Страница:
Царственный Юпитер смотрится весьма внушительно даже на фоне своих газовых собратьев. Например, Сатурн, мало уступающий ему в размерах, в три с лишним раза легче Юпитера. Видимая поверхность пятой планеты – это слой сплошной облачности из чередующихся темных и светлых поясов, окрашенных в разные цвета и простирающихся от экватора до сороковых параллелей северной и южной широты. Пестрота широтных поясов объясняется примесью различных химических соединений. Пожалуй, самая известная деталь на поверхности Юпитера – так называемое Большое красное пятно, овальное образование переменных размеров, расположенное в южной тропической зоне. В настоящее время его размеры составляют 15 000 х 30 000 километров, так что внутри красного пятна можно без труда уложить бок о бок два земных шара. Астрономы наблюдают эту загадочную структуру на протяжении 300 лет.
Некоторые ученые считали красное пятно твердым и достаточно легким телом, плавающим в верхних слоях атмосферы, но сия экстравагантная версия не нашла подтверждения. По современным представлениям, Большое красное пятно – это свободно мигрирующий атмосферный вихрь антициклонического типа, однако о происхождении этого вихря и причинах его поразительной стабильности планетологи не могут сказать ничего определенного.
Несмотря на свою увесистость, Юпитер очень резво вращается вокруг оси. Полный оборот совершается всего за 9 часов 50 минут, так что продолжительность юпитерианских суток не превышает 10 часов. А поскольку планета представляет собой нетвердое тело, скорость осевого вращения разнится в зависимости от широты, поэтому экваториальные зоны вращаются быстрее полярных. Смены времен года на Юпитере не бывает, так как плоскость его экватора практически лежит в плоскости орбиты (угол наклона составляет всего 3 градуса). Как уже говорилось, основными компонентами Юпитера, слагающими тело планеты, являются водород и гелий в соотношении 80 и 20 % соответственно (по массе). При этом исследования с помощью космических зондов показали, что верхний слой облачности, по всей вероятности, состоит из перистых аммиачных облаков, а ниже находится смесь водорода, метана и замерзших кристаллов аммиака. За счет конвективных процессов в атмосфере Юпитера формируется система устойчивых зональных течений в виде сильных ветров, дующих в одном направлении. Скорость их весьма значительна и колеблется от 50 до 150 метров в секунду. У Юпитера обнаружено мощное магнитное поле, по напряженности на порядок превосходящее магнитное поле Земли. Планету окружают протяженные радиационные пояса, а шлейф магнитосферы Юпитера можно зафиксировать даже за орбитой Сатурна.
Юпитер расположен от Солнца впятеро дальше, чем Земля, на расстоянии около 800 миллионов километров, поэтому температура внешнего облачного покрова гигантской планеты не поднимается выше минус 130 градусов по Цельсию. Однако тепловое излучение его недр вдвое превышает приток солнечного тепла, что говорит о сложных процессах, совершающихся в глубинах планеты. С глубиной давление и температура стремительно растут, достигая очень больших величин. В 1995 году окрестности Юпитера посетил американский зонд «Галилео», спускаемый аппарат которого сумел с помощью парашюта проникнуть в атмосферу газового гиганта вплоть до глубины 156 километров, в результате чего были получены ценные данные о внутреннем строении планеты. А сам зонд впервые в истории вышел на орбиту вокруг Юпитера и до 2003 года изучал планету и ее спутники. Приведу цитату из фундаментального труда «Астрономия: век XXI», выпущенного к 175-летию Государственного астрономического института им. П. К. Штернберга.
Ничуть не менее интересны и большие спутники Юпитера, которые принято называть галилеевыми, в честь открывшего их в начале XVII века итальянского физика и астронома Галилео Галилея. Их четыре – Ио, Европа, Ганимед и Каллисто, причем Ганимед – самый большой спутник в Солнечной системе; он превосходит по размерам даже Меркурий. Однако в настоящее время пристальное внимание большинства ученых привлекает второй из галилеевых спутников – Европа, как возможный кандидат на роль колыбели простейших форм жизни. Дело в том, что поверхность этой небольшой планеты (ее диаметр чуть меньше лунного) покрыта мощной ледяной корой стокилометровой толщины, а под ней лениво катит волны сплошной океан жидкой воды, глубина которого может достигать 50 километров. Подледный океан представляет собой своего рода мантию Европы, причем вполне вероятно, что вода в нем теплая, поскольку подогревается поступающим из недр планеты теплом. Таким образом, второй спутник Юпитера – единственное, кроме Земли, небесное тело Солнечной системы, не испытывающее нехватки животворной влаги.
Средняя плотность Европы приближается к плотности планет земной группы и составляет около 3 г/см3. Следовательно, 80 % ее массы приходятся на силикатные породы, слагающие разогретое ядро, а 20 % – на водяной лед (жидкая водно-ледяная мантия плюс ледовая кора). Ледовый панцирь планеты покрыт густой сетью трещин и разломов, что говорит об активных тектонических процессах, протекающих в недрах Европы. Крупные трещины простираются на тысячи километров, а их ширина колеблется от 20 до 200 километров. Не исключено, что в теплом подпанцирном океане второго спутника Юпитера могут существовать простейшие формы жизни. Некоторые ученые полагают, что наиболее благоприятные условия должны складываться не в океанских глубинах, а в области тектонических разломов на поверхности планеты. Дело в том, что из-за приливного эффекта Юпитера трещины периодически сужаются и расширяются. В последнем случае вода поднимается почти до самой поверхности, и тогда ее толщу начинает проникать солнечный свет, необходимый для поддержания жизни.
