераспределение вещества в диске при смене галса Юпитера и Са-турна хорошо объясняет небольшую величину Марса и состав со-временного пояса астероидов (Батыгин и др. 2016: 22). Земля и другие каменистые планеты, а также пояс астероидов формирова-лись из обломков, оставшихся после смены галса (Там же: 23).

Когда Юпитер и Сатурн, двигаясь к Солнцу, вызывали движе-ние мелких тел, скалы и льдины сталкивались и дробились, образуя рои обломков. Попав в резонанс с ранее существовавшими плане-тами, эти рои отбирали у них энергию и рассеивали ее в виде тепла от трения в газовом диске. За сотни тысяч лет рои могли сбросить на Солнце любую суперземлю (Там же).

Таким образом, не исключено, что в результате смены курса Юпитера были уничтожены первичные планеты (суперземли) и было расчищено место для современной Солнечной системы.

-- течение последующих сотен миллионов лет (курсив мой. -

Л. Г.) Земля и другие ныне существующие планеты земной группы слиплись из редких обломков, оставив внутри системы почти пу-стое пространство. Таким образом, в результате смены галса воз-никли условия для формирования внутренних планет и последнего всплеска интенсивного взаимодействия между планетами. В итоге это взаимодействие выдвинуло Юпитер внутрь, на его нынешнее место, а другие планеты отодвинуло наружу. По сути, Юпитер дей-ствовал, как слон в посудной лавке, расшвыривая и круша все во-круг. Поэтому возникло предположение, что один из гигантов мог быть вообще выброшен в межзвездное пространство. Речь идет о гипотетической девятой протопланете, которая могла существовать

-- то далекое время.

Оставшиеся планеты постепенно стабилизировали свои орби-ты, взаимодействуя с внешними льдистыми обломками (которые теперь мы называем поясом Койпера). В виде побочного эффекта они сбросили во внутреннюю область Солнечной системы поток обломков, вызвавший мощную бомбардировку (см. ниже). Около 3,8 млрд лет назад гиганты успокоились в их современном положе-нии, образовав Солнечную систему в том виде, какой мы ее знаем (Там же: 23).

Смена местоположения планет

119

Словом, порядок в формирующейся Солнечной системе возник далеко не сразу. По мнению К. Батыгина и соавторов, потребова-лось 800 млн лет для того, чтобы система сложилась.

Таким образом, согласно этой гипотезе (и некоторым другим) существовало не одно, а два или более поколений первичных пла-нет, поскольку Юпитер и Сатурн сбросили их на Солнце или вы-бросили за пределы Солнечной системы. Соответственно, про-странство внутри Солнечной системы стало более свободным, а планетные орбиты - более круговыми. То есть современный поря-док потребовал двух или более попыток создания системы (выше мы упоминали также гипотезы о гибели так называемых хондрито-вых планет). С точки зрения эволюционной теории такая идея бо-лее привлекательна, поскольку первичные системы (в биологии или социологии) часто выглядят архаично, а более совершенные системы образуются уже как вторичные или третичные^*.

Несмотря на то, что вышеизложенное - всего лишь гипотеза, а не установленные факты, тем не менее сам уровень знаний, даю-щий возможности создания таких гипотез, говорит о том, насколь-ко космологи продвинулись в понимании процессов образования планетных систем. Поэтому не таким уж преувеличением выглядит следующее сравнение. Как секвенирование нитей ДНК раскрывает историю древних миграций человечества по поверхности нашей маленькой планеты, так и компьютерное моделирование позволяет астрономам реконструировать величественную историю путеше-ствий планет в течение первого миллиарда лет жизни Солнечной системы (Батыгин и др. 2016: 26).

Глава 8. Дальнейшее формирование Солнечной системы и роль катастроф

8.1. Основные моменты достраивания

и упорядочения Солнечной системы

-- первый миллиард лет после формирования планетной системы

-- периоде "отладки" системы. Итак, согласно разным гипотезам, формирование первичной планетной системы могло занять всего не-сколько миллионов лет (Элкинс-Тантон 2017: 95), то есть происхо-дить довольно быстро по астрономическим меркам⁹⁶. Но, возможно, оно заняло больше времени - до 50 или даже 100 млн лет, когда окончательно сформировались планеты земной группы (Лин 2008).

Но если, как делают многие космологи, разделить эволюцию Солнечной системы на две больших стадии: 1) образование прото-планет из протопланетного и пылевого дисков; 2) их миграцию на устойчивые орбиты, соответствующие современному положению⁹⁷,

то тогда, скорее всего, для формирования порядка в планетной си-стеме, какой мы ее сейчас знаем, потребовались сотни миллионов лет (возможно, до 1 млрд лет или несколько больше). Тем более ес-ли исходить из того, что нынешнее поколение планет не было пер-вым (см. выше).

И, повторим, этот период "отладки" и упорядочения был до-вольно бурным, включал в себя множество грандиозных катастроф, а также различные миграции, о части которых мы уже говорили. Одновременно это был период грандиозных геологических изме-нений в рамках планет и их спутников, в результате чего сформи-ровались основы их структуры и оболочек.

-- Но для этой длительности, видимо, точнее будет говорить все же о протопланетной системе.

-- Сегодня появляются гипотезы (на основе компьютерного моделирования), которые стре-мятся объединить две основные модели формирования Солнечной системы: небулярную гипотезу, включающую возникновение протопланет из планетезималей, и динамическую модель (в том числе упомянутую выше модель Ниццы). Новые гипотезы говорят о том, что планетная система устанавливалась в процессе миграций протопланет. Авторы идеи объединения исходят из того, что если увеличить время на формирование ядер будущих планет, то компьютерное моделирование оказывается способным объяснить возникнове-ние газовых гигантов (Levison et al. 2015).

Дальнейшее формирование Солнечной системы

121

"Массовое вымирание" планетезималей и тяжелая бомбар-дировка. Создание стабильного порядка, как это часто можно встретить в эволюционных процессах, потребовало ликвидации множества "излишних" объектов. А такая ликвидация происходит достаточно часто в виде "массовых вымираний" или других ката-строфических событий, уменьшающих "население". О вымираниях

-- процессе эволюции жизни слышали все^98*. Бывали неоднократ-ные "вымирания" (государств и политий, но также и населения)⁹⁹ и

-- социальной истории. В истории Солнечной системы такие "вы-мирания" происходили в результате резких движений крупных планет и общей перетасовки их местоположений.

-- частности, следует упомянуть такое вероятное событие. Как мы помним, Юпитер и Сатурн вернулись во внешнюю часть Сол-нечной системы. При этом они оказались сцепленными на ком-пактных, резонансных и почти круговых орбитах с Нептуном и Ураном (Батыгин и др. 2016: 23). Указанное вхождение Юпитера и Сатурна в резонанс (а произошло это в районе 600-700 млн лет от начала формирования Солнечной системы) создало мощнейшее влияние на Солнечную систему. Последняя вошла в гравитацион-ное возбуждение, а это привело к тому, что Нептун и Уран поменя-лись местами и орбитами, так как ранее Уран находился дальше Нептуна.

Много времени накапливались возмущения со стороны внеш-него пояса льдистых обломков, прежде чем они вывели двух гиган-тов из резонанса. Хаотическое взаимодействие между теперь уже нестабильными гигантами вызвало за несколько миллионов лет

значительные изменения в "населении" Солнечной системы.

-- частности, в этом процессе они проредили пояс астероидов и по-яс Койпера, в которых в результате стало в несколько раз меньше планетезималей (говорят о том, что их стало в сто раз меньше, од-нако это, вероятно, является преувеличением). В любом случае это, видимо, была грандиозная чистка, хотя разрушение и перенаправ-ление планетезималей продолжалось и до, и после нее. И сегодня

-- За последние чуть более полумиллиарда лет было пять великих массовых вымираний и около 20 менее масштабных. Наибольшее из них пермское, случившиеся около 250 млн лет назад, в результате которого исчезло более 95 % морских видов и более 70 % видов наземных позвоночных (см.: Jin 2000; Shen et al. 2011; White 2002; Lau et al. 2016).

-- Наиболее известна эпидемия чумы "черной смерти" в 1347-1348 гг. (см.: McNeill 1998).

122 Глава 8

Уран и Нептун выбрасывают планетезимали наружу, в пояс Койпе-ра, или же к Солнцу. А Юпитер своим мощным тяготением отсы-лает их в облако Оорта (в котором может содержаться около 100 земных масс вещества), на самый край области гравитационно-го влияния Солнца (Лин 2008).

Кроме того, с описанным событием, вероятно, связана и так называемая поздняя эпоха тяжелой бомбардировки, точнее, осо-бый период этой эпохи (Bottke et al. 2012; Gomes et al. 2005; Early... 2012). Ранняя эпоха, как мы помним, была в начале форми-рования планетной системы в первые миллионы или десятки мил-лионов лет. Поздняя эпоха тяжелой бомбардировки - это важный период в истории Солнечной системы, когда на каменистые плане-ты выпало огромное количество метеоритных осадков в результате вышеуказанных событий. Следы поздней тяжелой бомбардировки хорошо изучены на Луне, также они подтверждены на Меркурии и Марсе (например: Сурдин 2012; Кац и др. 1984). Первоначально считалось, что эта эпоха длилась 300 млн лет (с 4,1 млрд лет назад по 3,8 млрд лет назад). Однако относительно недавние исследова-ния показали, что она оказалась более длительной. Благодаря новым методикам исследования (Johnson, Melosh 2012) удалось установить, что поздняя тяжелая бомбардировка закончилась не 3,8 млрд лет назад, а 3,2 млрд лет назад, то есть продолжалась по-чти один миллиард лет. И вызвана она была, повторим, вышеука-занным изменением орбит Юпитера и Сатурна.

Не так давно также было высказано предположение, что пояс астероидов в прошлом начинался на расстоянии 1,7 а. е. от Солнца вместо сегодняшних 2,1 а. е., то есть данный пояс благодаря грави-тационным воздействиям был отодвинут (Bottke et al. 2012). В ре-зультате этого период катастрофических столкновений с астерои-дами и их мощного падения на планеты земной группы продолжал-ся довольно долго. Дело в том, что в результате миграции этого по-яса и гравитационного воздействия со стороны планет-гигантов астероиды на границе пояса перешли на орбиты с большим накло-нением. В итоге они начали сталкиваться с каменистыми планета-ми Солнечной системы позже, чем другие небесные тела. Некото-рые из этих тел продолжали падать на Землю вплоть до 2 млрд лет назад (см.: Ibid.; Глуховский, Кузьмин 2012).

Дальнейшее формирование Солнечной системы

123

8.2. Столкновения и катастрофы

в ранний период Солнечной системы

Станислав Лем писал, что космос есть зона катастроф, а Земля вме-сте с жизнью своим возникновением обязана необычной серии та-ких катастроф^*. В этой картине мира центральное место занимает творение посредством разрушения и вызванной им перестройки системы (Лем 2004). Это, конечно, верно только отчасти, так как, повторим, в эволюции органически сочетаются периоды быстрых трансформаций и разрушений и медленных накоплений измене-ний^*. Сами по себе разрушения не могут быть созидательными. Они становятся созидательными, только когда проделана большая подготовительная работа^*. И все равно часто сначала следует откат назад, и только потом - много времени спустя - эволюция, как бы разбежавшись, начинает новое движение вперед. Однако, вне вся-кого сомнения, катастрофы (особенно в некоторые периоды) игра-ют исключительно важную роль^*. Такова и их роль в ранний пери-од истории Солнечной системы.

Можно привести еще довольно образный написанный в диалектическом ключе фрагмент о способе существования космических объектов.

На самом деле этот звездно-галактический мир - неспо-койный мир: в нем происходят и будут происходить бурные, неистовые и яростные процессы бифуркационной катастро-фы. В нем произошли и происходят непрестанные процессы смены хаоса и порядка, устойчивости и неустойчивости, ста-бильности и нестабильности, симметрии, асимметрии и спон-танного нарушения симметрии; происходит катастрофическая смена притяжения и сжатия, сжатия и коллапса, коллапса и реколлапса, реколлапса и антиколлапса; происходит в нем по-стоянная смена буйства, неистовства и ярости в катастрофи-ческом взрыве сверхновой звезды, в ослепительной мощности светимости квазаров и незабываемой грандиозности чудо-вищной светимости ядер активных галактик (Хван 2008: 193).

Наиболее известны две предполагаемые катастрофы, которые произошли в период первых ста миллионов лет. Первая - столкно-вение Меркурия с крупным астероидом. В результате этого каса-тельного удара Меркурий потерял большую часть своей мантии и оболочки (Язев 2011: 48). Как известно, эта маленькая планета

124 Глава 8

имеет непропорционально большое железоникелевое ядро, в ре-зультате чего его металлическая часть составляет 60 % или более от всей его массы (Solomon 2003). Это также причина очень высо-кой плотности вещества планеты. Объяснения этому разные: осо-бенности концентрации вещества в протопланетном облаке¹⁰⁰, ис-парение (поскольку планета близка к Солнцу) либо столкновение (Ibid.). Меркурий действительно загадочная планета. Существует еще более экзотическая версия, согласно которой он первоначально был расположен дальше от Солнца, однако был не самостоятель-ной планетой, а спутником Венеры, но затем "убежал" от нее. Эта версия объясняет сразу две проблемы: малый размер Меркурия, но более чем приличный для спутника; обратное другим планетам вращение Венеры (по отношению к вращению вокруг Солнца). Об-ратное вращение Венеры вызывает вопросы: почти все прочие крупные тела Солнечной системы вращаются в одном и том же направлении, совпадающем с направлением вращения самого Солнца вокруг своей оси. Основная версия по этому поводу - при-ливное воздействие в далеком прошлом массивного спутника, то есть Меркурия, которое не только затормозило вращение планеты, но даже слегка "раскрутило" ее в обратном направлении (Язев 2011: 57-58). Эту версию подтверждает и так называемый резонанс Меркурия и Венеры: солнечные сутки Венеры равны удвоенным звездным суткам Меркурия. Если Меркурий в прошлом был спут-ником Венеры, то в этой системе из двух довольно массивных тел действовали мощнейшие приливные силы (Там же: 42; см. также: Сурдин 2012: 124-25). Это должно было вызвать плавление коры обоих тел, затормозить их вращение и за несколько сотен миллио-нов лет поднять орбиту спутника до 420 тыс. км, что неизбежно должно было закончиться потерей Меркурия (Сурдин 2012: 124- 25). Эта версия любопытна еще и тем, что показывает: число пла-нет Солнечной системы не было предзадано в момент дефрагмен-тации протопланетного диска.

Но есть и версия о сравнительно недавнем встречном ка-сательном ударе крупного небесного тела (размерами не ме-нее 200 км). Версия маловероятная, поскольку ось вращения

-- Идея состоит в том, что вблизи Солнца, где формировался Меркурий, соотношение же-лезных и каменных частиц было сдвинуто в сторону первых, и избыток железа отразился на строении планеты (Язев 2011: 48).

Дальнейшее формирование Солнечной системы

125

планеты в этом случае, скорее всего, изменила бы свое по-ложение (перпендикулярное к плоскости орбиты). Кроме то-го, такое гипотетическое тело-ударник, скорее всего, не при-надлежало Солнечной системе, поскольку должно было дви-гаться во встречном направлении (Сурдин 2012: 58).

Другой известной гипотезой о катастрофе является идея, что между 30 и 100 млн лет после формирования Солнца зародыш раз-мером с Марс врезался в протоземлю и породил гигантское коли-чество обломков, из которых сформировалась Луна. Столь мощный удар, конечно же, разбросал огромное количество вещества по Солнечной системе. Этот сильный удар должен был сорвать пер-вичную атмосферу Земли. Ее современная атмосфера в основном возникла из газа, заключенного в планетезималях. Из них сформи-ровалась Земля, а позже этот газ вышел наружу при извержении вулканов (Лин 2008; Lin 2008). Но данная гипотеза имеет варианты. Есть красивая теория, предложенная еще в 1975 г. Уильямом Харт-маном и Дональдом Дэвисом, что рядом с протоземлей миллионы лет относительно близко вращалась протопланета Тейя (Тея).

-- конце концов планеты столкнулись. Считается, что столкновение произошло почти по касательной и на относительно низкой скоро-сти. Поэтому часть вещества земной мантии и Тейи были выбро-шены на околоземную орбиту. Из этих обломков и сформировалась Луна, которая начала обращаться по круговому пути. Интересно, что у Луны небольшое содержание железа, и это может подтвер-ждать, что она образовалась из земной мантии (если к этому вре-мени у Земли уже сформировалось ядро, что, согласно современ-ным взглядам, могло иметь место).

Относительно судьбы Тейи имеются различные спекуляции. По одной из них, ее вещество слилось с земным, образовав единую планету. Кроме того, Земля в результате столкновения получила резкий прирост скорости вращения и заметный наклон оси вра-щения.

Но, естественно, имеются и ярые противники этой гипо-тезы. Например, Э. М. Галимов (2008) утверждает, что она сегодня искусственно поддерживается представителями за-падной, главным образом американской, научной школы.

126 Глава 8

Прочие гипотезы о столкновениях. Выше мы говорили, что Нептун в районе 600-700 млн лет от коллапса протосолнечного об-лака мигрировал и стал менять свою орбиту. Не так давно астроно-мом Юго-Западного исследовательского института в Боулдере (Колорадо) Дэвидом Несворны была выдвинута гипотеза о том, что

в Солнечной системе существовало не четыре, а пять планет-гигантов. И что эта пятая планета столкнулась с Нептуном в пери-од его миграции. Это сдвинуло Нептун к его современной орбите,

-- пятая планета-гигант распалась на кластер обломков, которые были выброшены Нептуном в пояс Койпера, то есть на окраину Солнечной системы¹⁰¹.

Однако этот кластер ("kernel", то есть ядро), представ-ляющий собой группу численностью около тысячи ледяных скал, держится достаточно сплоченно и никогда не меняет орбитальное направление, как и планеты. Он представляет собой загадку, и его наличие указывает на существенные ограничения моделей ранней Солнечной системы (Petit et al. 2011), которую и пытается разгадать гипотеза Несворны о распавшейся пятой планете - ледяном гиганте (см. подроб-нее: Taylor Redd 2015; NesvornЩ 2011). Этот кластер также можно рассматривать как аналог малой планеты (подобно тому, что мы говорили о поясе астероидов).

Наконец, есть еще гипотеза об Уране. Уран, обращаясь по орбите вокруг Солнца, словно лежит на боку. Все осталь-ные планеты обращаются на своих орбитах более "верти-кально". Неизвестно, почему ось Урана так странно распо-ложена на орбите; наиболее правдоподобная гипотеза связа-на с тем, что когда-то очень давно, миллиарды лет назад, он столкнулся с блуждающей планетой примерно такого же размера, как Земля, имеющей орбиту с очень большим экс-центриситетом. Такое столкновение, если оно когда-либо происходило, должно было учинить настоящий хаос в си-стеме Урана (Саган 2016).

-- Обычно считалось, что Нептун при своей миграции выбросил туда планетезимали, а не обломки разрушенной им планеты. Впрочем, в настоящее время о формировании Урана и Нептуна известно так мало, что, по мнению одного астронома, "число возможных вари-антов формирования Урана и Нептуна огромно". Тем более бесконечно число гипотез о неизвестных планетах. Выше уже упоминалось о девятой (пятом гиганте) планете Сол-нечной системы, которая должна была быть либо выброшена из Солнечной системы (став планетой-сиротой), либо перейти на ее далекие окраины (став гипотетической планетой Тюхе/Тюхеей или другой "Планетой X" в облаке Оорта). Гипотезу о планете Тюхе вы-двинул в 1999 г. Д. Матис.

Дальнейшее формирование Солнечной системы

127

Таким образом, если собрать все катастрофы, то получается впечатляющая картина потерь, в результате которых только и стало возможным возникновение в Солнечной системе более или менее устойчивого состояния. Две из девяти планет (Тейя и пятый гигант) разрушены и исчезли, зато Меркурий превратился в самостоятель-ную планету (либо был сильно деформирован и уменьшен в разме-рах, если находился на современном месте); Венера стала вращаться

-- обратном направлении; Нептун заметно отдалился от Солнца, вы-бросив остатки разбитой планеты на ее окраину в пояс Койпера; а резонанс Юпитера и Сатурна вызвал мощную бомбардировку зем-ных планет и расчистил пояс астероидов и пояс Койпера.

