Хотя Тихо Браге и не соглашался с новой моделью Коперника, но признаком эпохи перемен стала предложенная им новая система мира, отличающаяся от системы Птолемея. Земля оставалась фиксированной в центре, и вокруг нее обращались Луна и Солнце. Но все другие планеты уже не обращались вокруг Земли, а двигались вокруг Солнца, и это удерживало их вблизи Земли. Математически модель Тихо была эквивалентна модели Коперника.
Тогда зачем нужно столь сложное построение? Для Браге, педантичного наблюдателя, трудность модели Коперника заключалась в том, что годичное движение Земли по орбите вокруг Солнца должно было бы вызывать периодические изменения видимого положения не-подвижных звезд, так называемые параллактические смещения. Но этих изменений не видно, следовательно, либо расстояния до звезд очень велики, либо Земля неподвижна.
Браге полагал, что если бы звезды действительно были так далеки, то их размер оказался бы фантастически велик (в ту дотел ее коническую эпоху он считал угловой размер звезд равным примерно 1 минуте дуги, что всего в 30 раз меньше солнечного диска). Но если Земля неподвижна, то нет и проблемы гигантских звезд Кроме того, нет необходимости в огромных «бесполезных» пустых пространствах, возникающих в гелиоцентрической модели мира.
Этот парадокс гигантских звезд служил одним из аргументов против теории Коперника и был устранен, когда Галилей показал, что звезды гораздо мельче, чем это кажется невооруженному глазу. Он протянул веревку на фоне звездного неба и проверил, на каком расстоянии веревка закрывает находящуюся за ней звезду. Галилей пришел к выводу, что звезды имеют ширину 5 секунд дуги (то есть 1/12 минуты дуги). В действительности угловой размер звезд намного меньше, но атмосфера Земли размывает их изображения.
Средневековый космос подчинялся строгим взаимосвязям внутри своей сферической границы, с четкими законами кругового движения своих небесных сфер, в то время как повседневные законы и даже беспорядок господствовали вблизи Земли. Хотя геоцентрический взгляд глубоко укоренился в обществе, после Коперника границы этого взгляда начали размываться. Даже астрономы не сразу приняли гелиоцентрическую систему мира. Но все же поиск универсальных законов космического порядка и стремление к рациональному мышлению, идущее от ионийской революции, уже возродились.
Среди этих ищущих умов Тихо Браге (15461601) был блестящим исследователем ночного неба, собравшим прекрасный наблю-дательный материал, необходимый астрономам. В течение многих лет он проводил аккуратные визуальные наблюдения планет, определяя их положение на небе с точностью в одну минуту дуги (1′), тогда как раньше астрономы удовлетворялись точностью в ю’. Тихо достиг нового уровня точности, построив свой собственный большой угломерный инструмент, работая каждую безоблачную ночь и учитывая различные систематические ошибки, влияющие на измерения положений звезд, включая рефракцию (изменение направления) светового луча в земной атмосфере.
Браге был старшим сыном в аристократической семье, жившей на юге Швеции (эта часть Швеции тогда принадлежала Дании). На его характер могла повлиять смерть его братаблизнеца в юном возрасте и то обстоятельство, что его воспитывали бездетные тетя и дядя. Талантливый юноша поступил в Копенгагенский университет, чтобы изучать риторику и философию. Здесь он заинтересовался звездами. Приехав в 1562 году в Лейпциг, чтобы изучить право, он решил заняться астрономией. Наряду с любовью к астрономии, Браге отличался вспыльчивым характером.
Еще в студенческие годы он ввязался в дуэль на шпагах с другим аристократом и потерял в этом сражении часть носа. Всю оставшуюся жизнь Браге старался скрывать недостаток своей внешности при помощи искусственного металлического носа.
В 1576 году Браге получил в дар от короля Дании остров Вен. Там он построил великолепную обсерваторию Ураниборг и имел постоянное обеспечение. Дело в том, что приемный отец Тихо Браге заболел и умер после того, как спас утопающего короля. Все это было довольно дорого: несколько процентов национального дохода Дании уходило на «Небесный замок» и было сравнимо по стоимости и технологическому оснащению (по меркам той эпохи) с аналогичными параметрами космического телескопа «Хаббл».
