Текст книги "Космос. Все о звёздах, планетах, космических странниках"
Автор книги: Борис Пшеничнер
Соавторы: Оксана Абрамова
сообщить о нарушении
Текущая страница: 8 (всего у книги 23 страниц)
На всех планетах земной группы сохранились древние ударные кратеры поперечником до 200 и более км. Причем на Венере, защищенной чрезвычайно плотной атмосферой, количество крупных ударных кратеров в тысячи раз меньше, чем на Земле, Луне и Меркурии.
Открытие лика Меркурия – ближайшей к Солнцу планеты – состоялось 30 марта 1974 г., когда американский зонд «Маринер-10» сфотографировал почти половину её поверхности. Оказалось, что рельеф Меркурия на удивление схож с лунным. И это вполне объяснимо. В поперечнике Меркурий всего в 1,4 раза больше Луны, а по массе благодаря большей плотности превосходит её в 4,5 раза. Но и это не обеспечило Меркурию силу притяжения, способную удержать сколько-нибудь плотную атмосферу. В результате поверхность планеты стала вторым после Луны «музеем истории» Солнечной системы – здесь множество кратеров, равнины «морей», горы и долины.
На Меркурии обнаружен почти полный двойник знакомого нам лунного Моря Дождей – котловина Калорис поперечником 1300 км. Она имеет сравнительно ровную поверхность, во многих местах прорезанную грядами и трещинами. На краях котловины встречаются горы высотой до двух километров, а за её пределами прослеживается система радиально расположенных трещин и гряд, которые тянутся ещё на 1300 км.
Планетологи объясняют происхождение котловины столкновением с планетезималью. Энергия удара и взрыва была так велика, что последствия катастрофы проявились в диаметрально противоположной области планеты. По всей вероятности, там сфокусировалась сейсмическая ударная волна, что и сформировало в антиподной точке всхолмленный ландшафт, прорезанный несколькими разломами коры. Возможно, котловина Калорис и Море Дождей образовались в один период, когда ещё не были «вычерпаны» планетезимали во внутренних областях Солнечной системы.
Так в представлении художника выглядело столкновение кометы Шумейкера – Леви с Юпитером
Сравнение внутреннего строения планет земной группы
Сила тяжести на Меркурии превосходит лунную в 2,3 раза. На Меркурии, например, гораздо меньше вторичных кратеров: сила тяжести мешает выбросу на большую высоту массивных каменных глыб, как это происходит при падении астероидов на лунную поверхность.
Ученые давно обратили внимание на существенное отличие Меркурия от планет земной группы. Таблица показывает сравнительную мощность внутренних слоев планет земной группы:
| Меркурий | Венера | Земля | Марс | |
| Ядро | 74% | 47% | 55% | 38% |
| Мантия | 24% | 52% | 44% | 60% |
| Кора | 2% | 5% | 5% | 1,5% |
| Атмосфера | ? | 3% | 2,5% | 2% |
У Меркурия ядро в три раза больше, чем мантия. Подобного соотношения нет у трёх других планет. У Венеры и Марса мощность мантии, напротив, больше ядра, у Земли они не сильно отличаются. У всех планет-гигантов ядро также меньше мантии. Куда же делась мантия Меркурия?
Существует гипотеза, согласно которой в начальный период истории произошло столкновение Меркурия с небесным телом, имевшим массу, сравнимую с массой планеты. В результате грандиозной катастрофы Меркурий потерял большую часть своей мантийной оболочки и потому с тех пор более чем наполовину по массе состоит из железа.
Марс от других планет отличается красноватым цветом, его поверхность представляет собой каменистую пустыню, засыпанную красной железистой пылью. Марсианский грунт похож на кору выветривания Земли. На нашей планете она образуется в тёплых климатических условиях при обилии воды и кислорода воздуха, а кислород на нашей планете порождён миром зелёных растений. Но на Марсе весьма сухой и холодный климат, разреженная атмосфера (как у нас на высоте около 30 км), нет открытых водных бассейнов и, скорей всего, нет жизни. Большая часть видимых запасов марсианской воды содержит ледяная полярная шапка северного полушария, южная же полярная шапка преимущественно состоит из «сухого льда» – углекислоты. Космические исследования последних лет показали, что в осенне-зимний сезон некоторые понижения на планете покрываются инеем и даже снежным покровом. И всё-таки в целом на Марсе условий для жизни практически нет.