Другой спутник Юпитера – Ио – немного больше Луны и примечателен активным вулканизмом, который стимулируется приливным воздействием материнской планеты и гравитационными возмущениями его ближайших соседей – Европы и Ганимеда. Но почти целиком состоит из горных пород, а десятки действующих вулканов выбрасывают пары серы и сернистый газ на высоту в сотни километров со скоростью 1 километр в секунду. Поэтому при весьма низких средних значениях температуры на поверхности Но (минус 140 градусов по Цельсию) там можно обнаружить горячие пятна размером от 75 до 250 километров, температура которых достигает 100–300 °C. Самые крупные спутники Юпитера – Каллисто и Ганимед – наполовину состоят изо льда. Диаметр Каллисто почти равен диаметру Меркурия, а Ганимед превосходит его по размерам.
Шестая планета Солнечной системы, известная с глубокой древности, была названа в честь римского бога Сатурна, которого принято отождествлять с греческим Кроносом. Сатурн имел скверную привычку глотать своих новорожденных детей, ибо, по предсказанию Геи, его должен был лишить власти собственный сын. Избежать печальной участи удалось только младшему, Зевсу-Юпитеру, вместо которого Рея, жена Сатурна, подсунула мужу завернутый в пеленку камень. Возмужав, Юпитер учинил дворцовый переворот, а прожорливого родителя сбросил в Тартар. В старину Кронос-Сатурн символизировал неумолимое всепожирающее время. Личность, что и говорить, малоприятная, хотя и сынок с папашей тоже не особенно церемонился. Так что поэт имел полное право написать:
Сатурн удален от Солнца почти на полтора миллиарда километров – вдесятеро дальше Земли, поэтому на единицу площади он получает в 90 раз меньше солнечного тепла, а его температура на границе верхней облачности не превышает минус 120 градусов по Цельсию. Однако тепловое излучение его недр вдвое превосходит поток энергии, получаемый им от Солнца. Сатурн – водородно-гелиевый шар, но в отличие от Юпитера он содержит значительно больше водорода по сравнению с гелием – 94 % и 6 % соответственно (по объему). Орбита этого холодного гиганта представляет собой почти правильную окружность, а полный оборот вокруг Солнца он совершает за 29 с половиной лет.
Знаменитые кольца Сатурна впервые обнаружил голландский физик и астроном Христиан Гюйгенс во второй половине XVII века, а еще четверть века спустя французский астроном итальянского происхождения Дж. Кассини сумел разглядеть темную щель, разделяющую яркое плоское кольцо надвое. Внешнюю часть этого гигантского ожерелья, простирающегося почти на миллион километров, назвали кольцом А, а внутреннюю – кольцом В. Впоследствии удалось выявить еще четыре кольца – С, D, Е и F, a в 1980–1981 годах американские космические зонды «Вояджер-1» и «Вояджер-2» передали на Землю снимки Сатурна и его колец с высоким разрешением. На этих снимках отчетливо видно, что кольца Сатурна состоят из многих тысяч отдельных узких колечек. Система колец, опоясывающая шестую планету, – это мириады каменных и ледяных обломков самой различной величины и формы.
Сатурн столь же полосат, как и Юпитер, но из-за низких температур, вымораживающих пары аммиака с образованием густого тумана, его широтные пояса видны не так отчетливо. Близ северного полюса обнаруживается гигантский атмосферный вихрь овальной формы размером с Землю, получивший название Большого коричневого пятна. В атмосфере Сатурна дуют сильные зональные ветра, скорость которых – от 100 до 500 метров в секунду в зависимости от широты. Подобно Юпитеру, Сатурн обладает мощным магнитным полем, ось которого совпадает с осью вращения планеты.
Из 56 лун Сатурна наибольший интерес представляет его крупнейший спутник – Титан, немного уступающий Ганимеду, но превосходящий по размерам Меркурий. Его диаметр составляет 5150 километров, но разглядеть детали на поверхности планеты не представляется возможным из-за плотной атмосферы, давление которой в полтора раза больше, чем на Земле на уровне моря. Атмосфера Титана почти целиком состоит из азота (98,4 %), а на долю метана приходится всего лишь 1,6 %. Кроме того, в ней обнаруживаются примеси пропана, этана, ацетилена, аргона, гелия, окиси и двуокиси углерода и некоторых других газов. Температура верхних атмосферных слоев приближается к минус 120 градусам по Цельсию, тогда как температура поверхности планеты много ниже и составляет минус 179 градусов, что объясняется своеобразным антипарниковым эффектом (густой туман рассеивает и отражает солнечные лучи). Между прочим, если бы человек каким-то чудом оказался на Титане, он, по всей вероятности, сумел бы запросто парить в его очень плотной атмосфере, прицепив к рукам крылья наподобие греческого Икара, поскольку сила тяжести на поверхности крупнейшей луны Сатурна в семь раз меньше земной.
