20. Динамика планеты в будущем

«Эволюция от нестационарного состояния в состояние стационарное является универсальным законом природы. Звёздная система в момент, когда она сформировалась, должна быть нестационарной» [Агекян, 1981]. Универсальность законов в «простой природе» позволяет использовать приведённые формулировки и для анализа динамики планетных систем. Значит, следует определить длительность трёх этапов в общей эволюции системы: формирования, стационарного состояния и заключительного. В основу анализа, базирующегося на классических законах физики, заложим механизм образования планет Солнцем, подразумевая обязательность выполнения уже знакомых следующих условий.

1. Планеты выброшены центральным телом (или отделились от быстро вращающегося протовещества Солнца), в результате чего каждой из них был сообщён импульс некоторой величины.

2. Планеты движутся по орбитам во внешнем поле тяготения Солнца и взаимодействуют с материей общей системы.

3. В результате этого взаимодействия начальный импульс расходуется, а стационарность орбит может быть присуща только определённому этапу функционирования.

Все тела независимо от их массы (меньше земной) падают в данной небольшой области поля тяготения нашей планеты (при отсутствии других воздействий) с одинаковым ускорением. Планеты взаимодействуют с Солнцем и почти так же «падают» в его поле тяготения. На движущуюся планету действуют силы, которые при её устойчивой орбите должны быть максимально уравновешены и равны (35·10²¹ Н). Это сила тяготения со стороны Солнца, и сила, сообщающая планете ускорение, равное 0,0059 м/с². Из второго закона Ньютона выразим ускорение:

α = F/m. (20.1)

Массу Земли мы можем только вычислить. Представим, что планета приблизилась к Солнцу, в результате чего сила взаимодействия увеличилась. Для сохранения постоянства ускорения необходимо увеличить массу Земли, а это возможно только математически. Значит, на каждом этапе динамической эволюции системы данное космическое тело характеризуется разной массой. Выясним физическую причину такой ситуации, используя введённое определение массы (формула 4.12).

m = 1/ υ.

Тогда в полученном выражении

α = F· υ (20.2)

хорошо видна физическая причина постоянства ускорения. Чем ближе планета располагается к центральному телу (меньше расстояние R), тем больше становится сила взаимодействия F, и тем меньше становится скорость движения υ планеты по орбите. Изменение скорости движения – следствие изменения интенсивности взаимодействия тела с окружающей материей. По сути – любое ускорение представляет отношение двух сил. Синхронное изменение этих сил-взаимодействий обеспечивает постоянство ускорения, того ускорения, которое регламентирует падение планеты в поле тяготения звезды.

Постоянство движения хорошо объясняется уравновешенностью сил, но практически оставляет в стороне факт взаимодействия тела с окружающим веществом. Расходуя импульс, полученный при выбросе, планета обязана изменять параметры своего движения. Поэтому она в соответствии с такими затратами импульса падает в поле тяготения Солнца. Динамику такого падения изучим с помощью простой формулы, описывающей движение тела в поле силы тяжести.

α = υ²/R. (20.3)

Очевидно, динамика нестационарного процесса формирования системы определяется значением начального ускорения и скорости выброса. По какому сценарию удалялась рождённая Земля от Солнца, мы не знаем. Предположив, что притяжение ещё близкой звезды быстро погасило скорость выброса от 437 км/с (первая космическая скорость для Солнца) до 100 км/с, найдём время удаления на 1 млрд. км равным 1/3 современного года. (Скорость выброса солнечных протуберанцев достигает 800 км/с). Представив это расстояние в виде гипотенузы равнобедренного треугольника (правда, выброс происходит по криволинейной траектории), мы получим удаление, равное примерно 707 млн. км.

В общей системе динамика рождённых планет определялась суммой разнонаправленных взаимодействий. После получения начального импульса вращающийся тороид занимал некоторую эллиптическую орбиту в системе объектов. Это происходило в результате сложения движений выбрасываемого тела и звезды, а также в зависимости от величины импульса, массы выбрасываемого тела и плотности окружающей материи, создававшей силы сопротивления. Наиболее далеко выброшенные тела успевали потерять первоначальный импульс, определяющий скорость движения по орбите, и начать довольно специфический этап функционирования. В чём его специфичность? Нас больше интересует динамика планеты в её стационарном состоянии и при действии центростремительного ускорения, характерного для вращающегося объекта.

Осторожные замечания исследователей о том, что «по-видимому, орбитальная скорость движения планеты постоянна», заставляют задуматься. Постоянство движения однозначно означает отсутствие орбитального ускорения в отношении линейной скорости. Математики могут выделить в этом процессе варианты:

А) скорость и радиус орбиты постоянны (орбитальное ускорение отсутствует);

Б) скорость постоянна, радиус орбиты уменьшается (орбитальное ускорение увеличивается);

В) скорость постоянна, радиус орбиты увеличивается (орбитальное ускорение уменьшается);

Г) скорость и радиус орбиты уменьшаются (орбитальное ускорение отсутствует);

Д) скорость увеличивается, радиус орбиты постоянный или уменьшается (орбитальное ускорение увеличивается).

Вариант «А» означает отсутствие реальной динамики. Постоянство скорости, а тем более увеличение её противоречат закону постоянного расходования импульса, в итоге – также реальной динамике системы. Остаётся вариант «Г» с минимумом противоречий. Исследователи не могут зафиксировать уменьшение орбитальной скорости планеты, возможно из-за отсутствия надёжной точки отсчёта в таких измерениях, ведь круговое движение специфично. Поэтому вернёмся к центростремительному ускорению, связываемому исключительно с изменением направления движения.