Но деньги попали в хорошие руки. Уровень наблюдений был поднят на небывалую высоту, хотя обсерватория и была построена до изобретения телескопа. Эти наблюдения готовили вторую фазу коперниканской революции, поскольку Кеплер использовал именно наблюдения Браге.
Еще до создания обсерватории на о. Вен Тихо Браге провел наблюдения новой яркой звезды, появившейся в ноябре 1572 года. Он писал: «Изумленный ее удивительным видом, как сраженный ударом молнии, тихо стоял я некоторое время, уставившись на эту звезду. Она была вблизи звезд, которые с античных времен причислены к астеризму Кассиопея». Вначале звезда была такой же яркой, как Венера, а затем стала постепенно тускнеть, пока совсем не исчезла через полтора года.
Уже давно было замечено, что Луна довольно близка к Земле, поскольку она смещается относительно звезд при изменении положения наблюдателя в результате вращения Земли. Точные наблюдения Браге показали, что «новая» звезда не сдвинулась относительно звезд Кассиопеи ни в течение суток, ни за более длительное время. Браге решил, что эта звезда расположена гораздо дальше Луны и фактически она находится на сфере неподвижных звезд. Он написал книжечку об этом явлении, где говорилось, что вначале он не поверил собственным наблюдениям, так как философы, последователи Аристотеля, утверждали, что не может быть никаких изменений в эфирной зоне небес. Несмотря на это, новая звезда ясно показала, что небеса не остаются неизменными! Это важное наблюдение прославило Тихо Браге. Он продолжил свои исследования, которые сыграли критическую роль для коперниканской революции.
Комета 1557 года еще сильнее подорвала веру в идеальное небо. Наблюдения Браге убедили его, что комета блуждает гораздо дальше Луны и даже движется по траектории, которая проходит прямо сквозь хрустальную сферу, несущую Солнце. Все это противоречило традиционному мнению. Новая звезда, комета и сделанные после этого выводы показали, что довольно простые наблюдения вместе с вычислениями и рассуждениями могут снабдить нас новыми знаниями о космосе.
Иоганн Кеплер был великим строителем мировой системы, вероятно, последним, кто полагал, что математические модели Платона служат идеальным отражением физической реальности. Его семья в Германии, повидимому, оказалась далеко не идеальной для будущего серьезного ученого. Отец его был авантюристом и наемником; он исчез навсегда, когда Иоганну исполнилось 17 лет. Его матери, эксцентричной личности типа ведьмы, грозила смерть на костре за колдовство. Ее освободили из тюрьмы лишь благодаря многолетним стараниям сына, который к тому времени стал уважаемым астрономом.
Семья была бедной, но Кеплер получил стипендию для обучения в школе — даже тогда существовали стипендии для бедных, но одаренных детей. Затем он поступил в университет Тюбингена для изучения теологии. Там от математика Михаэля Местлина он узнал о новой системе мира и стал пылким поклонником Коперника. Особое впечатление произвело на него то, как движение Земли объясняло попятное движение планет.
Когда Кеплеру было 24 года, ему предложили должность профессора математики в протестантском университете города Грац, созданном несколькими годами ранее. После недолгих сомнений он согласился, хотя изучение им теологии еще не было завершено. В Тюбингене теологи могли чувствовать, что Кеплер слишком критичен для того, чтобы проповедовать. В любом случае, эта работа давала ему некоторую экономическую свободу и время для изучения космологии.
В университете молодой лектор не был популярен. В первый год преподавания у него на лекциях присутствовало всего несколько студентов, а в следующем году не оказалось ни одного. Но кроме преподавания в его обязанности входила подготовка календаря с астрономической информацией и астрологическими прогнозами.
В своем первом календаре он предсказал необычно холодную зиму и турецкое вторжение в Австрию. Предсказания сбылись, и это сделало его знаменитым.
Кеплер был увлечен исследованием структуры Вселенной, которая в то время ограничивалась Солнечной системой, окруженной сферой неподвижных звезд. Под влиянием традиции пифагорейцев он считал, что должен существовать математический закон для последовательности расстояний планет от Солнца. Было ли ключом к космической архитектуре то, что количество известных в то время планет (шесть) на единицу превосходило число правильных тел, известных Платону? В конце первого года преподавания Кеплер выдвинул блестящую идею:
сферы, по которым движутся планеты, должны быть такими, чтобы внутри и снаружи на них можно было построить тела Платона (правильные выпуклые многогранники). Поэтому то их и шесть. Он начал работать над своей первой книгой «Космографическая тайна» с описанием новой модели, согласно которой Великий Архитектор создал Вселенную с помощью пяти идеальных тел.