До недавнего времени ученые полагали, что под облачной шубой Титана может скрываться океан километровой глубины из этана, метана и азота, однако данные, полученные автоматической станцией «Кассини», посетившей окрестности Сатурна и сделавшейся его искусственным спутником, заставили пересмотреть это мнение. В начале 2005 года «Кассини» отстрелила зонд «Гюйгенс», который вошел в атмосферу Титана и с помощью парашюта совершил мягкую посадку на его поверхность. Оказалось, что жидкости на Титане весьма негусто: пока удалось найти лишь сравнительно небольшие углеводородные озера в районе северного полюса. После «прититанивания» «Гюйгенса» эта планета стала единственным спутником в Солнечной системе (не считая, разумеется, Луны), на поверхность которой опустился космический зонд. А станция «Кассини» продолжает исправно трудиться на орбите Сатурна до сих пор.
До второй половины XVIII века никто и никогда не появлялся на свет под знаком Урана, ибо наши предки не ведали о существовании этого небесного тела. Седьмая планета Солнечной системы была открыта в 1781 году англичанином Вильямом Гершелем, за что он удостоился звания придворного астронома с окладом в 200 фунтов. Новичка почти сразу же окрестили Ураном, что было вполне естественно: раз Сатурн приходится Юпитеру родным папой, то очередную планету следовало назвать в честь дедушки.
Уран кружится вокруг Солнца на расстоянии около 3 миллиардов километров, совершая полный оборот за 84 года со скоростью почти 7 километров в секунду (орбитальная скорость Земли – 29 километров в секунду). Ничего удивительного в этом нет, ибо чем дальше планета отстоит от Солнца, тем медленнее она вращается – так гласит третий закон Кеплера. А вот осевое вращение Урана вполне уникально: плоскость его экватора наклонена к плоскости орбиты под углом 98 градусов, так что он вращается вокруг оси практически лежа на боку. Поэтому продолжительность дня и ночи на седьмой планете намного превышает период ее осевого вращения. Солнце, которое с поверхности Урана выглядит яркой звездой, медленно, в течение 21 земного года, поднимается в небе, а достигнув зенита, еще 21 год неторопливо ползет вниз, пока не скроется за горизонтом. Наступает 42-летняя ночь. Так обстоит дело на полюсах, где продолжительность дня и ночи составляет по 42 года. На широте 30 градусов день и ночь длятся по 14 лет, а на широте 60 градусов – по 28. Период осевого вращения Урана равняется в среднем 15 часам, ощутимо меняясь в зависимости от широты.
Как и другие планеты-гиганты, Уран представляет собой огромный газовый шар, на 85 % состоящий из водорода, на 12 % – из гелия и на 2,3 % – из метана. Его средняя плотность лишь немного превышает плотность воды и составляет 1,3 г/см, а масса в 14,5 раза больше массы Земли. По размерам седьмая планета заметно уступает Юпитеру и Сатурну, однако ее диаметр (около 51 120 километров) в четыре раза превышает земной. Уран – очень холодный мир. Температура его поверхности почти не меняется по широте, но значительно колеблется в зависимости от глубины – от минус 210 градусов Цельсия на уровне верхней облачности до минус 170 градусов в подоблачном слое. В отличие от других газовых гигантов, Уран практически не имеет внутренних источников тепла. У седьмой планеты обнаружено мощное магнитное поле и девять очень узких и плотных колец, почти не отражающих солнечного света. До настоящего времени в окрестностях Урана побывал один-единственный космический зонд – «Вояджер-2», стремительно пролетевший мимо него январе 1986 года.
А что может сказать наука о потрохах лежащего на боку дедушки? В книге «Астрономия: век XXI» читаем:
Нептун был открыт в 1846 году «на кончике пера» французским астрономом Леверье. Обнаружив аномалии в орбитальном движении Урана, он предположил, что на седьмую планету Солнечной системы оказывает влияние неизвестное массивное тело, и точно рассчитал его положение на небосводе. Руководствуясь вычислениями Леверье, немецкие астрономы Галле и Д'Арре без труда отыскали восьмую планету, которая обнаружилась в точке небесной сферы, указанной прозорливым французом. Это было полное торжество классической механики Ньютона.
Новую планету решено было назвать Нептуном (он же греческий Посейдон) в честь древнеримского покровителя морской стихии. Повелевающий бурями Нептун приходился родным братом Юпитеру, вместе с которым он поделил господство над миром после низвержения титанов. По жребию ему досталось в удел море, тогда как венценосный громовержец обосновался на Олимпе и стал управлять горними высями. Их третий единоутробный отпрыск – ужасный Аид (другое его имя – Плутон) – поселился во «мрачных пропастях земли» и сделался владыкой царства мертвых.
С момента открытия восьмой планеты Солнечной системы прошло больше полутора веков, но один нептуновский год минет только в 2011 году, так как Нептун, удаленный от Солнца на 4 с половиной миллиарда километров (или 30 астрономических единиц), совершает полный цикл за 165 земных лет. По своим физическим параметрам он мало отличается от Урана, немного уступая ему в размерах (диаметр Нептуна составляет почти 49 530 километров), но ощутимо превосходя по массе (17 масс нашей планеты), что объясняется его большей средней плотностью (примерно 1,64 г/см3). От Солнца Нептун получает в 900 раз меньше тепла, чем Земля. Однако в отличие от спокойного Урана интенсивность теплового излучение недр восьмой планеты почти втрое превышает приток солнечной энергии извне. Этот феномен связывают с распадом тяжелых радионуклидов в ядре планеты.