Происходили ли эти конкретные катастрофы или нет, но мы вправе ожидать, что формирование столь мощной системы, как Солнечная, должно было сопровождаться катастрофами (Кусков и др. 2009: 143). История космоса, Земли, жизни и общества насыще-на катастрофами. У Айзека Азимова даже есть научно-популярная книга с характерным название "Выбор катастроф" (Азимов 2000)¹⁰². Поэтому ожидать, что формирование Солнечной системы шло гладко и мирно, было бы наивным. Ее история представляет собой длинный перечень состоявшихся и несостоявшихся столкно-вений (Хейзен 2015: 44). Катастрофы - это важнейшая часть эво-люции, а также отбора¹⁰³. И формирование спутников планет также не обошлось без них^*.

-- в заключение параграфа вновь повторим, что развитие на всех уровнях эволюции идет как за счет эволюционных медленных процессов вроде конвекции, образования коры и т. п., которые со-здают структуру систем планет и прочего, так и за счет быстрых изменений, включая рывки в развитии, резкие трансформации, а также коллапсы и катастрофы, которые могут радикально изменить ситуацию^*.

-- Существуют и математические теории катастроф. Математическое описание катастроф - скачкообразных изменений, возникающих в виде внезапного ответа системы на плавное изменение внешних условий, дается теориями особенностей и бифуркаций (см.: Арнольд 2004). Математическое описание катастроф прилагает математический аппарат к одному из проявлений гегелевского закона перехода количества в качество, о котором мы не-сколько раз говорили*.

-- Неудивительно, что история космогонии насчитывает немало гипотез, связанных с ката-строфами, начиная с теории Ж. Бюффона XVIII в. о том, что комета выбила из Солнца струю раскаленной материи, из которой и образовались планеты.

128 Глава 8

8.3. Образование спутников

Выше мы говорили об одной из ведущих гипотез образования Лу-ны. Однако есть и более прозаичные, в частности образование ее на околоземной орбите, возможно, из нескольких крупных спутников, которые в конечном счете объединились в одно тело - Луну (что обеспечило ее быстрое нагревание), а также и еще более экзотиче-ские, хотя и маловероятные, в частности захвата Землей готовой Луны (Найдыш 2007). В этой последней гипотезе мы видим эволю-ционный паттерн - захватов, насильственных инкорпораций, объ-единений, - о котором уже вели речь (например, при упоминании захвата Марсом двух своих спутников; а также иррегулярных спутников вообще - см. ниже)^*. Можно также обратить внимание на статью астронома Лейденского университета С. П. Цварта с го-ворящим названием "Как Солнце похитило карликовые планеты из чужой Солнечной системы" (Zwart 2016). В ней он рассказывает о своей теории, согласно которой малая планета Седна и ее семья (порядка дюжины объектов) первоначально не принадлежали к Солнечной системе¹⁰⁴. Голландский астроном делает вывод, что странные орбиты некоторых тел во внешней Солнечной системе показывают, что они являются добычей Солнца от межзвездного захвата.

-- звездных захватах, грабежах и насильственных вклю-чениях в свои системы уже шла речь в первой книге моно-графии (Гринин 2013: 119-21). В частности, мы писали:

Формирование галактик происходит различным путем, в том числе за счет поглощения крупными галактиками мел-ких, в частности при столкновении галактик. "Если малень-кая галактика сталкивается с намного большей, она погло-щается ею и полностью теряет свою идентичность; каждый раз при прохождении около большой галактики от нее бук-вально отдираются звезды" (Мэй и др. 2007: 140). В этом случае под одной крышей объединяются и старые, и моло-дые скопления и группировки звезд. Другой способ - объ-единение. Галактики более молодых генераций могли иногда

-- Седна имеет весьма необычную сильно вытянутую орбиту, которая в ближайшей от Солнца точке находится на расстоянии 76 а. е., а в дальней - на 900 а. е. Это делает Седну одним из наиболее удаленных известных объектов Солнечной системы, за исключением долгопериодических комет. Ей необходимо примерно 11 400 лет для того, чтобы совер-шить полный оборот по своей орбите.

Дальнейшее формирование Солнечной системы

129

возникать путем объединения маленьких, слабых и компакт-ных галактик. Они становились в этом случае "строитель-ными блоками", из которых сформировывались галактики, существующие в настоящее время. Наконец, есть еще вари-ант, когда сталкиваются две большие галактики. Столкнове-ние может длиться миллиарды лет, сопровождаясь активным звездообразованием и созданием массивных очень ярких звезд. Последнее означает, что это короткоживущие звезды, то есть будет много взрывов новых и сверхновых. В конце концов, галактики могут разойтись вновь, но уже сильно из-мененные, при этом может образоваться за счет оторвавше-гося вещества и новая галактика (см.: Мэй и др. 2007: 142)^*.

Таким способам формирования галактик можно найти многочисленные аналогии в биологической и геологической, но особенно в социальной эволюции. Поскольку звезды и га-лактики состоят из более или менее однородного вещества, достаточно легко объединяющегося и делящегося, этим они сходны с обществами, состоящими из людей, которые также могут быть легко включены путем интеграции или захвата. Однако захваты распространены и среди социальных живот-ных, например муравьев. Небезынтересно напомнить, что некоторые астрономы даже считают, что наш Млечный Путь за миллиарды лет "захватил, разграбил и покорил" сотни мелких галактик, поскольку в нашей галактике наблюдаются явные "переселенцы", и среди них вторая по блеску звезда на северном небе Арктур (Гибсон, Ибата 2007: 30)^*.

Если вернуться к гипотезе о Тейе, то это гигантское столкнове-ние (то есть столкновение Земли с ней или другим телом, в резуль-тате которого образовалась Луна) было, по-видимому, самым раз-рушительным в истории Земли. И с учетом формирования Луны оно обусловило далеко идущие последствия.

Окажись параметры того древнего столкновения Тейи

-- Землей слегка иными, процесс, приведший к формирова-нию Луны, происходил бы совершенно по-другому. Если бы столкновение произошло не по касательной, а лобовым уда-ром по центру, то Тейя смешалась бы с Землей и стала ее частью. Весьма вероятно, в таком случае Земля и Тейя обра-зовали бы большую планету без спутника. Тейя могла бы также разминуться с Землей, а ее орбита изменилась бы на-столько, что направилась либо в сторону Венеры, либо Мар-са и навсегда удалилась бы от Земли. Наконец, удар по каса-

130 Глава 8

тельной мог прийтись под таким незначительным углом, что образовавшееся облако осколков сформировало бы вокруг Земли множество более мелких лун, которые украсили бы ночное небо над Землей (Хейзен 2015: 44).

Происхождение систем регулярных спутников (то есть движу-щихся в направлении вращения планеты по почти круговым орби-там, лежащим в плоскости ее экватора) авторы космогонических гипотез обычно объясняют повторением в малом масштабе того же процесса, который они предлагают для объяснения образования планет Солнечной системы. Такие спутники есть у Юпитера, Са-турна, Урана (см., в частности: Кусков и др. 2009: 30-34). Однако происхождение иррегулярных спутников (то есть таких, которые обладают обратным движением) эти теории объясняют захватом (Найдыш 2007).

Иррегулярными называют спутники, орбиты которых отличаются от общих правил: ретроградное (обратное) дви-жение; большой эксцентриситет (вытянутость) орбиты; большой наклон орбиты к экваториальной плоскости плане-ты. Иррегулярные орбиты имеют многие спутники "астеро-идных" размеров. Из "больших" спутников только Тритон, спутник Нептуна, движется по ретроградной орбите.

-- Солнечной системе известно чуть более 100 нерегу-лярных спутников у всех четырех планет-гигантов в Солнеч-ной системе, многие из них были открыты в 1990-х гг. и позднее (см.: Уральская 2005); у Юпитера нерегулярных спутников 52 из 67; у Сатурна в настоящее время известно 24 регулярных и 38 нерегулярных спутников; у Урана 9 из 27 спутников - иррегулярные (Sheppard et al. 2005).

Формирование массивных спутников планет-гигантов является процессом, комплементарным генерации и развитию их хондрито-вых ядер, что отражает две стороны единого проявления их эндо-генной активности.

Особенно интересен спутник Ио, вулканы и образование вулканических депрессий на котором сосредоточены на сто-роне, обращенной к Юпитеру. Он является во всех отношени-ях современным аналогом Луны, древнейшая (4,6-3,2 млрд лет) вулканическая активность которой была обращена ана-логичным образом к ее материнской протоземле (наблюдает-ся на видимой стороне Луны). Ио имеет массу на 20 %

Дальнейшее формирование Солнечной системы

131

больше массы Луны. Он обращается по круговой орбите на расстоянии 422 тыс. км от Юпитера совместно с облаком во-дорода, отделившегося вместе с ним от Юпитера и не успевшего рассеяться (Маракушев и др. 2013: 135).

Поскольку спутники оказывают гравитационное влияние на планеты, то эта система "планета - спутник(и)" с течением време-ни эволюционирует. Так, вследствие приливных явлений эволюци-онировали системы "Земля - Луна" и "Нептун - Тритон" (Альвен, Аррениус 1979: 16).

Вместо заключения.

-- нерешенных проблемах

-- самоорганизации

-- О нерешенных проблемах в космологии Солнечной системы

-- этой книге мы много говорили о различных спорных аспектах и нерешенных проблемах. Особенно их много относительно процес-сов, которые привели к образованию планет и других тел в Сол-нечной системе, а также механизмов формирования этих тел (см., например: Ксанфомалити 1997: 5). Поэтому завершить книгу стоит упоминанием некоторых проблем, которые длительное время стоят перед космологами, но остаются нерешенными. Их нужно решать в рамках любой более или менее цельной концепции эволюции Сол-нечной системы. В частности, существует загадка момента количе-ства движения, который почти весь сосредоточен почему-то в пла-нетах и других малых телах (98 % количества движения Солнечной системы)¹⁰⁵. А на Солнце приходится всего 2 % этой величины, хо-тя масса Солнца составляет более 99 % всей массы Солнечной си-

стемы (Язев 2011: 347-48).

Если момент вращения отнести к единице массы, введя, таким образом, удельный угловой момент, то различие полу-чится в 50 тыс. раз: обладая малой суммарной массой, плане-ты и другие малые тела обладают огромным угловым мо-ментом. Это факт требует объяснения (Там же).

И. С. Шкловский (1987: гл. 10) дает весьма любопытный комментарий к проблеме момента количества движения. Рассмотрим следующий мысленный эксперимент, предлага-ет он. Что было бы, если бы все планеты Солнечной системы слились с Солнцем? Так как в изолированной системе мо-мент количества движения должен сохраниться, а масса всех планет ничтожно мала по сравнению с массой Солнца, то Солнце с необходимостью должно было бы вращаться с эк-

-- Момент количества движения может быть определен как "запас вращения" системы. Это вращение складывается из орбитального движения планет и вращения вокруг своих осей Солнца и планет (Шкловский 1987).

О нерешенных проблемах и самоорганизации	133

ваториальной скоростью, в 50 раз большей, чем сейчас (так как его вращательный момент должен был бы увеличиться

-- 2 до 100 % полного момента количества движения Солнеч-

ной системы - поскольку существует закон сохранения ко-

личества движения). Следовательно, экваториальная ско-рость вращения Солнца стала бы близкой к 100 км/с. Но это как раз нормальная скорость вращения звезд, более массив-ных и горячих, чем F5. Напрашивается важный вывод: ско-рость вращения Солнца, которая когда-то была довольно вы-сокой, резко уменьшается (в 50 раз) благодаря тому, что ос-новная часть момента количества движения была передана планетам.

Кроме того, в рамках теории происхождения Солнечной систе-мы необходимо объяснить, почему орбиты всех крупных планет, мало отличающиеся от круговых, лежат практически в одной плос-кости, близкой к экваториальной плоскости Солнца? Почему име-ется такой вовсе не случайный набор значений радиусов орбит крупных планет?¹⁰⁶ Далее, Земля, Солнце и большинство иных тел вращаются вокруг своей оси против часовой стрелки; планеты во-круг Солнца и спутники вокруг планет - тоже. Значит, положи-тельные и отрицательные МКД (момент количества движения) всех тел, составляющих Солнечную систему, не уравновешиваются между собой; суммарный МКД этой системы очень велик, и необ-ходимо выяснить его происхождение (Шевченко 2014: 66).

Существует и ряд других сложных фактов и закономерностей Солнечной системы, которые требуют объяснения в рамках общей теории (а не только каждый по отдельности). Это касается разли-чия химического состава Солнца и планет, а также планет между собой, планет и спутников, например Земли и Луны и т. д. (о чем мы уже говорили выше). Это касается также того факта, что обра-щение планет вокруг Солнца, а для большинства планет и враще-ние вокруг своих осей осуществляется в одном направлении с вра-щением Солнца, однако есть важные исключения, например Вене-ра (см. Главу 8). Кроме того, хотя большинство спутников планет вращается в том же направлении, что и их планеты, здесь также

-- Это соотношение описывается эмпирическим правилом Тициуса - Боде.

134 Вместо заключения

имеются исключения. Есть и много других нерешенных проблем (см. также: Витязев и др. 1990: 5-6; Язев 2011: 346-350).

-- О самоорганизации, хаосе и порядке

-- эволюционном аспекте

Завершить книгу хотелось бы гимном самоорганизации, процессу, благодаря которому из хаоса формируется порядок. Самоорганиза-ция, как известно, одно из ключевых понятий кибернетики и си-нергетики, введенное еще основоположниками этих наук У. Эшби (1959; 1966; 1969; Ashby 1962) и Г. Хакеном (1980; 1985). По Хаке-ну, "самоорганизация - это процесс упорядочения в открытой си-стеме, за счет согласованного взаимодействия множества состав-ляющих ее элементов" (Хакен 1980: 348). Это понятие часто при-меняют в широком значении, говоря, например, о самоорганизации биосферы или общества (Моисеев 2001). Но в узком смысле слова самоорганизация - это прежде всего процесс спонтанного возник-новения порядка и организации, и понятно, что она характерна для систем только в определенных условиях.

Напомним: абсолютное большинство космологов считают, что Солнце и планеты сформировались из единого облака. Это значит, что Солнечная система образовалась именно как система целиком!

-- точки зрения эволюции это показывает, что системность помога-ет наиболее эффективному энергетическому функционированию, а способ последнего обнаруживается в процессе самоорганизации и самосохранения материи^*.

Самоорганизация, саморегуляция и ход эволюции. Самоор-

ганизацию можно рассматривать как одну из фаз эволюционных процессов. С одной стороны, как завершение определенного про-цесса, в результате которого из хаотичного состояния возникает некий объект или система, с другой - как начало нового эволюци-онного витка, в результате которого одно состояние сменяется дру-гим, иногда качественно более высоким. Иными словами, смена состояний беспорядка и порядка, дестабилизация нового порядка в результате каких-то новых факторов или процессов и переход к новому порядку - это важный алгоритм эволюционных процес-сов. В то же время такой путь способен приводить, в конце концов, к нахождению достаточно длительной и устойчивой системы по-

О нерешенных проблемах и самоорганизации	135

рядка. В этом случае эволюция замедляется, поскольку системы переходят в режим саморегуляции, который позволяет им сохра-нять свою структуру. Несомненно, что самоорганизация и саморе-гуляция - тесно связанные процессы.

Процессы самоорганизации в известной мере можно рассмат-ривать как одну из начальных форм саморегуляции и в то же время самую распространенную во Вселенной. При этом постепенно спо-собность к самосохранению за счет более эффективных механиз-мов саморегуляции возрастала. В частности, по мере накопления во Вселенной более сложных и тяжелых химических элементов спо-собность звезд к саморегуляции росла, а вместе с появлением но-вой генерации звезд увеличилась и продолжительность существо-вания этих систем (подробнее см.: Гринин А. Л. 2016б; Гри-нин Л. Е. 2013). Мы также видели, что по мере того как протопла-неты подобрали "бесхозные" куски вещества (планетезимали) и газ, молодые планеты нашли свои наиболее стабильные орбиты, сформировались и смогли создать с помощью конвекции свою структуру, процессы саморегуляции включились на полную мощ-ность^*. В результате в Солнечной системе установился в целом тот порядок, который мы наблюдаем и сегодня. Однако эволюция в ней, конечно, не исчезает, она просто замедляет свои процессы на одном уровне. Именно это позволяет ей переходить на другие уровни (в данном случае планетологические/геологические, биоло-гические и социальные). Таким образом, смена чередования хаоса

-- порядка и переход к саморегуляции на одном уровне может озна-чать, условно говоря, затишье на одном фронте эволюции и пере-ход к ее наступлению - на другом^*.

Хаос - понятие достаточно широкое, в частности разли-чают хаос динамический, то есть на микроскопическом уровне, и диссипативный - на макроскопическом. ""Хаос"

-- "материя" - понятия, тесно взаимосвязанные..., - писали И. Пригожин и И. Стенгерс (2005: 209), - хаос и материя вступают во взаимосвязь еще и на космологическом фронте, т. к. самый процесс обретения материей физического бы-тия... связан с хаосом и неустойчивостью".

Отметим попутно также очень важное понятие, связан-ное с рассматриваемыми нами ситуациями хаоса, порядка, перехода в новое состояние, саморегуляции, эволюционных изменений и т. д. - понятие "равновесия системы". В част-

136 Вместо заключения

ности в теории синергетики исследуются состояния систем

-- зависимости от того, как далеко система находится от рав-новесия (см., например: Пригожин 2005).

Факторы и силы самоорганизации. Самоорганизация - очень распространенный процесс. Но для его запуска необходимо нали-чие каких-либо объединяющих сил в рамках той массы материи, которая должна упорядочиться. Напомним, кстати, что упорядо-ченная материя всегда более компактна и определенным образом сформирована. Очень интересно, что для самоорганизации не тре-буется большого количества "организаторов", то есть сил или пра-вил. В принципе достаточно очень ограниченного их числа^107*.

-- космической эволюции нередко одна лишь гравитация задает параметры самоорганизации, ранжируя объекты, а вкупе с некото-рыми другими силами и механизмами (как излучение, электромаг-нитные силы, конвекция, защитные оболочки и т. п.) определяет ход эволюционных процессов и формообразования объектов. Но, конечно, порядок могут задавать и другие силы, например враще-ние (впрочем, также связанное с гравитацией).

Вспомним, например, что в процессе быстрого вращения гигантского протопланетного диска в режиме его охлажде-ния происходила частичная сепарация (концентрация) ве-ществ, различных по свойствам. Вещества диска подразде-лялись на тугоплавкие, образующие при охлаждении железо-силикатную космическую пыль, и легкоплавкие, которые дольше оставались в газообразном состоянии. Они соединя-лись в молекулы, в ряду которых доминировали водородный (Н₂) и водный (Н₂О) компоненты. В режиме быстрого вра-щения диска происходило их разделение - водные компо-ненты отгонялись на его периферию, а водородные остава-лись в центральной части (Маракушев, Зиновьева 2013). От-метим также, что Пригожин и Стенгерс назвали тепло со-перником гравитации (Пригожин, Стенгерс 2000: 97).

Напомним, что под действием организующих сил в дело вклю-чается и отбор. В биологической эволюции также в целом действу-ет ограниченное количество сил и базовых принципов. В том числе это характерно и для ее социального вектора. В частности, иссле-

-- В ряде случаев необходимо триггерное событие, которое нарушает неустойчивое или даже устойчивое равновесие и может выводить объект (систему) в новое состояние.

О нерешенных проблемах и самоорганизации	137

дование биосоциальных систем приводит к выводу, что благодаря самоорганизации сложные паттерны поведения могут возникать из очень простых поведенческих правил (Hemelrijk 2005: IX). Так, в отношении живых существ, в том числе людей, это может быть, например, потребность в объединении и совместной защите. Важ-ную роль, конечно, играет и дарвиновский отбор, усиливающий формы объединения и системности на уровне видов, а также спо-собы адаптации к изменяющимся условиям. Стремление к выжива-нию в сложных условиях, невозможность иначе ответить на вызо-вы природы или соседей издавна заставляли людей объединяться, при этом социальный отбор выявил наиболее эффективные и устойчивые формы таких объединений, как община, родовые кол-лективы, племена или государства. В рамках социальной жизни стремление улучшить условия труда или существования, необхо-димость ограничить произвол заставляли социальные слои органи-зовываться в определенные формы: профессиональные объедине-ния, политические организации и т. п.