Простой анализ движения подброшенного и падающего вниз объекта под действием силы земного тяготения показывает, что тело примерно с момента изменения направления движения находится на этапе стационарного функционирования. Здесь его вертикальная скорость от нулевого значения начинает увеличиваться, но не бесконечно. Именно в этом случае начинает «работать» не совсем понятное выражение «ускорение силы тяжести». Здесь отсутствует горизонтальная составляющая движения. Максимальное значение скорости определяется соотношением массы тела и сил сопротивления, точнее взаимодействием объекта с окружающим веществом. При некотором значении этих параметров скорость движения перестаёт увеличиваться, значит – ускорение исчезает. Анализируя формулу 20.2, связывающую силу сопротивления с ускорением и скоростью, можно сделать вывод, что при нулевом ускорении, но конечной скорости сила сопротивления равна нулю. Математически это так и есть. «Если равнодействующая всех сил равна нулю, тело находится в состоянии равномерного движения». В динамике состояние абсолютного покоя отсутствует и, кроме того, нулевое значение – своего рода абсолют. Именно последнее утверждение заставляет нас продолжать анализ ситуации. В формуле 20.2 скорость движения есть абстрактная характеристика степени взаимодействия систем. Мы вправе использовать её, или отказаться. Но мы не можем игнорировать реальный фактор – взаимодействие с окружающим веществом. Постоянное взаимодействие, постоянный расход импульса означает при очень малом значении ускорения нарастание силы сопротивления вещества реальной (а не абстрактной) системы, а значит и уменьшение скорости.

Мы пришли к выводу, что динамика стационарно развивающейся системы характеризуется согласованным изменением взаимодействий, обеспечивающим минимальный расход энергии движения. Это достигается тем, что импульс орбитального движения значительно превышает импульс тормозящей материи. Центральные же силы в виде центростремительного ускорения остаются постоянными, но направление их действия таково, что «всё время заставляет промахиваться падающую на Солнце планету». «Точное попадание» возможно только в случае равенства импульсов.

Обратимся к рисунку 20-1, на котором показаны соотношения сил-взаимодействий в системе вращающихся тел. Ясно, что в зависимости от величины скорости и сил сопротивления (векторы υ и F) при одинаковом центростремительном ускорении направление результирующего вектора, характеризующего действие центральных сил, изменяется. Величина же этих сил (проекция на радиальное направление) постоянна. Возникает ситуация, когда некоторым образом «исчезает», точнее – затушёвывается роль вертикальной составляющей движения. Влияние центрального тела осталось таким же, но оно стало проявляться в изменении параметров горизонтальной составляющей движения, точнее – в изменении скорости этого кругового движения, отнесённого к одному временнму циклу – обороту тела. Реальное ускорение сохранилось, но сохранилось в трансформированном виде, в виде изменения скорости при взаимодействии материальных объектов. Максимальное совпадение с направлением на центр (и воздействие на вращающуюся систему) наблюдается при равенстве энергии орбитального движения и энергии (импульса) окружающей материи, сопротивляющейся этому.

Тем не менее, финальный этап функционирования системы даже при выравнивании импульсов (уменьшении орбитальной скорости до нуля) не настолько очевиден. Кроме изменения скорости и сил сопротивления, изменяются и параметры Солнца. Уплотняющаяся межпланетная материя ослабляет гравитационное воздействие центрального тела, и это служит нивелирующим фактором (рис. 20-2). В любом случае, мы можем выразить изменение расстояния R и скорости движения вращающегося объекта, используя формулу 20.3. С учётом формулы 20.2, запишем

F = υ/R. (20.4)

В формулах 20.3 и 20.4 отражена обратная зависимость параметров от расстояния до центрального тела. Это означает, что растянутое во времени вращательное падение планеты в поле тяготения звезды и падение обычного объекта в земном поле силы тяжести практически ничем не отличаются. Именно поэтому в справочниках по физике классическая формула приведена в виде

α = υ²/R = g. (20.5)

Возможность вычислений некоторых динамических параметров планетной системы является положительным моментом. В качестве отрицательного фактора выступает сложность во временнй привязке предполагаемых изменений, и это превращает наши выводы в гипотетические. Следует по возможности более корректно определиться с промежутком времени, которому присуща описываемая динамика.

Вернёмся к распаду атомов радиоактивных природных элементов, без чего рассуждать об эволюции планеты нельзя. Оценки выделения радиогенного тепла выполнялись неоднократно, но надёжность результатов низкая по причине отсутствия сведений о начальном содержании и о современной концентрации РЭ на больших глубинах. Влияют и неопределённости теоретического плана, зависящие от исходных постулатов об образовании планеты. «Даже при «холодном» варианте, если допустить для Земли достаточно большой возраст, то её расплавление возможно на ранней стадии развития в силу большого выделения на этом этапе радиогенного тепла. При этом дальнейшая история Земли будет соответствовать гипотезе горячего происхождения» [Магницкий, 1965].

«Земная кора в течение года выделяет радиогенное тепло в количестве 5·10^-6 калорий на грамм» [Геологический словарь, 1978]. При массе коры 26 000·10²¹ г тепловая энергия составит 1,3·10²⁰ калорий. При том же содержании РЭ тепло, выделяемое всей планетой, составит 300·10²⁰ калорий. Из таблицы 18.1 следует, что литосфера может содержать калия примерно в 30 раз, урана в 10 раз больше, чем их концентрации в мантии. Результаты измерений теплового потока в разных районах Земли, установивших почти равенство средних значений, показывают, что глубинные слои мантии и ядра разогреты примерно до одинакового состояния. Уменьшив в 20 раз общее содержание радиоактивных элементов, мы получим величину генерирования тепловой энергии 15·10²⁰ калорий в год. По другим данным эта величина составляет от 8,4·10²⁰ (А.А. Хлопин, 1985 г.) до 35·10²⁰ калорий в год [Моисеенко, 1981]. Примерно одинаковой величиной оценён расход тепловой энергии: от 2·10²⁰ до 2,39·10²⁰ калорий в год [Магницкий, 1965; Моисеенко, 1981]. Определить общую продолжительность эволюции планеты по таким данным невозможно. Возраст оценивается по длительности периода полураспада естественных радиоактивных элементов в предположении, что их количество обязано уменьшиться от максимального исходного практически до полного исчезновения. Часто используемое умножение величин тепловой энергии на заданную таким образом продолжительность возраста Земли не имеет смысла. Можно лишь допустить, что недра Земли находятся в разогретом состоянии. Степень их разогретости зависит от количества энергии, поглощённой глубинным веществом, при прочих равных условиях – от теплопроводности пород литосферы и мантии.

