Текст книги "Космос. Все о звёздах, планетах, космических странниках"
Автор книги: Борис Пшеничнер
Соавторы: Оксана Абрамова
сообщить о нарушении
Текущая страница: 3 (всего у книги 23 страниц)
Марс выглядит на ночном небе как яркооранжевая звезда. Цвет планеты определяют красные оксиды железа, присутствующие в поверхностных породах.
С точки зрения топографии Марс на сегодняшний день – одно из наиболее изученных тел Солнечной системы. Основная черта марсианской «географии» – так называемая дихотомия полушарий. Поверхность планеты состоит как бы из двух контрастных частей: южное полушарие покрывают древние высокогорья, а в северных широтах сосредоточены более молодые равнины. Разница высот между горными и равнинными областями достигает 6 км. Почему полушария Марса так сильно отличаются друг от друга, до сих пор неясно. Возможно, такое деление связано с давней катастрофой – падением на Марс крупного астероида.
Заполненный льдом безымянный кратер Марса
Марс
Внутреннее строение планеты
У Марса атмосфера существенно более разреженна, чем воздушная оболочка Земли. По составу она напоминает атмосферу Венеры и на 95% состоит из углекислого газа. Около 4% приходится на долю азота и аргона; кислорода и водяного пара в марсианской атмосфере меньше 1%. Водяной пар и углекислый газ в марсианской атмосфере часто собираются в облака. Наблюдения с космических аппаратов показали, что на Марсе встречается облачность самых разнообразных форм и видов: перистые, волнистые, подветренные облака (вблизи крупных гор и под склонами больших кратеров, в местах, защищенных от ветра). Над низинами (каньонами, долинами) и на дне кратеров в холодное время суток часто стоят туманы. Зимой 1979 г. в районе посадки «Викинга-2» выпал тонкий слой снега, который пролежал несколько месяцев.
Средняя температура на Марсе значительно ниже, чем на Земле, – около -40 °С. При наиболее благоприятных условиях – летним днём в районе экватора – воздух прогревается до 0 °С – приемлемая температура для жителей Земли. Но зимней ночью мороз может достигать -125 °С. Такие резкие перепады температуры вызваны тем, что разреженная атмосфера Марса не способна долго удерживать тепло.
Над поверхностью планеты часто дуют сильные ветры, скорость которых доходит до 100 м/с. Малая сила тяжести позволяет даже разреженным потокам воздуха поднимать огромные облака пыли. Иногда довольно обширные области на Марсе бывают охвачены грандиозными пылевыми бурями. Чаще всего они возникают вблизи полярных шапок. Глобальная пылевая буря на Марсе помешала фотографированию поверхности с борта зонда «Маринер-9». Она бушевала с сентября 1971 по январь 1972 г., подняв в атмосферу на высоту более 10 км около миллиарда тонн пыли.
У Марса два спутника – Фобос и Деймос, которые в 1877 г. обнаружил американский астроном Асаф Холл. Оба спутника испытывают сильное приливное воздействие со стороны Марса, поэтому всегда повёрнуты к нему одной стороной. Фобос и Деймос движутся по почти круговым орбитам, лежащим в плоскости экватора планеты. Некоторые исследователи считают, что спутники Марса попали к нему «не по своей воле», а были захвачены из пояса астероидов.
Фобос обращается вокруг Марса на расстоянии 9400 км от центра планеты, причём скорость его обращения столь велика, что один оборот он совершает за треть марсианских суток, обгоняя суточное вращение планеты. Из-за этого Фобос восходит на западе и опускается за горизонт на востоке.
Удаление этого спутника от центра планеты составляет более 23 тыс. км, и на один оборот у него уходит почти на сутки больше, чем у Фобоса. Сильное приливное трение, возникающее вследствие близкого расположения Фобоса к Марсу, затормаживает его, и спутник медленно приближается к поверхности планеты, чтобы в конце концов упасть на неё, если к тому времени гравитационное поле Марса не разорвёт его на куски.