Каждый правильный многогранник состоит из одинаковых правильных многоугольников. Вот эти тела: куб можно собрать из шести квадратов, а три идеальных тела состоят из равносторонних треугольников — тетраэдр (4 треугольника), октаэдр и икосаэдр. А додекаэдр состоит из 12 пятиугольников. Если одну сферу плотно вложить внутрь куба, а другую описать вокруг куба, то отношение их радиусов будет равно 0,577. Октаэдр дает такое же соотношение.
Сферы икосаэдра и додекаэдра дают отношение 0,795, а сферы тетраэдр — 0,333. Эти числа чем-то напоминают отношения расстояний от Солнца соседних планет. Хотя соответствие и было далеко не идеальным, Кеплер считал, что он на верном пути. Позднее стало ясно, что идеальные тела вряд ли имеют что-то общее со строением Солнечной системы. Кроме того, увеличилось число планет. Тем не менее первая попытка Кеплера подойти к космосу с геометрических позиций сыграла важную роль в его карьере.
//www.youtube.com/watch?v=oM65Qu9nigA
]]>
Однако имеются и другие объяснения . исследования способны дать более обширные сведения о внутреннем строении и общем составе планеты, но сейсмические эксперименты по программе «Викинг» закончились почти полной неудачей. Наши знания ограничиваются после них значениями момента инерции и средней плотности (3940 кг/м3), составляющей только немного больше 70% плотности Земли. Но это различие не требует больших отклонений в валовом составе, так как вещество 
Марса-планеты, гораздо менее массивной, чем Земля,-значительно слабее сжато. (Давление внутри планеты является функцией глубины, а поскольку радиус Марса составляет только половину земного, один и тот же материал в центре Марса будет иметь гораздо меньшую плотность, чем в центре Земли.) Марс должен иметь ядро, так как его полярный момент инерции (С = 0,376) меньше, чем у твердого шара, сделанного из однородного материала (С = = 0,4). Однако марсианское ядро либо меньше земного, либо имеет меньшую плотность (для Земли С = 0,331; см. обсуждение этого вопроса в работе [).
По составу Марс, вероятно, мало отличается от Земли, а менее полное обособление железа в марсианском ядре коррелируется с его распространенностью в поверхностных породах. Это, возможно, указывает на большую окисленность вещества планеты, в результате чего в литофильном слое содержится больше железа, ядро оказывается меньше, чем у Земли, а потери летучих при аккреции также меньше при хондри- товом в целом составе. Чтобы на данном этапе сказать о Марсе больше, придется использовать какие-то модели внутреннего строения Марса и его состава, но едва ли будет правильно проверять модели аккреции с помощью геохимических моделей! Одна такая геохимическая модель, основанная на предположении о крайне окисленном валовом составе (с магнетитовым ядром), показана для интереса на , но в равной степени годятся и модели с ядром, имеющим состав Fe-FeS.
Большее содержание летучих (кислорода и, возможно, калия; см. выше) в составе Марса не является достаточным аргументом для выбора той или иной модели аккреции. По неоднородной модели мы могли бы ожидать, что на Марсе содержание летучих больше, чем на Земле, в связи с тем, что Марс-наиболее удаленная от Солнца планета земной группы. А исходя из однородной модели, можно рассуждать о том, что эта сравнительно небольшая планета должна была потерять меньше летучих во время аккреционного разогрева.
]]>
Теория бинарной совместной аккреции завоевала наиболее широкое признание главным образом по динамическим соображениям; например, легче допустить, что Земля могла захватить много мелких обломков, чем одну крупную готовую Луну. Интересно обсудить на этом фоне данные о химических различиях между Землей и Луной.