Из-за огромной удаленности Нептуна изучение его поверхности сопряжено со значительными трудностями. Однако голь на выдумки хитра. Воспользовавшись уникальным взаимным расположением Земли и планет-гигантов, космический зонд «Вояджер-2» умудрился проскользнуть в 1989 году на расстоянии 5000 километров от Нептуна, сумев разглядеть некоторые детали его облачной шубы. В южном полушарии планеты обнаружено Большое темное пятно размером с Землю, стремительно дрейфующее в западном направлении со скоростью 325 метров в секунду. Ветра, дующие в атмосфере Нептуна, тоже не фунт изюму: их скорость достигает 400–700 метров в секунду. Земные ураганы, срывающие кровли с домов и опрокидывающие железнодорожные составы, на этом фоне не более чем ласковый морской бриз. У планеты выявлено магнитное поле, в два раза уступающее по мощности магнитному полю Урана, а также система колец, некоторые из которых представляют собой незамкнутые образования наподобие арок.
Как и все остальные газовые гиганты, Нептун – водородно-гелиевый мир, причем на долю гелия приходится не более 15 %, а метана и того меньше – около 1 %. Специалисты предполагают, что под облачным слоем лежит обширный водяной океан, насыщенный ионами различных химических элементов.
В. Г. Сурдин, один из авторов работы «Астрономия: век XXI», пишет:
Однако самая большая загадка Тритона – это его вулканическая активность. Специалистам пришлось даже придумать специальный термин – криовулканизм, то есть вулканизм при низких температурах, ибо никому в голову не могло прийти, что насквозь промерзшие миры на задворках Солнечной системы могут обладать хоть какой-то вулканической активностью. Представьте себе гейзер, взламывающий азотный лед на поверхности планеты и взлетающий на высоту до 8 километров. При этом толщина столба тоже весьма нехилая – от 20 метров до 2 километров. Вспорхнувшая в поднебесье струя развеивается ветрами (у Тритона есть разреженная атмосфера, состоящая из азота, небольшого количества метана и водорода) и превращается в шлейфы, тянущиеся на 150 километров.
Тритон на 70 % сложен из силикатов и на 30 % изо льдов, в состав которых входят азот, окись углерода и метан. Криовулканизм внятного объяснения пока не получил, но некоторые ученые полагают, что он может быть связан с приливным разогревом поверхности планеты, а также с проникновением солнечной радиации через полупрозрачные верхние слои льда.
По сравнению с Тритоном, который лишь немногим меньше Луны, Нереида, имеющая в поперечнике какие-то жалкие 340 километров, смотрится совершенной крохой. Тем не менее это третий по величине спутник Нептуна, прежде всего интересный тем, что обращается вокруг материнской планеты по чрезвычайно вытянутой орбите с эксцентриситетом около 0,75. Такие орбиты сплошь и рядом встречаются у комет, которые то приближаются к Солнцу, истаивая в пламени его хромосферы, то улетают во мрак и холод далеких окраин Солнечной системы.
Девять или десять?
Некоторые ученые считали красное пятно твердым и достаточно легким телом, плавающим в верхних слоях атмосферы, но сия экстравагантная версия не нашла подтверждения. По современным представлениям, Большое красное пятно – это свободно мигрирующий атмосферный вихрь антициклонического типа, однако о происхождении этого вихря и причинах его поразительной стабильности планетологи не могут сказать ничего определенного.
Несмотря на свою увесистость, Юпитер очень резво вращается вокруг оси. Полный оборот совершается всего за 9 часов 50 минут, так что продолжительность юпитерианских суток не превышает 10 часов. А поскольку планета представляет собой нетвердое тело, скорость осевого вращения разнится в зависимости от широты, поэтому экваториальные зоны вращаются быстрее полярных. Смены времен года на Юпитере не бывает, так как плоскость его экватора практически лежит в плоскости орбиты (угол наклона составляет всего 3 градуса). Как уже говорилось, основными компонентами Юпитера, слагающими тело планеты, являются водород и гелий в соотношении 80 и 20 % соответственно (по массе). При этом исследования с помощью космических зондов показали, что верхний слой облачности, по всей вероятности, состоит из перистых аммиачных облаков, а ниже находится смесь водорода, метана и замерзших кристаллов аммиака. За счет конвективных процессов в атмосфере Юпитера формируется система устойчивых зональных течений в виде сильных ветров, дующих в одном направлении. Скорость их весьма значительна и колеблется от 50 до 150 метров в секунду. У Юпитера обнаружено мощное магнитное поле, по напряженности на порядок превосходящее магнитное поле Земли. Планету окружают протяженные радиационные пояса, а шлейф магнитосферы Юпитера можно зафиксировать даже за орбитой Сатурна.
Юпитер расположен от Солнца впятеро дальше, чем Земля, на расстоянии около 800 миллионов километров, поэтому температура внешнего облачного покрова гигантской планеты не поднимается выше минус 130 градусов по Цельсию. Однако тепловое излучение его недр вдвое превышает приток солнечного тепла, что говорит о сложных процессах, совершающихся в глубинах планеты. С глубиной давление и температура стремительно растут, достигая очень больших величин. В 1995 году окрестности Юпитера посетил американский зонд «Галилео», спускаемый аппарат которого сумел с помощью парашюта проникнуть в атмосферу газового гиганта вплоть до глубины 156 километров, в результате чего были получены ценные данные о внутреннем строении планеты. А сам зонд впервые в истории вышел на орбиту вокруг Юпитера и до 2003 года изучал планету и ее спутники. Приведу цитату из фундаментального труда «Астрономия: век XXI», выпущенного к 175-летию Государственного астрономического института им. П. К. Штернберга.