Юпитер
Пятая от Солнца планета – Юпитер по массе и по размеру заметно превосходит всех своих «сестёр» по Солнечной системе. В отличие от Венеры, которая из-за близости к Солнцу появляется только на рассвете и на закате, сияющий ровным белым светом Юпитер бывает виден всю ночь. Юпитер и три другие огромные холодные планеты – Сатурн, Уран и Нептун – называют планетами-гигантами или газовыми гигантами, потому что они состоят в основном из водорода и гелия. Ось вращения гиганта почти перпендикулярна плоскости его орбиты, поэтому на Юпитере нет смены времён года.
В отличие от твёрдых планет земной группы, газовые гиганты вращаются неоднородно. У Юпитера скорость вращения на экваторе равна 45 300 км/ч и уменьшается при продвижении к полюсам. Из-за быстрого вращения наблюдается заметное сжатие планеты: полярный радиус меньше экваториального на 6,5%, что составляет 4,6 тыс. км.
Интересно, что в Солнечной системе только у Юпитера центр масс системы Солнце – планета находится вне Солнца и удалён от последнего приблизительно на 7% солнечного радиуса.
Масса Юпитера в 1000 раз меньше солнечной, но будь он раз в 60–80 массивнее, то вполне мог бы стать не планетой, а звездой. Однако Юпитер и так ведёт себя не совсем «нормально» для планеты: известно, что он обладает собственным источником тепла и выделяет в 2–3 раза больше энергии, чем получает от Солнца. Точный механизм этого явления пока неизвестен, это может быть следствием как постепенного сжатия планеты или опускания гелия и более тяжёлых элементов, так и процессов радиоактивного распада в недрах гиганта.
Юпитер
Внутреннее строение планеты
Юпитер обладает самой мощной атмосферой в Солнечной системе. Состав облачного покрова планеты-гиганта подобен составу всей планеты в целом, и он гораздо больше похож на солнечный, чем на нашу земную атмосферу. 75% по массе приходится на водород, 24% – на гелий, а 1% – на примеси: метан (CH4), водяной пар и аммиак (NH3). Помимо этого, в юпитерианском воздухе имеются также следы органических соединений, этана (C2H4), сероводорода (H2S), неона, кислорода, фосфина (PH3) и серы. Не очень-то «приятный» состав, если вспомнить, что аммиак многим знаком по резкому запаху нашатырного спирта, сероводород – по запаху тухлых яиц, а фосфин пахнет тухлой рыбой…
Большое Красное Пятно на Юпитере
На любой фотографии Юпитера видно, что его поверхность покрыта чередующимися тёмными и светлыми полосами правильной формы, которые со временем меняют своё расположение. Это длинные ряды туч и облаков. Полосы облачной структуры появляются из-за того, что вдоль параллелей на планете дуют ураганные ветры, скорость которых может достигать 500 км/ч, причём в смежных полосах потоки ветра направлены в противоположные стороны.
Из-за огромного удаления от «источника подогрева» – Солнца температура поверхностного слоя юпитерианских облаков опускается ниже -140 °С
Исследования атмосферы Юпитера показали, что все процессы, происходящие в ней, подобны тем, которые мы наблюдаем в земной атмосфере, только гораздо более масштабные. «Нрав» у гиганта суровый: в его атмосфере всегда идут грозы и бушуют сильные штормы, а молнии, сверкающие там, в тысячи раз мощнее земных.
Спутники и кольца Юпитера
В 1979 г. «Вояджер» обнаружил у Юпитера систему колец радиусом 129 000 км и толщиной порядка 30 км. В отличие от колец Сатурна у Юпитера они тёмные и слабо различимы, не содержат льда и состоят в основном из пыли и мелких каменных частиц, которые плохо отражают солнечные лучи. Всего колец три: два основных и одно очень тонкое внутреннее, характерного оранжевого цвета. Все они очень разреженные и расположены в плоскости экватора на высоте порядка 55 000 км над атмосферой, поэтому с Земли их можно наблюдать только в инфракрасном диапазоне. Изучение колец Юпитера показало, что источником их пополнения являются небольшие спутники планеты-гиганта.