Очевидно, наиболее корректным будет анализ расходования суммарной энергии движения вещества планеты, содержащего в области максимального взаимодействия наиболее массивные (радиоактивные) атомы. Правда, не стоит ограничиваться взаимодействием с распадом только радиоактивного вещества. Реакции, сопровождающие фазовые превращения глубинного материала, синтез воды и другие экзотермические реакции вносят существенный вклад в земное энерговыделение. Однако все они возможны только как составная часть гравитационного взаимодействия движущихся масс. Не случайно, исследователями давно предложен механизм передачи энергии движения по принципу «шаровой мельницы».

Энергию осевого вращения Земли В.А. Магницкий оценил величиной 5,2·10²⁸ калорий. Мы видим, что при неком среднем расходе 2·10²⁰ калорий в год эту энергию можно каким-то образом использовать на протяжении 260 миллионов лет. Но осевое вращение слабо связано с эволюцией динамических составляющих планеты. Вспомним зависимость скорости движения объектов от их массы, а также предложенный сценарий формирования планет, лежащие в основе геодинамических построений. Главным видом движения, ответственного за интересующую нас динамику, следует считать вихревое вращение земных масс. Очевидно, осевое вращение планеты связано с вихревым в обратной пропорциональности. Действительно, при медленном выбросе (при слабом общем магнитном поле протопланеты) формирующийся объект сможет получить более ощутимый импульс осевого вращения. (Скорость выброса протоземли Солнцем могла составлять почти 440 000 м/с). Импульс, ответственный за орбитальное вращение, будет максимальным при быстром выбросе, т. е. при интенсивном вихревом вращении субстанций – интенсивном ОМП. Значит, необходимо оценить начальную скорость (а также степень её изменения) вихревого вращения выброшенного и резко сжимающегося вещества протоземли в первые моменты эволюции. Это практически нерешаемая задача, поэтому можно сделать только приблизительные оценки.

Данные инструментальных измерений горизонтальных и вертикальных перемещений блоков литосферы дают значения в десятки сантиметров в год. Взаимодействие вещества в пределах астеносферы – это не зубчатая передача, поэтому скорость вращения масс тороида всегда больше указанной величины. Пусть она составляет 100 м в год, что совсем немного (27 см в сутки). Предположим, что совсем через небольшой промежуток времени после рождения горячее вещество тороидальной протоземли вращалось со скоростью примерно в 30 миллионов раз большей – 100 м/с. Энергию вихревого вращения оценим как произведение массы планеты на квадрат скорости. Учитывая соотношение механической и тепловой энергии, используемое в физике и равное 4,18 Дж/кал, получим значение 1,44·10²⁸ калорий.

Современное среднее значение земного расхода тепловой энергии (2·10²⁰ калорий в год) увеличим в два раза за счёт интенсивного охлаждения планеты в начале эволюции и определим время функционирования системы. Полученные 36 миллионов лет не противоречат комплексу данных из различных областей естествознания. Далее используем связь орбитальной скорости планеты с интенсивностью расходования импульса на сопротивление окружающей материи. Предположим, что примерно от 80-90 км/с Земля снизила скорость до 30 км/с, передав энергию движения межпланетному веществу. Будем считать отношение импульса движущейся с такой скоростью планеты к силе сопротивления межпланетной среды характеристикой общей динамики системы. В данный момент при скорости орбитального движения 30 км/с планета обладает импульсом 18·10²⁸ кг·м/с. Очевидно, определив расход импульса за один оборот системы, мы сможем узнать длительность оставшегося периода функционирования системы в оборотах-годах. «Разность между интенсивностью взаимодействия движущейся планеты с вмещающей её материей и суммарным импульсом – один шаг к Солнцу».

Правда, задача определения величины расхода импульса также решается неоднозначно. Приблизительные расчёты выполним для модели, в которой импульс за каждый оборот при скорости взаимодействия 30 км/с передаётся межпланетному веществу в объёме цилиндра, основание которого равно площади сечения земного шара, а длина его – околосолнечной орбите. Неоднозначность заключается в оценке плотности межпланетного вещества, с которым взаимодействует планета. Межпланетная пыль, мелкие и крупные метеориты ежеминутно выпадают на земную поверхность, замедляя её движение. Очень трудно учесть космические элементарные частицы различных энергий. Земля периодически попадает в области более плотной субстанции, представляющей потоки солнечного вещества. Уже давно установлено, что «корпускулярные потоки Солнца оказывают не только электромагнитное, но и механическое воздействие на верхние слои земной атмосферы. В результате этого воздействия происходит торможение искусственных тел в окрестностях Земли» [Силкин, Троицкая, Шебалин, 1962].

Для нашей грубой оценки вспомним о постоянной потере планетной материи из внешних атмосферных слоёв в результате движения и взаимодействия с межпланетным веществом. Из этого следует, что последнее должно иметь соизмеримую с внешней атмосферой плотность. Используем существующее в справочниках значение плотности атмосферы на высоте 120 км, а прочие частицы учитывать не будем. На высотах 120-200 км выделяется слой мезосферы, представляющий своеобразную область перехода к межпланетному веществу [Горная энциклопедия, 1984]. Поэтому известное значение плотности 2,44·10^-8 кг/м³ (для высоты 120 км) уменьшим для простоты расчётов в 2,44 раза и получим 1·10^-8 кг/м³. При объёме взаимодействующего вещества 12·10²⁵ м³, заданных плотности и скорости взаимодействия, импульс межпланетной материи составит примерно 36·10²¹ кг·м/с. Время расходования оставшегося импульса планеты составит 5 миллионов оборотов-лет.

Можно по-разному воспринимать такой результат, ведь мы всегда вправе сказать, что полученный временной интервал расхода энергии движения – категория относительная. Более взвешенные оценки физических параметров, характеризующих состояние и динамику взаимодействующих масс, позволяют получить другие значения продолжительности земной эволюции. Нам важно показать реальность геодинамических взаимодействий в сложной системе. Суть таких взаимодействий отражена на рисунке 20-3. Временной промежуток, соответствующий выбросу и переходу планеты в режим стационарного движения, не показан в связи с неоднозначностью решения этого вопроса, хотя предполагается он достаточно коротким. График изменения скорости характеризует ситуацию, когда высокая скорость выброса была быстро погашена влиянием близкого активного («молодого») Солнца, а впоследствии плавно уменьшалась до 30 км/с, закономерно редуцируясь в скорость падения планеты. Сила взаимодействия слабо увеличивается на большей части заданного промежутка времени, и это хорошо соответствует функционированию системы в стационарном режиме. Лишь в течение последней четверти этого промежутка происходит резкое увеличение интенсивности взаимодействия масс. График силы взаимодействия, в отличие от кривых изменения скорости и расстояния, не имеет конечного значения, поскольку при нулевом значении скорости сила взаимодействия расчёту не подлежит. Заштрихованная область на рисунке может означать наличие этапа сжатия (концентрации) материи.