На основе данных, полученных космическими зондами, и теоретических расчетов построены математические модели облачного покрова Юпитера и уточнены представления о его внутреннем строении. В несколько упрощенном виде Юпитер можно представить в виде оболочек с плотностью, возрастающей по направлению к центру планеты. На дне атмосферы толщиной 1500 км, плотность которой быстро растет с глубиной, находится слой газо-жидкого водорода толщиной около 7000 км. На уровне 0,9 радиуса планеты, где давление составляет 0,7 Мбар (то есть в 700 000 раз больше земного. – Л. Ш.), а температура около 6500 К, водород переходит в жидко-молекулярное состояние, а еще через 8000 км – в жидкое металлическое состояние. Наряду с водородом и гелием в состав слоев входит небольшое количество тяжелых элементов. Внутреннее ядро диаметром 25 000 км – металлосиликатное, включающее также воду, аммиак и метан. Температура в центре составляет 23 000 К, а давление – 50 Мбар. Похожее строение имеет и Сатурн.Ясно: Юпитер – это мир, так отличающийся от нашего, что было бы чересчур опрометчиво с порога отвергать возможность существования необычных форм жизни в недрах огромной планеты. В атмосфере Юпитера обнаружены кислород, азот и углерод, причем содержание кислорода, по некоторым оценкам, может в 5 – 10 раз превышать солнечное. И хотя поиски воды дают самые противоречивые результаты, вопрос о присутствии водяных паров в атмосфере пятой планеты окончательно не решен. Во всяком случае, наличие короткоживущих кучевых облаков в окрестностях Большого красного пятна заставляет о многом задуматься.
Ничуть не менее интересны и большие спутники Юпитера, которые принято называть галилеевыми, в честь открывшего их в начале XVII века итальянского физика и астронома Галилео Галилея. Их четыре – Ио, Европа, Ганимед и Каллисто, причем Ганимед – самый большой спутник в Солнечной системе; он превосходит по размерам даже Меркурий. Однако в настоящее время пристальное внимание большинства ученых привлекает второй из галилеевых спутников – Европа, как возможный кандидат на роль колыбели простейших форм жизни. Дело в том, что поверхность этой небольшой планеты (ее диаметр чуть меньше лунного) покрыта мощной ледяной корой стокилометровой толщины, а под ней лениво катит волны сплошной океан жидкой воды, глубина которого может достигать 50 километров. Подледный океан представляет собой своего рода мантию Европы, причем вполне вероятно, что вода в нем теплая, поскольку подогревается поступающим из недр планеты теплом. Таким образом, второй спутник Юпитера – единственное, кроме Земли, небесное тело Солнечной системы, не испытывающее нехватки животворной влаги.
Средняя плотность Европы приближается к плотности планет земной группы и составляет около 3 г/см3. Следовательно, 80 % ее массы приходятся на силикатные породы, слагающие разогретое ядро, а 20 % – на водяной лед (жидкая водно-ледяная мантия плюс ледовая кора). Ледовый панцирь планеты покрыт густой сетью трещин и разломов, что говорит об активных тектонических процессах, протекающих в недрах Европы. Крупные трещины простираются на тысячи километров, а их ширина колеблется от 20 до 200 километров. Не исключено, что в теплом подпанцирном океане второго спутника Юпитера могут существовать простейшие формы жизни. Некоторые ученые полагают, что наиболее благоприятные условия должны складываться не в океанских глубинах, а в области тектонических разломов на поверхности планеты. Дело в том, что из-за приливного эффекта Юпитера трещины периодически сужаются и расширяются. В последнем случае вода поднимается почти до самой поверхности, и тогда ее толщу начинает проникать солнечный свет, необходимый для поддержания жизни.
Другой спутник Юпитера – Ио – немного больше Луны и примечателен активным вулканизмом, который стимулируется приливным воздействием материнской планеты и гравитационными возмущениями его ближайших соседей – Европы и Ганимеда. Но почти целиком состоит из горных пород, а десятки действующих вулканов выбрасывают пары серы и сернистый газ на высоту в сотни километров со скоростью 1 километр в секунду. Поэтому при весьма низких средних значениях температуры на поверхности Но (минус 140 градусов по Цельсию) там можно обнаружить горячие пятна размером от 75 до 250 километров, температура которых достигает 100–300 °C. Самые крупные спутники Юпитера – Каллисто и Ганимед – наполовину состоят изо льда. Диаметр Каллисто почти равен диаметру Меркурия, а Ганимед превосходит его по размерам.
Шестая планета Солнечной системы, известная с глубокой древности, была названа в честь римского бога Сатурна, которого принято отождествлять с греческим Кроносом. Сатурн имел скверную привычку глотать своих новорожденных детей, ибо, по предсказанию Геи, его должен был лишить власти собственный сын. Избежать печальной участи удалось только младшему, Зевсу-Юпитеру, вместо которого Рея, жена Сатурна, подсунула мужу завернутый в пеленку камень. Возмужав, Юпитер учинил дворцовый переворот, а прожорливого родителя сбросил в Тартар. В старину Кронос-Сатурн символизировал неумолимое всепожирающее время. Личность, что и говорить, малоприятная, хотя и сынок с папашей тоже не особенно церемонился. Так что поэт имел полное право написать:
Подобно Юпитеру, Сатурн представляет собой огромный газовый шар, стремительно вращающийся вокруг оси. Сутки на поверхности Сатурна продолжаются 10 часов 40 минут. Хотя Сатурн не очень сильно уступает Юпитеру в размерах (его диаметр всего на 20 с небольшим тысяч километров меньше, чем у царя планет, и составляет 120 500 километров), он в три с лишним раза легче него, однако в 95 раз массивнее Земли. Это объясняется уникально низкой средней плотностью шестой планеты: она меньше плотности воды и составляет 0,7 г/см3 против 1,33 г/см3у Юпитера, то есть почти вдвое ниже. Сатурн не способен утонуть даже в керосине.