Спутник Юпитера Ио
Самые крупные спутники Юпитера
Ударный кратер Хар на Каллисто
Естественных спутников у Юпитера к 2010 г. было известно 63, больше, чем у любой другой планеты Солнечной системы. Наземными методами к концу 1970-х гг. было открыто 13 юпитерианских лун, в 1979 г. космический аппарат «Вояджер-1» обнаружил ещё 3, а начиная с 1999 г. при помощи наземных телескопов нового поколения были открыты остальные 47 спутников, причём большинство из них – это небольшие скалистые тела неправильной формы диаметром 2–4 км.
Некоторые из малых спутников Юпитера движутся почти по одинаковым орбитам, так что они вполне могут быть остатками более крупных лун, разрушенных тяготением планеты-гиганта.
Граница орбит спутников определяется областью гравитационного притяжения планеты и удалена от неё на расстояние 52 млн. км. Внешние, наиболее удалённые от Юпитера спутники нельзя увидеть с поверхности планеты невооружённым глазом, а с самого далёкого из них газовый гигант выглядит меньше, чем Луна на нашем небе. Далёкие от планеты спутники обращаются вокруг неё в разных направлениях и вполне могут быть астероидами, захваченными гравитационным полем Юпитера.
Четыре самых крупных спутника Юпитера – Ио, Европа, Ганимед и Каллисто – были открыты Галилео Галилеем в 1610 г., поэтому впоследствии их стали называть галилеевыми. Все они движутся почти по круговым орбитам в плоскости экватора планеты. Силы приливного взаимодействия с планетой оказывают на них такое же влияние, как и на Луну с Землёй: вращение Юпитера постепенно замедляется, а спутники медленно удаляются от него, синхронизируя своё вращение с гигантом и постоянно обращаясь к нему одной и той же стороной.
Юпитер оставил свой след не только в мифах и религиях разных народов, но и в истории науки. Открытие галилеевых спутников – одно из первых, совершённых с помощью телескопа. Кроме того, Юпитер со спутниками так сильно напоминал Солнечную систему, что это сыграло определённую роль в формировании гелиоцентрической картины мира.
Каждый из галилеевых спутников по-своему примечателен. На Ио обнаружено большое количество вулканов, действующих и потухших. Выбросы диоксида серы при извержении достигают высоты 300 км, при этом основная часть газа замерзает на поверхности спутника, но некоторое его количество улетает в космос и образует кольцо, опоясывающее Юпитер. Кроме того, Ио обладает атмосферой, которая плотнее атмосферы Меркурия, хотя и в 10 млн. раз разреженнее земной. Европа покрыта водяным льдом, и вполне возможно, что под коркой толщиной 1 00 км существует тёплый океан, солёность которого близка к солёности земных океанов. Некоторые учёные даже надеются когда-нибудь обнаружить в подлёдном океане Европы примитивные формы жизни. Ганимед – самый большой спутник Юпитера и вообще в Солнечной системе. Его радиус равен 2634 км, так что по размеру он превосходит Луну и даже Меркурий. А Каллисто с радиусом 2408 км тоже близка по размеру к Меркурию и является третьим по величине спутником в Солнечной системе после Ганимеда и спутника Сатурна Титана.
* * *
Гигантский вихрь
В 1665 г. Джованни Кассини обнаружил в южном полушарии Юпитера Большое Красное Пятно. До полётов американских космических аппаратов «Вояджер» некоторые полагали, что пятно – это некое твёрдое образование, но теперь мы знаем, что это область высокого давления в атмосфере, гигантский вихрь, размеры которого существенно больше Земли.