Самоорганизация и "цели" системы. Можно даже говорить, конечно, очень условно, о том, что организующие объекты силы задают некоторую цель для системы. А это позволяет говорить об универсальных закономерностях и паттернах, в частности о стрем-лении к самосохранению^108*. Появление стремящихся сохраниться структур, с одной стороны, создает широкую палитру взаимодей-ствий системы и внешней среды, с другой - обеспечивает базу для "находок" эволюции и ее продвижения вперед. Такую цель (то есть сохранение себя во времени) можно признать и у кристалла алмаза, который "стремится" сохранить себя, противопоставляя разруша-ющим факторам среды свою твердость, и у живого организма, ко-торый достигает той же цели размножением (Геодакян 2013: 264- 65). В. А. Геодакян (2013) связывает стремление к самосохранению

-- условным понятием "цели" системы. Знание "цели" системы, по его мнению, значительно способствует объяснению и предсказа-нию ее поведения.

Далее он объясняет, что "цель" четко прослеживается в пове-дении управляемых, регулируемых или адаптивных систем, но она может быть определена и для всех других. Разница в поведении

-- А стремление к самосохранению ведет к усилению саморегуляции.

138 Вместо заключения

систем, имеющих одинаковую "цель", сводится к разным способам

-- достижения. Геодакян приводит следующий пример. И качаю-щийся маятник, и текущая река, и вращающиеся вокруг Солнца планеты, и многое другое определяется гравитацией. И когда мы узнали, что в основе поведения этих систем и объектов лежит одна и та же "цель" - минимум гравитационного потенциала, поведение этих систем стало легкообъяснимо как реализация одной цели раз-ными путями. Таким образом, добавляет Геодакян, если мы ищем сходство между разными системами, то необходимо искать и фор-мулировать общие цели для возможно более широкого круга си-стем (Геодакян 2013: 264).

-- циклах смены хаоса и порядка в эволюции Солнечной системы. В ходе космической (как и любой другой) эволюции мы найдем примеры триумфа самоорганизации бесструктурной мате-рии. Вспомним некоторые фазы эволюции Солнечной системы и рассмотрим их в этом аспекте.

Упрощенно говоря, формирующаяся Солнечная система пере-жила три таких цикла смены хаоса и порядка, не считая аморфно-

го порядка неструктурированного протосолнечного облака, кото-рый продолжался довольно долго^*. Первый цикл был связан с кол-лапсом облака, когда в результате сжатия последнего и аккреции образовалось протосолнце, а остатки облака превратились в прото-планетный диск, то есть установился какой-то промежуточный по-рядок. Второй цикл начался, когда этот порядок был нарушен фрагментацией диска и началом процесса превращения газообраз-ного вещества в твердое. Возник длительный период турбулентно-го хаоса и ударно-гравитационной "войны" всех против всех, в те-чение которого множество объектов соперничали друг с другом за рост, ресурсы и выживание^*. И только после аккумуляции образо-вавшегося вещества и газа протопланетами возник новый порядок в Солнечной системе, где помимо Солнца сформировались первич-ные планеты и их спутники. Третий цикл был связан с тем, что и данный порядок оказался неустойчивым. Начался период беспоря-дочных миграций, катастроф и уничтожений планет первого поко-ления, массовых "вымираний" оставшихся планетезималей и т. д.

О нерешенных проблемах и самоорганизации	139

-- лишь после этого в нашей Солнечной системе сформировался более или менее устойчивый порядок.

Смена порядка и беспорядка, превращение последнего в порядок, вновь слом порядка перед переходом на новый уро-вень - неизбежная последовательность многих процессов¹⁰⁹. Как ни странно, формирование государственности весьма напоминает по типу образование Солнечной системы. Сна-чала перед нами масса варварских образований, которые в результате тех или иных процессов (войн, давления извне, возвышения короля, объединения против сильного соперни-ка) превращаются в варварское государство. После его укрепления часто происходит (в связи со структурной слабо-стью) его фрагментация на отдельные феодальные террито-рии, в которых наблюдается культурный подъем; эти терри-тории обзаводятся столицами, дворами, прочими атрибута-ми. Одновременно начинаются усобицы и борьба за влияние

-- рамках раздробленных территорий. И только после дли-тельного периода борьбы происходит новая централизация (при этом порой процессы идут по кругу).

-- О правиле редкости появления новых правил эволюции

-- данной книге мы много раз говорили, что проявления эволюции исключительно разнообразны, но в этом многообразии можно найти немало сходств, причем в самых разных аспектах. Эволюция расточительна в своих "экспериментах" и часто не жалеет объекты, подверженные ей. Но важно отметить, что она довольно скупа в своих механизмах и паттернах. И хотя правил, механизмов и пат-тернов у нее немало, она всегда предпочитает использовать уже готовые, нежели изобретать новые¹¹⁰. Так, изобретение структуры с

-- Кстати, добавим и о коллапсах. М. П. Хван (2008: 193-94) пишет, что коллапс под влия-нием тяготения превращает материю, время и пространство из бесконечно большого в бесконечно малое. Коллапс в принципе во всех уровнях эволюции ведет к редукции, со-кращению вещества и понижению сложности его организации. Не можем здесь с ним со-гласиться. Коллапс газопылевого облака не ведет к понижению сложности, поскольку практически сразу же начинает формироваться новая структура. Но если говорить о роли коллапса в эволюции, то, возможно, по мере роста уровня организации эта роль сокраща-ется.

-- Например, хотя звезды и планеты - весьма разные структуры, несложно заметить, что в каком-то плане планеты проходят те же этапы формирования, что и Солнце (в частности, аккреция, образование ядра, возможно, гравитационный коллапс и другое).

140 Вместо заключения

основным телом в центре и периферийных тел, вращающихся во-круг него либо так или иначе соотносящихся с центром, стало ис-пользоваться в самых разных случаях. Изобретение клетки и ДНК позволило пользоваться этими готовыми блоками на всех уровнях жизни¹¹¹. То есть налицо правило редкости появления новых правил эволюции, каждое такое новое правило, новый паттерн связаны ли-бо с особенностями заполнения эволюционных ниш, либо с появ-лением каких-то новых подуровней, уровней или блоков. И эта редкость создания новых правил и паттернов позволяет нам многое понять в основах единства нашего мира^*.

* * *

На этом мы заканчиваем изложение ранней истории и эволю-ции Солнечной системы. Не потому, что не о чем больше писать, напротив, потому, что осталось слишком много, о чем следует ска-зать. Поэтому мы планируем выпустить еще одну книгу, в которой будут затронуты аспекты истории отдельных планет, особенности планет Солнечной системы и наши эволюционные идеи, связанные с ее историей в целом и историей ее отдельных тел.

-- Здесь мы видим пример использования правила эволюционной блочной сборки^*, в резуль-тате которой уже опробованные блоки, подсистемы, "узлы" используются при формиро-вании новых систем (организмов) в готовом виде, целиком. Такая "блочная сборка" резко ускоряет темпы эволюции (Гринин и др. 2008: 64). Одними из первых таких "блоков" ста-ли атомы и молекулы, в известной мере такими "блоками" являлись сгустки молекуляр-ных газопылевых облаков, из которых образуются звезды и планетезимали.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Краткое изложение истории

Солнечной системы

1.1. Формирование протосолнечной системы из газопылевого облака

-- отношении истории Солнечной системы пока имеется больше гипотез, чем доказанных фактов, но в некоторых аспектах, напри-мер, начала формирования Солнечной системы из протосолнечного газопылевого облака, гипотезы с каждым годом подкрепляются данными наблюдений за процессом возникновения молодых звезд и открытиями множества экзопланет.

На основе радиоизотопных исследований древнейшего метео-ритного вещества возраст Солнечной системы был определен примерно в 4,57 млрд лет.

Более или менее общепринято считать, что Солнце и планеты произошли почти одновременно из газопылевой туманности в еди-ном процессе. В основных своих чертах Солнечная система сфор-мировалась в первые несколько сотен миллионов лет, но конкрет-ная история этого периода пока остается во многом белым пятном (она крайне отрывочна и недостоверна).

За последние 20-30 лет был разработан так называемый стан-дартный сценарий формирования планетной системы из протопла-нетного газопылевого диска, окружающего протосолнце, который позволяет очертить общие контуры процесса.

Модель рождения звезд, подкрепленная многочисленными прямыми наблюдениями, по общему мнению, может быть исполь-зована для реконструкции появления протосолнца. Обычно звезды образуются в наиболее плотных областях молекулярных газопыле-вых облаков. Последние состоят в основном из водорода и гелия и имеют температуру, приближающуюся к абсолютному нулю. Газ может находиться в облаках миллионы и десятки миллионов лет без изменения своего состояния. Для начала процесса его сгущения (и впоследствии коллапса) нужен какой-либо толчок (триггер). Та-ким триггером для рождения Солнца, возможно, стал взрыв сверх-

142 Приложение 1

новой в относительной близости от протосолнечного облака при-мерно за два миллиона лет до начала его коллапса.

Вместе со сгущением газопылевого облака начинается процесс его сжатия, или свободного падения под действием самогравита-ции, который, по некоторым предположениям, длится в пределах 10 тыс. лет. В процессе сжатия исходный фрагмент облака распа-дается на более мелкие сгустки, поэтому из облака обычно рожда-ется много звезд. В сгустке процесс концентрации продолжается,

-- его вещество, все уплотняясь, готовится превратиться в прото-звезду. Процесс сжатия сопровождается нагревом, формируется структура будущей звезды: ее ядро и другие оболочки. Постепенно температура в центре протозвезды повышается.

После того как внешнее и внутреннее ядра протосолнца сфор-мировались, оставшееся вещество периферии начало частично па-дать на ядро, которое за счет этого стало увеличиваться в размерах.

Процесс выпадения вещества (в данном случае газа) на поверх-ность какого-либо тела называется аккрецией. После того как ак-

креционная оболочка в основном выпадает на протозвезду (или уходит в пространство), последняя превращается в молодую звез-ду. В это время температура в ней достигает нескольких миллионов градусов, и начинаются термоядерные реакции. Возможно, форми-рование Солнца как звезды произошло за промежуток времени, равный примерно миллиону лет, но встречаются оценки временно-го интервала как в меньшую, так и в большую сторону.

1.2. Образование допланетных тел

Протопланетный диск и его эволюция. При образовании моло-дой звезды часто образуется околозвездный диск, который можно наблюдать в видимом и более коротковолновом диапазоне. Остав-шееся вещество из аккреционного диска частично рассеивается в пространстве, а частично идет на формирование протопланетного диска. Длительность существования такого диска вокруг звезд, по наблюдениям, от 5 до 25 млн лет.

Сложность реконструкции процесса образования планет Сол-нечной системы компенсируются огромным количеством гипотез и теорий, которых за два столетия выдвинуто множество. Но пока ни одна из гипотез не может объяснить всех фактов, относящихся к планетам.

Краткое изложение истории Солнечной системы	143

Однако абсолютное большинство космологов считает, что Солнце и планеты образовались из единого облака (протосолнеч-ной туманности, или небулы). Вещество последнего дифференци-ровалось на собственно Солнце и его протопланетную оболочку, которая в результате вращения стала диском. Из этого-то прото-планетного диска в процессе его вращения и фрагментации образо-вались планеты путем нового цикла аккумуляции вещества в про-топланетных телах. Большинство космологов исходят из того, что планеты сформировались из холодного материала, который позже был разогрет ударными и другими процессами. Длительность пе-риода формирования протопланетного диска оценивается в преде-лах от одного до нескольких миллионов лет.

Массу протопланетного диска оценивают в интервале 3-10 % от массы Солнца. При этом он был достаточно пространственно велик и весьма неоднороден. Размеры аккреционных дисков моло-дых звезд составляют 100-1000 астрономических единиц.

Диск был сильнее нагрет во внутренних своих частях, а его внешние области оставались относительно холодными. В них стали развиваться уплотнения, которые и явились отдельными гравита-ционными центрами формирования планет. Но сам механизм этого процесса исключительно спорный.

Образование пылевого субдиска. Протопланетный диск, по-видимому, на 98 % состоял из того же газа, что и протосолнечное облако. А в последнем доминировали молекулярный водород и ге-лий (на все остальные вещества приходилось менее 1 %). На пыле-вые частицы приходится по массе от 0,5 до 1,5 %. Но именно они сыграли особую роль. Эта пыль представляла собой микроскопиче-ские твердые частицы (водяного льда, слипшихся молекул и ато-мов, в частности железа и других твердых веществ). В результате образования протосолнца и аккумуляции в нем основной части газа концентрация пыли в протопланетном диске на более поздней ста-дии его эволюции повысилась. Но она стала еще более повышаться в результате оседания пыли к средней плоскости диска.

Часть космологов считает, что наиболее вероятный путь обра-зования зародышей планет связан с оседанием пылевых частиц

-- экваториальной плоскости допланетного диска. В результате в центре диска складывался пылегазовый субдиск, но в нем уже соотношение "пыль - газ" меняется во много раз по сравнению с

144 Приложение 1

космическим. Также и пылинки могли увеличиваться в размерах (за счет слипания и притягивания). Таким образом, произошел очень важный для будущей планетной системы переход - концентрация твердого вещества (пока в виде пыли), что сыграло определяющую роль в росте сначала допланетных тел, а затем и планет. Согласно некоторым моделям, эволюция околосолнечного протопланетного диска до образования обогащенного пылью субдиска занимала от 1 до 2 млн лет.

Пылевой субдиск реально представлял собой довольно тонкий диск (по сравнению с его радиусом), толщиной 10^-3-10^-4 от его ра-диуса. Он должен был быть непрозрачным для солнечных лучей,

-- поэтому они не достигали периферии диска. Это определяло в том числе разные условия образования планет в зависимости от близости к протосолнцу.

Начало образования допланетных тел. Как предполагают не-

которые космологи, в течение определенного времени в связи с си-лами гравитации и турбулентности, возможно, происходило сжатие субдиска и образование в нем пылевых сгущений и далее сгустков. Но вопрос, образовались ли планеты из этих газовых сгустков или уже из твердого вещества, является дискуссионным.

Теория образования планет из твердого вещества называется теорией последовательной аккреции (или аккумуляции). Многие,

если не большинство космологов, считают ее более вероятным сценарием. Согласно ей крошечные частицы пыли слипаются, образуя сначала мелкие частицы твердого вещества, а затем крупные глыбы, которые постепенно выросли в зародыши планет. Частицы твердого вещества (от мелких до крупных километровых глыб и даже более) называются планетезималями.

Другая теория сгущений (которой в значительной мере придерживаются отечественные ученые) исходит из того, что в условиях гравитационной неустойчивости плотного пылевого слоя

-- турбулентности происходила фрагментация пылевого субдиска, а затем возникли допланетные пылевые сгущения. В результате об-разовались большие сгущения-препланетезимали, которые потом трансформировались в крупные планетезимали, а согласно некото-рым вариациям этого направления, даже сразу в зародыши планет.

Важнейшим этапом в процессе образования зародышей планет является образование крупных твердых (сплошных) тел-планете-

Краткое изложение истории Солнечной системы	145

зималей. В этом согласны все теории и гипотезы. Однако по поводу числа, размеров и иных параметров этих крупных тел имеются су-щественные расхождения. Есть различия и в оценке рубежных (критических для процесса) размеров планетезималей. Сторонники теории последовательной аккумуляции вещества планетезималя-ми условно считают таким образование миллионов и миллиардов километровых тел, которые в процессе роения постепенно укруп-няются. Согласно теории сгущений, крупнейшие тела могли дости-гать тысячекилометровых размеров.

Среди множества сил, которые влияли на процессы концентра-ции и аккумуляции материи, превращения вещества протооблака в твердые тела, установление орбит и в целом на формирование про-топланет, особую роль, конечно, играли две: гравитация и сила солнечного излучения. И обе они в прямой пропорции зависели от величины расстояния объекта от Солнца. Между расстоянием 2- 4 а. е. от Солнца, примерно посередине между орбитами Марса и Юпитера, возникает так называемая линия льда, или снеговая ли-ния. Линия льда означает замерзание воды в этом районе, так как сила излучения Солнца слабеет. На ней накапливаются молекулы воды, испарившиеся из пылинок. Линия льда превращается в поло-су его скопления и способствует созданию планетезималей.

Образование крупных планетезималей. По мере возрастания масс планетезималей у них появилась способность удерживать близко находящиеся частички за счет тяготения. Множество кило-метровых планетезималей активно подбирают первичную пыль. По мере их роста образовался так называемый протопланетный рой объектов, где роились планетезимали самых разных размеров. По-степенно выделилась и небольшая по количеству "элита", тела размером с Луну или даже Меркурий. Существует множество ги-потез о механизме их выделения. Со временем орбиты крупнейших тел стали приближаться к круговым, а сами они становились цен-трами притяжения всего окружающего их вещества, явившись за-родышами планет.

Количество крупных зародышей планет, по разным предполо-жениям, было различным - от единиц до сотен. Образование пла-нетезималей длилось, согласно расчетам, десятки и сотни тысяч лет, протопланетных тел из планетезималей - несколько миллио-нов лет.

146 Приложение 1

Для понимания процессов формирования протопланет важен вопрос о первичном веществе, из которого были сложены планете-зимали. В этом отношении первостепенное значение имеют данные

-- метеоритах и их составе, многие из которых образовались в пер-вые миллионы лет существования Солнечной системы. Метеориты, называемые хондритами, содержат мелкие зерна миллиметрового размера - хондры, некоторые из которых имеют стеклообразное строение (Лин 2008; Шкловский 1987). Это самый древний и са-мый распространенный тип метеоритов - 85 % от общего их чис-ла. Хондритовые метеориты аналогичны по своим физическим свойствам большинству астероидов, они могут дать ключ к пони-манию природы планетезималей и того, как образовывались пла-неты, они есть вещественный материал для суждения о проис-хождении планет.

1.3. Образование зародышей планет и протопланет

Гипотезы о росте планетезималей и борьба за ресурсы. Рост плане-тезималей происходил за счет как аккреции вещества, включая и газ, так и взаимного притяжения и случайных столкновений. Но чем больше становится планетезималь, тем сильнее ее гравитация, тем интенсивнее она поглощает своих маломассивных соседей. Ко-гда массы отдельных планетезималей становятся сравнимы с мас-сой Луны, их гравитация значительно возрастает, и они отклоняют окружающие тела в стороны еще до столкновения. В итоге борьбы, столкновений и объединений образуется небольшое количество крупных космических тел - зародышей планет, которые господ-ствуют в своих орбитальных зонах и борются за оставшееся веще-ство.

При этом в процессе роста планетезималей они постоянно сталкивались и под воздействием ударов иногда объединялись и росли, иногда - дробились. Процессы дробления приводили к тому, что наиболее крупные объекты захватывали все больше ресурсов. Росли те объекты, которые и без того были крупными. Постепенно в этом хаосе стали возобладать процессы самоорганизации.

Краткое изложение истории Солнечной системы	147

1.4. Образование системы протопланет

Проблемы и гипотезы образования групп планет. Большинство исследователей считают, что период до образования первых планет занял как минимум несколько миллионов лет. Но расхождения в определении длительности процесса очень велики.

Поскольку планеты Солнечной системы делятся на две группы (земного типа и планет - газовых гигантов), важным становится вопрос о разнице в их образовании. Было ли это образование прин-ципиально одинаковым в обеих группах, а различия определялись расстоянием от Солнца, либо сам процесс образования разных групп планет был во многом различным, либо имелись иные ком-бинации?

То, что расстояние от Солнца играло огромную роль в особен-ностях формирования планет, сомнений ни у кого не вызывает. Различия в длине орбит у зародышей планет (а чем дальше планета от Солнца, тем больше орбита) влияли на возможность захвата окружающих планетезималей и соответственно на радиус и массу протопланеты. Благодаря линии льда концентрация планетезима-лей и материи в определенных местах Солнечной системы была выше, что также могло повлиять на размеры планет разных обла-стей.

Есть три главных подхода в отношении формирования планет земной группы.

-- Образование планет земной группы по типу планет-гигантов. Но затем планеты земной группы потеряли свои газовые оболочки под воздействием Солнца, которое их рассеяло. Соответственно, остались только их внутренние железоникелевые и силикатные массы. Таким образом, железосиликатные ядра этих протопланет-гигантов превратились в самостоятельные планеты уже небольшой величины. Расслоение на железные ядра и прочные силикатные оболочки предотвратило их взрывной распад.

148 Приложение 1

группы удалось собрать свою массу (см., например: Лин 2008; Ба-тыгин и др. 2016).

