Одним из блестящих доказательств правильности закона всемирного тяготения было предсказание существования неизвестной ранее планеты. Приблизительно 100 лет назад учёные исследовали движение Урана — планеты, наиболее далёкой от Солнца среди всех тогда известных планет. Они подсчитали все притяжения, которые испытывает Уран как со стороны самого Солнца, так и со стороны всех остальных планет, которые тогда знали. Сравнив результаты своих вычислений с наблюдаемым движением Урана, учёные обнаружили, что это движение немного расходится с тем, которое получалось согласно подсчётам. В движении Урана получались непонятные отклонения или, как говорят, неправильности. Учёные заявили, что эти неправильности могут быть объяснены только тем, что ещё дальше от Солнца, чем Уран, находится неизвестная до сих пор планета: она-то своим притяжением и вызывает наблюдаемые неправильности в движении Урана. Мало того, учёные сумели вычислить положение неизвестной планеты в мировом пространстве и то место на небе, где она должна быть видна с Земли в определённый день и час. По указанию вычислителей на эту точку неба направили телескоп, и действительно, именно там была обнаружена неизвестная ранее планета. Эту планету назвали Нептуном.
Открытие Нептуна явилось замечательным подтверждением не только справедливости закона всемирного тяготения — одной из тайн, вырванных нами у природы, — но и способности человека на основе научных знаний предсказывать существование неизвестных раньше небесных тел.
II. ЧТО ПРЕДСТАВЛЯЕТ СОБОЙ ВСЕЛЕННАЯ
1. Вселенная по представлениям древних
Прежде чем подойти к объяснению происхождения Земли и небесных тел, надо выяснить, что они собой представляют.
В древние времена люди, не располагая научными методами исследования, представляли себе устройство Земли и вселенной очень наивно. Они считали Землю плоской и прикрытой сверху небосводом, как прозрачным хрустальным колпаком. Звёзды и другие небесные тела религиозные люди рассматривали как светильники, созданные специально для освещения Земли и для украшения неба. Никакого понятия о расстояниях, отделяющих от нас небесные светила, и о различиях в этих расстояниях люди не имели. Расстояния до неба одни богословы считали равными нескольким десяткам тысяч километров, другие же — нескольким сотням тысяч километров. Теперь мы знаем, что даже Луна — ближайшее к нам небесное тело — отстоит от нас на 380 000 километров, а Солнце — на полтораста миллионов километров. Ближайшие звёзды отстоят от нас в сотни тысяч раз дальше, чем Солнце, а большинство — в миллионы раз.
2. Из чего состоят Земля и другие небесные тела
Защитники старинных религиозных и невежественных взглядов на строение и происхождение вселенной были убеждены в том, что небесный мир совершенно отличен от нашего земного мира. Поскольку эти люди считали небо местопребыванием духов и богов, они и небесные светила считали созданными из какого-то совершенно особого вещества, не встречающегося на Земле.
Это неверно: материя вселенной везде одна и та же.
Около ста лет тому назад был изобретён замечательный способ исследования химического состава вещества, называемый спектральным анализом. Спектральный анализ позволяет устанавливать состав светящегося вещества на основании исследования испускаемого им света. Спектральным анализом можно обнаружить, имеется ли в исследуемой химической смеси какое-либо определённое вещество, например медь, хотя бы в самом ничтожном количестве. Этим анализом пользуются, например, для того, чтобы установить содержание полезных ископаемых — олова, цинка или меди — в находимой руде.
Из какого вещества состоит светящееся тело, говорят нам посылаемые им лучи света, если только уметь их надлежащим образом «допросить» при помощи спектрального анализа.
Именно таким путём учёные узнали, из чего состоят Солнце и звёзды. Оказывается, все эти небесные тела, как бы далеко они от нас ни находились, состоят из одних и тех же простейших химических веществ — так называемых химических элементов, которые встречаются на нашей Земле. Все остальные вещества, как бы сложны они ни были, представляют собой соединения этих простейших веществ. Различных химических элементов сейчас известно около 100, но многие из них встречаются на Земле очень редко; такие редкие химические элементы встречаются редко и на других небесных светилах. К химическим элементам относятся водород, кислород и азот, находящиеся на Земле обычно в состоянии газа. Металлы — железо, медь, никель — это тоже химические элементы, находящиеся на Земле в твёрдом состоянии. При высокой температуре все металлы плавятся и становятся жидкими, как ртуть. При ещё более высокой температуре они превращаются даже в пар.