Большое Красное Пятно – самый крупный ураган в Солнечной системе. Оно расположено на 8 км выше верхнего слоя облаков и вращается против часовой стрелки, совершая один оборот за шесть земных суток, а скорость ветра внутри него порядка 500 км/ч. Размеры Пятна постоянно меняются, в длину оно занимает 24–40 тыс. км, а в ширину – 12–14 тыс. км, но в целом пятно уменьшается: в 1880 г. Большое Красное Пятно было в два раза больше и заметно ярче, чем сейчас.
Сатурн
Шестая от Солнца планета, Сатурн, не относится к наиболее ярким объектам звёздного неба. Однако его медленно перемещающийся по ночному небосклону желтоватый немерцающий диск хорошо виден невооружённым глазом, поэтому люди наблюдали Сатурн с давних времён и считали его самой далёкой планетой.
Сатурн состоит в основном из газов и не имеет твёрдой поверхности, он относится к газовым гигантам и по размеру занимает второе место в Солнечной системе после Юпитера. Как и большинство планет, Сатурн вращается с запада на восток, причём скорости вращения на разных широтах различны: в приэкваториальных областях один оборот вокруг оси занимает 10 ч 34 мин 13 с, а в приполярных – приблизительно на 26 мин больше.
Сатурн
Внутреннее строение планеты
Сатурн расположен почти в 10 раз дальше от Солнца, чем Земля, и поэтому получает в 90 раз меньше солнечного тепла, чем наша планета. Орбита гиганта близка к круговой, но из-за её огромных размеров разность максимального и минимального расстояний от планеты до Солнца составляет порядка 160 млн. км.
Масса Сатурна в 95,2 раза превышает массу Земли. Казалось бы, это очень большая величина. Но так как объём планеты больше объёма Земли в 800 раз, то получается, что средняя плотность Сатурна составляет всего 0,69 г/ см3! Этот газовый гигант – единственная планета Солнечной системы, чья средняя плотность меньше плотности воды (которая равна 1 г/см3 при 4 °С). А это значит, что, найдись во Вселенной гигантская ванна с водой или подходящего размера океан, Сатурн плавал бы в нём и не тонул!
Верхние слои непрозрачной, очень плотной атмосферы Сатурна приблизительно на 93% по объёму состоят из водорода и на 7% – из гелия. На верхней границе облачного покрова планеты, где давление равно 0,1 атм, температура составляет около -190 °С. Хотя по земным меркам это страшный холод, имея такую температуру, Сатурн излучает в 2,5 раза больше тепла, чем принимает от Солнца. Это одна из особенностей Сатурна, свидетельствующая о том, что планета сама выделяет тепло.
На северном полюсе Сатурна хорошо видна устойчивая облачная структура в виде правильного шестиугольника – гексагена
На Сатурне дуют ураганные ветры, скорость которых вблизи экватора достигает 1800 км/ч, а это в три раза больше, чем на Юпитере! В газовом покрове Сатурна наблюдается гораздо меньше, чем на Юпитере, мелких деталей – проявлений активности атмосферы, волн и узелков, но зато облачных полос на Сатурне больше и они заметны до очень высоких широт (78°).
Кроме того, в атмосфере гиганта периодически наблюдаются мощные штормы, ураганы и пятна разных цветов (от жёлтого до коричневого). У него есть свои громадные вихри, аналоги Большого Красного Пятна на Юпитере – Большой Белый Овал, Большое Коричневое Пятно и другие, меньшего размера.
Грозы на Сатурне сравнимы по мощности с земными, но случаются гораздо реже и длятся по нескольку месяцев, а гроза, которая бушевала на гиганте с января по октябрь 2009 г., оказалась самой длительной из тех, которые когда-либо наблюдались в Солнечной системе.