А к полночи восходит на востоке
Мертвец Сатурн и блещет, как свинец.
Поистине зловещи и жестоки
Твои дела, Творец!
Сатурн удален от Солнца почти на полтора миллиарда километров – вдесятеро дальше Земли, поэтому на единицу площади он получает в 90 раз меньше солнечного тепла, а его температура на границе верхней облачности не превышает минус 120 градусов по Цельсию. Однако тепловое излучение его недр вдвое превосходит поток энергии, получаемый им от Солнца. Сатурн – водородно-гелиевый шар, но в отличие от Юпитера он содержит значительно больше водорода по сравнению с гелием – 94 % и 6 % соответственно (по объему). Орбита этого холодного гиганта представляет собой почти правильную окружность, а полный оборот вокруг Солнца он совершает за 29 с половиной лет.
Знаменитые кольца Сатурна впервые обнаружил голландский физик и астроном Христиан Гюйгенс во второй половине XVII века, а еще четверть века спустя французский астроном итальянского происхождения Дж. Кассини сумел разглядеть темную щель, разделяющую яркое плоское кольцо надвое. Внешнюю часть этого гигантского ожерелья, простирающегося почти на миллион километров, назвали кольцом А, а внутреннюю – кольцом В. Впоследствии удалось выявить еще четыре кольца – С, D, Е и F, a в 1980–1981 годах американские космические зонды «Вояджер-1» и «Вояджер-2» передали на Землю снимки Сатурна и его колец с высоким разрешением. На этих снимках отчетливо видно, что кольца Сатурна состоят из многих тысяч отдельных узких колечек. Система колец, опоясывающая шестую планету, – это мириады каменных и ледяных обломков самой различной величины и формы.
Сатурн столь же полосат, как и Юпитер, но из-за низких температур, вымораживающих пары аммиака с образованием густого тумана, его широтные пояса видны не так отчетливо. Близ северного полюса обнаруживается гигантский атмосферный вихрь овальной формы размером с Землю, получивший название Большого коричневого пятна. В атмосфере Сатурна дуют сильные зональные ветра, скорость которых – от 100 до 500 метров в секунду в зависимости от широты. Подобно Юпитеру, Сатурн обладает мощным магнитным полем, ось которого совпадает с осью вращения планеты.
Из 56 лун Сатурна наибольший интерес представляет его крупнейший спутник – Титан, немного уступающий Ганимеду, но превосходящий по размерам Меркурий. Его диаметр составляет 5150 километров, но разглядеть детали на поверхности планеты не представляется возможным из-за плотной атмосферы, давление которой в полтора раза больше, чем на Земле на уровне моря. Атмосфера Титана почти целиком состоит из азота (98,4 %), а на долю метана приходится всего лишь 1,6 %. Кроме того, в ней обнаруживаются примеси пропана, этана, ацетилена, аргона, гелия, окиси и двуокиси углерода и некоторых других газов. Температура верхних атмосферных слоев приближается к минус 120 градусам по Цельсию, тогда как температура поверхности планеты много ниже и составляет минус 179 градусов, что объясняется своеобразным антипарниковым эффектом (густой туман рассеивает и отражает солнечные лучи). Между прочим, если бы человек каким-то чудом оказался на Титане, он, по всей вероятности, сумел бы запросто парить в его очень плотной атмосфере, прицепив к рукам крылья наподобие греческого Икара, поскольку сила тяжести на поверхности крупнейшей луны Сатурна в семь раз меньше земной.
До недавнего времени ученые полагали, что под облачной шубой Титана может скрываться океан километровой глубины из этана, метана и азота, однако данные, полученные автоматической станцией «Кассини», посетившей окрестности Сатурна и сделавшейся его искусственным спутником, заставили пересмотреть это мнение. В начале 2005 года «Кассини» отстрелила зонд «Гюйгенс», который вошел в атмосферу Титана и с помощью парашюта совершил мягкую посадку на его поверхность. Оказалось, что жидкости на Титане весьма негусто: пока удалось найти лишь сравнительно небольшие углеводородные озера в районе северного полюса. После «прититанивания» «Гюйгенса» эта планета стала единственным спутником в Солнечной системе (не считая, разумеется, Луны), на поверхность которой опустился космический зонд. А станция «Кассини» продолжает исправно трудиться на орбите Сатурна до сих пор.
До второй половины XVIII века никто и никогда не появлялся на свет под знаком Урана, ибо наши предки не ведали о существовании этого небесного тела. Седьмая планета Солнечной системы была открыта в 1781 году англичанином Вильямом Гершелем, за что он удостоился звания придворного астронома с окладом в 200 фунтов. Новичка почти сразу же окрестили Ураном, что было вполне естественно: раз Сатурн приходится Юпитеру родным папой, то очередную планету следовало назвать в честь дедушки.