Постоянной показана длительность промежутков времени, выделенных в функционировании системы. С чем это связано? Значительная протяжённость околосолнечной орбиты начальных этапов эволюции компенсировалась большой скоростью орбитального движения тела. С уменьшением радиуса (и длины орбиты) уменьшалась и скорость. Правда, с другой стороны, если мы используем в качестве единицы времени – оборот, то действительно скорость орбитального движения планеты можно представить как постоянную. Это следует из того, что и ранее с большей скоростью, и сейчас с меньшей планета «проходит» за один и тот же промежуток времени (оборот-год) одинаковое угловое расстояние.

В виде краткого резюме заметим следующее. Эволюция немыслима без изменения, причиной которого служит вездесущий обмен импульсами. Очень медленное изменение обязано действию исчезающе малой силы. В качестве этой силы может быть только сопротивление разрежённой межзвёздной материи движущейся планете. Действуя по касательной в каждой точке орбиты, сила сопротивления не может прямо изменить интенсивность сил солнечного притяжения, ориентированных ортогонально. Но сила сопротивления ежесекундно уменьшает орбитальную скорость движения Земли. На объект, медленнее движущийся и обладающий меньшим импульсом в виде центробежной силы, начинает действовать более интенсивное притяжение Солнца. В связке взаимодействия «центральные силы – центробежные силы» приоритет отдаётся первым. Система концентрируется, и это свойственно и планете (превращающейся в шар), и планетной системе. Вечное «изменение-развитие» не осталось «за кадром».

Наша планета показана в используемых координатах на заключительном этапе эволюции. Вероятно, это эпоха масштабного накопления вещества атмосферы в результате начавшегося взаимодействия двухслойной геодинамической структуры. Из последней четверти зависимости можно примерно определить, что изменение скорости орбитального движения составляет около 0,006 м/с за оборот. Много это или мало? Можно ли сразу и безоговорочно отбросить подобные выводы? Легко подсчитать, что за 100 лет изменение скорости составит 0,6 м/с, а такую величину непросто заметить. Вращательное движение – специфичное по своей сути. Местоположение Земли относительно далёких звёзд меняется незначительно и на этом основаны методы астрономогеодезии, призванные определять координаты пунктов земной поверхности. Расстояние, проходимое планетой за год при скорости 29,8 км/с, равно примерно 937,806·10⁶ км. С уменьшенной на 0,6 м/с скоростью Земля пролетит 937,787·10⁶ км. Заметим ли мы, что длина орбиты за 100 лет уменьшилась на 19 000 километров (0,002%)? Очевидно, не заметим, поскольку наблюдатели ещё не так давно занимались собирательством и не помышляли об астрономии.

Кроме этого, изменение расстояния до нашего «светила» возможно даже в весьма стабильной системе, если об этом судить по времени прихода сигнала некоторой приёмо-передающей аппаратуры. В постоянно уплотняющейся межпланетной среде (которая поглощает начальный импульс) скорость распространения фотонов должна уменьшаться как величина, обратно пропорциональная показателю преломления. В 1676 году О.К. Рёмеру для того, чтобы скорость света составила 299 792 км/с, нужно было получить время запаздывания появления спутника Юпитера не 22, а всего 16,6 минут. Расчёт по измеренному промежутку времени даёт только 226 666 км/с. Поэтому даже при успешно проведённой радиолокации мы можем получить практически неизменное время прихода сигнала и сделать вывод, что всё стабильно. Между тем, при меньшей скорости и меньшем расстоянии так и случится. Простой расчёт показывает, что изменение расстояния до Солнца, скомпенсированное неучтённым изменением скорости света (0,6 м/с за 100 лет), составит 3000 километров за 100 лет, или 30 км в год. Такая на первый взгляд незначительная величина вполне может влиять на усиление разогрева планеты (в комплексе с другими факторами) и определять глобальное изменение климата. «С тех пор как возникла жизнь, интенсивность солнечной радиации возросла на 30%» [Флэннери, 2007].

Ранее автором отмечалась жёсткость солнечно-земных связей и рассчитывалось положение области максимального взаимодействия потоков излучения [Апанович, 2006-б]. Действительно, приходится постоянно подчёркивать существование устойчивой обратной связи в функционировании единой системы. Выброс тороида одновременно обеспечивается и мощным импульсом взаимодействующих вихревых потоков излучения, и наиболее интенсивным воздействием этих потоков при некотором положении дочерней системы, резко тормозящим движение протопланеты. Увеличивая интенсивность сил тяготения между приближающейся планетой, звезда одновременно уплотняет вмещающее вещество, снижающее интенсивность этих же сил. Примеры показывают, что в мире многие системы – достаточно стабильные и жёсткие образования. Но жёсткость системы плохо соответствует не только положениям диалектики о постоянном развитии (изменении), но и геодинамическим построениям. Гравитирующие способности частной системы не могут быть постоянными. Концентрации материи всегда должен соответствовать её распад на некотором этапе эволюции, а выбросу – последующее соединение. Цикличность развития должна сохраняться. Именно поэтому можно наблюдать спиральные молодые галактики и старые шаровые скопления звёзд.