Поверхность Марса – каменистая пустыня
Сегодня многие учёные считают, что мощный слой «ржавчины», покрывающий поверхность красной планеты, – результат воздействия воды и кислорода атмосферы, существовав шей в далеком прошлом. В то время в условиях более мягкого и тёплого климата часть планеты была покрыта водными бассейнами. Под покровом воздушной оболочки на Марсе, возможно, «кипела» растительная жизнь. Именно она обеспечила «производство» кислорода, достаточного для окисления железа и серы.
На поверхности пустынного Марса обнаружены сухие долины, они напоминают речную сеть на Земле
На Красной планете сохранились ударные кратеры разных размеров. Древнейшие регионы Марса, хранящие следы космических ударов, в основном расположены в его южном полушарии. Причем размеры некоторых из них свидетельствуют о возможности глобальных катастрофических последствий космической бомбардировки. Достаточно познакомиться с расположенной в южном полушарии впадиной Долина Эллады. Впадина, 1 имеющая округлую форму, возникла при столкновении Марса с огромным астероидом. О масштабах случившейся катастрофы можно судить по ширине долины Эллады, поперечник которой около 2000 км. Это одна из крупнейших в Солнечной системе ударных структур.
Нетрудно представить, что удар такой силы мог привести к исчезновению атмосферы и жизни на этой планете, а возможно, и марсианской цивилизации. Марс, масса которого почти в 10 раз меньше земной, обладает и значительно меньшей гравитацией. Именно поэтому газы его атмосферы, превратившись при взрывах в плазму, рассеялись в космосе. Катастрофический удар, изменивший природу Марса, случился более 3 миллиардов лет тому назад.
По-видимому, Марсу предстоит пережить ещё одну ужасную катастрофу. Роковая судьба ожидает спутник Фобос, который уже сегодня опасно приблизился к планете и движется на расстоянии всего около 6000 км от её поверхности (десятикратный путь от Москвы до Санкт-Петербурга). В то время как Луна обходит земной шар почти за месяц, Фобос успевает за марсианские сутки, длящиеся 24 часа 37 минут, трижды обежать вокруг планеты. Настанет день, когда приливные силы разорвут Фобос на части, которые со временем обрушатся на Красную планету.
Из двух марсианских лун наибольший – Фобос. Он опасно приблизился к Марсу
Следы катастроф на газовых гигантах и их спутниках
Как и планеты земной группы, гиганты – Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун – тоже подвергались «атакам» планетезималей и малых тел Солнечной системы. Однако это практически не влияло на облик газовых гигантов. Зато следы столкновений во множестве обнаружены на многих спутниках этих планет.
Спутники Юпитера – Ио, Европа, Ганимед, Каллисто – открыты Галилеем 400 лет тому назад. Один из них, Ганимед, имеет диаметр 5268 км и является крупнейшим спутником в Солнечной системе. Если поверхность Ио формируют внутренние силы – там бурно протекают вулканические процессы, то три других больших спутника Юпитера буквально усеяны кратерами. Следы наиболее грандиозных катастроф межпланетные космические станции обнаружили на Каллисто. Этот четвертый спутник по степени кратерированности оказался «чемпионом» среди всех тел Солнечной системы. По размеру он почти не уступает Меркурию, но состоит из каменистых материалов и водяного льда, которых здесь примерно поровну. Поверхность Каллисто не только сплошь усеяна кратерами – следами древней метеоритно-астероидной бомбардировки, но еще «украшена» двумя кратероподобными образованиями фантастических размеров – радиусом более 700 и 1500 км. Причём эти сверхкратеры окружены концентрическими грядами, крутой склон которых обращен к центру. Вместе с десятью такими кольцами наибольшая из двух систем достигает в поперечнике 4000 км! Это примерно расстояние от Москвы до Красноярска. Трудно вообразить масштабы двух катастроф, которые миллиарды лет тому назад пережил этот спутник Юпитера.