С Земли хорошо видно, что поверхность Луны делится на светлые и темные участки, которые отождествляются с разными топографическими особенностями: более светлые участки называют возвышенностями, горами и т.п., более темные — морями (когда-то думали, что это и на самом деле океанические впадины). Возвышенности сложены анортозитами и габбро-анортозитами (70-100% кальциевого плагиоклаза), имеющими возраст 4,0-4,5 млрд. лет. По-видимому, из этих пород сформировалась древняя кора Луны, а затем, при возникновении лунных морей около 4 млрд. лет назад, она была расколота, вероятно, в результате ударов крупных планетезималей. Впадины морей заполнились после этого обширными потоками базальтовой лавы, возраст которой составляет 3,2-3,9 млрд. лет, но свидетельств более поздней вулканической деятельности не обнаружено.
Базальтовые лавы дают некоторые важнейшие сведения о составе Луны, так как, подобно земным базальтам, они образуются, по-видимому, в результате частичного плавления во внутренних областях планеты. Щелочные элементы включены на рис. 5.5 в группу летучих, и в лунных базальтах они относительно истощены, тогда как содержание тугоплавких элементов повышено. Учитывая, что никель и иридий-это два тугоплавких элемента, которые в обычном случае проявляют сидерофильные тенденции, можно считать наилучшим описанием диаграммы, следующее.
По сравнению с земными базальтами в лунных базальтах летучие и сидерофильные элементы истощены, а содержание тугоплавких литофильных элементов повышено.
Выпадающее из этой закономерности обогащение лунных базальтов летучей серой связано с кристаллизацией в них троилита (FeS), тогда как в относительно богатой кислородом земной вулканической обстановке образуется газ S02, при отгонке которого остающееся железо соединяется с кислородом в кристаллическом магнетите (Fe304).Является ли специфичная геохимия лунных базальтов характеристикой той области лунных недр, где эти базальты выплавились, или же эти геохимические особенности возникли при излиянии базальтовой лавы на лунную поверхность в условиях высокого вакуума? Два вида доказательств указывают на первое. С одной стороны, значительные потери маловероятны, поскольку элементы могут улетучиваться, только оказавшись на поверхности или очень близко к ней .
]]>Здесь мы снова обращаем взор на Землю и ближайшие к ней тела Солнечной системы. Теперь наша главная задача — изучить те характеристики, которые накладывали бы полезные ограничения на модели аккреции. В частности, нас интересует то, как предсказывают эти модели состав планет и их плотность в зависимости от размера планеты и (или) от расстояния между планетой и Солнцем. 
Луна подверглись наиболее полным исследованиям, полезно начать с них, а затем провести сравнение с другими планетами.
Земля-самая плотная и самая крупная планета земной группы, и это, по всей видимости, согласуется с предсказаниями модели однородной аккреции. Чтобы провести дальнейшую проверку этого заключения, необходимо сравнить валовой состав Земли с составом первичной Солнечной туманности . Но этого сделать нельзя, так как наши знания об особенностях состава Земли ограничены непосредственными наблюдениями земной коры, которая не отражает состава всей Земли в целом. Однако с помощью геохимической теории можно оценить различия между составом хорошо изученной континентальной коры и составом протосолнечной туманности и провести заслуживающие внимания сопоставления. Видно, что соответствие между составами земной коры и солнечной атмосферы хуже, чем для хондритов.
Земная кора образовалась путем частичного плавления из литофильной мантии; эти расплавы выборочно обогащены литофильными элементами (, поэтому кора представляет собой наиболее ярко выраженную литофильную область Земли. Таким образом, неудивительно, что содержание литофильных элементов (Na, Al, Са, К, Sr, Rb, Zr, Ва и т.д.) в коре сильно повышено, а халькофильных (например, Zn, Си, Cd, Ag) и сидерофильных (Ni, Pd, Pt, Rh и Au) понижено. Заметьте, что железо попало на прямую одинаковой распространенности, а магний оказался единственным лито- фильным элементом, распространенность которого в земной коре понижена.
Особенности процессов частичного плавления в мантии таковы, что железо попадает в первые же расплавы, а магний остается в мантийном материале. Отношение Fe/Mg в мантии соответственно гораздо ниже, чем в коре, а вся литофильная зона Земли (кора плюс мантия) по сравнению с солнечной атмосферой должна быть обогащена магнием и обеднена железом.