Но подход в объяснении процессов образования планет земной группы в значительной степени зависит от того, считают ли иссле-дователи, что процесс образования всех планет Солнечной системы шел более или менее одновременно или же что планеты образовы-вались разновременно.

Гипотезы и теории в отношении планет внешней зоны. Двум газовым планетам-гигантам, на которые приходится 92 % массы всей планетной системы (то есть Юпитеру и Сатурну, но особенно Юпитеру), в теории образования планет уделяется особое внимание.

Есть две основные гипотезы относительно способа образования Юпитера и Сатурна, которые содержат много водорода и гелия. Первая гипотеза, контракции, объясняет газовый состав планет-гигантов тем, что в протопланетном диске большой массы образо-вались массивные газопылевые сгущения - протопланеты, которые позже в процессе гравитационного сжатия превратились в планеты-гиганты. Однако эта гипотеза не объясняет причины различия со-става Юпитера и Сатурна от состава Солнца и некоторые другие проблемы.

Согласно второй гипотезе, аккреции, образование Юпитера и Сатурна проходило в два этапа. На первом этапе продолжительно-стью около тридцати миллионов лет в области Юпитера и двухсот миллионов лет в области Сатурна происходила аккумуляция твер-дых тел, так же как и в области планет земной группы, а когда мас-са крупнейших тел достигла критического значения (от двух до 10

-- более масс Земли), начался второй этап - аккреция газа на эти уже достаточно массивные тела, - который длился не менее 10⁵- 10⁶ лет. На первом этапе из области Юпитера диссипировала часть газа, его состав начал отличаться от солнечного, и это еще больше проявилось в области формирования Сатурна.

Согласно конкурирующей гипотезе контракции, температура планет-гигантов на ранней стадии также была высокой, однако ди-намика процессов в рамках гипотезы аккреции оказалась более обоснованной. Образование Урана и Нептуна, где содержится меньше водорода и гелия, также лучше объясняется гипотезой ак-

Краткое изложение истории Солнечной системы	149

креции, так как большая часть газа уже покинула пределы Солнеч-ной системы по достижении критической массы.

Но процесс образования планет за счет аккреции на ядро являет-ся достаточно медленным (требует порядка нескольких миллионов лет). Некоторые исследователи помимо сценария аккреции на ядро рассматривают также сценарий, согласно которому к формированию планет может приводить гравитационная неустойчивость в плотных

-- холодных областях диска. Образование планет за счет гравитаци-онной неустойчивости может происходить за время значительно меньшее, чем требуется при их образовании за счет аккреции на яд-ро. Данная гипотеза предполагает, что газовые гиганты формируют-ся путем внезапного коллапса, приводящего к разрушению первич-ного газопылевого облака. Но большинство космологов отрицают возможность гравитационного коллапса для планет из-за их относи-тельно малой массы (а признают это только для звезд).

Последовательность образования планет. Чаще всего пред-

полагают, что планеты образовались более или менее одновремен-но. Но некоторые исследователи исходят из того, что одни планеты образовались раньше других. Так, одни считают, что первым сформировался Юпитер, затем Сатурн, а планеты земной группы - много позже, зато другие полагают, что сначала образовались пла-неты земной группы. Некоторые исследователи думают, что по-следние первоначально были похожи на планеты-гиганты, но затем потеряли свои флюидные оболочки. Они объясняют это тем, что вблизи Солнца большая часть легких газов из атмосфер планет бы-ла "выметена" солнечным излучением на периферию, в более да-лекие области, в открытое космическое пространство.

-- напротив, другие исследователи считают, что первым сфор-мировался Юпитер, что произошло уже через 2 млн лет после начала процесса трансформации протосолнечного облака. Соглас-но данным взглядам, формирование этой крупной планеты - не просто важнейший момент в истории планетной системы. Если та-кая планета сформировалась, она начинает управлять всей систе-мой. С одной стороны, газовый гигант стимулирует формирование других гигантов и планет земного типа. Но с другой, Юпитер за счет того, что сформировался раньше, забрал основную часть газа диска, кроме того, он "выметает" астероиды первого поколения, то есть собирает много масс планетезималей и астероидов. В течение

150 Приложение 1

последующих 8 млн лет после своего формирования Юпитер помо-гает сформироваться остальным планетам-гигантам. К этому вре-мени почти весь газ диска расходуется, соответственно планеты земной группы, образовавшиеся последними и заметно позднее, газа почти не получают. Согласно этой версии, планеты земной группы образовались последними, в период от 10 до 100 млн лет. Эти планеты опоздали к разделу газа, да и твердого вещества было не так много. Словом, кто не успел, тот опоздал, раздел ресурсов в космическом мире столь же несправедлив, как в мире биологиче-ском и социальном.

1.5. Смена местоположения планет

Менялось ли положение планет в Солнечной системе? Раньше считалось (и это мнение часто встречается сегодня), что все плане-ты сформировались приблизительно на тех орбитах, где сейчас находятся. Но с начала этого века стали набирать популярность мнения, согласно которым, чтобы планеты приняли современные орбиты, потребовался большой интервал времени, до 1 млрд лет.

-- самый ранний свой период Солнечная система была иной, чем сейчас, возможно, внешняя Солнечная система была гораздо компактнее по размеру, а пояс Койпера располагался гораздо бли-же к Солнцу. Все нижеописанные варианты смены орбит, конечно, пока являются гипотезами, фактов, их подтверждающих, почти нет. Ни одну из них нельзя считать доминирующей.

Об орбитах и смене местоположения планет земной группы.

Те, кто считает, что планеты земной группы образовывались неод-новременно и под влиянием Юпитера, также утверждают, что вли-яние его гравитации вызвало у формирующихся планет земной группы миграцию, передвигая их в области ближе к Солнцу. Есть также идея, что существовало не одно, а два или более поколений первичных планет, поскольку Юпитер и Сатурн "сбросили" их на Солнце или "выбросили" за пределы Солнечной системы. Соот-ветственно, пространство внутри Солнечной системы стало бо-лее свободным, а планетные орбиты - более круговыми. То есть современный порядок потребовал двух или более попыток создания системы.

Смена орбиты Юпитера и других планет. Есть разные пред-

положения о возможных направлениях этих миграций самой круп-

Краткое изложение истории Солнечной системы	151

ной планеты Солнечной системы. Согласно одной из них, этот га-зовый гигант должен был формироваться во внутренней части пла-нетной системы, вблизи линии льда, пока в диске было еще доста-точно газа. Кроме того, он должен был переместиться к месту свое-го нынешнего расположения. Когда Юпитер дрейфовал к центру и увлекал за собой Сатурн, он действовал как гравитационный буль-дозер, "толкая" несколько земных масс льдистого вещества внутрь системы. Имеется гипотеза, что в районе 700 млн лет от начала формирования Солнечной системы в результате дрейфа Юпитер и Сатурн вошли в орбитальный резонанс. Резонанс изменил движе-ние этих планет: затормозил их миграцию внутрь и направил об-ратно к внешней части Солнечной системы. Резонанс оказал мощ-нейшее влияние на всю Солнечную систему. В частности, Нептун и Уран поменялись местами и орбитами, так как ранее Уран нахо-дился дальше Нептуна.

Далеко не сразу планеты вышли из резонанса. Хаотическое взаимодействие между теперь уже нестабильными гигантами за несколько миллионов лет "толкнуло" Юпитер внутрь, на его ны-нешнее место, а другие планеты "отодвинуло" наружу. При этом, согласно одной из самых экзотических гипотез, один из гигантов мог быть выброшен в межзвездное пространство. Речь идет о гипо-тетической девятой планете, которая могла существовать в то да-лекое время.

1.6. Дальнейшее формирование Солнечной системы и роль катастроф

Появление шарообразной формы и усиление геологических процессов. По мере развития процессов аккумуляции вещества зародышами планет, роста их объемов и массы происходили и важные формообразующие процессы.

Уже на стадии планетообразования начался процесс дифферен-циации вещества в формирующихся протопланетах. Тепло импак-тов вместе с теплом радиоактивных элементов должно было приве-сти к разогреву, частичному плавлению вещества, оседанию к цен-трам масс будущих планет тяжелых частиц (преимущественно же-лезоникелевых) и выдавливанию к поверхности более легких ча-

152 Приложение 1

стиц (преимущественно силикатных). Так формировались первич-ные ядра, мантии и кора будущих планет (Язев 2011: 357).

Предварительные расчеты показывают, что образующиеся те-ла - зародыши планет - имеют вытянутую форму. Однако посте-пенно форма менялась, протопланеты становились шарообразны-ми. Наблюдается шарообразность практически всех космических тел, чей поперечник превышает 250-300 км. Она может возникнуть под действием сил собственного тяготения через нагрев и размяг-чение его недр. И если масса космического тела настолько велика, что собственная сила тяжести придала ему сфероидальную форму, это означает, что в его недрах протекает геологическая эволюция.

-- результате вещество разделяется по плотности (легкое поднима-ется вверх, тяжелое опускается вниз), выделяется тепло, происхо-дят химические реакции и т. п. (Громов 2012: 47).

Основные моменты достраивания и упорядочения Солнеч-

ной Системы. Как уже было сказано, для формирования порядка в планетной системе, какой мы ее сейчас знаем, возможно, потребо-вались сотни миллионов лет. И этот период "отладки" и упорядо-чения был довольно бурным, включал в себя множество грандиоз-ных катастроф, а также различные миграции, о части которых мы уже говорили выше. Одновременно это был период грандиозных геологических изменений в рамках планет и их спутников.

Когда, согласно некоторым космологам, примерно спустя

700 млн лет после образования Солнечной системы Юпитер и Са-турн вступили в резонанс (помимо вышесказанного), эти планеты проредили пояс астероидов и пояс Койпера, в которых в результате стало во много раз меньше планетезималей. Это, видимо, была грандиозная "чистка", хотя разрушение и перенаправление плане-тезималей продолжалось и до, и после нее.

Кроме того, с указанным событием, вероятно, связана и так называемая поздняя эпоха сильной бомбардировки, точнее, особый период этой эпохи (см.: Bottke et al. 2012; Gomes et al. 2005). Ран-

няя эпоха пришлась на начало формирования планетной системы в первые миллионы или десятки миллионов лет. Во время поздней эпохи тяжелой бомбардировки на каменистые планеты выпало огромное количество метеоритных осадков. Относительно недав-ние исследования показали, что это была длительная эпоха, кото-

Краткое изложение истории Солнечной системы	153

рая закончилась 3,2 млрд лет назад, то есть продолжалась она по-чти один миллиард лет.

Образование спутников. Происхождение систем регулярных спутников (то есть движущихся в направлении вращения планеты по почти круговым орбитам, лежащим в плоскости ее экватора) обычно объясняют повторением в малом масштабе того же процес-са, который предлагают для объяснения образования планет Сол-нечной системы. Такие спутники есть у Юпитера, Сатурна, Урана. Однако происхождение иррегулярных спутников (то есть таких, которые обладают обратным движением) эти теории объясняют захватом.

Столкновения и катастрофы в ранний период Солнечной системы. Наиболее известны две предполагаемые катастрофы, ко-торые произошли в период первых ста миллионов лет. Первая свя-зана с Венерой и Меркурием. Венера имеет обратное вращение (противоположное движению Солнца вокруг собственной оси), то-гда как почти все прочие крупные тела Солнечной системы враща-ются в одном и том же направлении, совпадающем с направлением вращения самого Солнца вокруг своей оси. Меркурий имеет не-пропорционально большое железоникелевое ядро, в результате че-го его металлическая часть составляет 60 % или более от всей его массы. Объяснения этому разные. Одно из них - столкновение Меркурия с крупным астероидом; в результате этого касательного удара Меркурий потерял большую часть своей мантии и оболочки (Язев 2011: 48). Существует и еще более экзотическая версия, со-гласно которой Меркурий первоначально был расположен дальше от Солнца, однако был не самостоятельной планетой, а спутником Венеры, но затем "убежал" от нее. Эта версия объясняет сразу две проблемы: малый размер Меркурия, но более чем приличный для спутника; обратное другим планетам вращение Венеры. Основная версия по этому поводу - приливное воздействие в далеком про-шлом массивного спутника, то есть Меркурия, которое не только затормозило вращение планеты, но даже слегка "раскрутило" ее в обратном направлении.

154 Приложение 1

Другой известной гипотезой о катастрофе является идея, что между 30 и 100 млн лет после формирования Солнца зародыш раз-мером с Марс врезался в протоземлю и породил гигантское коли-чество обломков, из которых сформировалась Луна. Но это пред-положение имеет варианты. Есть красивая гипотеза, что рядом с протоземлей миллионы лет относительно близко вращалась прото-планета Тейя (Тея). В конце концов планеты столкнулись. Считает-ся, что столкновение произошло почти по касательной и на относи-тельно низкой скорости. Поэтому часть вещества земной мантии и Тейи были выброшены на околоземную орбиту. Из этих обломков

-- сформировалась Луна, которая начала обращаться по круговому пути.

Еще гипотезы о столкновениях. Выше мы говорили, что Нептун приблизительно 600-700 млн лет после коллапса протосол-нечного облака мигрировал и стал менять свою орбиту. Недавно была выдвинута гипотеза о том, что в Солнечной системе суще-ствовало не четыре, а пять планет-гигантов и что эта пятая планета столкнулась с Нептуном в период его миграции. Это сдвинуло Нептун к его современной орбите, пятая планета-гигант распалась на кластер обломков, которые были выброшены Нептуном в пояс Койпера, то есть на окраину Солнечной системы.

Около 3,8 млрд лет назад гиганты успокоились в их современ-ном положении. Считается, что после установления современной системы планет и спутников значительных изменений в Солнечной системе уже не происходило. Происходили большие изменения на самих планетах, в их геологии, климатологии, составе атмосферы

-- прочем.

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Система эволюционных правил,

законов и принципов,

используемых в книге

-- данном приложении систематизированы высказанные в настоя-щей книге положения, связанные с эволюцией и различными фор-мами эволюционных изменений. Главная задача приложения - об-легчить восприятие высказанных в книге эволюционных идей, дать возможность увидеть их в большей глубине и системности, с до-полнительным комментарием и аргументацией.

Автор не претендует на совершенство формулировок или их полное доказательство (последнее часто просто невозможно). Ча-стично доказательства представленных тезисов и примеры к ним даны в самом тексте книги, частично в других публикациях (Гри-нин Л. Е. 2013; Гринин А. Л. 2016б; Гринин, Марков, Коротаев 2008; Гринин и др. 2009), но в ряде случаев еще требуется значи-тельная работа по подбору примеров и доказательству этих тези-сов. Кроме того, необходимо обратить внимание на различие по содержанию изложенных положений. Некоторые из них могут вы-глядеть парадоксальными, зато другие, напротив, покажутся три-виальными. Однако за кажущейся простотой и тривиальностью кроется глубокий смысл, поскольку при применении их к тем или иным случаям удается увидеть вещи с новой стороны или получить новое знание. Общеэволюционное правило или принцип важны уже потому, что они охватывают все уровни эволюции. И если для од-ного ее уровня, например социальной эволюции, это выглядит три-виально, то в приложении к космической эволюции - отнюдь нет.

Большинство положений оформлены как эволюционные прави-ла, а некоторые как эволюционные законы. При этом в понятии правило для удобства собран большой спектр терминов (частично, конечно, выступающих как синонимы, но имеющих и особое зна-

чение): механизм, закономерность, тенденция, регулярность, пра-

вильность и др. Но не все удалось оформить в виде правил или за-конов. Поэтому часть положений представлена терминами прин-

156 Приложение 2

цип, распространенный эволюционный случай, эволюционный пат-терн или просто эволюционная идея. Но такая классификация представлена только для удобства расположения материала, она нисколько не претендует на научную (методологическую) система-тизацию, поскольку четко отделить паттерн или принцип от прави-ла далеко не всегда возможно.

Естественно, что многие правила, принципы, паттерны допол-няют друг друга. Поэтому они сгруппированы в блоки, а также до-полнительно указаны взаимосвязи. Для удобства правила, законы

-- пр. пронумерованы, хотя это группирование достаточно произ-вольно. К отдельным правилам и др. сделаны примечания или по-яснения, которые опираются на наши предыдущие исследования.

ЭВОЛЮЦИОННЫЕ ПРАВИЛА

Группа правил перехода к качественно новому уровню и эволюционных прорывов (правила 1-7)

Правило 1. Правило совпадения уникальных условий для возникно-вения качественно новых явлений. Качественно новые явления мо-гут возникнуть только при сочетании особых условий. Чем более значимым является эволюционное событие, тем более уникальное сочетание условий требуется. Соответственно, подобные условия и события возникают редко¹¹².

Для таких прорывов в биологической эволюции исполь-зуется термин ароморфоз, но мы распространили его и на социальную эволюцию (см.: Гринин и др. 2008). Более того, вполне можно использовать этот термин и в космической эволюции. Соответственно, и правило ароморфоза здесь мо-жет быть в значительной мере уместно (Там же: 26-27), если заменить слово организм на систему.

Согласно правилу ароморфоза в ходе макроэволюцион-ного процесса в отдельных группах систем время от времени происходят такие потенциально значимые изменения (инно-вации), которые в конечном счете (но не единовременно) оказываются способными обеспечить радикальную каче-

-- Чем более значим переход, тем реже он совершается. Эта мысль формулировалась нами в правиле редкости крупных ароморфозов (Гринин и др. 2008: 39-40). В этой же книге мы сформулировали правило особых (исключительных) условий для возникновения аромор-фозов (Там же: 41-45), которое является частным случаем правила совпадения уникаль-ных условий для возникновения качественно новых явлений.

Система упомянутых в книге эволюционных правил 157

ственную реорганизацию больших групп организмов (биоло-гических и социальных). В результате такой реорганизации:

-- достигается повышение устойчивости организмов; 2) по-вышается уровень организации системы; 3) организмы полу-чают другие потенциально важные эволюционные преиму-щества. Эти преобразования ведут к ускорению развития.

Уникальность никогда не бывает полной, она всегда реализует-ся только в отдельных, но важных с эволюционной точки зрения аспектах. В других отношениях система может быть вполне за-урядной (см. с. 3, 24).

Правила 2 и 3 конкретизируют настоящее правило.

Правило 2. Правило локализации эволюционного прорыва. Для эволюционного прорыва необходимо не просто совпадение многих непростых (уникальных) условий, но совпадение их в сравнительно узком (локализованном) пространстве и времени, то есть объеди-ненных в совокупность в единичной системе (небольшом количе-стве связанных систем) и в определенном временном периоде. При этом всегда трудно понять, все ли эти условия неизбежно требова-лись для прорыва, или какие-то были не играющей важной роли случайностью (см. с. 7, 24, 64). См. также закон 5 зависимости скорости эволюции от сокращения ее фронта.

Правило 3. Правило подготовительной работы эволюции. Эво-люционный прорыв, совершенный в результате складывания уни-кальных условий, никогда не является случайностью, но всегда подготавливается огромной и длительной "работой" эволюции по продвижению изменений в определенном направлении. Однако складывание уникальных условий именно в данном месте и време-ни часто зависит от случайностей (см. с. 3, 77).

Правило 4. Правило необходимости преадаптаций для перехо-да к новому уровню (направлению) эволюции (с. 27). Является част-ным случаем правила подготовительной работы эволюции.

Правило 5. Правило центра, полупериферийного объекта и пе-рехода к новым уровням. Процессы обычно идут более активно в центре, чем на периферии. Поэтому достаточно часто новые уров-ни или формы эволюции возникают не в центре системы, где про-ходит основная на данный момент линия эволюции и зарождение нового затруднено силой общего процесса, и не на дальней пери-ферии, где нет нужной концентрации ресурсов. Новые уровни эво-

158 Приложение 2

люции возникают на полупериферии и в местах достаточного разнообразия условий, соединения пограничных условий. Переход к новым уровням также обычно не реализуется в самых крупных объектах (см. с. 19, 26, 29, 49).

Правило 6. Правило необходимой неустойчивости для эволю-ционных трансформаций. Фазовые переходы и эволюционные трансформации требуют какой-то неординарной ситуации. По-следняя может вести к неустойчивости или, в особых случаях, даже бифуркации. И преодоление данной неустойчивости в итоге позво-ляет изменить структуру (природу, системную форму и т. п.) объ-екта или процесса (см. с. 46, 77).