Космические станции сфотографировали на Каллисто и его соседе Ганимеде кратерные цепочки. Но если на Ганимеде позднейшие тектонические процессы сгладили многие следы космических бомбардировок, то на Каллисто «шрамы» от катастроф очень хорошо сохранились. Его поверхность хранит следы ранней истории Солнечной системы и системы Юпитера. По мнению специалистов, современный лик Каллисто сформировался около 4 млрд. лет назад.
Следы древних космических ударов во множестве сохранились и на лунах Сатурна. Начнём с относительно близкого к Сатурну крупного спутника Мимас. Облик этой «израненной» луны впечатляет. Особенно поражает кратер Гершель. Взрыв «космической бомбы» вырыл воронку поперечником 130 км и глубиной 10 км! Поперечник кратера составляет около трети диаметра Мимаса. По дну кратера проходит неглубокая трещина, которая прослеживается за пределами кольца. Нельзя исключить, что разлом коры произошёл в результате того страшного удара. Столкновение с астероидом породило мощные ударные волны, которые прокатывались по всему телу Мимаса и фокусировались в точке, противоположной месту взрыва. Если бы столкнувшееся с Мимасом тело обладало несколько большей массой или более высокой скоростью, оно бы разбило этот спутник на куски.
* * *
Космическая «бомбардировка» Венеры
На ближайшей к Земле планете – Венере следы космической бомбардировки обнаружить было сложнее всего. Её поверхность, как мы уже говорили, постоянно скрыта непрозрачными облаками. Лишь с помощью специальных радиолокаторов советские станции «Венера-15», «Венера-16» и американский зонд «Магеллан» смогли заглянуть под этот покров и показать людям, как выглядит Венера. Несмотря на очень плотную атмосферу, и на этой планете есть ударные кратеры – их около 1000. Сопоставление числа кратеров разных размеров показывает, что современный рельеф поверхности Венеры сформировался 300–500 млрд. лет назад. Таков возраст самых старых из сохранившихся венерианских кратеров. Это был период наибольшей вулканической активности. Изверженные породы перекрыли более древние формы рельефа, включая обширные кратеры и бассейны – следы ударов планетезималей.
Самый большой из открытых на Венере ударных кратеров Изабелла (он назван в честь испанской королевы XV века Изабеллы Кастильской) имеет диаметр 175 км. За пределами крупных венерианских ударных кратеров видны обширные потоки застывшей лавы. Это уникальное в Солнечной системе природное явление характерно именно для Венеры. Есть предположение, что эти потоки возникают в результате плавления скальных пород во время взрыва при ударном столкновении с астероидом.
На поверхности спутника Сатурна Фебы множество кратеров
Спутник Сатурна Феба (размером около 200 км) отличается неровной поверхностью, искорёженной ударами других небесных тел. Данные, переданные космическим аппаратом «Кассини» в 2004 г., позволяют предположить, что Феба «неродной» член семьи спутников Сатурна. По всей вероятности когда-то он являлся транснептуновым объектом пояса Койпера и со временем был захвачен гравитацией окольцованной планеты. В пользу этой гипотезы свидетельствует необычно тёмная поверхность и низкая средняя плотность вещества Фебы, а также её попятное движение по орбите. На поверхности Фебы обнаружена необычная слоистая структура. Она состоит в чередовании светлых и тёмных полос. Скорей всего такие полосы – результат столкновений с крупными метеорными телами, при которых тёмные поверхностные слои перемешивались со льдом, лежащим под ними.