Учитывая, что сидерофильно-халькофильное ядро составляет 32% массы Земли, а остальные 68% приходятся на литофильные кору и мантию (о чем говорилось при обсуждении плотностного разреза в гл. 3), мы можем сделать на основании анализа рис. 5.4 вывод, что валовой состав Земли, по-видимому, очень близок к составу нелетучих компонентов солнечной атмосферы и, следовательно, по рис. 4.7, к составу хондритов. Это послужило основой для разработки хондритовой модели Земли, впервые предложенной в 1950-х годах.
По этой модели валовой состав Земли отвечает составу углистых хондритов при условии, что большая часть воды и органических соединений ими потеряна. Ввиду важного значения хондритовой модели, в которой предполагается однородная аккреция, на проверку ее обоснованности и вытекающих из нее следствий было обращено большое внимание. При этом обнаружилось много осложнений, и сейчас можно сказать, что хондритовая модель должна считаться только хорошим приближением к оценке состава Земли.
В 1963 г. С. Тейлор решил сопоставить распространенность элементов в земной коре с составом высокожелезистых метеоритов (группа Н), так как имелись уже многочисленные данные об их сходстве с земными породами в следующем: 1) эти хондриты обеднены водой и органическими соединениями по сравнению с группой углистых метеоритов и 2) имеющееся в них Железо содержится в форме свободного металла и сульфида. Тейлор подсчитал долю общей распространенности каждого элемента в хондритовой (состава хондритов группы Н) Земле, отвечающую наблюдаемой распространенности данного элемента в коре.
Оказалось, что у большинства сильно литофильных элементов значительная доля их ожидаемого «обилия», в расчете на всю Землю, падает на одну только кору, но в двух случаях-по отношению к урану и торию-получилось, что кора в действительности содержит больше этих элементов , чем должно быть во всей Земле хондритового состава! Другое важное заключение относится к щелочным элементам — калию, рубидию и цезию, содержание которых в коре из-за их очень сильно выраженных литофильных тенденций должно достигать 50-100% всего своего земного «обилия». Они должны иметь в коре не меньшую концентрацию, чем, например, барий, лантан и церий, которые обладают несколько большей электроотрицательностью. Однако доля хондритовой распространенности в коре для К, Rb и Cs составляет 21, 26 и 22% соответственно, а для Ва, La и Се-93, 82 и 59%; отсюда следует, что Земля обеднена калием, рубидием и цезием относительно их содержания в хондритах примерно на две трети. Итак, из проведенного анализа следует, что Земля содержит:
а) вдвое больше U и Th, чем в хондритах группы Н;
б) только треть доли К, Rb и Cs в этих метеоритах.
Проведенный Рингвудом в 1975 г. новый анализ хондритовой модели Земли был осданные об ультраосновных породах, базальтовых магмах и т. д.. Поскольку на мантию приходится 68% массы Земли, а на кору-меньше 1%, сравнение хондритов с мантийным материалом представляется более оправданным.
Рингвуд пришел к тем же выводам, которые изложены выше, но отметил, что метеориты группы Н и большинство обычных хондритов обеднены тугоплавкими элементами, в том числе ураном и торием, по сравнению с углистыми хондритами. Кроме того, по мнению Рингвуда, как и по мнению многих других современных исследователей, Тейлор переоценил содержание U и Th в коре. Следовательно, сравнение валового состава Земли с составом углистых хондритов дает гораздо лучшее совпадение для тугоплавких элементов, но остается расхождение, связанное с обеднением щелочами.
Хотя существуют некоторые данные, что «недостающие» щелочные элементы могли попасть в ядро Земли (вследствие их возможного халькофильного поведения при высоких давлениях;, для модели однородной аккреции обеднение Земли щелочными элементами не является затруднением, так как эти элементы могли улетучиться во время аккреции вслед за водой, двуокисью углерода и т. д.
Однако данные по одной только Земле не могут опровергнуть представление о неоднородной аккреции, потому что, исходя из критериев , мы должны сравнить состав других планет с составом Земли и лишь после этого делать какие-либо определенные заявления по поводу различий в значениях Fe/Si и т.д. Такое сравнение проводится в следующих разделах.нован на предполагаемом составе мантии, а не коры.
//www.youtube.com/watch?v=kvymLTh417U
]]>