Правило 7. Правило необходимости спусковых (триггерных) событий для запуска эволюционного процесса. Для начала процесса фазового перехода или трансформации объекта часто нужен тол-чок, или триггер. С одной стороны, конечно, последний не сработа-ет без внутренней готовности системы, но с другой - даже высокий уровень внутренней готовности не может сам собой запустить про-цесс трансформации, как не может порох взорваться без огня. Без триггера система может долго находиться в состоянии потенциаль-ной готовности к трансформациям. В этом случае образуются ана-логи эволюционно типичных/признанных систем (см. с. 47, 48).

Группа правил разнородности (правила 8-11)

Правило 8. Правило многовекторности эволюции. Появление ново-го уровня эволюции не прекращает процессов, характерных для предшествующих уровней, и вариативность продолжает расти. Од-нако принципиально новые качественные прорывы с этих уровней могут быть значительно затруднены, поскольку эволюция уже вы-шла на новые уровни развития (см. с. 29).

Правило 9. Правило сосуществования архаичных и эволюцион-но продвинутых объектов. Сосуществование архаичных объектов с объектами, которые уже далеко продвинулись по пути эволюции - характерная черта всех ее уровней. Иногда складываются прочные взаимосвязи или даже симбиозы архаических и эволюционно про-двинутых объектов (см. с. 20, 84).

Каждую группу сложившихся систем, например планет, высших видов, государств, окружают (и иногда находятся с ними в симбио-

Система упомянутых в книге эволюционных правил 159

зе) низкоорганизованные системы или вовсе неорганизованная ма-терия, которая не смогла эволюционировать (см. с. 17).

Правило 10. Правило необходимой разнородности компонен-тов в системе. Для функционирования системы необходима соот-ветствующая степень разнородности компонентов (например, ар-хаичных и продвинутых, старых и молодых и т. п.), которые со-здают нужный баланс, но в то же время требуют определенного сосуществования и компромисса в системе (см. с. 26, 65; см. также правило 25 неспособности части объектов к эволюционным изме-нениям).

На уровне отдельного организма (системы) мы (Гринин

-- др. 2008: 51-52) также приводили правило мозаичной эво-люции, тесно связанное с принципом независимой эволюции отдельных признаков. Под мозаичностью понимают соеди-нение в организации промежуточных форм, как в мозаике, примитивного состояния одних форм и продвинутого - дру-гих. Это явление очень характерно для периодов становле-ния крупных ароморфозов (маммализация, артроподизация, орнитизация и др). Мозаичная эволюция свидетельствует о неравномерных темпах специализации подсистем целого.

Едва ли не в большинстве социальных систем можно найти примеры мозаичной эволюции. Мозаичность особенно наглядна в обществах переходного типа. Таковы, скажем, общества, в которых уживаются черты охотников и скотово-дов, какими были к середине XIX в. большинство североаме-риканских индейцев Великих равнин (например, пикуни - "черноногие"), использовавшие лошадей для охоты на бизо-нов. Во многих примитивных ранних государствах вполне уживаются черты вождества, когда, например, вождь был "доступен народу", и черты развитого государства как бюро-кратического аппарата насилия, применяющего к своим под-данным самые жесткие меры, например при сборе налогов (см. о такого рода государствах: Гринин 2007а; 2007б). Тако-го рода мозаичные системы требуют и выполнения правила компромисса (Гринин и др. 2008: 46-47). Оно заключается в том, что поскольку систему невозможно оптимизировать од-новременно по многим параметрам, различные изменения (адаптации) часто являются результатом компромисса в си-стеме, уравновешивания множества плюсов и минусов таких изменений. Это в меньшей степени касается неживых си-

160 Приложение 2

стем, однако и там компромисс различных сил приводит к определенной равнодействующей силе.

Правило 11. Правило конвергенции - дивергенции. В развитии группы сходных объектов всегда прослеживаются линии конвер-генции и дивергенции¹¹³ (см. с. 5).

Группа правил разнообразия (правила 12-13)

Правило 12. Правило достаточного разнообразия. Для эволюци-онного движения к качественно новому уровню, новому направле-нию необходимо достаточное разнообразие (форм, вариантов, ви-дов, взаимодействий, особенностей и т. п.). Без этого поиск эволю-цией новых уровней и форм затрудняется¹¹⁴ (см. с. 25, 26, 32, 59, 78).

Правило 13. Правило роста разнообразия. Общая тенденция эволюции связана с ростом разнообразия, поскольку в целом тен-денция к аддитивности в ней превосходит тенденцию к замести-тельности¹¹⁵. Но тут, конечно, эволюция балансирует вокруг опти-мума (см. правило 16 оптимальных условий и пропорций). Послед-ний может поднимать планку разнообразия, но бесконечно превы-шать ее нельзя. Неудивительно, что периодами мы наблюдаем и обратный тренд на сокращение разнообразия (например, во время великих вымираний) (см. с. 17, 84, 87, 94).

Группа правил ресурсов, условий и пропорций (правила 14-17)

Правило 14. Правило необходимых ресурсов. Для соответствующих процессов необходимо достаточное количество нужных ресурсов.

-- более молодых объектах чаще ресурсов больше, чем в старых

(см. с. 26).

-- Конвергенция в биологической эволюции описывается правилом параллельной эволюции, то есть независимого приобретения разными видами сходных признаков (см.: Гринин и др. 2008: 120).

-- В книге 2008 г. это сформулировано так: "Для появления новой веточки эволюции, ново-го ароморфного направления необходима определенная эволюционная среда. В частно-сти, обычно бывает необходимо, чтобы доступные для данного (нижнего) уровня эволю-ции экологические ниши были заняты, иными словами, чтобы разнообразия на данном уровне развития было достаточно (Гринин и др. 2008: 68).

-- Несмотря на это, 97 % из всех когда-либо живших биологических видов вымерли.

Система упомянутых в книге эволюционных правил 161

Правило 15. Правило зависимости особенностей системы от количества и качества ресурсов при ее рождении. Везде в процес-се самоорганизации и эволюции количество определяет качество процесса. От того, больше или меньше вещества, энергии, населе-ния и т. п., очень часто зависит, какая именно система образуется

-- какая ее ждет судьба (см. с. 64).

-- отношении предзаданности эволюции здесь можно использовать эмпирическое правило эволюционной инерции

(правило Л. Додерлейна и О. Абеля). Речь идет об общей за-висимости последующей эволюции от предшествующей, ко-гда прошлое во многом определяет не только сегодняшнее, но и завтрашнее. Это выражается в значительной зависимо-сти последующих филогенетических событий от предше-ствующих, что интерпретируется как свидетельство инерци-онного влияния прошлого эволюции на ее будущее (но необ-ходимо пояснить, что инерционное влияние не значит обяза-тельно фатальное или непреодолимое, все зависит от многих конкретных факторов, складывающихся на каждом этапе развития вплоть до современного анализу момента (Гринин

-- др. 2008: 129).

Правило 16. Правило оптимальных условий и пропорций, кото-рые требуются для тех или иных процессов или изменений, означа-ет, что недостаток и избыток ресурсов может существенно изме-нить направление развития и пропорции системы (с. 97, 116). Не-достаток ресурсов ограничивает жизненное пространство, необхо-димое для нормального существования объекта (организма) или функционирования системы. Избыток может вести к замедлению стимулов к развитию и диспропорциональности. (См. также закон 6 борьбы за ресурсы и за жизненное пространство.)

Правило 17. Правило оптимальной плотности населения озна-чает, что, во-первых, плотность населения любой системы, вклю-чая планеты и звезды, имеет свои ограничения. Во-вторых, именно оптимальная плотность может быть в ряде случаев базой для эво-люционного развития, поскольку, с одной стороны, имеется доста-точно ресурсов для этого, с другой - система еще достаточно гиб-кая для изменений (в отличие от ситуации чрезмерной плотности населения). Наконец, можно отметить, что в процессе своего устройства системы обычно ищут ту оптимальную "плотность

162 Приложение 2

населения", при которой существуют наибольшие возможности саморегуляции (с. 97, 116). Указанное правило можно рассматри-вать как частный случай более широкого правила 16 оптимальных условий и пропорций.

Группа правил вариативности и цикличности (правила 18-22)

Правило 18. Правило одновременного наличия разных способов ре-ализации определенных функций и целей. В системе обычно имеют-ся несколько способов реализации важных функций, которые обычно способны действовать одновременно, притом что один способ может быть ведущим. Так термоядерные реакции в звездах могут идти одновременно на разных элементах (от водорода и ге-лия до более тяжелых). Так сосуществуют в обществе различные технологические уклады, производящие одно и то же, у животных есть разные способы добывания пищи и т. п. (см. с. 34).

Правило 19. Правило континуума эволюционных состояний

-- характеристик. Оно гласит, что резких переходов между эволю-ционными уровнями нет. Между крайними формами число пере-ходных велико, порой огромно. В то же время всегда существует

-- некоторая дискретность (как проявление закона перехода количе-ства в качество) (см. с. 42, 78, 105).

Правило 20. Правило вариативной трансформации вещества.

Процесс трансформации вещества или энергии нигде не имеет 100%-ного КПД, всегда прослеживается несколько вариантов их распределения. Это и дает возможность для проявления многооб-разия и разнообразия комбинаций (см. с. 59). При структурирова-нии систем в процессе самоорганизации не вся материя может со-бираться в более упорядоченные системы, часть материала остает-ся неоформленной, неорганизованной (с. 110).

Правило 21. Правило цикличности смены резких и медленных изменений (с. 6, 49, 52, 76). В эволюции органично сочетаются про-цессы медленного, почти незаметного и взрывного роста, периоды быстрых трансформаций, нередко связанных с разрушениями или даже коллапсами, и медленных накоплений изменений (см. с. 110, 123, 127). В итоге это способно приводить к формированию объек-тов с качественно новыми характеристиками. И порядок может

Система упомянутых в книге эволюционных правил 163

вновь смениться беспорядком (см. паттерн 2 циклов смены порядка и хаоса).

Ранее мы писали о принципе синтеза градуализма и ка-тастрофизма. В космической эволюции можно видеть соче-тание двух принципов, вокруг которых не утихают споры в геологии и биологии. А именно о том, какой тип развития преобладает. Медленные, постепенные изменения, в итоге ведущие к огромным переменам (градуализм), или катастро-физм (пунктуализм), то есть развитие преимущественно рез-кими революционными скачками, в биологии часто связывае-мое именно с катастрофами. Можно (и правильнее) говорить об органическом сочетании обоих типов развития. Сочета-ние обоих принципов в космической эволюции не просто налицо. Здесь как нигде на других уровнях эволюции эти способы органически объединяются, например, в индивиду-альных судьбах звезд. Главная последовательность звезд, во время которой идет очень долгий процесс выгорания водо-рода - обязательная фаза любой звезды, - демонстрирует по-степенность и важность медленных и длительных процессов. Однако катастрофы того или иного масштаба есть в жизни любой звезды (Гринин 2013: 141)

Правило 22. Правило архаичности первичных систем. Системы не формируются зрелыми, для обретения зрелости и устойчивости им обычно требуется несколько реконфигураций, в том числе цик-лов разрушения и нового формирования. Поэтому первичные си-стемы часто выглядят архаично, а более совершенные образуются уже как вторичные или третичные (это касается не только биоло-гических или социальных систем, но и первичных планет или звезд). Более поздние системы имеют бСльшие возможности само-регулирования. А ранняя эпоха формирования часто бывает до-вольно бурной (см. с. 113, 119, 135).

Группа правил изменений, системности и структурирования (правила 23-29)

Правило 23. Правило зависимости меньшей системы от более крупной. Прослеживается сильная зависимость важных черт и не-редко судьбы меньшей системы от особенностей более крупной, куда первая входит (см. с. 3, 31).

164 Приложение 2

Правило 24. Правило важности неоднородностей и флуктуа-ций. Для эволюционного изменения (даже в рамках типичной трансформации без качественного эволюционного роста) часто требуется возникновение критической неоднородности, которая способна стать ядром изменений (с. 77). Абсолютная гомогенность делает невозможными эволюционные процессы. Наличие какой-то разницы, даже небольшой, способно запустить процессы перегруп-пировки вещества или элементов совокупности. А на этой базе возникают иная структура и иной порядок (см. с. 78).

Правило 25. Правило неспособности части объектов к эволю-ционным изменениям означает, что далеко не все объекты и систе-мы способны к эволюции, и в любом случае величина этой способ-ности существенно отличается у разных систем. Кроме того, для эволюционных изменений требуется определенная скорость изме-нения внешних условий (или особые условия), что случается дале-ко не всегда (с. 17; см. также закон 5 зависимости скорости эволю-ции от сокращения ее фронта; правило 10 необходимой разнород-ности).

Правило 26. Правило предельных возможностей системы (с. 34). В любой системе есть предел возможности совершения определенных действий, за которым те или иные действия стано-вятся либо разрушительными для системы, либо последняя их по-гашает. Это своего рода аттрактор, который ей сложно перейти.

-- какой-то мере с этим принципом связан и сформули-рованный нами (Гринин и др. 2008: 47-48) принцип ограни-ченных возможностей. Это общеметодологический (обще-научный) принцип, который заключается в том, что невоз-можно усиливаться по всем направлениям сразу. Известное правило физики - выигрываешь в силе, проигрываешь в рас-стоянии - хорошо иллюстрирует этот принцип.

Правило 27. Правило компактности структурированной си-стемы. Структурированная система намного компактнее неструк-турированной, и именно в ней, благодаря концентрации, возможны какие-то новые качественные процессы (см. с. 46). Системность также помогает наиболее эффективному энергетическому функци-онированию, способ последнего обнаруживается в процессе само-организации и самосохранения материи (см. с. 134).

Система упомянутых в книге эволюционных правил 165

Правило 28. Правило сочетания изначально заданных условий

-- вариативности. С одной стороны, судьба и длительность жизни, а также тип смерти индивидуальных объектов (как неживых, так

-- живых) зависят от начальных параметров, они как бы запрограм-мированы "генетически" (и, следовательно, могут быть предсказа-ны), с другой - всегда наличествуют вариативность условий рож-дения и случайности, которые могут существенно изменить предзаданность (с. 5, 31, 45, 114, 115). Это означает большую ва-риативность типичного в индивидуальном, или, говоря биологиче-ским языком, особенности систем зависят от ее генотипа и фе-

нотипа. Это правило может быть дополнено правилом 15 зависи-

мости особенностей системы от количества и качества ресурсов при ее рождении.

Правило 29. Правило редкости появления новых правил эволю-

ции. Эволюция расточительна в своих "экспериментах". Но она довольно скупа в своих механизмах и паттернах, предпочитает ис-пользовать уже готовые, нежели изобретать новые. Каждое новое правило или паттерн связаны либо с особенностями заполнения эволюционных ниш, либо с появлением каких-то новых подуров-ней, уровней или блоков (с. 42, 140).

Группа правил распределения и концентрации (правила 30-32)

Правило 30. Правило распределения. Число мелких объектов зна-чительно превосходит число крупных. По распределению во Все-ленной и на всех уровнях эволюции основную часть объектов обычно составляют мелкие, а крупные занимают лишь небольшую их часть. В частности, с увеличением размеров количество тел убывает по степенному закону (см. с. 18, 42, 81, 110, 111).

Правило 31. Правило неравномерного распределения вещества (концентрации вещества). Основное количество вещества и энер-гии концентрируется в немногих, чаще всего наиболее крупных объектах (с. 16, 19, 35, 42, 46, 83).

Правило 32. Правило концентрации редких ресурсов. Перерас-пределение ресурсов приводит к особой концентрации редких ре-сурсов (элементов) в отдельных местах, что является условием для появления нового качества (с. 6, 35, 42, 83).

166 Приложение 2

Правило 33. Правило эволюционной блочной сборки, в ре-зультате которой уже опробованные блоки, подсистемы, "узлы" используются при формировании новых систем (организмов) в го-товом виде, целиком. Такая "блочная сборка" резко ускоряет тем-пы эволюции (Гринин и др. 2008: 64). Одними из первых таких "блоков" стали атомы и молекулы, в известной мере ими являлись сгустки молекулярных пылегазовых облаков, из которых образо-вываются звезды и планетезимали (см. с. 140).

ЭВОЛЮЦИОННЫЕ ЗАКОНЫ

Закон 1 (гегелевский) перехода количества в качество (см. с. 35, 42, 47, 49, 127). Один из трех гегелевский законов диалектики (обычно рассматривается как первый закон диалектики).

Закон 2 круговорота состояний и роста вариативности эво-люции. Постоянно происходит некий круговорот состояний на раз-ных уровнях эволюции. В этом процессе таится громадная потен-ция для роста вариативности и поиска новых вариантов. Чем чаще создаются новые объекты взамен старых, тем больше разнообразия (с. 32, 46, 59).

Конец одного - это начало другого. Звездно-эволюцион-ная эстафета. Материал погибших объектов становится ис-ходным или дополнительным материалом для формирования новых. Это знаменует круговорот вещества и энергии в при-роде и одновременно в некотором роде процесс передачи "эстафеты". Последняя обеспечивает возможность восполь-зоваться плодами длительных процессов, в частности накоп-ления тяжелых элементов (как мы видим на примере на-копления тяжелых элементов при образовании Солнечной системы из остатков взрыва сверхновой)¹¹⁶. Итак, здесь налицо вышеупомянутое "творческое разрушение", создание нового за счет разрушения или вывода из активной жизни старого. При этом новое уже в чем-то, иногда существенно, не похоже на старое. Это обеспечивает постоянную преем-ственность и поле для продвижения к новому, подобно тому как смена поколений биологических особей всегда влечет какие-то изменения. Смена правителей может не повлечь ко-ренных перемен в обществе, однако каждый новый прави-

-- Подробнее о правиле эволюционной эстафеты см.: Гринин и др. 2008: 38-40.

Система упомянутых в книге эволюционных правил 167

тель в чем-то не похож не предшественников, что-то делает иначе, в результате исторический опыт накапливается (Гри-нин 2013: 140).

Закон 3 (Спенсера). Закон перехода вещества по мере его каче-ственного развития из неопределенной (недифференцированной, неспециализированной) однородности к определенной (более специ-ализированной) разнородности (см. с. 51, 75).

Закон 4 неравномерности развития. Неравномерность проте-кания процессов - характернейшее свойство функционирования материи и эволюции. С эволюционной точки зрения развитие мно-жества однотипных объектов и не может происходить равномерно.

Неравномерность, в том числе в концентрации вещества, явля-ется универсальным паттерном существующего порядка и эволю-ции (с. 46, 80).

См. также правило 31 неравномерного распределения вещества (концентрации вещества).

-- структуре Вселенной совместились два на первый взгляд несовместимых качества: равномерность и неравно-мерность структуры. Равномерность появилась и проявилась уже на стадии инфляции, когда Вселенная стала раздуваться равномерно во всех измерениях. Равномерность Вселенной в крупных масштабах задается также силой космического ан-титяготения (вакуума) с его однородным распределением в пространстве (Архангельская и др. 2006: 191). Равномерной она осталась и по сегодняшний день, но только в крупном масштабе (в кубических единицах размером 100 или более мегапарсек), в то время как размеры самых крупных скопле-ний (таких как наша Местная группа с центром в скоплении

-- созвездии Девы) составляют до 40 мегапарсек (Горбунов, Рубаков 2012: 14). Соответственно, чем меньше масштабы, тем сильнее проявляется неравномерность. Сочетание анта-гонистических качеств - явление характерное и для иных уровней эволюции (Гринин 2013: 111-112).

Закон 5 зависимости скорости эволюции от сокращения ее фронта (с. 91). При сужении области действия эволюции повыша-ются возможности появления новых ее уровней и скорость ее из-менений. Ведь для эволюции не столь больших объектов требуется меньше энергии, соответственно возможности эволюции повыша-

168 Приложение 2

ются. Это правило подтверждается при переходе от Универсума к Солнечной системе, от этой системы к отдельным планетам, от геологической и биологической эволюции к социальной (с. 135). На планетах потенциально возможности эволюции возрастают благодаря меньшим температурам и невозможности разогреться до исчезновения молекул или атомов (с. 64)¹¹⁷ (см. также правило 2 локализации эволюционного прорыва; правило 25 неспособности части объектов к эволюционным изменениям).

Закон 6 борьбы за ресурсы и за жизненное пространство. Борьба за ресурсы есть общий механизм отбора на всех уровнях эволюции. Поэтому он может быть определен как закон эволюции. Но сами механизмы отбора существенно варьируются (и соответ-ственно огромную роль играют те или иные, в том числе случай-ные, преимущества, которые могут сыграть свою роль в процессе отбора). При этом раздел ресурсов всегда несправедлив, и только в социальной эволюции на ее высших фазах начались попытки устранения наиболее острых форм несправедливости (с. 12, 94, 97, 99, 107, 138).