Из простого анализа изменения скорости и расстояния со временем следует уже отмеченная ранее специфичность некоторого этапа эволюции планеты. Речь идёт о возникновении биосферы как оболочки, вначале отсутствующей в составе выброшенной массы. Вероятно, формирование такой оболочки есть следствие входа Земли в своём движении в область, максимально благоприятную для этого. На удалённой от Солнца Земле прогрев обеспечивался глубинным теплом близкого активного вещества прототороида. Позже литосфера экранировала этот источник, и температура поверхности резко упала. В области максимальной мощности поверхностной оболочки уже существующие организмы стали изобретать способы для энергосбережения. Например, пеликозавры обзавелись огромным «парусом» (остистыми отростками в виде гребня) для улавливания тепла ещё пока далёкого Солнца. Прочие представители фауны стали бурно развиваться в тёплом море. Значит, подобно выделению горизонтов литосферы, в пределах глубин которой происходит синтез воды или образование молекул углеводородов, можно считать, что планета при изменении расстояния постепенно входит в зону наилучшей освещённости, прогреваемости. Конечно, влияют и другие особенности динамики. Возможно, планеты поочерёдно проходили эту зону, и в их веществе формировались соответствующие продукты. Меркурий давно миновал благоприятную область, и сейчас он стерильно чист. Венера почти вышла за её пределы, и там возможны только сильно изменённые остатки органической жизни. И даже учитывая размеры тел, влияющих на способность удержания внешних оболочек, можно сказать, что Марсу ничто не мешает удерживать ту же атмосферу с массой примерно 1/10 земной при наличии необходимых внешних условий. По последним данным давление марсианской атмосферы в 160 раз меньше земного на уровне моря.

Осталось уточнить ещё один важный момент, касающийся известных параметров строения Солнечной системы и также связанный с её динамикой. Как увязать увеличение орбитальной скорости движения планет в нашей системе от её периферии к центру? На первый взгляд всё выглядит логично: чем ближе планета к звезде, тем больше скорость её движения как падающего тела и больше центростремительное ускорение при некоторой постоянной орбитальной скорости и уменьшающемся радиусе . Изменение ускорения для небольших высот практически не учитывается. До высоты 100 км над поверхностью планеты ускорение свободного падения уменьшается всего на 3,1%. Физически уменьшение ускорения видно из мысленного опыта, когда при некоторой постоянной массе увеличивается сила взаимодействия (в более плотном потоке импульсов), а значит и ускорение (см. рис. 5-2). Расчёт же изменения ускорения принято выполнять по формуле закона всемирного тяготения, но без учёта массы, взаимодействующей с планетой. Так исследователи получают «чистые» метры, делённые на «квадратную секунду», характеризующие ускорение силы тяжести.

Ранее было установлено, что сила гравитационного взаимодействия (и её увеличение) пропорциональна массам (и их увеличению). Масса как мера интенсивности гравитационного взаимодействия в динамике не может быть постоянной величиной. Оценивая массу космического корабля на поверхности Земли и на удалённой орбите по воздействию на него импульса, мы получим весьма расходящиеся результаты. Может быть, в реальности для космических систем синхронное изменение взаимосвязанных величин, стоящих в числителе и знаменателе формулы 20.1, и обеспечивает постоянство ускорения?

Как же корректно объяснить наблюдающееся распределение орбитальных скоростей планет в нашей системе от её периферии к центру? Очевидно, следует руководствоваться следующими положениями. Во-первых, орбитальная скорость планеты при расходовании импульса должна уменьшаться. Во-вторых, закон динамики описывает движение одного объекта и не обязан одновременно удовлетворять особенностям строения сложной системы (с учётом всех планет). Эти особенности есть результат сложного процесса формирования Солнечной системы. Каждая планета изменяет свою собственную (это следует подчеркнуть) орбитальную скорость. В-третьих, сложное вращательное движение несколько отлично от простого падения тел в поле силы тяжести. На протяжении всей эволюции солнечно-земной динамики происходит передача постоянного движения в виде изменения направления скорости (рис. 20-1). Максимальная вначале орбитальная скорость постоянно уменьшается, но одновременно увеличивается вертикальная составляющая общего движения. Планета изменяет направление движения, приближаясь к светилу. Скорость снижения орбиты планеты увеличивается на фоне постоянного ускорения. Уточним, что в естественных условиях вращающемуся спутнику-планете неоткуда получить дополнительный импульс для увеличения орбитальной скорости движения и изменения центростремительного ускорения. Не исключено, что системе космических тел, обладающих относительно стационарными орбитами, характерен набор постоянных ускорений, зависящих от орбитальной скорости и расстояния до центрального объекта. Эволюционирует же система посредством постоянной передачи окружающему веществу некоторого количества собственного движения.

Можно подойти к решению «динамической задачи» по-другому. Вращающиеся планеты расположены на разных удалениях и имеют различную орбитальную скорость для длительной компенсации разных по интенсивности солнечных сил тяготения. Выше мы пришли к заключению, что корректнее всего время эволюции спутников характеризовать в оборотах. Используя расстояние, на которое перемещается вращающийся объект за некоторый произвольно выбранный промежуток времени, и удаление от Солнца, мы получим для всех планет некое относительное время динамической эволюции. Ведь движение по орбите связано и с перемещением к центральному телу. Очевидно, определяемое время эволюции будет равно отношению расстояния (R) до светила к скорости () орбитального движения (скорости, соответствующей обороту спутника на данный момент). Результаты расчётов сведены в таблицу 20.1. Правда, остаётся проблема измерения времени в привычных нам «секундах», которых получается очень мало. Но в физическом процессе расходования импульса время как нематериальная субстанция не участвует. И мы вынуждены оперировать величинами, характеризующими линейные размеры системы. Период равномерного вращения тела определяется как отношение радиуса (умноженного на 2) к орбитальной скорости. Согласованное и физически закономерное изменение радиуса и скорости теряющего импульс тела обеспечивает постоянство периода (оборота-года). Постоянную величину для данной системы – «оборот-год» (или цикл) можно считать единицей времени. Ведь физически циклы (обороты) для любых систем совершенно одинаковы.