Другие химические вещества, например, соль и вода, не являются элементами, — это уже сложные химические вещества — химические соединения, элементов. Соль — это химическое соединение двух элементов: газа хлора и металла натрия; вода — химическое соединение двух газов — водорода и кислорода. При очень высокой температуре химические соединения распадаются на свои составные части. Таким образом, при высокой температуре не могут существовать не только живые организмы, представляющие собой очень сложные образования, но даже и простейшие химические соединения неживой природы (такие, как соль, вода и т. п.).
Рис. 5. Один из упавших метеоритов. Для представления об его огромных размерах на нем помещены мальчики.
Спектральный анализ не обнаружил на небесных светилах ни одного химического элемента, который не был бы известен на Земле!
То, что Земля и другие небесные тела имеют один и тот же химический состав, подтверждается ещё следующим. Иногда в разных местах на Землю с неба падают камни, называемые метеоритами (рис. 5 и 6). Некоторые из таких камней, странствуя миллионы лет в мировом пространстве, сталкиваются с Землёй. На этом их странствования кончаются. Метеориты — это осколки небесных тел, которые мы можем взять в руки и изучать так же, как мы изучаем любые земные предметы. Химический анализ метеоритов опять-таки показывает нам, что они состоят из известных на Земле химических элементов и не содержат никаких новых элементов, которых не существует на Земле.
Наша Земля — одна из девяти известных нам планет, входящих в солнечную систему. Планеты — это огромные холодные и твёрдые шары, которые вращаются вокруг Солнца. Мы видим их с Земли не потому, что они раскалены, как Солнце и звёзды, а потому, что их освещает Солнце. С Земли планеты видны невооружённому глазу в виде звёздочек; если бы нашу Землю рассматривали с другой планеты, то она представилась бы тоже в виде звёздочки.
Земля — третья по счёту планета, если считать от Солнца. Ближе, чем она, к Солнцу расположены планеты Меркурий и Венера. За Землёй следуют планеты Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и Плутон (рис. 7).
Рис. 6. Падение метеорита.
Самая большая из планет — Юпитер. По поперечнику он в И раз больше Земли и в 10 раз меньше, чем Солнце (рис. 8). Все планеты, и Земля в том числе, вращаются вокруг Солнца по той же самой причине, по которой Луна вращается вокруг Земли, т. е. вследствие всемирного тяготения.
У некоторых планет имеются так называемые спутники, как бы планеты меньшего размера, которые вращаются вокруг своих планет так же, как сами планеты вращаются вокруг Солнца. Луна — это спутник Земли.
Рис. 7. План солнечной системы. Кривые линии изображают пути, по которым движутся вокруг Солнца разные планеты. Так как пути некоторых планет не уместились на рисунке, они изображены не полностью, а путь планеты Плутон не изображен вовсе.
Больше всего спутников у Юпитера. Их у него целая свита в одиннадцать штук. Самый большой из спутников Юпитера немного меньше Меркурия — самостоятельной планеты солнечной системы.
Рис. 8. Сравнительные размеры Солнца и планет.
Некоторые планеты окружены газом; этот газ удерживается около них силой тяготения, образуя слой, который называется атмосферой. Атмосферу Земли составляет воздух, которым мы дышим. Самые большие и тяжёлые планеты — Юпитер и Сатурн — окружены обширной густой атмосферой, в которой плавают мощные гряды облаков. Планеты среднего размера — Земля, Венера и Марс — окружены сравнительно менее плотной атмосферой, Причина этого в том, что по закону всемирного тяготения меньшие планеты притягивают газы с меньшей силой; если притяжение планеты недостаточно велико, то более лёгкие газы постепенно улетучиваются с планеты и рассеиваются в пространстве. Более тяжёлые и менее летучие газы, как кислород, азот и углекислота, тоже должны рассеяться, если притяжение планеты недостаточно сильно. Это мы и наблюдаем в действительности. Например, маленькие по сравнению с Землёй Меркурий и Луна совершенно лишены атмосферы.