Закон 7 эволюционного отбора. Эволюционный отбор имеет место на всех уровнях эволюции. Это способ опробования различ-ных вариантов и конструкций, орудие, с помощью которого эво-люция осуществляет "творческое разрушение". Отбор одновре-менно и повышает, и снижает разнообразие, создавая новые вари-анты и уничтожая старые. Эволюционный отбор - это и важней-ший инструмент упорядочения процессов. Влияние среды на отбор прослеживается в большинстве типов отбора. См. также принцип творческого разрушения, правило 13 роста разнообразия, прави-ло 3 подготовительной работы эволюции (с. 94).

Закон 8 (гегелевский) отрицания отрицания (с. 64). Один из трех гегелевских законов диалектики (обычно рассматривается как третий ее закон). Еще один гегелевский закон диалектики (вто-

рой) - единства и борьбы противоположностей, или закон пере-хода количественных изменений в качественные и обратно. Он не

упоминается в тексте, но примеров его множество¹¹⁸.

-- Здесь уместно также использовать идею А. П. Назаретяна о сужении конуса развития мегаэволюции (Назаретян 2013: 123).

-- В частности в первой книге монографии (Гринин 2013: 87) мы писали: "Атом водорода образовался из ядра (состоящего только из одного протона) и электрона. Так впервые возник атом, пусть самый простой и состоящий только из двух элементов, но это была

Система упомянутых в книге эволюционных правил 169

ЭВОЛЮЦИОННЫЕ ПРИНЦИПЫ,

ПАТТЕРНЫ И СЛУЧАИ

Принцип 1. Принцип эпистемологической неисчерпаемости свойств объектов (с. 7, 13).

Принцип 2. Принцип творческого (созидательного) разрушения для фазовых переходов, трансформаций и расширения разнообра-

зия¹¹⁹ (с. 76).

"Творческое разрушение" - создание нового за счет раз-рушения или вывода из активной жизни старого. При этом новое уже в чем-то, иногда существенно, не похоже на ста-рое. Это обеспечивает постоянную преемственность и поле для продвижения к новому, подобно тому, как смена поколе-ний биологических особей всегда влечет какие-то изменения (Гринин 2013: 140).

Но сами по себе разрушения не могут быть созидательными. Они становятся созидательными, только когда проделана большая подготовительная работа. И все равно часто сначала следует откат назад, и только потом - много времени спустя - эволюция, как бы разбежавшись, начинает новое движение вперед (с. 123, см. также закон 2 круговорота состояний и рост вариативности эволюции; паттерн 2 циклов смены порядка и хаоса).

Принцип 3. Принцип стремления к самосохранению (с. 137). Паттерн 1 цикла временного объединения автономных элемен-

тов (сегментов) и фрагментации множества - очень характерный паттерн функционирования систем и множеств во Вселенной, жи-вотном и социальном мире. Можно наблюдать объединение раз-личных объектов (существ) для протекания определенных процес-сов (осуществления действий) в группы, стада, племена и т. п.

-- потом, после совершения действия или завершения процесса, общность распадается (с. 47, 50).

Паттерн 2 циклов смены порядка и хаоса. Порядок из хаоса - один из главных паттернов эволюции. Смена порядка и беспорядка, превращение последнего в порядок, вновь слом порядка перед пе-

уже структура. Причем в ней воплощается принцип (закон), который реализуется в не-вероятном количестве вещей и процессов: закон единства и борьбы противоположно-стей. Ведь здесь объединились разнозаряженные элементарные частицы".

-- Творческое разрушение - известная идея австро-американского экономиста Й. Шумпете-ра в отношении инноваций в экономике (Schumpeter 1994 [1942]; Шумпетер 2007).

170 Приложение 2

реходом на новый уровень - неизбежная последовательность мно-гих процессов (с. 76, 113, 135, 138).

Паттерн 3 массовых вымираний. Создание стабильного порядка нередко требует ликвидации множества "излишних" объектов.

-- такая ликвидация в эволюции происходит достаточно часто в виде массовых вымираний или других катастрофических событий. Паттерн является частным случаем паттерна катастроф (с. 121).

Паттерн 4 катастроф как одного из главных механизмов отбо-ра на всех уровнях эволюции (с. 6, 123, 127, 129). В целом драма-

тизм характерен для эволюции на всех ее уровнях (с. 113), как вид-но из паттернов 3 и 4 (с. 121).

Распространенный случай в эволюции 1 появления (образова-

ния, рождения) либо одиночных, либо парных (групповых) объектов при образовании (рождении) новых систем (организмов) на всех уровнях. Группы могут представлять собой совокупность объектов близкого масштаба с определенным родственным набором качеств

(с. 44, 50, 106).

Распространенный случай в эволюции 2 "дрейфа генов", то есть длительного сохранения некоторого числа важных исходных условий, которые влияют на формирование и функционирование систем разной природы в течение ряда поколений (с. 56).

Распространенный случай в эволюции 3 захватов, насиль-

ственных инкорпораций, объединений, характерный для всех уров-

ней эволюции (с. 128, 129).

Распространенный случай в эволюции 4 возникновения пре-

имущества или особого влияния в результате того, что объект

(система, особь) образуется, рождается или делает что-то первым

(с. 106).

ЭВОЛЮЦИОННЫЕ ИДЕИ

Идея 1. С появлением Солнечной системы и Земли возникает про-цесс локализации событий, мы не знаем, где до этого впервые ло-кализовывались те или иные важные процессы эволюции (с. 6, 7).

Идея 2 эволюционного времени, определяемого числом возник-ших макроэволюционных изменений (с. 41).

Идея 3 важности исторического момента формирования си-стемы (с. 43).

Система упомянутых в книге эволюционных правил 171

Идея 4. Наличие оболочек - важнейший способ отделения си-стемы от внешней среды (с. 50, 94). Эта идея является иллюстра-цией правил формообразующего влияния среды на организм и пра-вила роста устойчивости и приспособляемости систем (см.: Гринин

-- др. 2008).

Идея 5 объемности эволюции. Это характеристика, которая описывает развитие, усложнение, качественное изменение на раз-ных уровнях, направлениях и линиях одновременно при генезисе и росте систем на разных уровнях эволюции (с. 65).

Идея 6. Всегда есть условия, более и менее подходящие для ка-ких-то процессов, то есть эволюционно удачные или неудачные. Эта удачность - неудачность крайне важна для эволюции и понимания ее процессов (с. 79).

Идея 7. Для самоорганизации не требуется большое количе-ство "организаторов", то есть сил или правил. Достаточно огра-ниченного их числа. В частности, сложные паттерны поведения могут возникать из очень простых поведенческих правил (с. 136).

	Постраничный указатель упоминания
	эволюционных правил, законов
	и принципов

Стра-ница	Правила (в порядке упоминания)
Стра-ница

1	2
3	Правило 23 (зависимости меньшей системы от более крупной);
	Правило 1 (совпадения уникальных условий для возникновения ка-
	чественно новых явлений);
	Правило 3 (подготовительной работы эволюции)
5	Правило 11 (конвергенции - дивергенции);
	Правило 28 (сочетания изначально заданных условий и вариатив-
	ности)
6	Идея 1 (локализации событий);
	Правило 32 (концентрации редких ресурсов);
	Паттерн 4 (катастроф как одного из главных механизмов отбора
	на всех уровнях эволюции);
	Правило 21 (цикличности смены резких и медленных изменений)
7	Принцип 1 (эпистемологической неисчерпаемости свойств объек-
	тов);
	Идея 1 (локализации событий);
	Правило 2 (локализации эволюционного прорыва)
12	Закон 6 (борьбы за ресурсы и за жизненное пространство)
13	Принцип 1 (эпистемологической неисчерпаемости свойств объек-
	тов)
16	Правило 31 (неравномерного распределения вещества [концентра-
	ции вещества])
17	Правило 25 (неспособности части объектов к эволюционным изме-
	нениям);
	Правило 13 (роста разнообразия);
	Правило 9 (сосуществования архаичных и эволюционно продвину-
	тых объектов)
18	Правило 30 (распределения)
19	Правило 31 (неравномерного распределения вещества [концентра-
	ции вещества]);
	Правило 5 (центра, полупериферийного объекта и перехода к но-
	вым уровням)
20	Правило 9 (сосуществования архаичных и эволюционно продвину-
	тых объектов)
24	Правило 1 (совпадения уникальных условий для возникновения каче-
	ственно новых явлений)
25	Правило 12 (достаточного разнообразия)

	Постраничный указатель	173

	1	2
26	Правило 14 (необходимых ресурсов);
	Правило 10 (необходимой разнородности компонентов в системе);
	Правило 5 (центра, полупериферийного объекта и перехода
	к новым уровням) и Правило 12 (достаточного разнообразия)
27	Правило 4 (необходимости преадаптаций для перехода к новому
	уровню [направлению] эволюции)
29	Правило 5 (центра, полупериферийного объекта и перехода к но-
	вым уровням);
	Правило 8 (многовекторности эволюции)
31	Правило 23 (зависимости меньшей системы от более крупной);
	Правило 28 (сочетания изначально заданных условий и вариатив-
	ности)
32	Закон 2 (круговорота состояний и роста вариативности эволюции)
	и Правило 12 (достаточного разнообразия)
34	Правило 18 (одновременного наличия разных способов реализации
	определенных функций и целей);
	Правило 26 (предельных возможностей системы)
35	Правило 31 (неравномерного распределения вещества [концентра-
	ции вещества]);
	Правило 32 (концентрации редких ресурсов);
	Закон 1 (гегелевский) (перехода количества в качество)
41	Идея 2 (эволюционного времени)
42	Правило 29 (редкости появления новых правил эволюции);
	Правила 30 (распределения), 31 (неравномерного распределения
	вещества [концентрации вещества]) и 32 (концентрации редких
	ресурсов);
	Правило 19 (континуума эволюционных состояний и характеристик);
	Закон 1 (гегелевский) перехода количества в качество
43	Идея 3 (важности исторического момента формирования системы)
44	Распространенный случай в эволюции 1 (появления [образования,
	рождения] либо одиночных, либо парных [групповых] объектов)
45	Правило 28 (сочетания изначально заданных условий и вариатив-
	ности)
46	Правило 31 (неравномерного распределения вещества [концентра-
	ции вещества]) и Закон 4 (неравномерности развития);
	Правило 27 (компактности структурированной системы);
	Правило 6 (необходимой неустойчивости для эволюционных
	трансформаций);
	Закон 2 (круговорота состояний и роста вариативности эволюции)

174		Постраничный указатель

1		2
47		Закон 1 (гегелевский) (перехода количества в качество);
		Паттерн 1 (цикла временного объединения автономных элементов);
		Правило 7 (необходимости спусковых (триггерных) событий для
		запуска эволюционного процесса)
48		Правило 7 (необходимости спусковых (триггерных) событий для
		запуска эволюционного процесса)
49		Правило 5 (центра, полупериферийного объекта и перехода к новым
		уровням);
		Правило 21 (цикличности смены резких и медленных изменений) и
		Закон 1 (гегелевский) (перехода количества в качество)
50		Идея 4 (наличие оболочек - важнейший способ отделения системы
		от внешней среды);
		Распространенный случай в эволюции 1 (появление [образование,
		рождение] либо одиночных, либо парных [групповых] объектов);
		Паттерн 1 (цикла временного объединения втономных элементов
		[сегментов] и фрагментации множества)
51		Закон 3 (Спенсера) перехода вещества по мере его качественного
		развития из неопределенной (недифференцированной, неспециализи-
		рованной) однородности к определенной (более специализирован-
		ной) разнородности
52		Правило 21 (цикличности смены резких и медленных изменений)
56		Распространенный случай в эволюции 2 ("дрейфа генов")
59		Правило 20 (вариативной трансформации вещества);
		Закон 2 (круговорота состояний и роста вариативности эволюции)
		и Правило 12 (достаточного разнообразия)
64		Правило 15 (зависимости особенностей системы от количества и
		качества ресурсов при ее рождении);
		Закон 5 (зависимости скорости эволюции от сокращения ее фронта)
		и Правило 2 (локализации эволюционного прорыва);
		Закон 8 (гегелевский) отрицания отрицания
65		Идея 5 (объемности эволюции);
		Правило 10 (необходимой разнородности компонентов в системе)
75		Закон 3 (Спенсера) перехода вещества по мере его качественного
		развития из неопределенной (недифференцированной, неспециализи-
		рованной) однородности к определенной (более специализирован-
		ной) разнородности
76		Правило 21 (цикличности смены резких и медленных изменений);
		Принцип 2 (творческого [созидательного] разрушения для фазовых
		переходов, трансформаций и расширения разнообразия);
		Паттерн 2 (циклов смены порядка и хаоса)

	Постраничный указатель	175

	1	2
77	Правило 24 (важности неоднородностей и флуктуаций);
	Правило 6 (необходимой неустойчивости для эволюционных
	трансформаций);
	Правило 3 (подготовительной работы эволюции)
78	Правило 12 (достаточного разнообразия) и Правило 19 (континуу-
	ма эволюционных состояний и характеристик);
	Правило 24 (важности неоднородностей и флуктуаций)
79	Идея 6 (эволюционно удачные и неудачные условия)
80	Закон 4 (неравномерности развития)
81	Правило 30 (распределения)
83	Правила 31 (неравномерного распределения вещества [концентрации
	вещества]) и Правило 32 (концентрации редких ресурсов)
84	Правило 13 (роста разнообразия);
	Правило 9 (сосуществования архаичных и эволюционно продвину-
	тых объектов)
87	Правило 13 (роста разнообразия)
91	Закон 5 (зависимости скорости эволюции от сокращения ее фронта)
94	Закон 6 (борьбы за ресурсы и за жизненное пространство);
	Закон 7 (эволюционного отбора) и Правило 13 (роста разнообразия);
	Идея 4 (наличие оболочек - важнейший способ отделения системы
	от внешней среды)
97	Правило 17 (оптимальной плотности населения);
	Правило 16 (оптимальных условий и пропорций, которые требуют-
	ся для тех или иных процессов и изменений) и Закон 6 (борьбы за
	ресурсы и за жизненное пространство)
99	Закон 6 (борьбы за ресурсы и за жизненное пространство)
105	Правило 19 (континуума эволюционных состояний и характери-
	стик)
106	Распространенный случай в эволюции 1 (появления [образования,
	рождения] либо одиночных, либо парных [групповых] объектов);
	Распространенный случай в эволюции 4 (возникновения преимуще-
	ства или особого влияния)
107	Закон 6 (борьбы за ресурсы и за жизненное пространство)
110	Правило 30 (распределения) и Правило 20 (вариативной трансфор-
	мации вещества);
	Правило 21 (цикличности смены резких и медленных изменений)
111	Правило 30 (распределения)
113	Правило 22 (архаичности первичных систем);
	Паттерн 2 (циклов смены порядка и хаоса);
	Паттерн 4 (катастроф как одного из главных механизмов отбора на
	всех уровнях эволюции)

176		Постраничный указатель

1		2
114		Правило 28 (сочетания изначально заданных условий и вариативно-
		сти)
115		Правило 28 (сочетания изначально заданных условий и вариативно-
		сти)
116		Правило 17 (оптимальной плотности населения);
		Правило 16 (оптимальных условий и пропорций, которые требуют-
		ся для тех или иных процессов или изменений)
119		Правило 22 (архаичности первичных систем)
121		Паттерн 3 (массовых вымираний)
123		Паттерн 4 (катастроф как одного из главных механизмов отбора на
		всех уровнях эволюции);
		Правило 21 (цикличности смены резких и медленных изменений);
		Принцип 2 (творческого [созидательного] разрушения);
		Паттерн 4 (катастроф как одного из главных механизмов отбора на
		всех уровнях эволюции)
127		Паттерн 4 (катастроф как одного из главных механизмов отбора на
		всех уровнях эволюции);
		Правило 21 (цикличности смены резких и медленных изменений) и
		Паттерн 4 (катастроф как одного из главных механизмов отбора на
		всех уровнях эволюции);
		Закон 1 (гегелевский) (перехода количества в качество)
128		Распространенный случай в эволюции 3 (захватов, насильственных
		инкорпораций, объединений)
129		Паттерн 4 (катастроф как одного из главных механизмов отбора на
		всех уровнях эволюции);
		Распространенный случай в эволюции 3 (захватов, насильственных
		инкорпораций, объединений)
134		Правило 27 (компактности структурированной системы)
135		Правило 22 (архаичности первичных систем);
		Паттерн 2 (циклов смены порядка и хаоса) и закон 5 (зависимости
		скорости эволюции от сокращения ее фронта)
136		Идея 7 (для самоорганизации не требуется большое количество
		"организаторов")
137		Принцип 3 (стремления к самосохранению)
138		Паттерн 2 (циклов смены порядка и хаоса);
		Закон 6 (борьбы за ресурсы и за жизненное пространство)
140		Правило 29 (редкости появления новых правил эволюции);
		Правило 33 (эволюционной блочной сборки)

Библиография

Абрамова О. В., Пшеничнер Б. Г. 2014. Космос. Все о звездах, планетах, космических странниках / Ред. С. С. Мирнова. М.: ОГИЗ, АСТ.

Адушкин В. В., Витязев А. В. 2007. Происхождение и эволюция Земли: современный взгляд. Вестник Российской академии наук 77(5): 396-402.

Адушкин В. В., Витязев А. В., Печерникова Г. В. 2008. В развитие тео-рии происхождения и ранней эволюции Земли. Проблемы зарождения

-- эволюции биосферы: сб. науч. работ / Ред. Э. М. Галимов, с. 275-296. М.: ЛИБРОКОМ.

Азимов А. 2000. Выбор катастроф. СПб.: Амфора.

Алексеев А. С. 1998. Массовые вымирания в фанерозое: дис. ... д-ра геол.-

минералогич. наук. М.: Геологический факультет МГУ.

Алексеев В. П. 1984. Становление человечества. М.: Политиздат.

Альвен Х., Аррениус Г. 1979. Эволюция Солнечной системы. М.: Мир. Арнольд В. И. 2004. Теория катастроф. М.: Едиториал УРСС. Архангельская И. В., Розенталь И. Л., Чернин А. Д. 2006. Космология и

физический вакуум. М.: УРСС.

Балабанов В. И. 2010. Нанотехнологии: правда и вымысел. М.: Эксмо.

Баранов В. Б., Измоденов В. В., Краснобаев К. В. 2009. Роль газовой ди-намики в исследовании космического пространства. Сборник к 70-летию В. А. Садовничего, с. 5-24. М.: Изд-во МГУ. URL: http://gasdyn-ipm.ip mnet.ru/~izmod/Papers/2009/bik/baranov_to_sadovn%28corrected%29.pdf.

Баринова А. 2015. Самый далекий объект Солнечной системы. National Geographic. URL: http://www.nat-geo.ru/universe/826529-samyy-dalekiy-obekt-solnechnoy-sistemy/.

Барсуков В. Л., Базилевский А. Т. 1984. Сравнительная планетология: некоторые итоги и перспективы. XXVII Международный геологический конгресс: Доклады советских геологов. Т. 19. Сравнительная плането-логия, с. 3-11. М.

Батыгин К., Лафлин Г., Морбиделли А. 2016. Рожденные из хаоса.

-- мире науки. Вып. 7. URL: https://sciam.ru/articles/details/rozhdennye-iz-xaosa.

Биллингс Ли. 2015. Разрушитель миров Юпитер мог способствовать формированию Земли. ИноСМИ 2 апреля. URL: http://inosmi.ru/world/ 20150402/227261891.html.

178 Библиография

Бисноватый-Коган Г. С. 2010. Эволюция звезд с потерей массы. Актив-ность звезд и Солнца на разных стадиях их эволюции, Москва 17- 18 декабря 2010, с. 27-38. СПб.: Астрономическое общество.

Богданов А. А. 1989. Тектология (всеобщая организационная наука): в

2 кн. М.: Экономика.

Бочкарев Н. Г. 2010. Рождение звезд. Активность звезд и Солнца на раз-ных стадиях их эволюции. Рабочее совещание-дискуссия. Москва 17- 18 декабря 2010: сб. статей, с. 11-26. СПб.: Астрономическое общество.

Буровский А. М. 2013. Контрастность, мозаичность, динамизм среды и эволюция. Эволюция Земли, жизни, общества, разума / Ред. Л. Е. Гри-нин, А. В. Коротаев, А. В. Марков, с. 38-85. М.: ЛКИ.