Таблица 20.1

Остающаяся продолжительность вращения спутников Солнца

Планеты	Расстояние от Солнца, млн. км	Орбитальная скорость, км/с	Ускорение, м/с2	Время «динамической жизни», тысячи «оборотов-лет»
				R /	u /
Меркурий	57,9	47,9	0,0396	1209	1210
Венера	108,2	35,0	0,0113	3091	3097
Земля	149,6	29,8	0,00594	5020	5017
Марс	227,9	24,1	0,00255	9456	9451
Юпитер	778,3	13,1	0,00022	59412	59545
Сатурн	1427	9,6	0,0000646	148646	148607
Уран	2870	6,8	0,0000161	422059	422360
Нептун	4490	5,4	0,00000649	831481	832049

Видно, что найденное время изменяется от 1,2 миллионов «оборотов-лет» для самого близкого к Солнцу Меркурия до 831,5 миллионов лет для «тихохода» Нептуна. А в разделе 10 мы установили, что о бъекты с бльшим радиусом кривизны (локальные по отношению к некому центральному) имеют больше шансов быть к нему присоединёнными. Но самым удивительным является то, что мы ещё раз получили примерно 5 миллионов оборотов-лет для Земли. Совпадение это, или реальность?

Если же считать, что центростремительное ускорение () как математическая категория лишь косвенно связано с изменением направления скорости, а непосредственно является характеристикой изменения скорости как скалярной величины, то заметим следующее. Отношение предельной скорости перемещения тела к изменению этой скорости (ускорению) равно времени, за которое изменилась скорость. Ускорение в системе космических тел связано с орбитальной скоростью движения, а время расходования импульса определяет сила взаимодействия (см. рис. 5-3). Находя отношение скорости к ускорению, мы также получаем относительное время эволюции. Из таблицы видно, что результаты практически не различаются. Вероятно, за каждый оборот Земля приближается к светилу на 30 км, Меркурий – почти на 48 км. Самые удалённые планеты являются «долгожителями» данной системы.

В итоге, рассмотрена модель устойчивой динамической системы, в ходе эволюции которой присутствуют этапы выброса (сингулярности), начального расширения и последующего сжатия. Логично выглядит и шкала остающегося времени функционирования планет, хотя крайние значения в ней различаются почти в 688 раз. «Парадокс близнецов», рассмотренный ранее с позиций «физической теории гравитации», не противоречит построениям (Апанович, 2006-б). Выброшенная с меньшей скоростью и эволюционирующая в более интенсивном поле тяготения планета быстрее израсходует импульс, полученный при «рождении». Для удалённых тел «время солнечной жизни» замедлилось. В случае существенного изменения судьбы Солнца как составной части Галактики время для них может вовсе остановиться. Присоединение таких планет к «своему светилу» остаётся под знаком вопроса.

Трудно сопоставлять пусть и гипотетические миллиарды «начальных» километров в солнечно-земном расстоянии с современными 150 миллионами, но ведь мы использовали значения динамических параметров совсем не выдуманные, а реальные. Чтобы ещё больше подчеркнуть реальность предложенных построений, основанных на формировании спутников динамикой центральных тел, покажем, как такие построения соотносятся с давно выполненными измерениями, а также имеющимися астрономическими данными?

С 1829 по 1965 годы учёными фиксировалось изменение магнитного момента земного диполя. Уменьшение измеряемого параметра было аппроксимировано выражением

 = (15,77 – 0,003951∙ t)∙10²⁵.

(Здесь значение магнитного момента вычислялось в Гс∙см³ , а t – время, отсчитываемое от 1900 года [Акасофу, Чепмен, 1974]). Вывод был несложным. К 3991 году магнитный момент (при неизменности градиента) станет равным нулю. Но когда же образовалось общее магнитное поле планеты? Примем для простоты, что в геологическом прошлом уменьшение ОМП происходило по линейной зависимости. Сложность расчёта заключается в отсутствии данных об интенсивности первичного поля. Установлено, что напряжённость магнитных полей некоторых звёзд («магнитных») достигает 27∙10⁵ А/м. При средней напряжённости ОМП Солнца около 80 А/м, в пределах «тёмных пятен» значение параметра может увеличиваться до 3,2 ∙10⁵ А/м [Физический энциклопедический словарь, 1984]. (Напомним, что напряжённость современного общего магнитного поля Земли находится в пределах 26-52 А/м).

Отождествление магнитного поля с вихревым вращением материи указывает на зависимость его напряжённости от интенсивности такого вращения, связанного с начальным импульсом и плотностью выбрасываемого объекта. Значит, земное первичное поле должно быть несколько сильнее поля солнечных «тёмных пятен», ведь выбросы материи с формированием объектов аналогичных планетам в настоящее время не наблюдаются. Предположим, что динамика изменения ОМП может соответствовать последовательности формирования тороидальных структур планеты. Это означает, что импульс общего вихревого вращения редуцируется с образованием локальных составляющих. Примем за свершившийся факт формирование 96-элементной динамической структуры, а степень изменения напряжённости поля уподобим произведению количеств делений (62496). Тогда отсчитывая от максимального значения (52 А/м), получим 7,2∙10⁵ А/м. По-видимому, это вполне реальное значение напряжённости.

Далее рассчитаем по известной зависимости исходное время формирования объекта с магнитным моментом, увеличенным в допущенной пропорции. (Магнитный момент на 1900 год принят за 8,3 ∙10²⁵ Гс∙см³). Получается, что тороид, эволюционировавший в современную Землю, был выброшен из недр Солнца примерно 29 миллионов 36 тысяч лет назад. Мы не получили фигурирующие выше 36 миллионов лет, однако можно ли считать это большой погрешностью? Одинаковый порядок величин при таких исходных данных – совсем неплохо. Кроме этого, в книге постоянно делается акцент на физическую сторону процессов. Насколько непротиворечивы наши построения? Обратимся к классическим законам, в частности, закону Кеплера об эллиптичности орбит, подразумевая в основе этого явления сложение движений взрыва (выброса) и поступательно-вращательного перемещения. Попробуем найти ответ на вопрос о причинах изменения блеска некоторых переменных звёзд.

Исследования английского наблюдателя Джона Гудрайка в 1782 году показали, что двойная звезда Алголь в созвездии Персея регулярно меняет свой блеск из-за прохождения перед светлым объектом более «тёмного» компаньона, затмевающего свет. Впоследствии открытые такие звёзды были названы «затменно-переменными». Появление переменных типа Дельты Цефея («цефеидных переменных»), имеющих нерегулярное изменение блеска (звезда тускнеет медленнее, чем «загорается») потребовало для объяснения этого факта допущения о пульсации космического тела. Для некоторых звёзд такая пульсация должна осуществляться с необычайно высокой частотой без их разрушения. Но можно предложить другое объяснение.

