Да, вопрос «Почему светит Солнце?» оказался безмерно трудным для науки.
На рисунке вы видите гравюру XVII века. Она изображает преисподнюю, которая, по вдохновенной идее автора, размещается не где-нибудь под Землей, а внутри Солнца. В те времена подобные воззрения, видимо, считались «новаторскими».
Но дело не в адресе преисподней. Вглядитесь в гравюру и обратите внимание на наружные слои этого мистического Солнца. Видите, трепещут языки пламени? Здесь нашло отражение первое из всех предположений об источниках энергии светила. Вначале так люди и думали: Солнце просто-напросто горит, полыхает подобно гигантскому костру.
Возможно ли это?
Прежде всего автор гравюры, разумеется, не знал, что для горения необходимы кислород и горючее. Кислород в обилии содержится лишь в земной атмосфере (и то благодаря наличию жизни). В атмосфере Солнца этого газа нет. Допустим все же, что оно каким-то непонятным образом непрерывно обогащается кислородом. Предположим еще, что Солнце состоит из чистого углерода — самого калорийного из всех веществ. И даже при этих ничем не оправданных допущениях гипотеза горения терпит крах.
Чтобы поддержать неизменным поток энергии светила, каждую секунду на Солнце должно было бы сгорать 111/2 миллиардов тонн угля. И, учитывая вес самого Солнца, нетрудно рассчитать, что такой небесный пожар угас бы в течение каких-нибудь 6000 лет. За это время светило наверняка успело бы сгореть дотла, превратиться в сгусток холодной золы. Ничтожный срок! Ведь история жизни на Земле, раскрытая геологией и палеонтологией, свидетельствует о том, что Солнце освещает и согревает нашу планету не менее миллиарда лет.
Нет, Солнце не горит в том смысле, какой мы привыкли придавать слову «горение». Невозможно объяснить его лучеиспускание и любыми другими химическими реакциями, сопровождающимися выделением тепла.
И естественно возникла идея: а не питается ли Солнце энергией извне, из окружающего космического пространства?
ОБСТРЕЛ КАМНЯМИМысль о том, что Солнце внутри пустое, что оно представляет собой какую-то твердую оболочку сферической формы, довольно долго держалась даже в серьезной астрономии.. Так думал, в частности, знаменитый английский ученый XVIII—XIX веков В. Гершель — основоположник звездной астрономии. Кстати сказать, он предполагал существование внутри Солнца... обитаемого мира, огражденного от раскаленных сверкающих небес холодными облаками.
К подобным взглядам — правда, без домыслов о населенности солнечных внутренностей —склонялись и некоторые другие астрономы. И это связано с широким распространением так называемой метеоритной гипотезы солнечного нагрева.
Суть гипотезы такова: тонкая твердая «крыша» светила раскаляется под бесчисленными ударами небесных камней, которые падают из глубин межпланетного пространства.
Вспомните, как греется в пальцах гвоздь, забиваемый молотком в упрямо не поддающуюся ему стену. От толчков метеоритов Солнце тоже обязательно должно нагреваться. И для этого, вообще говоря, вовсе не нужно, чтобы светило состояло из твердой сферы — оболочки. Каким бы ни было солнечное вещество, падающий небесный камень тормозится в нем, расталкивает окружающие атомы и тем самым увеличивает энергию их беспорядочного теплового движения., А средняя энергия этого движения, как известно, и характеризует температуру вещества.
Гипотеза выглядела правдоподобно и приобрела немало сторонников.
Началась математическая обработка идеи.
И тут ученых опять постигло разочарование.
Даже если представить себе, что наш земной шар по какой-то причине вдруг остановится и упадет на Солнце, энергия его падения поддержит солнечное лучеиспускание всего на сто лет. Все же планеты, низвергнувшись на Солнце, продлят его жизнь на 46 тысяч лет. Это все еще бесконечно мало по сравнению с действительной продолжительностью жизни светила. Кроме того, мысль о падении планет нелепее, чем даже предположение об угольно-кислородном Солнце. Планеты прочно удерживаются на своих орбитах, А обычных небесных камней, которые, бесспорно, то и дело сыплются на Солнце, явно недостаточно. Они не способны нагреть светило даже на одни градус в столетие.