На спутнике Сатурна Тефии (его диаметр 1060 км) отчетливо видны многочисленные следы бомбардировки астероидами и кометами. На одном полушарии насчитывается до десятка очень больших кратеров. Кратер Одиссей больше всех других на Тефии (его размеры близки к рекордным в Солнечной системе – диаметр кратера Одиссея равен 400 км, т.е. в три с лишним раза больше поперечника кратера Гершель). Не случайно второе название кратера – Великая Котловина. Кратер имеет сложную структуру: ступенчатый кольцевой вал, обширное срединное поднятие и несколько вытянутую центральную горку. Это свидетельствует о длительном процессе формирования гигантского кольцевого образования. О древности катастрофы, которая могла привести к разрушению Тефии, судят по обилию молодых кратеров меньшего размера внутри вала Одиссея. Судя по тому, что плотность Тефии близка к плотности замёрзшей воды, сегодня этот спутник Сатурна представляет собой ледяной шар. То, что Тефия при этой катастрофе не разрушилась, говорит о том, что в те давние времена она не была полностью заледенелым телом.
Рея, поперечник которой 1530 км, среди спутников Сатурна занимает вторую позицию, уступая лишь Титану. Подобно нашей Луне, Рея всегда обращена к планете одним полушарием. Рея представляет собой ледяной шар с небольшим каменным ядром. Поверхность спутника густо покрыта ударными кратерами. Наличие крупных кратеров диаметром до 100 километров говорит о древнем возрасте спутника. Ландшафты ледяной Реи напоминают рельеф Луны и Меркурия, хотя те сложены каменистыми твёрдыми породами. Может показаться удивительной хорошая сохранность древних кольцевых структур в ледяной коре Реи. Ведь ледяные массы, как известно, обладают довольно большой пластичностью. Остаётся предполагать, что Рея ещё на ранних этапах своей истории настолько промёрзла и отвердела, что приобрела свойства скальных пород. Такое превращение могло произойти из-за относительно малого размера Реи и большой удалённости от Солнца.
Поверхность Реи – спутника Сатурна
Гиперион – спутник Сатурна
Рея соседствует с крупнейшим спутником Сатурна Титаном. По величине и массе он превосходит Луну. Титан единственный из спутников имеет атмосферу. В ней, как и в земной атмосфере, преобладает азот (85%). В 2004 г. рельеф Титана изучал зонд «Кассини», оснащенный радарным комплексом. Оказалось, что на Титане очень мало ударных кратеров. Вероятно, атмосферные и геологические процессы достаточно быстро разрушают их.
Необычен и удивителен облик Гипериона – внешнего соседа Титана. Он напоминает губку неправильной формы размерами 360x226 км. На очень подробном изображении Гипериона, переданном аппаратом «Кассини», вырисовывается огромная кольцевая структура. Она занимает большую часть этого странного спутника Сатурна. Левая половина кругового склона, ограничивающего дно впадины, имеет лучшую сохранность. Правая часть, по-видимому, разрушена позднейшими ударами из космоса. Изучение космических снимков показало, что поверхность Гипериона не только «гуще» усеяна кратерами, чем другие спутники Сатурна, но кратеры эти ещё значительно глубже. Дно многих из них покрыто неизвестным материалом. Внешний покров Гипериона своим видом немного напоминает пчелиные соты. Плотность Гипериона очень мала, что можно объяснить пористой структурой пород или наличием в недрах крупных пустот.
Япет (его поперечник равен 1440 км) – третий по размеру спутник Сатурна. В его центре – обширный ударный бассейн с поперечником около 400 километров. Края бассейна круты и обрывисты. Кольцевая структура такого размера – рана, нанесенная врезавшимся в Япет астероидом поперечником несколько километров. Судя по снимкам «Кассини», Япет напоминает по форме грецкий орех. В чём причина столь странного вида спутника? Не менее загадочен и чрезвычайно тёмный вид примерно половины поверхности Япета. Эта часть спутника отражает менее 5% приходящих солнечных лучей. Темнота покрова половины спутника столь глубока, что с Земли даже в телескоп она остается практически невидимой. Поражает равномерность тёмного покрова вне зависимости от форм укрываемого рельефа. То, что покрывало легло поверх кратеров разного размера, позволяет утверждать: тёмное вещество появилось на Япете после образования ударных кратеров. Что представляет собой тёмное вещество? Каков механизм его распространения на поверхности? На эти вопросы учёным ещё предстоит ответить.