Рассмотрим рисунок 20-4, на котором показано движение «тёмного» компонента «В» (black) двойной системы вокруг «белого», или «светлого» W (white) по эллиптической орбите. Наблюдатель в точке «А» зафиксирует классическую «затменно-переменную» звезду с регулярным изменением её блеска, поскольку тёмный объект за одинаковые промежутки времени (Δt) закрывает и открывает равные площади (ΔS) излучающего тела. Совсем иная ситуация будет представляться наблюдателю в точке «С». Даже при неизменной скорости движения экранирующего объекта (хотя мы знаем, что линейная скорость движения различна на разных участках эллиптичной орбиты), медленное закрытие светила сменится быстрым его «загоранием». Если же наблюдателя поместить в направлении, перпендикулярном плоскости орбиты, цефеидная переменная звезда для него «исчезнет». В итоге, не исключена связь явления с простой динамикой. Образование двойных и большей кратности звёздных систем можно связать именно с особенностями выброса их центральными массами в период максимальной активности. Наблюдать же такие образования мы вынуждены только с одной позиции.

В 1908 году астроном Генриетта Ливитт для 16 переменных звёзд из Малого Магелланового Облака определила периоды изменения блеска, которые находились в интервале от 1 до 127 суток. Блеск оказался связанным с периодом линейной зависимостью, что могло означать зависимость периодов изменения блеска с количеством излучаемого света для звёзд, находящихся примерно на одном расстоянии. Позже учёные решили, что эта зависимость носит универсальный характер, и достаточно знать светимость хотя бы одной такой звезды, чтобы для любой звезды данного типа определить по периоду светимость, и сравнивая её с видимым блеском, найти расстояние. Отметим, что в последнее время астрономы установили факт достаточно быстрого изменения периода цефеид такого класса.

Какое физическое объяснение можно подобрать для ситуации, когда звезда, имеющая период изменения блеска, например, 50 суток, должна излучать больше света, чем аналогичный объект с периодом 20 суток? Но этого мало. Почему цефеида с периодом 50 суток должна иметь именно строго определённую светимость, служащую мерилом расстояния? Поместив различные звёзды на разном расстоянии, можно получить одинаковую видимую звёздную величину. Если же использовать расчёты, характеризующие динамику космических объектов, то станет ясно следующее. И звезда, и планета будут обладать максимальной светимостью в период выброса и увеличения расстояния (а значит, и периода), как наиболее активные и горячие светила. Уменьшение расстояния (и периода) обязано коррелироваться с уменьшением количества излучаемой энергии, остыванием тела. И это только часть объяснения. Выброшенная «молодая» звезда (или планета) может двигаться по протяжённой орбите с большей скоростью, а по короткой – с меньшей, что и было показано выше. Эффект пульсирования будет нивелироваться. Кроме этого, выброс шарового объекта невозможен, поскольку вихревое (магнитное) поле у шара отсутствует. Значит, выбрасываются тороиды, обладающие меридиональным вращением (см. раздел 19). На начальном этапе эволюции такого объекта мы обязательно будем поочерёдно наблюдать то ребро тороида, то его плоскость перпендикулярно оси вращения. Светимость будет меняться. Но тороиды различны по массе, а мы уже знаем, что скорость перемещения (и интенсивность выброса) обратно пропорциональны массе. Более массивные и горячие (яркие) вихри-протозвёзды медленнее разворачиваются, чем их лёгкие компаньоны.

Наиболее простые физические законы «работают» повсеместно. Выше было рассказано о взрыве космического объекта в 1908 году (30 июня) в районе реки Подкаменная Тунгуска (Красноярский край). Наблюдатели были неоднозначны в оценках направления полёта космического тела, а также отметили изменение его светимости. При вхождении в плотные слои атмосферы тороид в результате разворотов фиксировался наблюдателями в разное время не только с разными азимутами движения, но и с изменением светимости. Реальной причиной явления сейчас считается взрыв массы, состоящей из льда, водорода, метана и пылевых частиц. Но объяснение логичнее с предположением о разогреве этого тела и превращении его в тороид. Имея среднюю плотность менее 1,2-1,3 кг/м³, тело обязано было взорваться в плотной атмосфере. Взрывы новых и сверхновых звёзд получили научное объяснение с позиции существующей теории эволюции таких объектов. Нельзя сказать, что в этих объяснениях всё увязано и противоречия отсутствуют. А. Азимов в последнее время сомневался в возможности превращения Сириуса «В» в «сверхновую». Вопреки ожиданиям, зарегистрированная 23 февраля 1987 г. сверхновая в Большом Магеллановом Облаке оказалась не красным, как того требовала теория, а голубым гигантом. Взрыв Тунгусского тела ощутила практически вся планета, хотя его диаметр, по-видимому, не превышал 1500 м. Не заметна ли аналогия в «сибирском кометном» и «ново-сверхновом звёздном» явлениях?

Таким образом, предложив механизм образования планет под влиянием тороидального движения вещества «родителя», мы ещё раз подчеркнули важность изучения квантованного тяготения – магнитных сил. Наиболее активное состояние системы свойственно начальному периоду её формирования, времени, когда ОМП максимально. Только в этом случае на этапах динамической перестройки общей системы возможен выброс вещества с начальным импульсом, достаточным для образования планет-спутников. Но влияние магнитных сил на последующую динамику относительно стационарной системы нельзя считать исчерпанным. В качестве примера можно предложить вариант объяснения природы «чандлеровских колебаний» (прецессии планеты), фиксирующихся в теле планеты, и представляющих изменение положения полюса вращения Земли относительно оси инерции.

В 1758 году Леонард Эйлер, разрабатывая теорию вращения абсолютно твёрдой Земли, при условии отсутствия внешних сил нашёл, что период прецессии составляет 305 суток. В 1892 году С. Чандлером (для реальной планеты) было установлено, что период движения полюса вращения относительно оси инерции составляет 428 суток (чандлеровский период). (Среднее из двух этих значений равно 366,5). «Несмотря на почти вековую историю исследований «чандлеровских колебаний», природа их остаётся загадкой» [Кузнецов, 1990]. Колебания связывали с землетрясениями; атмосферными флуктуациями; магнитосферными вариациями, вызванными изменением интенсивности солнечного ветра, всё было бесполезно. В итоге пришли к выводу, что «… существует какой-то механизм возбуждения полюсов, о котором мы совершенно не подозреваем» [Стейси, 1972].