-- поиске родственников Солнца. 2010. Академия 36: 1. URL: https://old. rsue.ru/academy/archives/472.pdf.

Вибе Д. 2003. Темная материя и темная энергия. URL: http://www.

inasan.ru/~dwiebe/popart/darkener.html.

Вибе Д. 2012. Образование планетных систем. 7 фактов о формировании скоплений звезд и различных незвездообразных астрономических объ-ектов. Постнаука.ру. URL: https://postnauka.ru/faq/5609.

Вибе Д. 2016. Проблемы звездообразования по наблюдательным данным

-- УФ. Вестник НПО им. С. А. Лавочкина 3(33): 47-51.

Витязев А. В., Печерникова Г. В. 2010. Происхождение и ранняя эволю-ция Солнечной системы. Активность звезд и Солнца на разных стади-ях их эволюции. Рабочее совещание-дискуссия. Москва 17-18 декабря

2010: сб. статей, с. 161-176. СПб.: Астрономическое общество. URL:

http://crydee.sai.msu.ru/~mir/sborn2010.pdf.

Витязев А. В., Печерникова Г. В., Сафронов В. С. 1990. Планеты зем-ной группы: Происхождение и ранняя эволюция. М.: Наука.

Відьмаченко А. П., Мороженко О. В. 2014. Фізичні характеристики по-верхонь планет земного типу, карликових і малих планет та їхніх супутників за даними дистанційних досліджень. Київ: Профі.

Галанин А. В. 2012. Cтроение и жизнь Вселенной. Вселенная живая.

URL: http://ukhtoma.ru/universe1.htm.

Галимов Э. М. 2008. Современное состояние проблемы происхождения системы Земля - Луна. Проблемы зарождения и эволюции биосферы: сб. науч. работ / Ред. Э. М. Галимов, с. 213-223. М.: ЛИБРОКОМ.

Геодакян В. А. 2013. Энтропия и информация. Размышления об их роли в природе и обществе. Эволюция Земли, жизни, общества, разума / Ред. Л. Е. Гринин, А. В. Коротаев, А. В. Марков, с. 255-279. Волгоград: Учитель.

Библиография 179

Гибсон Б., Ибата Р. 2007. Призраки погибших галактик. В мире науки 6:

29-35.

Глуховский М. З., Кузьмин М. И. 2012. О возможном влиянии масштаб-ных импактных событий на ход тектоно-магматической эволюции ранней Земли. Современные проблемы геохимии. Материалы совеща-ния. Т. 1, с. 40-42. Иркутск.

Горбунов Д. С., Рубаков С. А. 2010. Введение в теорию ранней Вселен-ной. Космологические возмущения. Инфляционная теория. М.: УРСС.

Горшков А. Б., Батурин В. А. 2010. Диффузия и осаждение элементов в недрах Солнца в течение его эволюции. Активность звезд и Солнца на разных стадиях их эволюции. Рабочее совещание-дискуссия. Москва 17-18 декабря 2010: сб. статей, с. 55-62. СПб.: Астрономическое об-щество.

Гринберг М. 1970. Межзвездная пыль. М.: Мир.

Гринин А. Л. 2016a. Саморегуляция как глобальный тренд мегаэволю-ции. Эволюция: срезы, правила, прогнозы / Ред. Л. Е. Гринин, А. В. Ко-ротаев, с. 17-43. Волгоград: Учитель. URL: https://elibrary.ru/item.asp? id=29243488.

Гринин А. Л. 2016б. Саморегуляция как тренд большой истории. Исто-рия и Математика: мегаисторические аспекты / Ред. Л. Е. Гринин, А. В. Коротаев, с. 128-154. Волгоград: Учитель.

Гринин Л. Е. 2006. Производительные силы и исторический процесс. М.:

КомКнига.

Гринин Л. Е. 2007а. Государство и исторический процесс. Эпоха образо-вания государства: общий контекст социальной эволюции при образо-вании государства. М.: КомКнига/URSS.

Гринин Л. Е. 2007б. Государство и исторический процесс. Эволюция го-сударственности: от раннего государства к зрелому. М.: КомКнига/ URSS.

Гринин Л. Е. 2010. Государство и исторический процесс. Эволюция госу-дарственности: от раннего государства к зрелому. М.: ЛИБРОКОМ.

Гринин Л. Е. 2011. Государство и исторический процесс. Эпоха форми-рования государства. Общий контекст социальной эволюции при об-разовании государства. М.: ЛКИ.

Гринин Л. Е. 2013. Большая история развития мира: космическая эво-

люция. Волгоград: Учитель.

Гринин Л. Е., Гринин А. Л. 2015. От рубил до нанороботов. Мир на пу-ти к эпохе самоуправляемых систем (история технологий и описание их будущего). М.: Моск. ред. изд-ва "Учитель".

180 Библиография

Гринин Л. Е., Коротаев А. В. 2016. Ближний Восток, Индия и Китай в глобализационных процессах. М.: Моск. ред. изд-ва "Учитель".

Гринин Л. Е., Марков А. В., Коротаев А. В. 2008. Макроэволюция в жи-вой природе и обществе. М.: ЛКИ.

Гринин Л. Е., Марков А. В., Коротаев А. В., Панов А. Д. 2009. Эволю-ционная мегапарадигма: возможности, проблемы, перспективы. Вве-дение. Эволюция: Космическая, биологическая, социальная / Ред. Л. Е. Гринин, А. В. Марков, А. В. Коротаев, с. 5-43. М.: ЛИБРОКОМ.

Гринин Л. Е., Марков А. В., Коротаев А. В., Панов А. Д. 2012. Эволю-ционная мегапарадигма: возможности, проблемы, перспективы. Уни-версальная и глобальная история (эволюция Вселенной, Земли, жизни и общества) / Ред. Л. Е. Гринин, И. В. Ильин, А. В. Коротаев, с. 106-119. Волгоград: Учитель.

Громов А. Н. 2012. Удивительная Солнечная система. М.: ЭКСМО.

Гуляев В. И. 1972. Древнейшие цивилизации Мезоамерики. М.: Наука.

Гуревич Л. Э., Лебединский А. И. 1950. Об образовании планет. I. Гра-витационная конденсация. Известия АН СССР. Серия физическая 14(6): 765-775.

Данилова В. С., Кожевников Н. Н. 2008. Основания астрономической картины мира. Вестник Северо-Восточного федерального универси-тета им. М. К. Аммосова 4: 95-100.

Деопик Д. В. 1977. Регион Юго-Восточной Азии с древнейших времен до XV в. Юго-Восточная Азия в мировой истории / Ред. С. Н. Ростовский, В. Ф. Березин, Э. О. Васильев, с. 9-69. М.: Наука.

Дольник В. Р. 2009. Непослушное дитя биосферы. Беседы о поведении человека в компании птиц, зверей и детей. СПб.: Петроглиф.

Дорофеева В. А. 2015. Строение, состав и условия образования каменно-ледяных планетезималей во внешнем регионе околосолнечного га-зопылевого протопланетного диска: ограничения для моделей. Меха-ника, управление и информатика 7(3[56]): 400-424. М.: ИКИ РАН.

Дудоров А. Е., Сипатов Д. И., Хайбрахманов С. А. 2015. О формирова-нии протопланет в аккреционных дисках молодых звезд с остаточным магнитным полем. Челябинский физико-математический журнал 7(362): 11-20.

Евсеева Ю. 2012. Ученые назвали более точный возраст Млечного Пути. Московский комсомолец 1 июня. URL: http://www.mk.ru/science/2012/ 06/01/710497-uchenyie-nazvali-bolee-tochnyiy-vozrast-mlechnogo-puti.html.

Жукова Е. В., Занкович А. М., Коваленко И. Г., Фирсов К. М. 2012. Гидростатическая модель самогравитирующего оптический плотного

Библиография 181

межзвездного облака. Вестник Волгогр. гос. ун-та. Серия 1 Матема-тика. Физика 1(16): 57-73.

Забродин А. В., Забродина Е. А., Легкоступов М. С., Мануков-ский К. В., Плинер Л. А. 2008. Некоторые модели описания прото-планетного диска Солнца на начальной стадии его эволюции. Пробле-мы зарождения и эволюции биосферы: сб. науч. работ / Ред. Э. М. Га-лимов, с. 297-316. М.: ЛИБРОКОМ.

Заварзин Г. А. 2004. Микробы держат небо. Наука из первых рук 0(1):

21-27.

Засов А. В., Постнов К. А. 2011. Курс общей астрофизики. Фрязино: Век 2.

Зеленый Л. М., Захаров А. В., Ксанфомалити Л. В. 2009. Исследования Солнечной системы: состояние и перспективы. Успехи физических наук 179(10): 1118. doi:10.3367/UFNr.0179.200910g.1118.

Измоденов В. В. 2007. Исследование физических процессов на границе гелиосферы: автореф. дис. ... д-ра физ.-мат. наук. МГУ им. М. В. Ло-моносова. URL: http://www.iki.rssi.ru/rus/izmod.pdf.

Измоденов В. В. 2016. Где границы гелиосферы? Наука и жизнь 5: 12-22.

Ипатов С. И. 2015. Формирование небесных тел со спутниками на стадии разреженных сгущений. Механика, управление и информатика 7(3[56]): 386-99. М.: ИКИ РАН.

Кац Я. Г., Козлов В. В., Макарова Н. В., Сулиди-Кондратьев Е. Д. 1984. Геологи изучают планеты. М.: Недра. URL: http://iznedr.ru/books/ item/f00/s00/z0000009/index.shtml.

Кинг Э. 1979. Космическая геология. Введение. М.: Мир.

Ксанфомалити Л. В. 1997. Парад планет. М.: Наука.

Кузнецов В. В. 2008. Введение в физику горячей Земли. Паратунка: ИКИР.

Кузнецов В. В. 2011. Физика Земли. Новосибирск.

Кусков О. Л., Дорофеева В. А., Кронрод В. А., Макалкин А. Б. 2009. Системы Юпитера и Сатурна: Формирование, состав и внутреннее строение крупных спутников / Ред. М. Я. Маров. М.: ЛКИ.

Кусков О. Л., Кронрод В. А. 2008. Валовый состав и размеры ядра Луны. Проблемы зарождения и эволюции биосферы / Ред. Э. М. Галимов, с. 317-328. М.: ЛИБРОКОМ.

Ле-Захаров А. А., Кривцов А. М. 2008. Разработка алгоритмов расчета столкновительной динамики гравитирующих частиц для моделирова-ния образования системы Земля - Луна в результате гравитационного коллапса пылевого облака. Проблемы зарождения и эволюции биосфе-ры: сб. науч. работ / Ред. Э. М. Галимов, с. 329-344. М.: ЛИБРОКОМ.

182 Библиография

Лем С. 2004. Принцип разрушения как творческий принцип. Мир как все-уничтожение. Библиотека XXI века 602. М.: АСТ.

Лемоник М. 2016. Далекая девятая планета. В мире науки 7.

Лин Д. 2008. Происхождение планет. В мире науки 8: 22-31. URL: http:// elementy.ru/nauchno-populyarnaya_biblioteka/430678.

Макайвер Р. 1994. Реальность социальной эволюции. Американская со-циологическая мысль: тексты / Ред. В. И. Добреньков, с. 78-93. М.: МГУ.

Макалкин А. Б., Дорофеева В. А. 1995. Строение протопланетного ак-креционного диска вокруг Солнца на стадии T Тельца. I. Исходные данные, уравнения и методы построения моделей. Астрономический вестник 29(2): 99-122.

Макалкин А. Б., Зиглина И. Н., Артюшкова М. Е. 2016. Необходимое условие образования допланетных самогравитирующих сгущений (препланетезималей) - формирование дециметровых метровых пыле-вых агрегатов. Труды Всероссийского ежегодного семинара по экспе-риментальной минералогии, петрологии и геохимии. Москва, 19- 20 апреля 2016 года, с. 106-107. М.: ГЕОХИ. URL: http://docplayer.ru/ 33620236-trudy-vserossiyskogo-ezhegodnogo-seminara-po-eksperimental noy-mineralogii-petrologii-i-geohimii.html.

Маракушев А. А. 1992. Происхождение и эволюция Земли и других пла-нет Солнечной системы. М.: Наука.

Маракушев А. А., Зиновьева Н. Г. 2013. Метеориты и планеты Солнеч-ной системы. Электронное научное издание Альманах Пространство и Время. URL: http://j-spacetime.com/actualcontent/t4v1/2227-9490e-aprovr_ e-ast4-1.2013.11.php.

Маракушев А. А., Зиновьева Н. Г., Панеях Н. А., Маракушев С. А. 2013. Зарождение и эволюция Солнечной системы. Пространство и Время 2(12): 132-41.

Маров М. Я., Колесниченко А. В., Макалкин А. Б., Дорофеева В. А., Зиглина И. Н., Чернов А. В. 2008. От протосолнечного облака к пла-нетной системе: Модель эволюции газопылевого диска. Проблемы за-рождения и эволюции биосферы: сб. науч. работ / Ред. Э. М. Галимов, c. 223-274. М.: ЛИБРОКОМ.

Мелларт Дж. 1982. Древнейшие цивилизации Ближнего Востока. М.:

Наука.

Милановский Е. Е., Никишин А. М. 1982. Некоторые основные законо-мерности строения и геологической эволюции планет земной группы в

Библиография 183

связи с их положением в солнечной системе. Доклады АН СССР 265(2): 420-24.

Миттон С. 1984. Дневная звезда. Рассказ о нашем Солнце. М.: Мир.

Михайлов Л. А., Беспамятных Т. А., Баенко Ю. К. 2012. Концепции со-временного естествознания: учеб. для вузов / Ред. Л. А. Михайлов. СПб.: Питер.

Моисеев Н. Н. 2001. Универсум, Информация, Общество. Библиотека журнала "Экология и жизнь". М.: Устойчивый Мир.

Молчанов А. М. 2013. Гипотеза резонансной структуры Солнечной си-стемы. Пространство и время 1(11): 34-48.

Мэй Б., Мур П., Линтотт Б. 2007. Большой взрыв: полная история Все-

ленной. М.: Ниола-пресс.

Наговицын Ю. А. 2010. Эволюционные изменения циклических харак-теристик магнитной активности Солнца. Активность звезд и Солнца на разных стадиях их эволюции, Москва 17-18 декабря 2010, с. 71-78. СПб.: Астрономическое общество.

Назаретян А. П. 2013. Мегаэволюция и Универсальная история. Универ-сальная и глобальная история (эволюция Вселенной, Земли, жизни и общества). Хрестоматия / Ред. Л. Е. Гринин, И. В. Ильин, А. В. Коро-таев. Волгоград: Учитель.

Найдыш В. М. 2007. Концепция современного естествознания. М.: Аль-

фа-М, Инфра-М.

Одинцова А. 2017. Тайна девятой планеты: откуда в Солнечной системе взялся "новичок". Russia Today на русском 14 января. URL: https:// russian.rt.com/science/article/350418-9-planeta-solnechnoy-sistemy.

Павлов А. Н. 2006. Геофизика. Общий курс о природе Земли. СПб.: Изд-во РГГМУ.

Пикельнер С. Б. (ред.) 1976. Происхождение и эволюция галактик и звезд. М.: Наука.

Постнов К. А., Засов А. В. 2005. Курс общей астрофизики. М.: Физиче-ский факультет МГУ.

Пригожин И. 2005. Неравновесная статистическая механика. М.: URSS.

Пригожин И., Стенгерс И. 2000. Порядок из хаоса. Новый диалог челове-ка с природой. М.: УРСС.

Пригожин И., Стенгерс И. 2005. Время, хаос, квант. К решению пара-докса времени. М.: КомКнига/URSS.

Ривс Г. (ред.) 1976. Происхождение Солнечной системы: доклады меж-

дународного симпозиума, 3-7 апреля 1972 г., Ницца. М.: Мир.

184 Библиография

Романова П. 2017. Где заканчивается Солнечная система? URL: http:// inosmi.ru/science/20170212/238710937.html.

Рускол Е. Л. 2002. Происхождение планет и спутников. Земля и Вселен-ная 2: 38-46. URL: http://ziv.telescopes.ru/rubric/astronomy/?pub=3.

Рыбалкина М. 2005. Нанотехнологии для всех. М.: Nanotechnology News Network.

Савченко В. Н., Смагин В. П. 2013. Концепции современного естество-знания: в 2 т. Т. 2. Планетное, химическое, биологическое, эволюцион-ное, философия и инструменты, мегаистория Вселенной. Владиво-сток: Изд-во ВГУЭС.

Саган К. 2016. Голубая точка. Космическое будущее человечества. М.:

Альпина нон фикшн.

Сафронов В. С. 1969. Эволюция допланетного облака и образование Зем-ли и планет. М.: Наука.

Синицын М. П. 2010. Следы изменения солнечной активности в лунном реголите на разных этапах солнечной эволюции. Активность звезд и Солнца на разных стадиях их эволюции. Рабочее совещание-дискуссия. Москва 17-18 декабря 2010: сб. статей, с. 63-70. СПб.: Астрономиче-ское общество.

Сурдин В. Г. 2011. Разведка далеких планет. М.: Физматлит.

Сурдин В. Г. (ред.) 2012. Солнечная система. М.: Физматлит.

Суркова Л. П. 2005. Звезды и звездные группировки в нашей Галактике.

Чита: ЗабГПУ.

Сюняев Р. А. (ред.) 1986. Физика космоса: маленькая энциклопедия. М.:

Советская энциклопедия.

Тлатов А. Г. 2010. Влияние магнитного цикла Солнца на формирование Солнечной системы. Активность звезд и Солнца на разных стадиях их эволюции. Рабочее совещание-дискуссия. Москва 17-18 декабря 2010: сб. статей, с. 177-182. СПб.: Астрономическое общество. URL: http:// crydee.sai.msu.ru/~mir/sborn2010.pdf.

Уральская В. С. 2005. Новые данные о спутниках больших планет.

XXXIII конференция "Физика Космоса" (2005). М. URL: http://www.

astronet.ru/db/msg/1202484/index.html.

Ферронский В. И., Ферронский С. В. 2012. Происхождение и эволюция Солнечной системы. М.: Научный мир.

Фридман Ф. М. 1989. К динамике вязкой дифференциально вращающей-ся гравитирующей среды. Письма в Астрономический журнал 15(12): 1122-1130.

Библиография 185

Хакен Г. 1980. Синергетика. М.: Мир.

Хакен Г. 1985. Синергетика. Иерархии неустойчивостей в самооргани-зующихся системах и устройствах. М.: Мир.

Харлан Д. Р. 1986. Ресурсная база основных растительных культур Иран-ского плато и соседних регионов. Древние цивилизации Востока, с. 199-201. Ташкент: ФАН.

Хауэлл Э. 2015. Юпитер своими перемещениями уступил дорогу Земле.

ИноСМИ 26 июня. URL: http://inosmi.ru/world/20150626/228794756.html.

Хван М. П. 2008. Неистовая Вселенная. М.: ЛЕНАНД.

Хейзен Р. 2015. История Земли: от звездной пыли - к живой планете,

первые 4 500 000 000 лет. М.: Династия, АНФ.

Холл Ф. 1986. Происхождение и развитие земледелия. Древние цивилиза-ции Востока / Ред. В. М. Массон, с. 201-204. Ташкент: ФАН.

Цварт C. 2013. Утерянные родственники Солнца. Наука и техника 11.

URL: http://www.nt-magazine.ru/nt/node/7660.

Шевченко В. В. 2014. Наша уникальная Солнечная система. URL: http:// selena.sai.msu.ru/Shev/Publications/Solar_System/Solar_System.htm.

Шкловский И. С. 1987. Вселенная, жизнь, разум. М.: Наука.

Шнирельман В. А. 1989. Возникновение производящего хозяйства. М.:

Наука.

Шумилова Л. В. 1979. Фитогеография. Томск: Изд-во Томского ун-та.

Шумпетер Й. 2007. Теория экономического развития. Капитализм, соци-ализм и демократия. М.: Эксмо.

Элкинс-Тантон Л. 2017. Солнечная система всмятку. В мире науки 1(2):

90-99.

Эшби У. Р. 1959. Введение в кибернетику. М.: Изд-во ин. лит-ры.

Эшби У. Р. 1966. Принципы самоорганизации. Принципы самоорганиза-ции / Ред. А. Я. Лернер, с. 314-343. М.: Мир.