Почва явно уходила из-под ног защитников «метеоритной» гипотезы. Но они не сдавались. Если сейчас метеоритов недостаточно, говорили они, может быть, когда-то в прошлом их было неизмеримо больше? Может быть, раньше Солнце раскалилось под их ударами и теперь медленно остывает? Это тоже нереально. Солнце вовсе по думает остывать. Оно светит и греет постоянно. К тому же метеоритный обстрел, если бы он когда-то и был и тысячи раз сильнее, наверняка наложил бы свой отпечаток на земную геологическую историю. А такого отпечатка нет и в помине.
Итак, метеоритная гипотеза гибнет.
Опять годы раздумий, прикидок, кропотливая разведка природных явлений, способных приподнять завесу над тайной солнечного жара. Десятки гипотез опровергаются, едва появившись на свет. Все чаще раздаются унылые голоса о непознаваемости Солнца, о якобы божественном, сверхъестественном источнике его лучистой силы.
Однако в 1853 году немецкий естествоиспытатель Г. Гельмгольц выдвигает предположение, которое снова привлекает всеобщее внимание.
ПАДЕНИЕ НА СЕБЯЕсли нет ничего, падающего на Солнце извне, то допустим, что оно падает как бы само на себя. На первый взгляд, невероятное допущение. Но давайте сообразим, что такое падение., Этим словом мы означаем движение тола под действием притяжения к центру притягивающей массы. В нашем случае притягивающая масса - Солнце, и центр ее — центр Солнца. И если отбросить устаревшие представления о твердости Солнца и допустить, учтя данные различных наблюдений, что солнечный шар — гигантское скопище газа, то кажется правдоподобным такое предположение: газовые частицы под действием могучего тяготения постепенно приближаются к центру светила. Получается, что каждая такая частица непрерывно падает и тормозится окружающим веществом, то есть ведет себя, как маленький «внутренний» метеорит. А процесс этот неизбежно повлечет за собой нагревание солнечного вещества.
Падение газовых частиц к центру Солнца должно сопровождаться уменьшением размеров светила. Идея сводится к тому, что Солнце в целом сжимается под действием собственного тяготения. Это, говоря языком науки, гравитационное[1] сжатие и служит, согласно Гельмгольцу, источником энергии светила.
Гипотеза сразу была признана остроумной и убедительной. Расчеты показали, что сокращения диаметра Солнца всего на несколько километров в 100 лет вполне достаточно для поддержания потоков солнечного света и тепла. Заметить сжатие светила можно было бы лишь за тысячи лет.
Предположение Гельмгольца выглядело свободным от всякого рода искусственных допущений. И как это было приятно — забыть о нелепом угольно-кислородном солнечном веществе, о непостижимо громадных потоках метеоритов!
Нетрудно представить себе отчаяние астрономов, когда и эта гипотеза оказалась ошибочной.
Преградой встало опять-таки неумолимое постоянство солнечного излучения в веках и тысячелетиях, доказанное историей жизни на Земле. Из идеи Гельмгольца вытекало, что даже из фантастически огромного шара, размером больше всей солнечной системы, Солнце могло сжаться до современных размеров за каких-нибудь 20 миллионов лет. Срок, во всяком случае, в десятки раз меньший, чем этого требует учение о развитии земной жизни.
Двадцать миллионов лет назад на Земле уже существовал богатый животный и растительный мир. Океаны кишели рыбой, на суше появились очень похожие на современных звери. Солнце же в это время должно было только-только рождаться. А окружность его превышала бы орбиту Плутона — самой удаленной планеты солнечной системы. Непреодолимое противоречие!
Так пришлось сдать в архив и гипотезу Гельмгольца.
В конце прошлого столетия потерпели фиаско не только попытки понять солнечную силу. Физика, недавно одерживавшая блистательные победы, внезапно будто истощилась.
У всех на памяти было триумфальное шествие бессмертных открытий Ньютона. Безупречное объяснение движений небесных миров, предсказание существования неведомых прежде планет, кристально-ясные законы механики, точный расчет сложнейших механизмов — это не могло не радовать. Вместе с тем обрело, казалось, законченные формы строгое и глубокое учение об электричестве и магнетизме. Газовые законы и термодинамика (наука о теплоте) уверенно входили в инженерную практику. Венцом познания природы выглядела волновая теория света, подтвержденная многими наблюдениями и опытами.