Уран кружится вокруг Солнца на расстоянии около 3 миллиардов километров, совершая полный оборот за 84 года со скоростью почти 7 километров в секунду (орбитальная скорость Земли – 29 километров в секунду). Ничего удивительного в этом нет, ибо чем дальше планета отстоит от Солнца, тем медленнее она вращается – так гласит третий закон Кеплера. А вот осевое вращение Урана вполне уникально: плоскость его экватора наклонена к плоскости орбиты под углом 98 градусов, так что он вращается вокруг оси практически лежа на боку. Поэтому продолжительность дня и ночи на седьмой планете намного превышает период ее осевого вращения. Солнце, которое с поверхности Урана выглядит яркой звездой, медленно, в течение 21 земного года, поднимается в небе, а достигнув зенита, еще 21 год неторопливо ползет вниз, пока не скроется за горизонтом. Наступает 42-летняя ночь. Так обстоит дело на полюсах, где продолжительность дня и ночи составляет по 42 года. На широте 30 градусов день и ночь длятся по 14 лет, а на широте 60 градусов – по 28. Период осевого вращения Урана равняется в среднем 15 часам, ощутимо меняясь в зависимости от широты.
Как и другие планеты-гиганты, Уран представляет собой огромный газовый шар, на 85 % состоящий из водорода, на 12 % – из гелия и на 2,3 % – из метана. Его средняя плотность лишь немного превышает плотность воды и составляет 1,3 г/см, а масса в 14,5 раза больше массы Земли. По размерам седьмая планета заметно уступает Юпитеру и Сатурну, однако ее диаметр (около 51 120 километров) в четыре раза превышает земной. Уран – очень холодный мир. Температура его поверхности почти не меняется по широте, но значительно колеблется в зависимости от глубины – от минус 210 градусов Цельсия на уровне верхней облачности до минус 170 градусов в подоблачном слое. В отличие от других газовых гигантов, Уран практически не имеет внутренних источников тепла. У седьмой планеты обнаружено мощное магнитное поле и девять очень узких и плотных колец, почти не отражающих солнечного света. До настоящего времени в окрестностях Урана побывал один-единственный космический зонд – «Вояджер-2», стремительно пролетевший мимо него январе 1986 года.
А что может сказать наука о потрохах лежащего на боку дедушки? В книге «Астрономия: век XXI» читаем:
Согласно модели внутреннего строения Урана, в центре температура планеты должна быть ниже, чем у Юпитера и Сатурна, но выше, чем у Земли, – около 7200 К, а давление около 8 миллионов бар. Над большим ядром, состоящим из металлов, силикатов, льдов аммиака и метана и занимающим около 0,3 радиуса планеты, должна находиться мантия из смеси водяного и аммиачно-метанового льдов. На уровне 0,7 радиуса от центра начинается газовая оболочка из водорода и гелия.Уран сопровождают 27 спутников, крупнейший из которых, Титания, имеет диаметр 1580 километров. Средняя суточная температура поверхности спутников, на 60 % состоящих изо льда, исключительно низка – менее 60 К (минус 213 градусов по Цельсию). Водяной лед при такой температуре превращается в твердый минерал.
Нептун был открыт в 1846 году «на кончике пера» французским астрономом Леверье. Обнаружив аномалии в орбитальном движении Урана, он предположил, что на седьмую планету Солнечной системы оказывает влияние неизвестное массивное тело, и точно рассчитал его положение на небосводе. Руководствуясь вычислениями Леверье, немецкие астрономы Галле и Д'Арре без труда отыскали восьмую планету, которая обнаружилась в точке небесной сферы, указанной прозорливым французом. Это было полное торжество классической механики Ньютона.
Новую планету решено было назвать Нептуном (он же греческий Посейдон) в честь древнеримского покровителя морской стихии. Повелевающий бурями Нептун приходился родным братом Юпитеру, вместе с которым он поделил господство над миром после низвержения титанов. По жребию ему досталось в удел море, тогда как венценосный громовержец обосновался на Олимпе и стал управлять горними высями. Их третий единоутробный отпрыск – ужасный Аид (другое его имя – Плутон) – поселился во «мрачных пропастях земли» и сделался владыкой царства мертвых.
С момента открытия восьмой планеты Солнечной системы прошло больше полутора веков, но один нептуновский год минет только в 2011 году, так как Нептун, удаленный от Солнца на 4 с половиной миллиарда километров (или 30 астрономических единиц), совершает полный цикл за 165 земных лет. По своим физическим параметрам он мало отличается от Урана, немного уступая ему в размерах (диаметр Нептуна составляет почти 49 530 километров), но ощутимо превосходя по массе (17 масс нашей планеты), что объясняется его большей средней плотностью (примерно 1,64 г/см3). От Солнца Нептун получает в 900 раз меньше тепла, чем Земля. Однако в отличие от спокойного Урана интенсивность теплового излучение недр восьмой планеты почти втрое превышает приток солнечной энергии извне. Этот феномен связывают с распадом тяжелых радионуклидов в ядре планеты.
Из-за огромной удаленности Нептуна изучение его поверхности сопряжено со значительными трудностями. Однако голь на выдумки хитра. Воспользовавшись уникальным взаимным расположением Земли и планет-гигантов, космический зонд «Вояджер-2» умудрился проскользнуть в 1989 году на расстоянии 5000 километров от Нептуна, сумев разглядеть некоторые детали его облачной шубы. В южном полушарии планеты обнаружено Большое темное пятно размером с Землю, стремительно дрейфующее в западном направлении со скоростью 325 метров в секунду. Ветра, дующие в атмосфере Нептуна, тоже не фунт изюму: их скорость достигает 400–700 метров в секунду. Земные ураганы, срывающие кровли с домов и опрокидывающие железнодорожные составы, на этом фоне не более чем ласковый морской бриз. У планеты выявлено магнитное поле, в два раза уступающее по мощности магнитному полю Урана, а также система колец, некоторые из которых представляют собой незамкнутые образования наподобие арок.
