О квантовании плотности солнца и планет

, кандидат геолого-минералогических наук,

директор науки и технологий»

О квантовании плотности Солнца и планет

Средние плотности объектов Солнечной системы обусловлены сложной совокупностью факторов: составом, структурой, состоянием вещества. Ряд тел имеют внешнюю газовую оболочку, другие вообще являются газожидкими и, поскольку они не обладают строго определенным объемом, для них само определение средней плотности становится неоднозначным, зависящим от принятых допущений и процедуры определения. Тем более интересно, что такие, казалось бы совершенно произвольные величины как плотности небесных тел, могут подчиняться достаточно четким нестатистическим закономерностям.

Сначала о точности. После полета аппаратов Вояджер 1 и Вояджер 2 плотности больших планет нередко указываются с повышенной точностью, до четырех значащих цифр [1, 2]. Как уже было отмечено, субъективизм в определении объемов газожидких объектов, то есть Солнца и планет-гигантов, приводит к некоторой условности значений их средних плотностей. Естественно, что увеличение точности при этом лишь усугубляет такую условность. С другой стороны, в связи с ограниченностью объема выборки на сегодня нет оснований и для завышения точности рассчитанных нами значений плотности. Поэтому в работе использованы фактические rф и расчетные rр значения плотности с точностью до трех значащих цифр.

Сопоставление фактических значений средней плотности Солнца и планет (табл. 1) указывает на предпочтительность отдельных величин. Выделяются две триады тел, в каждой из которых плотности объектов достаточно близки. Это Солнце, Юпитер и Уран, с одной стороны, Меркурий, Венера и Земля, с другой. Следовательно, две трети из девяти наиболее массивных тел Солнечной системы имеют плотности, близкие всего к двум значениям. Это заставляет задуматься о неслучайности величин плотности, в том числе и других объектов системы.

Обобщенные средние плотности трех тел первой триады и трех тел второй составляют соответственно 1,34 и 5,40 г/см3. Сопоставление этих величин показывает, что они с высокой точностью соотносятся между собой как 1:4. Если первую величину - обозначим ее r* - принять за базовую, то плотности планет, как входящих в триады, так и других, оказываются кратными этой величине. Их расчетные значения:

rр = n r* (1)

где n - малые целые (полуцелые) числа.

Таблица 1

Средние плотности Солнца и планет

Объект	n	Плотность, г/см3	½Dr½/rф, %
rф	rр	Dr=rр–rф
Солнце Меркурий Венера Земля Марс Юпитер Сатурн Уран Нептун Плутон Церера Паллада Веста	1 4 4 4 3 1 1/2 1 ? 3/2 3/2 ? ?	1,41 5,44* 5,24 5,52 3,95 1,33 0,69 1,29 1,64 2,03 2,00±0,03** 4,2±0,30 4,3±0,30	1,34 5,36 5,36 5,36 4,02 1,34 0,67 1,34 2,01 2,01	–0,07 –0,08 +0,12 –0,16 +0,07 +0,01 –0,02 +0,05 –0,02 +0,01±0,03	5,0 1,5 2,3 2,9 1,8 0,8 2,9 3,9 1,0 1,0-2,0

*Значения rф больших планет: Меркурия, Венеры, Земли, Марса, Юпитера, Сатурна, Урана, Нептуна, Плутона - из [3]. **Значения rф малых планет: Цереры, Паллады, Весты - из [4].

Как видно из табл. 1, расхождения между фактическими и расчетными значениями плотностей малы и в абсолютном, и в относительном выражении. Абсолютные отклонения между ними в среднем примерно на порядок меньше, чем величина характерного интервала плотности, равного 0,5r* = 0,67 г/см3, а относительные отклонения составляют 1-5%. Таким образом, описанная закономерность подтверждается с высокой точностью.