Таинственная планета Фаэтон
Немецкий астроном Вильгельм Ольберс после открытия первых астероидов (тогда учёный установил, что орбиты двух первых открытых малых планет почти пересекаются в двух точках пространства) в письме к астроному И. Боде писал, что надо «наблюдать и определять орбиты, чтобы иметь верные основания для наших предположений. Тогда, быть может, мы решим или, по крайней мере, приблизительно выясним, Церера и Паллада пробегали свои орбиты в мирном соседстве, отдельно одна от другой, или обе являются только обломками, только кусками прежней большой планеты, которую взорвала какая-нибудь катастрофа». Позднее эту гипотетическую планету Ольберса назвали Фаэтоном. Существовал ли Фаэтон в действительности – вопрос не только теоретический. Если одна из планет Солнечной системы по какой-то причине была разрушена, то, вероятно, такое может случиться и с Землёй.
Гипотеза о существовании в прошлом планеты Фаэтон была широт распространена до середины XX века. В 1950-х – 60-х гг. несколько исследователей независимо друг от друга проводили анализ элементов орбит астероидов. Сопоставление орбит нескольких тысяч астероидов показало, что они группируются в несколько семейств. Астероиды каждого из семейств имели своё, когда-то разрушившееся родительское небесное тело. По данным учёных, в прошлом было не менее 12 первичных планет.
К аналогичному выводу пришли сотрудники Комитета по метеоритам Академии наук. Изучая состав железных метеоритов, они установили, что по концентрации никеля в них чётко можно выделить 5 групп. В дальнейшем каменные метеориты разделили на 8 групп по соотношению в них различных форм железа. В 1970-е гг. американские учёные наряду с никелем исследовали содержание некоторых редкоземельных элементов. На основании этого они выделили 16 групп железных метеоритов.
Выявленные различия групп железных метеоритов показывали, что условия их формирования отличались не только по температуре и давлению, но и по обстоятельствам разогрева и охлаждения. Такие различия не могли существовать внутри одной планеты.
«Кассини-Гюйгенс» – межпланетная станция, созданная совместно НАСА и ЕКА для изучения Сатурна
Электронное зондирование некоторых образцов железных метеоритов позволило установить, с какой скоростью происходило их остывание. Оказалось, что процесс этот был настолько медленным, что мог происходить лишь под покровом теплозащитной оболочки толщиной от 100 до 200 км. Следовательно, сами родительские тела в поперечнике могли быть больше 200–400 км. (Таковы размеры и современных наиболее крупных астероидов.) Разная скорость остывания свидетельствует, что родительских тел было несколько и они отличались размерами.
По всем данным, число «родителей» астероидов могло быть около трех десятков при массе каждого из них порядка 1021 г, что соответствует «весу» Цереры. Многие учёные полагают, что каждый выпавший на Землю метеорит имел определённую иерархию родительских тел, подвергавшихся последовательному дроблению. Внутри первичного родительского тела сформировалось вещество будущих железных метеоритов. Промежуточные родительские тела и последнее родительское тело защищали поверхность метеорита от галактической радиации. А обнажиться и выделиться метеориты могли сравнительно незадолго до падения на Землю. В отличие от железных некоторые каменные метеориты могли быть частью внешнего покрова родительского тела.