Как и все остальные газовые гиганты, Нептун – водородно-гелиевый мир, причем на долю гелия приходится не более 15 %, а метана и того меньше – около 1 %. Специалисты предполагают, что под облачным слоем лежит обширный водяной океан, насыщенный ионами различных химических элементов.
В. Г. Сурдин, один из авторов работы «Астрономия: век XXI», пишет:
Значительное количество метана, по-видимому, содержится глубже, в ледяной мантии планеты. Даже при температуре в тысячи градусов при давлении в 1 Мбар (один миллион бар, т. е. в миллион раз больше, чем на поверхности Земли. – Л. Ш.) смесь воды, метана и аммиака может образовывать твердые льды. На долю горячей ледяной мантии, вероятно, приходится 70 % массы всей планеты. Около 25 % массы Нептуна должно, по расчетам, принадлежать ядру, состоящему из окислов кремния, магния, железа и его соединений, а также каменных пород. Модель внутреннего строения планеты показывает, что давление в ее центре около 7 Мбар, а температура – около 7000 К.У Нептуна имеется 13 спутников, но наиболее примечателен крупнейший из них – Тритон, имеющий в поперечнике 2705 километров. Обращаясь вокруг материнской планеты на расстоянии 355 тысяч километров (примерно такое же расстояние отделяет Луну от Земли), он единственный из всех спутников Нептуна движется по орбите в обратном направлении. Температура поверхности Тритона не превышает 38 градусов Кельвина (минус 23 градуса Цельсия) и представляет собой трещиноватую равнину, напоминающую дынную корку. Предполагается, что под ледовым панцирем толщиной около 200 километров лежит водный океан 150-километровой глубины, насыщенный аммиаком, метаном и солями.
Однако самая большая загадка Тритона – это его вулканическая активность. Специалистам пришлось даже придумать специальный термин – криовулканизм, то есть вулканизм при низких температурах, ибо никому в голову не могло прийти, что насквозь промерзшие миры на задворках Солнечной системы могут обладать хоть какой-то вулканической активностью. Представьте себе гейзер, взламывающий азотный лед на поверхности планеты и взлетающий на высоту до 8 километров. При этом толщина столба тоже весьма нехилая – от 20 метров до 2 километров. Вспорхнувшая в поднебесье струя развеивается ветрами (у Тритона есть разреженная атмосфера, состоящая из азота, небольшого количества метана и водорода) и превращается в шлейфы, тянущиеся на 150 километров.
Тритон на 70 % сложен из силикатов и на 30 % изо льдов, в состав которых входят азот, окись углерода и метан. Криовулканизм внятного объяснения пока не получил, но некоторые ученые полагают, что он может быть связан с приливным разогревом поверхности планеты, а также с проникновением солнечной радиации через полупрозрачные верхние слои льда.
По сравнению с Тритоном, который лишь немногим меньше Луны, Нереида, имеющая в поперечнике какие-то жалкие 340 километров, смотрится совершенной крохой. Тем не менее это третий по величине спутник Нептуна, прежде всего интересный тем, что обращается вокруг материнской планеты по чрезвычайно вытянутой орбите с эксцентриситетом около 0,75. Такие орбиты сплошь и рядом встречаются у комет, которые то приближаются к Солнцу, истаивая в пламени его хромосферы, то улетают во мрак и холод далеких окраин Солнечной системы.
Девять или десять?
– Скажи, Гоги, сколько будет четырежды два?
– Семь, учитель.
– Где-то так, Гоги, где-то так... Семь, восемь...
Анекдот
Девятая планета кружится в такой несусветной дали, что разглядеть ее в небесах до начала XX столетия было решительно невозможно. Даже световому лучу, пробегающему расстояние от Земли до Солнца всего-навсего за восемь минут, требуется пять с половиной часов, чтобы с грехом пополам доползти до Плутона. Плутон отыскали совсем недавно – в 1930 году, и с момента его открытия прошло немногим более трех с половиной плутоновских месяцев, ибо полный оборот вокруг Солнца эта небольшая и очень холодная планета совершает почти за 246 земных лет. Честь открытия девятой и самой маленькой планеты Солнечной системы принадлежит американскому астроному Клайду Томбо, которому в ту пору едва-едва стукнуло 24 года. Однако судьба Плутона как-то сразу же не задалась. Беднягу то вышибали с позором из членов планетного семейства, то вновь принимали обратно под гром рукоплесканий. Эта бестолковая чехарда продолжалась довольно долго, пока в августе 2006 года на Генеральной ассамблее Международного астрономического союза в Праге шумные делегаты большинством голосов окончательно не лишили многострадальный Плутон почетного статуса классической планеты и не поместили его вместе со спутником Хароном в группу так называемых транснептуновых объектов (ТНО). Основными причинами столь возмутительной дискриминации стали малые размеры девятой планеты и некоторые особенности ее орбиты. Плутон – самая маленькая планета Солнечной системы (всего 2300 километров в диаметре, то есть в полтора раза меньше Луны), однако площадь его поверхности (17,9 млн км2) вполне сопоставима с территорией России.