Плотности малых планет (см. табл. 1) изучены пока недостаточно. Наиболее точно определена плотность Цереры, и это значение практически равно расчетному. У Паллады и Весты погрешности определения и, соответственно, возможные диапазоны значений плотности слишком велики, что не позволяет оценить их соответствие рассматриваемой закономерности.

Единственным исключением является планета Нептун, плотность которой явно не вписывается в выявленную закономерность. Проблему аномальной плотности Нептуна можно было бы решить чисто математическим путем, в два раза уменьшив величину r*. Тогда число n1 = 2n имело бы значения от 1 у Сатурна до 8 у Меркурия, Венеры и Земли, и Нептун занял бы свое место с n1 = 5/2. Однако в этом случае представлялось бы странным отсутствие объектов с n1 = 1/2 и n1 = 3/2 и, главное, в целом система потеряла бы часть своей эстетичности. Следует отметить, что эта же планета единственная, которая «выпадает» и из ряда, описываемого правилом (законом) планетных расстояний Тициуса-Боде [5, 6]. В совокупности это может свидетельствовать о достаточно глубоких причинах ее своеобразия.

В целом имеющиеся данные показывают, что расчетные и фактически измеряемые значения плотностей весьма близки, то есть можно считать, что плотности Солнца и планет Солнечной системы образуют ряд дискретных значений. Величина r* при этом является константой, имеющей определенные свойства кванта, только характеризующей объекты не микро-, а мегамира. «Квантовое число» n в данном ряду объектов принимает значения: 1/2, 1, 3/2, 3, 4.

Общепринятым является деление планет на планеты-гиганты, к которым по составу близко Солнце, и планеты земной группы. Между собой планеты разных групп обнаруживают большие различия по всем параметрам: массе, размерам, составу (табл. 2). Вполне естественно и существенное различие плотностей тел, относящихся к разным группам (см. табл. 1).

Таблица 2

Физические и химические характеристики планет и Солнца

Небесное тело	Масса* (масса Земли = 1)	Объем* (объем Земли = 1)	Содержание основных химических элементов, ат. %
Si**	Fe**	Mg**	H***	He***
Меркурий	0,06	0,05	16,45	63,07	15,65
Венера	0,82	0,90	33,03	30,93	31,21
Земля	1,00	1,00	31,26	34,50	29,43
Марс	0,11	0,15	36,44	24,78	34,33
Юпитер	318	1318				89	11
Сатурн	95,1	755				94	6
Уран	14,5	63				85	15
Нептун	17,2	58				85	12
Солнце	3,3.105	1,3.106				93	7

Примечания: *Значения - из [3]. **Расчетные значения - из [7]. ***Измерено в глубоких слоях атмосфер - из [8].

В то же время, при анализе объектов внутри каждой группы создается впечатление, что ни массы, ни размеры, ни состав тел на величины средних плотностей как бы не влияют (см. табл. 1 и 2). Так, у триады планет земной группы Меркурия, Венеры и Земли массы и объемы различаются почти в 20 раз, а их плотности при этом практически одинаковы. Химический состав Земли и Венеры в целом близок, а состав Меркурия сильно отличается по основным породообразующим элементам, но на плотности это опять же как будто не отражается. Зато Марс, по химическому составу значительно более близкий к Земле и Венере, чем Меркурий, и имеющий массу и размеры промежуточные относительно планет триады, тем не менее обладает плотностью значительно меньшей, чем у них.

То же наблюдается у газожидких объектов (см. табл. 1 и 2). Массы и объемы Юпитера и Урана различаются в 21 раз, а если в эту группу включить и Солнце, то в 20 тысяч раз, при весьма близких плотностях. С другой стороны, нет принципиальных различий по химическому составу этих тел с Нептуном и Сатурном (различия не превышают разницы в значениях между Юпитером, Ураном и Солнцем), которые к тому же по массе занимают промежуточное положение относительно указанных объектов. Но плотности и у Сатурна, и у Нептуна заметно отличаются.