Внеземной мир в представлении художника
В начале 1970-х г. казалось, что гипотеза Ольберса о взорвавшейся планете Фаэтон сообществом астрономов может быть окончательно отвергнута. Но именно в это время английский астроном Майкл Овенден опубликовал работу, согласно которой между Марсом и Юпитером в прошлом должна была существовать планета-гигант, по массе подобная Сатурну и в 90 раз массивнее Земли. По вычислениям Овендена, планета разрушилась около 16 млн. лет тому назад. Лишь немногие специалисты поддержали выводы учёного. Напротив, гипотеза Овендена, едва успев появиться, подверглась жестокой критике. Мы не будем излагать её подробно. Укажем только, что столь грандиозная и недавняя по астрономическим меркам катастрофа неминуемо отразилась бы на судьбе нашей планеты. По мнению некоторых учёных, в результате столь близкого взрыва гигантской планеты на Земле исчезла бы жизнь. Однако в земных отложениях того периода геологи не видят никаких следов подобной катастрофы. Кроме того, в случае разрушения такой массивной планеты плотность вещества в Солнечной системе была бы гораздо большей, чем это есть на самом деле. Под огнем критики Овенден и его сторонники отказались от своего утверждения о гибели огромной планеты. Вместо этого они предположили возможность образования малых тел Солнечной системы в результате катастрофы гораздо меньшего масштаба – столкновения и разрушения двух достаточно крупных астероидов.
Тем не менее и в начале нынешнего века остаются приверженцы идеи Ольберса.
Фантасты высказывали предположение, что планета распалась в результате взрыва ядерных боезапасов, накопленных агрессивными обитателями Фаэтона. Но это взгляд фантастов, а не ученых. Подобная катастрофа, возможно, могла бы уничтожить цивилизацию и даже жизнь, но не саму планету.
С тем, что между Марсом и Юпитером некогда существовала ещё одна планета, согласны некоторые астрономы и среди них сотрудник Института астрономии РАН, доктор физико-математических наук А.В. Багров в одном из выступлений высказался так: «Только современные астрономы, изучая астероидную опасность и миграцию тел внутри Солнечной системы, имеют право утверждать, что такая планета существовала. Она возникла вместе с остальными планетами четыре с половиной или пять миллиардов лет назад, но, в какой-то степени к счастью для нас, на начальной стадии эволюции Солнечной системы планета была разрушена. Расчёты показывают, что планета разлетелась бы на куски, если бы с ней столкнулся астероид размером всего в тысячу километров». Естественно предположить, что некоторые фрагменты гипотетической планеты могли бы иметь размеры в сотни километров и двигаться по изменившимся орбитам. В дальнейшем фрагменты «Фаэтона» могли сами раздробиться в результате столкновения с другим небесным объектом и стать, таким образом, родоначальником собственного семейства астероидов меньшего размера.
Возможно, так разрушалась планета Фаэтон
Сегодня абсолютное большинство астрономов не видят оснований соглашаться с предположением Ольберса о разрушившейся планете. Однако эта красивая гипотеза на протяжении почти полутора столетий стимулировала открытие все новых астероидов, была плодотворной для исследования и классификации метеоритов, помогла понять внутреннее строение Земли.
Вулкан Олимп (высота 27 км) на Марсе
* * *
Самое важное!
В космических судьбах и облике теп Солнечной системы есть много общего, но есть и определённые различия. Земная поверхность гораздо меньше «изрыта» взрывными кратерами, чем поверхность Луны и Меркурия. Это объясняется не только тем, что они лишены воды и атмосферы. Планетологи считают, что и Пуна, и Меркурий уже давно – около четырех миллиардов лет тому назад – внутренне как будто застыли. Активные процессы в их недрах почти прекратились. Земля же, как мы знаем, и в наше время живёт активной геологической жизнью. Учёные убеждены, что на раннем этапе своего существования Земля еще не имела атмосферы и внешне напоминала Луну и Меркурий.
Имеет ли практическое значение изучение истории катастроф и их последствий в Солнечной системе? Несомненно, имеет. Особенно когда удается определить время катастрофических событий. Например, анализ числа и распределения по размерам кратеров в лунных морях может характеризовать количество потенциально опасных для нас малых небесных тел в районе земной орбиты.
Ретроспективная (обращенная в прошлое) оценка частоты и периодичности катастроф разного масштаба позволяет уточнить вероятность и возможное время подобных событий на нашей планете в будущем.
Сравнительное изучение степени космических воздействий на Землю и другие небесные тела важно не только для решения проблем нашей космической безопасности. Эти исследования помогают более глубокому пониманию геологических процессов в недрах планеты и важны для науки.