На Сатурне обнаружены полярные сияния – свечение верхних слоев атмосферы под действием заряженных частиц, движущихся вдоль силовых линий магнитного поля. В отличие от сияний на Земле и Юпитере они бывают не только в виде кольца, но могут покрывать и весь полюс, появляясь на широтах выше 65°, что не характерно для нашей планеты.
Изучая в начале 1980-х гг. снимки, полученные американскими космическими аппаратами «Вояджер-1» и «Вояджер-2», учёные заметили на северном полюсе Сатурна странное атмосферное образование, напоминающее правильный шестиугольник (гексаген). Его природа до конца не ясна, скорее всего, это необычный облачный вихрь, уходящий в глубь атмосферы планеты на расстояние порядка 100 км. Известно, что эта структура вращается и так велика, что внутри неё поместится четыре Земли. Над облачным гексагеном наблюдается кольцевое полярное сияние.
Спутники и кольца Сатурна
К весне 2010 г. у Сатурна было известно 62 естественных спутника, у 53 из которых есть постоянные номера и названия, а у остальных – временные обозначения. Многие спутники хорошо отражают солнечный свет, имеют небольшие размеры и состоят из горных пород и льда (их плотность не превышает 1,4 г/см3). Большинство крупных спутников, за исключением Гипериона и Фебы, всегда повёрнуты к планете одной стороной, как Луна к Земле.
23 спутника Сатурна обращаются в ту же сторону, что и планета, а также движутся практически по круговым орбитам, близко расположенным к гиганту и лежащим вблизи его экваториальной плоскости. Всё это говорит о том, что они формировались одновременно с Сатурном. Остальные спутники находятся далеко от гиганта, движутся по хаотическим орбитам и, следовательно, являются астероидами и ядрами комет, которые сравнительно недавно были захвачены планетой.
Кольца Сатурна состоят из тысяч отдельных узких колечек
Кольца из снега
Кольца Сатурна состоят из множества частичек льда, обломков камней, покрытых ледяной коркой, и пылинок, которые обращаются вокруг планеты. Кольца располагаются в экваториальной плоскости планеты, которая не совпадает с плоскостью земной орбиты, поэтому их вид меняется от широкой полосы до еле различимой черты. Размер частиц колец меняется от микрометров до сантиметров, лишь некоторые из них достигают в поперечнике десятков метров. Расстояние между обломочками колеблется от сантиметра до нескольких метров, а скорость их движения в разных частях системы колец различна: с увеличением расстояния от планеты она уменьшается.
Частицы, образующие кольца, гораздо более хрупкие, чем рыхлый снег, они всё время сталкиваются, разрушаются и слипаются вновь. Сами кольца очень тонкие: при диаметре около 250 000 км их средняя толщина заведомо меньше километра.
Система колец Сатурна – это тысяча отдельных узких колечек с тёмными промежутками между ними, в которых практически нет вещества. За появление «щелей» в кольцах ответственна гравитация спутников гиганта, под действием которой часть обломков в кольце меняет траектории и покидает свои орбиты, перемещаясь на соседние. Наиболее широкий промежуток шириной в 3500 км называется делением Кассини – в честь впервые увидевшего его астронома. Для поддержания своего существования кольца постоянно должны пополняться материалом извне – например, обломками распадающихся мелких спутников.
В начале XXI в. аппарат «Кассини» обнаружил у двух спутников Сатурна, Анфы и Мефоны, незамкнутые кольца. По-видимому, эти арки состоят из частичек, которые были выбиты из спутников планеты при ударах микрометеоритов. Так что не только сам гигант, но и его луны имеют кольца!
Титан, крупнейший спутник Сатурна
Самый большой спутник – Титан был открыт в 1655 г. выдающимся голландским учёным Христианом Гюйгенсом. По диаметру (51 52 км) он превосходит Меркурий и единственный в Солнечной системе обладает очень плотной атмосферой, которая приблизительно на 98% состоит из азота. Атмосфера Титана в 10 раз превышает земную по массе и создаёт давление у поверхности спутника в 1,5 раза больше, чем атмосферное давление на Земле. Температура у поверхности Титана около -175 °С. Спутник состоит из льда и скалистых горных пород, его средняя плотность равна 1,9 г/см3. В 2006–2007 гг. в северном полушарии Титана впервые в истории обнаружили внеземные «водоёмы» размером от одного до сотен километров; правда, состоят они не из воды, а из жидких углеводородов – метана или этана.
