Гайд по астрономии. Путешествие к границам безграничного космоса - Уильям Уоллер

снимок Юпитера, сделанный космическим аппаратом «Кассини». Видны темные пояса, более яркие зоны, белые овалы и Большое красное пятно. Черная точка — это тень Европы, спутника Юпитера, второго по отдаленности из четырех, открытых Галилеем. (Вверху: материалы любезно предоставлены NASA / Лунно-планетный институт; внизу: материалы любезно предоставлены NASA / JPL / Аризонский университет.)

Сатурн

При взгляде в хороший телескоп вид прославленных колец Сатурна поражает воображение (рис. 4.4). Многим кажется, что перед ними предстает невозможное явление — как если бы кто-то подвесил перед телескопом модель. Сатурн во многом напоминает Юпитер: во-первых, по составу он подобен Солнцу, причем почти весь его объем приходится на водород (а вот гелия, как ни странно, очень мало). Во-вторых, он быстро вращается: одни сатурнианские сутки занимают всего 10,6 земного часа, и это стремительное вращение превратило планетную атмосферу в полосчатые циркуляционные системы, похожие на параллельные темные пояса и яркие зоны Юпитера. В-третьих, Сатурн, как и Юпитер, до сих пор излучает энергию, высвобожденную при гравитационном коллапсе его родительского облака. А кроме того, обе планеты излучают больше тепла, чем получают от Солнца.

Считается, что кольца Сатурна состоят из различных льдов, объединенных в неимоверно тонкие концентрические полосы. Возможно, сами кольца недолговечны и появляются и исчезают в масштабах примерно 100 млн лет. За их пределами вокруг планеты вращается более шестидесяти спутников, в том числе Титан — единственный спутник в Солнечной системе, обладающий плотной атмосферой, — и Энцелад, с поверхности которого извергаются жидкие гейзеры.

Рис. 4.4. Сатурн и его ледяные кольца — одно из самых потрясающих зрелищ в Солнечной системе. Поскольку ось его вращения на 27° наклонена к плоскости его орбиты, Сатурн, если смотреть с Земли, меняет свой внешний вид в течение одного сатурнианского года (29,5 земного года). Как показано на этом снимке, сделанном космическим телескопом «Хаббл», с 2000 по 2006 год система колец Сатурна из почти закрытой стала почти открытой, а в его южном полушарии настало лето. (Материалы любезно предоставлены NASA / Проект «Наследие Хаббла» / STScI.)

Ледяные гиганты

Люди античного мира знали о Меркурии, Венере, Марсе, Юпитере и Сатурне, поскольку эти планеты можно увидеть и отследить невооруженным глазом. Но лишь после того, как был создан телескоп, удалось дополнить шесть главных планет (считая и Землю) более удаленными и гораздо более тусклыми мирами. Ими стали Уран и Нептун, самые удаленные крупные планеты в Солнечной системе. Плутон гораздо меньше, и в 2006 году он был официально понижен до второстепенного статуса «карликовой планеты», в то время как поиски другой крупной «планеты Х» пока ни к чему не привели.

Уран

Уран обращается вокруг Солнца на расстоянии 19,2 а. е. — в четыре раза дальше, чем Юпитер, и вдвое дальше, чем Сатурн. Поэтому он получает 1/16 излучения, получаемого Юпитером, и 1/4 того, которое доходит до Сатурна. При равновесной температуре –208 °C аммиак и вода, присутствовавшие в атмосфере Урана, полностью замерзли и «выпали снегом». В атмосфере остался лишь избыток молекулярного водорода и газообразного метана. Метан преимущественно поглощает красный свет Солнца, отражая при этом зеленый и голубой свет, и из-за этой «пристрастной» отражательной способности видимая атмосфера Урана кажется зеленоватой.

Масса планеты (в 14 раз больше земной) и размер (в 4 раза больше земного) дают среднюю плотность 1,3 г/см3. Исходя из этих объемных свойств, планетологи заключают, что Уран содержит ядро из металла и камня, толстый промежуточный слой ледяной взвеси, внешний слой жидкого молекулярного водорода и разреженную атмосферу (рис. 4.5), так что прозвище «ледяной гигант» ему вполне подходит. Однако эти выводы сделаны совсем недавно, а до 1995 года в книгах, посвященных планетам, утверждалось, что во внутренних слоях Урана и Нептуна преобладает жидкий водород.

Об Уране мы знали очень мало, пока в 1986 году мимо него не пролетел космический зонд «Вояджер-2». Во время краткого сближения зонда с планетой удалось подтвердить, что ось вращения Урана наклонена на 98° — так, что он почти лежит на боку. Такой экстремальный наклон приводит к самым аномальным временам года в Солнечной системе. Когда северный полюс планеты направлен к Солнцу, ее северное полушарие непрерывно освещено дневным светом, а южное пребывает в постоянной темноте. Эти экстремальные периоды солнцестояния в каждом полушарии меняются местами по прошествии половины уранианского года (42 земных года). Как именно Уран перевернулся «с ног на голову», остается неясным, но многие астрономы подозревают, что его ориентацию могло изменить сильное столкновение с неким блуждающим телом размером с планету.

Рис. 4.5. Схема внутреннего строения Урана (в равной степени применимая к Нептуну) и необычные конфигурации осей вращения и магнитных полей у этих «ледяных гигантов». (Вверху: по источнику Astronomy, C. J. Peterson; внизу: по источнику NASA’s Cosmos.)

Магнитное поле Урана ведет себя еще более странно. Во-первых, его магнитная ось в направлении с севера на юг наклонена на 60° к оси вращения планеты. У Земли это смещение намного меньше — всего 11°. Напрашивается вывод, что внутренняя часть

Урана, формирующая магнитное поле, циркулирует в противоположном направлении по сравнению с его внешней поверхностью. Во-вторых, магнитная ось даже не проходит через центр планеты, а значительно смещена к одной стороне Урана. Как это может происходить, остается загадкой.

Вокруг Урана обращается свыше двадцати семи спутников, большинство из которых названы в честь вымышленных персонажей пьес Уильяма Шекспира.

Нептун

Я с теплотой вспоминаю 25 августа 1989 года, когда «Вояджер-2», проведя 12 с лишним лет в путешествиях по межпланетному пространству, наконец добрался до Нептуна. В те дни я преподавал астрономию в Вашингтонском университете в Сиэтле. Интернета тогда еще не было, а телеканалы посвящали эпохальному облету очень мало эфирного времени. К счастью, в рамках своих аудиовизуальных услуг университет предоставлял доступ к телевизионному монитору, который принимал передачи от Лаборатории реактивного движения NASA, как только Сеть дальней космической связи транслировала по радиоантеннам сигналы с «Вояджера-2».

В компании приятелей-астрономов я устроился на ковре в маленькой комнате без окон — и там своими глазами увидел первые снимки Нептуна, переданные с Нептуна. Пока они медленно, строка за строкой, выстраивались на телевизионном мониторе, черно-белые изображения показывали серую планету с отчетливым темным пятном и яркими полосами (рис. 4.6). Становилось очевидно, что Нептун напоминал Юпитер с его Большим красным пятном, только полос на нем было поменьше. Я не спал до рассвета, пока шесть часов спустя на мониторе не начали прокручиваться