Следовательно, необходимо признать, что существуют природные механизмы, которые регулируют величины плотностей небесных тел в значительной мере вне зависимости от их масс, размеров и состава, и к тому же обусловливают неслучайность значений плотности, появление «выделенных», наиболее характерных ее значений.

В определенном аспекте (исходя из знаменитой формулы Эйнштейна DE = Dmc2) плотность вещества можно рассматривать как энергетическую характеристику, соответствующую объемной плотности энергии. В этом смысле выявленные наиболее характерные значения плотности, кратные r*, можно трактовать как специфические энергетические уровни, то есть энергетически наиболее выгодные состояния, к которым стремится вещество при формировании того или иного объекта. Понятно, что возможности такого «стремления» в разных процессах существенно различаются и, например, деструкция при столкновении тел по-видимому в гораздо меньшей степени способна приводить к энергетически выгодным значениям, чем эволюционный путь формирования из протопланетного облака. Поэтому такой аспект изучения плотности можно использовать как один из методов анализа происхождения тел Солнечной системы.

В качестве первого опыта использование плотности в генетических целях можно рассмотреть на примере Луны, дискуссия о происхождении которой с основными гипотезами эволюционного формирования или мегаимпакта не затухает много лет [9 - 11]. Фактическая плотность Луны rф = 3,34 г/см3 [11] и вычисленная при n = 5/2 rв = 3,35 г/см3 близки с точностью 0,3%. Столь высокая точность соответствия этих величин дает основание считать его не случайным. Это с большой долей уверенности позволяет исключить гипотезу мегаимпакта и подтвердить эволюционное происхождение Луны.

После работ и других авторов [12 - 16] идеи квантования в мегамире обрели жизнь и доказательную базу. Закономерные изменения плотности Солнца и планет Солнечной системы, выражающиеся в дискретности-квантовании ее значений, расширяют представления о квантовании в мегамире, подчеркивает глубокую аналогию между мега - и микромиром и принципиальное единство законов, которым они подчиняются.

список литературы

1.  Anderson J. D., Campbell J. K., Jacobson R. A. et al. // Geophys. Res. 1987. V. 92. P. 14877-14883.

2.  Tyler G. L., Sweetnam D. N., Anderson J. D. et al. // Science. 1989. V. 246. P. 1466-1473.

3.  Физическая энциклопедия. М.: Большая Российская энциклопедия, 1992. Т. 3. С. 620.

4.  Hilton J. L. // Astron. J. 1999. V. 117. P. 1077-1086.

5.  Эвристическая квантово-гидродинамическая модель происхождения Солнечной системы. Алматы: Евразия, 1994. 40 с.

6.  Астрономия с Патриком Муром. М.: ФАИР-ПРЕСС, 2001. С. 195.

7.  Reynolds R. T., Summers A. Z. // Geophys. Res. 1969. V. 74. P. 2494-2519.

8.  Encrenaz T., Bibring J.-P., Blanc M. The Solar System. Berlin: Springer-Verlag, 1990. 330 p.

9.  Origin of the Moon. Houston: Lunar & Planetary Institute, 1986. 280 p.

10.  Stevenson D. J. // Ann. Rev. of Earth and planetary sciences. 1987. V. 15. P. 271-315.

11.  , , и др. // Докл. РАН. 1999. Т. 361. С. 481-484.

12.  Экстремальность, устойчивость, резонансность в астродинамике и космонавтике. М.: Машиностроение, 1980. 312 с.

13.  Динамика космических аппаратов и исследование космического пространства. М.: Машиностроение, 1986. С. 56-76.

14.  Wayte R. // The Moon and the Planets. 1982. V. 26. P. 11-32.

15.  Greenberger D. W. // Foundations of Physics. 1983. V. 13. P. 903-951.

16.  , // Изв. РАН. Сер. физ. 1998. Т. 62. С. 1807-1814.