Представим строение Солнца в виде двойного слоя тороидальных структур (мантийных и ядерных), создающих во внешней экваториальной области преимущественно однонаправленное движение вещества (в зоне взаимодействия с физическими полями планет большая часть пространства соответствует или эпицентральным, или краевым частям тороидов). При движении Земли, имеющей наклон оси магнитного диполя, максимальное взаимодействие магнитных полей будет наблюдаться в периоды зимнего и летнего солнцестояний, а период обращения планеты составит период колебания полюса вращения относительно оси инерции в случае абсолютно жёсткой системы. Планета с её реальной жёсткостью и, пусть незначительным, разуплотнением к центру вполне может укладываться за счёт времени релаксации напряжений в её теле в 428 суток. Ведь приливное воздействие со стороны Луны на земную кору также характеризуется запаздыванием во времени, зависящим от жёсткости горных пород.

И этим не исчерпываются случаи, когда динамика вихревых структур просто незаменима для объяснения явления. На протяжении 12 лет астрономы фиксировали движение «звезды-спутника» вокруг «звезды-центра» (рис. 20-5). За это время спутник переместился примерно на четверть расстояния по орбите. Это пример очень интенсивных движений у далёких космических объектов. Но удивительно здесь другое. Почему такие массивные близкие объекты не объединены интенсивными силами взаимного притяжения? Почему на снимках не видны даже небольшие искажения их формы, обусловленные мощными приливными воздействиями? Одним из объяснений можно считать существование сил отталкивания, возникающих при функционировании тороидальных структур во внешних слоях звёзд. Тороиды внешних оболочек, развёрнутые друг к другу одноимёнными полюсами, обязаны отталкиваться, обеспечивая вращение объектов в подобной системе.

В приведённой выше информации много необычного. Это объясняется недостатком сведений о системе, недоступной исследователю, представляющему часть её, для общего обозрения на всём протяжении функционирования. В бесконечном ряду взаимодействующих структур наш мир – лишь малая частичка материальной субстанции (рис. 20-6). Однако вовлечение в анализ всё большего объёма данных облегчает труд исследователя. Успех в решении поставленных задач зависит также и от корректности исходных постулатов. Например, «безбрежный океан времени» без проблем заменяется движением-взаимодействием, фиксируемые параметры которого (несмотря на постоянство и абсолютность) изменяются от точки к точке в материальном пространстве. Материя бесконечной вселенной состоит из конечных процессов расходования импульсов. Философская проблема «начала и конца» для человека – одна из важнейших. Поэтому только «укладка» в систему большинства реальных сведений, имеющихся в распоряжении учёных, позволит снять с повестки дня и проблему возраста нашей планеты, и возраста Солнца.

Р исунки к разделу 20

Заключение

Информация, изложенная в книге, по большей части носит прикладной характер. Это закономерно, поскольку автор уже почти 30 лет работает в геофизической экспедиции, выполняющей геологоразведочные работы. Главная цель написания монографии – уменьшить неопределённость, постоянно преследующую геофизиков и геологов, интерпретирующих материалы полевых работ. Зафиксировав поднятие в толщах осадочного чехла, измерив ускорение силы тяжести или напряжённость магнитного поля и отстроив аномалию, исследователь практически исчерпывает возможности выдачи объективного прогноза. Качественно выполненные геофизические исследования чаще всего не отвечают на самые главные вопросы: «Где бурить скважину, чтобы получить приток нефти или газа? В каком направлении продолжать съёмки, чтобы «подсечь» обнаруженное в одной точке рудное тело»?

И в каждом из этих вопросов содержится тема эволюции планеты, её динамики в прошлом, особенностей когда-то «работавшего» механизма формирования оболочек и геологических тел. Некоторые вопросы решаются проще, когда имеется достаточно увязанная рабочая гипотеза – основа интерпретации. Такую рабочую гипотезу автор разрабатывает на протяжении 10 лет. Опыт показывает, что мы на правильном пути. Выделив сложно построенную область земной коры как результат взаимодействия в прошлом движущихся земных масс, взаимодействия тороидальной мантийной структуры с литосферой, мы с большей уверенностью можем прогнозировать, что и на значительном удалении от некоторой точки геологические тела данного возраста будут иметь много сходных признаков. Основываясь на физике динамических процессов, мы не станем проектировать поиски среднепалеозойских кимберлитов в районе, где в этот период происходило структурообразование в условиях растягивающих деформаций, проницаемость литосферы была очень большой. Польза от учёта при геологоразведочных работах информации геодинамического характера очевидна.

Другим важным моментом монографии является показанная возможность рассмотрения эволюции Земли как реального процесса, механизм которого описывается простыми физическими законами. Динамика как обычное взаимодействие с обменом импульсами (гравитация) позволяет объяснить природу практически всех явлений в окружающем нас мире. Действительно, мир устроен чрезвычайно просто. Однако, хорошо или плохо для человека такое выяснение сути? Ответ должен быть только философским: «И хорошо, и плохо».

Хорошо, что мы сможем отказаться от поисков частиц, ответственных за возникновение «массы» у всех объектов вселенной. Ведь масса – всего лишь мера вечного гравитационного взаимодействия данного тела с окружающей материей. Хорошо, что мы будем в состоянии добывать больше и с меньшими затратами полезных ископаемых. Хорошо, если мы сможем изменить свой взгляд на мир и на наше место в нём, заменив деятельность разрушительную на созидательную.

Плохая сторона в том, что каждый из нас может принять крайнее решение в выборе «Дао», в выборе дальнейшего Пути. Плохо будет, если мы забудем о великом принципе относительности и начнём применять в трактовках смысла существования человеческой цивилизации абсолютные категории, даже на фоне прояснившихся, и вроде бы не совсем радужных, перспектив. Жизнь вечна, как вечна окружающая нас материя. И в этой Вечности каждый из нас занимает своё законное место. Мы просто никогда не сможем нарушить этот вселенский порядок.

ЛИТЕРАТУРА