Известно, что на Титане выпадают осадки. Причиной тому – метановые облака, которые парят на высоте около 25 км и покрывают 1% поверхности спутника. По сравнению с Землёй это очень мало, ведь наша облачность покрывает 50% поверхности.
Уран
Уран – седьмая от Солнца планета Солнечной системы. Он расположен так далеко от Земли, что даже в ясные ночи едва различим невооружённым глазом, так что Урану было суждено стать первой планетой, открытой в XVIII в. с помощью телескопа. Первооткрывателем Урана считается английский музыкант и астроном немецкого происхождения Уильям Гершель. Самой примечательной особенностью Урана является нетипичный для планет Солнечной системы наклон оси его вращения к плоскости орбиты: около 98°. Из-за этого на планете наблюдаются очень сильные сезонные изменения погоды. Каждый полюс гиганта по 42 года находится в темноте и по 42 года – на солнечной стороне, а на экваторе бывает по две зимы и два лета, продолжающиеся по 20 лет.
Из-за большой удалённости от Солнца температуры на зимней и летней стороне планеты почти одинаковы, около верхушки облаков они достигают значений -216 °С, а разброс величин составляет всего лишь 4°С. Хотя полюса планеты за год получают от Солнца больше энергии, чем области на экваторе, Уран оказывается теплее в экваториальных областях, а не в полярных. Почему так происходит, пока неясно.
Уран
Внутреннее строение планеты
Атмосфера Урана состоит в основном из водорода (83% по массе), гелия (15%) и метана (СН4, около 2%), своим зеленовато-голубым цветом атмосферы гигант обязан тому, что красные лучи поглощаются метаном.
При движении по орбите Уран как бы катится, переворачиваясь с боку на бок, что совсем не похоже на поведение других планет Солнечной системы. При каких же обстоятельствах планета «завалилась» набок? Многие учёные склоняются к тому, что это произошло на раннем этапе формирования планеты в результате её столкновения с небесным телом, сравнимым по размеру с Землёй. Но есть и другая гипотеза, согласно которой ось вращения планеты за миллионы лет раскачал крупный спутник, впоследствии «разорвавший» гравитационные узы, связывавшие его с Ураном, и потерянный гигантом.
Магнитная ось планеты наклонена к оси вращения под углом 59° и смещена от центра Урана к южному полюсу примерно на 1/3 радиуса. Столь необычное расположение оси приводит к тому, что магнитные полюсы планеты очень сильно удалены от географических полюсов, а конфигурация поля, которое в 48 раз сильнее земного, достаточно сложная.
«Свита» Урана гораздо менее массивная, чем у других газовых гигантов: объединённая масса пяти самых крупных спутников планеты вполовину меньше массы Тритона, спутника Нептуна. Все 27 естественных спутников вращаются в плоскости экватора планеты, практически перпендикулярно плоскости её орбиты. Они состоят наполовину изо льда с включениями аммиака и углекислого газа, а наполовину – из горных пород. Две самые большие луны, Титаник и Оберон, диаметрами 1578 км и 1523 км соответственно, открыл Гершель в 1 787 г.
Обнаруженные в 1977 г. кольца Урана очень тёмные, их вещество подобно застывшей лаве и углю. Они образованы из частиц диаметром от нескольких миллиметров до нескольких метров. На май 2010 г. известно 13 колец, самое яркое из которых имеет переменную толщину.
Наблюдения с космических зондов показывают, что кольца Урана постоянно пополняются пылью, которую мощные метеориты выбивают с поверхности спутников.