Эшби У. Р. 1969. Общая теория систем как новая научная дисциплина. Исследования по общей теории систем / Ред. В. Н. Садовский, Э. Г. Юдин. М.: Прогресс.

Язев С. А. 2011. Лекции о Солнечной системе: уч. пособ. / Ред. В. Г. Сур-

дин. СПб.: Лань.

A Planetary System from the Early Universe. 2012. URL: https://phys.org/ news/2012-03-planetary-early-universe.html.

Ashby W. R. 1962. Principles of the Self-organizing System. London: Per-gamon Press.

186 Библиография

Balbus S. A., Hawley J. F. 1998. Instability, Turbulence, and Enhanced Tran-sport in Accretion Disks. Reviews of Modern Physics 70(1): 1-53. doi:10. 1103/RevModPhys.70.1.

Batygin K., Brown M. E. 2016. Evidence for a Distant Giant Planet in the So-lar System. The Astronomical Journal 151(2): 22. URL: http://stacks.iop. org/1538-3881/151/i=2/a=22.

Batygin K., Laughlin G., Morbidelli A. 2016. Born of Chaos. Scientific American 314(5): 28-37. doi:10.1038/scientificamerican0516-28.

Belloche A., Hennebelle P., AndrИ P. 2006. Strongly Induced Collapse in the Class 0 Protostar NGC 1333 IRAS 4A. Astronomy & Astrophysics 453(1): 145-154. doi:10.1051/0004-6361:20054770.

Bizzarro M., Ulfbeck D., Trinquier A., Thrane K., Connelly J. N., Mey-er B. S. 2007. Evidence for a Late Supernova Injection of 60Fe into the Protoplanetary Disk. Science 316(5828): 1178-1181. doi:10.1126/science. 1141040.

Bottke W. F., VokrouhlickЩ D., Minton D., NesvornЩ D., Morbidelli A., Brasser R., Simonson B., Levison H. F. 2012. An Archaean Heavy Bom-bardment from a Destabilized Extension of the Asteroid Belt. Nature 485(7396): 78-81. doi:10.1038/nature10967.

Brecher K. 2005. Galaxy. N. p.: World Book, Inc.

Brown M. E. 2008. Dysnomia, the Moon of Eris. URL: http://web.gps.caltech.

edu/~mbrown/planetlila/moon/.

Cain F. 2017. How Many Stars are there in the Universe? Universe Today: Space and Astronomy News. URL: https://www.universetoday.com/102630/ how-many-stars-are-there-in-the-universe/.

Connolly H. C. 2005. From Stars to Dust: Looking into a Circumstellar Disk Through Chondritic Meteorites. Science 307(5706): 75-76. URL: doi:10.1126/ science.1108284.

Delsanti A., Jewitt D. 2006. Solar System Beyond The Planets. Solar System Update, pp. 267-293. URL: http://www2.ess.ucla.edu/~jewitt/papers/2006/ DJ 06.pdf.

Denham T. P., Haberle S. G., Lentfer C., Fullagar R., Field J., Therin M., Porch N., Winsborough B. 2003. Origins of Agriculture at Kuk Swamp in the Highlands of New Guinea. Science 301(5630): 189-193. doi:10.1126/ science.1085255.

Desch S. J. 2007. Mass Distribution and Planet Formation in the Solar Nebula.

The Astrophysical Journal 671: 878-893.

Diamond J. 1999. Guns, Germs, and Steel: The Fates of Human Societies.

New York, NY: Norton.

Dones L., Weissman P. R., Levison H. F., Duncan M. J. 2004. Oort Cloud Formation and Dynamics. Comets II / Eds. M. C. Festou; H. U. Keller;

Библиография 187

H. A. Weaver, pp. 153-173. University of Arizona Press. URL: http://www.

lpi.usra.edu/books/CometsII/7031.pdf.

Dubrulle B. 1993. Differential Rotation as a Source of Angular Momentum Transfer in the Solar Nebula. Icarus 106(1): 59-76. doi:10.1006/icar.1993. 1158.

Early Solar System Impact Bombardment II: Program and Abstract Volume.

2012. Houston: Lunar and Planetary Institute.

Elmegreen B., Efremov Yu. N. 1998. The Formation of Star Clusters. Ameri-can Scientist Online 86(3): 264-275.

FernАndez J. A. 1997. The Formation of the Oort Cloud and the Primitive Ga-lactic Environment. Icarus 129(1): 106-119. doi:10.1006/icar.1997.5754.

Geretshauser R. J., Speith R., Kley W. 2011. Collisions of inhomogeneous pre-planetesimals. Astronomy & Astrophysics 536 (December): A104. doi: 10.1051/0004-6361/201117645.

Gillon M., Jehin E., Lederer S. M., Delrez L., de Wit J., Burdanov A., Van Grootel V. et al. 2016. Temperate Earth-sized Planets Transiting a Nearby Ultracool Dwarf Star. Nature 533(7602): 221-224. doi:10.1038/ na-ture17448.

Gomes R., Levison H. F., Tsiganis K., Morbidelli A. 2005. Origin of the Cat-aclysmic Late Heavy Bombardment Period of the Terrestrial Planets. Na-ture 435(7041): 466-469. doi:10.1038/nature03676.

Grasset O., Pargamin J. 2005. The Ammonia Water System at High Pres-sures: Implications for the Methane of Titan. Planetary and Space Science 53(4): 371-384. doi:10.1016/j.pss.2004.09.062.

Grinin A. L. 2016. Self-Regulation as a Global Evolutionary Mega-trend. Evo-lution and Big History: Dimensions, Trends, and Forecasts / Eds. L. E. Grinin, A. V. Korotayev, pp. 139-164. Volgograd: `Uchitel' Publish-ing House.

Grinin L. E., Baker D., Quaedackers E., Korotayev A. V. 2014. Introduc-tion. Big History's Big Potential. Teaching & Researching Big History: Ex-ploring a New Scholarly Field / Eds. L. E. Grinin, D. Baker, E. Quaedack-ers, A. V. Korotayev, pp. 7-18. Volgograd: `Uchitel' Publishing House.

Grinin L., Korotayev A. 2015. Great Divergence and Great Convergence.

A Global Perspective. New York, NY: Springer.

Grinin L. E., Korotayev A., Carneiro R., Spier F. 2015. Evolutionary Mega-paradigms: Potential, Problems, Perspectives. From Big Bang to Galactic Civilizations: A Big History Anthology. Vol. I. Our Place in the Universe an Introduction to Big History, pp. 83-97. Delhi: Primus Books.

Grinin L. E., Korotayev A. V., Baker D. 2014. Beyond Global Studies. The Introductory Lecture to Big History Course. Globalistics and Globali-zation Studies: Aspects & Dimensions of Global Views. Yearbook / Eds.

188 Библиография

L. E. Gri-nin, I. V. Ilyin, A. V. Korotayev, pp. 321-328. Volgograd:

`Uchitel' Publishing House.

Grinin L. E., Korotayev A. V., Markov A. V. 2011. Biological and Social Phases of Big History: Similarities and Differences of Evolutionary Princi-ples and Mechanisms. Evolution: A Big History Perspective / Eds. L. E. Grinin, A. V. Korotayev, B. H. Rodrigue, pp. 158-198. Volgograd: `Uchitel' Publishing House.

Grinin L. E., Korotayev A. V., Rodrigue B. H. (eds.) 2011. Evolution: A Big

History Perspective. Volgograd: `Uchitel' Publishing House.

Guillot T. 1999. Interiors of Giant Planets Inside and Outside the Solar System.

Science 286(5437): 72-77. doi:10.1126/science.286.5437.72.

Harris D. R., Hillman G. C. 1989. An Evolutionary Continuum of People-plant Interaction. Foraging and Farming: The Evolution of Plant Exploita-tion / Eds. D. R. Harris, G. C. Hillman, pp. 11-27. London; Boston.

Hazen R. M. 2012. The Story Of Earth: The First 4.5 Billion Years, from Star-

dust to Living Planet. New York, NY: Viking.

Hemelrijk C. K. 2005. Self-organisation and Evolution of Social Systems.

Cambridge: Cambridge University Press.

Hollenbach D. J., Yorke H. W., Johnstone D. 2000. Disk Dispersal Around Young Stars. Protostars and Planets IV / Eds. V. Mannings, A. P. Boss, S. S. Russell, pp. 401-428. Tucson: University of Arizona Press. URL: http://www.uapress.arizona.edu/onlinebks/PPIV/chap15.pdf.

Jin Y. G. 2000. Pattern of Marine Mass Extinction Near the Permian- Triassic Boundary in South China. Science 289(5478): 432-436. URL: doi:10. 1126/science.289.5478.432.

Johnson B. C., Melosh H. J. 2012. Impact Spherules as a Record of an An-cient Heavy Bombardment of Earth. Nature 485(7396): 75-77. doi:10.1038/ nature10982.

Kuskov O., Kronrod V. 2001. Core Sizes and Internal Structure of Earth's and Jupiter's Satellites. Icarus 151(2): 204-27. doi:10.1006/icar.2001.6611.

Kuskov O., Kronrod V. 2005. Internal Structure of Europa and Callisto. Ica-rus 177(2): 550-69. doi:10.1016/j.icarus.2005.04.014.

Larson R. В. 1972a. The Collaps of Rotating Cloud. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 156.

Larson R. В. 1972b. The Evolution of Spherical Protostars with Masses 0,25 Мс to Мс. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 157.

Lau K. V., Maher K., Altiner D., Kelley B. M., Kump L. R., Lehr-mann D. J., Silva-Tamayo J. C., Weaver K. L., Yu M., Payne J. L. 2016. Marine Anoxia and Delayed Earth System Recovery after the End-Permian Extinction. Proceedings of the National Academy of Sciences 113(9): 2360- 2365. doi:10.1073/pnas.1515080113.

Библиография 189

Levison H. F., Kretke K. A., Duncan M. J. 2015. Growing the Gas -giant Planets by the Gradual Accumulation of Pebbles. Nature 524(7565): 322- 324. doi:10.1038/nature14675.

Lin D. N. C. 2008. The Genesis of Planets. Scientific American 298(5): 50-59.

doi:10.1038/scientificamerican0508-50.

Long J. A., Gordon M. S. 2004. The Greatest Step in Vertebrate History: A Paleobiological Review of the Fish?Tetrapod Transition. Physiological and Biochemical Zoology 77(5): 700-719. doi:10.1086/425183.

Masset F., Kley W. 2006. Disk-planet Interaction and Migration. Planet For-mation: Theory, Observations, and Experiments / Eds. H. Klahr, W. Brand-ner, pp. 216-235. Cambridge: Cambridge University Press.

McNeill, William Hardy. 1998. Plagues and Peoples. New York, NY: Anchor.

Momose M., Kitamura Y., Sozo Yokogawa, Ryohei Kawabe, Motohide Tamura, Shigeru Ida. 2003. Investigation of the Physical Properties of Protoplanetary Disks around T Tauri Stars by a High-resolution Imaging Survey at lambda = 2 mm. The Proceedings of the IAU 8th Asian-Pacific Regional Meeting 1289(5): 85-88.

Montmerle Th., Augereau J.-Ch., Chaussidon M., Gounelle M., Marty B., Morbidelli A. 2006. 3. Solar System Formation and Early Evolution: the First 100 Million Years. Earth, Moon, and Planets 98(1-4): 39-95. doi:10. 1007/s11038-006-9087-5.

Morbidelli A. 2005. Origin and Dynamical Evolution of Comets and their Res-ervoirs. URL: http://arxiv.org/abs/astro-ph/0512256.

Morbidelli A. 2011. Modern Celestial Mechanics. Cambridge.

Motoyama Kazutaka, Tatsuo Yoshida. 2003. High Accretion Rate During Class 0 Phase due to External Trigger. Monthly Notices of the Royal Astro-nomical Society 344(2): 461-467. doi:10.1046/j.1365-8711.2003.06833.x.

Muzerolle J., Allen L. E., Megeath S. Th., Hernandez J., Gutermuth R. A. 2010. A Spitzer Census of Transitional Protoplanetary Disks With AU-scale Inner Holes. The Astrophysical Journal 708(2): 1107-1118. doi:10.1088/ 0004-637X/708/2/1107.

NesvornЩ D. 2011. Young Solar System's Filth Giant Planet? The Astrophysi-cal Journal 742(2): L22. doi:10.1088/2041-8205/742/2/L22.

Odenwald S. 2014. Counting the Stars in the Milky Way. URL: http://www.

huffingtonpost.com/entry/number-of-stars-in-the-milky-way_b_4976030.html.

Oort J. H. 1950. The Structure of the Cloud of Comets Surrounding the Solar System, and a Hypothesis Concerning its Origin. Bulletin of the Astronoimi-cal Institutes of The Netherlands 11(408): 91-110. URL: http://adsabs.har vard.edu/abs/1950BAN....11...91O.

Pasquini L., P. Bonifacio S. Randich, D. Galli, Gratton R. G. 2004. Berylli-um in Turnoff Stars of NGC 6397: Early Galaxy Spallation, Cosmochro-

190 Библиография

nology and Cluster Formation. Astronomy & Astrophysics 426(2): 651-657.

URL: doi:10.1051/0004-6361:20041254.

Imke P. de, Lissauer J. J. 2001. Planetary Sciences. Cambridge: Cambridge University Press. URL: https://books.google.ru/books/about/Planetary_ Sci-ences.html?id=RaJdy3_VINQC&redir_esc=y.

Petit J.-M., B. Gladman J. J. Kavelaars R. L. Jones, J. Parker. 2011. Reali-ty and Origin of the Kernel of the Classical Kuiper Belt. EPSC Abstracts 6 (EPSC-DPS2011): 722.

Pfalzner S., Davies M. B., Gounelle M., Johansen A., Muenker C., Lacerda P., Zwart S. P., Testi L., Trieloff M., Veras D. 2015. The Formation of the Solar System. Physica Scripta 90(6): 1-19. doi:10.1088/0031-8949/90/6/068001.

Pudritz R. E., Ouyed R., Fendt Ch., Brandenburg A. 2007. Disk Winds, Jets, and Outflows: Theoretical and Computational Foundations. Protostars and Planets V / Eds. B. Reipurth, D. Jewitt, K. Keil, pp. 277-294. Tucson: University of Arizona Press. URL: http://www.lpi.usra.edu/books/PPV/ 8028.pdf.

RamМrez I., MelИndez J., Cornejo D., Roederer I. U., Fish J. R. 2011. Ele-mental Abudance Differences in the 16 Cygni Binary System: a Signature of Gas Giant Planet Formation? The Astrophysical Journal 740(2): 76. doi:10.1088/0004-637X/740/2/76.

Reipurth B., Jewitt D., Keil K. (eds.) 2007. Protostars and Planets V. Tuc-son: University of Arizona Press.

Richard D., Zahn J.-P. 1999. Turbulence in Differentially Rotating Flows: What Can be Learned from the Couette-Taylor Experiment. Astronomy and Astrophysics 347(2): 734-38. URL: http://aa.springer.de/bibs/9347002/ 2300734/small.htm.

Rodrigue B., Grinin L., Korotayev A. 2015. Introduction: From Big Bang to Galactic Civilizations. From Big Bang to Galactic Civilizations: A Big His-tory Anthology. Vol. I. Our Place in the Universe an Introduction to Big History, pp. 1-18. Delhi: Primus Books.

Schlichting Hilke E., Re'em S. 2011. Runaway Growth During Planet For-mation: Explaining the Size Distribution of Large Kuiper Belt Objects. The Astrophysical Journal 728(1): 68. doi:10.1088/0004-637X/728/1/68.

Setiawan J., Roccatagliata V., Fedel, D., Henning Th., Pasquali A., RodrМguez-Ledesma M. V., Caffau E., Seemann U., Klement R. J. 2012. Planetary companions around the Metal-poor Star HIP 11952. Astronomy & Astrophysics 540 (August 2009): A141. doi:10.1051/0004-6361/201117826.

Shen S.- z., Crowley J. L., Wang Y., Bowring S. A., Erwin D. H., Sad-ler P. M., Cao C.-q. et al. 2011. Calibrating the End-Permian Mass Extinc-tion. Science 334(6061): 1367-72. doi:10.1126/science.1213454.

Библиография 191

Sheppard S. S., Jewitt D., Kleyna J. 2005. Ultra Deep Survey for Irregular Satellites of Uranus: Limits to Completeness. Astronomical Journal 129: 518-525.

Shukolyukov A., Lugmair G. W. 2003. Chronology of Asteroid Accretion and Differentiation. Asteroids III / Eds. W. F. Bottke, A. Cellino, P. Paolic-chi, R. P. Binzel, pp. 687-695. Tucson: University of Arizona Press.

Schumpeter J. A. 1994 [1942]. Capitalism, Socialism and Democracy. Lon-don: Routledge.

Sohl F., Hussmann H., Schwentker B., Spohn T., Lorenz R. D. 2003. Interi-or Structure Models and Tidal Love Numbers of Titan. Journal of Geophys-ical Research: Planets 108 (E12). doi:10.1029/2003JE002044.

Solomon S. C. 2003. Mercury: the Enigmatic Innermost Planet. Earth and Pla-

netary Science Letters 216(4): 441-55. doi:10.1016/S0012-821X(03)005 46-6.

Spencer H. 1972. On Social Evolution: Selected Writings / Ed. J. D. Y. Peel. Chicago: University of Chicago Press. URL: https://books.google.ru/ books?id=XIdHAQAAIAAJ.

Taylor Redd N. 2015. Our Early Solar System may have been Home to a Fifth Giant Planet. Science. doi:10.1126/science.aad1604.

Weidenschilling S. J. 1980. Dust to Planetesimals: Settling and Coagulation in

the Solar Nebula. Icarus 44(1): 172-189. doi:10.1016/0019-1035(80)90064-0.

Weidenschilling S. J. 1984. Evolution of Grains in a Turbulent Solar Nebula.

Icarus 60(3): 553-567. doi:10.1016/0019-1035(84)90164-7.

White R. J., Greene T. P., Doppmann G. W., Covey K. R., Hillen-brand L. A. 2007. Stellar Properties of Embedded Protostars. Protostars and Planets V, pp. 117-32. Tucson: University of Arizona Press. URL: http://www.lpi. usra.edu/books/PPV/8021.pdf.

White R. V. 2002. Earth's Biggest "Whodunnit": Unravelling the Clues in the Case of the End-Permian Mass Extinction. Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences 360(1801): 2963-2985. doi:10.1098/rsta.2002.1097.

Williams M. 2016. What is the Oort Cloud? Universe Today: Space and As-

tronomy News. URL: https://www.universetoday.com/32522/oort-cloud/.

Zeldovich Y. B. 1981. On the Friction of Fluids Between Rotating Cylinders. Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineer-ing Sciences 374(1758): 299-312. doi:10.1098/rspa.1981.0024.

Zwart S. P. 2009. The Lost Siblings of the Sun. The Astrophysical Journal 696(1): L13-16. doi:10.1088/0004-637X/696/1/L13.

Zwart S. P. 2016. How the Sun Abducted Dwarf Planets from an Alien Solar System. New Scientist 8. URL: https://www.newscientist.com/article/mg230 30770-300-how-the-sun-abducted-dwarf-planets-from-an-alien-solar-system/.

Содержание

Введение. Солнечная система как объект эволюции 3

Часть I. СОЛНЕЧНАЯ СИСТЕМА И НАША ГАЛАКТИКА

Глава 1. Современная Солнечная система. Общие характеристики 13

Глава 2. Немного о нашей Галактике: особенности, влияющие на

Солнечную систему 24

Часть II. ПРОТОСОЛНЕЧНАЯ СИСТЕМА ДО ОБРАЗОВАНИЯ

ПЛАНЕТ

Глава 3. Формирование протосолнечной системы из газопылевого

облака 37

Глава 4. Образование допланетных тел 60

Часть III. ОБРАЗОВАНИЕ ПЛАНЕТНОЙ СИСТЕМЫ

Глава 5. Образование зародышей планет и протопланет 82

Глава 6. Образование системы протопланет 96

Глава 7. Смена местоположения планет 112

Глава 8. Дальнейшее формирование Солнечной системы и роль

катастроф 120

Вместо заключения. О нерешенных проблемах и самоорганизации 132

Приложение 1. Краткое изложение истории Солнечной системы 141

Приложение 2. Система эволюционных правил, законов и принци-

пов, используемых в книге 155

Постраничный указатель упоминания эволюционных правил,

законов и принципов 172

Библиография 177

Соционауки Большая история Солнечной системы

Соционауки
Большая история Солнечной системы