Текст книги "Удивительная астрономия"

Автор книги: Дмитрий Брашнов

сообщить о нарушении

Текущая страница: 4 (всего у книги 11 страниц) [доступный отрывок для чтения: 5 страниц]

В честь кого это назвали?

Облако Оорта. Названо в честь Яна Оорта (1900–1992), нидерландского астронома, доказавшего вращение Галактики и объяснившего происхождение комет.

Плутон. Название планеты было выбрано так, чтобы, не выбиваясь из мифологического ряда, оно включало в себя также инициалы американского ученого Персиваля Лоуэлла (1855–1916), который вычислил орбиту этого ТНО.

Обитаемые спутники

Легенда о Пандоре

Тысячи людей во всем мире, посмотрев фантастический кинофильм «Аватар», мечтают поселиться или хотя бы один разок побывать на планете Пандора. Конечно, Пандора придумана голливудскими сценаристами. Но вдруг в Галактике найдется место, очень на нее похожее?

Оказывается, найдется. Изучение Солнечной системы показало, что все планеты-гиганты непременно окружены огромным скоплением спутников. Например, у «короля планет» Юпитера в свите состоят, по самым последним подсчетам, 66 спутников. Это больше, чем у всех остальных планет Солнечной системы, как и полагается для такого великана. Армия Сатурна насчитывает чуть меньше – 62 спутника. Значительно меньше их у Урана, число его спутников равно 27. И совсем мало у Нептуна, семейство которого насчитывает всего 13 спутников.

Спутники планет-гигантов имеют различные размеры. Есть среди них крохотные астероиды длиной менее сотни километров. Но есть и огромные тела – вроде Титана или Ганимеда. Так, у Ганимеда, который является самым крупным спутником в Солнечной системе, радиус достигает 2634 км (против 1737 км у Луны), а масса в 2 раза превышает лунную и составляет 148 190 квадриллионов тонн.

Подобные суперлуны на языке науки называются планемо (см. главу 2). Напомним, что планемо – это исполинский спутник, который по своим размерам, форме, строению и прочим природным свойствам более похож на планету земной группы, такую как Меркурий или Марс. Здесь удобно основывать космические базы и даже строить целые города с ракетодромами, заводами, шахтами, больницами и лагерями отдыха. Поселения на самых дальних от Солнца планемо (особенно на Тритоне) в будущем могут стать плацдармом для подготовки и запуска межзвездных экспедиций.

Солнечная система насчитывает 19 спутников-планемо. К их числу относится и наша Луна, занимающая по своим размерам почетное пятое место. Трудно поверить, но такая привычная Луна является настоящим «небесным мамонтом», уступая первенство лишь Титану и трем из четырех галилеевых (см. далее) спутников Юпитера. Конечно, рядом с Нептуном или тем более Сатурном наш сателлит покажется крошечным, но в сравнении с Землей Луна несоразмерно велика. Поэтому некоторые астрономы даже говорят о Земле и Луне как о двойной планете.

Тритон (вид из космоса)

Таблица 3

Крупнейшие планемо Солнечной системы (в порядке убывания размеров)

Если верить фильму, Пандора по своим параметрам очень похожа на Землю. Значит, масса такого спутника должна достигать 5–6 секстиллионов тонн. Удержать возле себя подобное тело может лишь очень большая планета. Кроме того, заселенный спутник должен получать достаточно тепла и света от своей звезды. Юпитер слишком далек от Солнца, поэтому его спутники не избалованы ни тем, ни другим. Вот мы и пришли к выводу, что подобная Пандоре планета – это спутник гиганта, превосходящего Юпитер примерно в 2 и более раз и обращающегося на расстоянии 1–2 астрономических единиц от своего солнца.

Существуют ли подобные объекты в нашей Галактике? Здесь нас ожидает приятный сюрприз. Ученые нашли несколько планетных систем, которые определенно станут первоочередной мишенью во время будущих поисков загадочной Пандоры. Познакомимся с ними поближе.

В первую очередь стоит направить звездолеты в созвездие Стрельца, где на расстоянии 19 тысяч световых лет от Земли находится безымянная пока звезда, у которой имеется лишь скучный номер – OGLE-2003BLG-235L. В 2004 году стало известно, что вокруг этой звезды на расстоянии примерно 4,3 астрономической единицы обращается довольно крупная планета, в 2,6 раза превосходящая по массе Юпитер.

Вокруг такого великана наверняка обращается хотя бы один спутник, по размерам сопоставимый с Землей. Этот спутник получает чуть меньше тепла и света, чем наша планета. Ведь он сравнительно далеко находится от своего светила, которое относится к классу оранжевых звезд, а значит, имеет температуру поверхности всего +4000 °C. И тем не менее лучистой энергии на поверхность этого объекта поступает достаточно, чтобы планету покрывала всевозможная растительность. К тому же нельзя забывать, что планеты-гиганты обладают собственным тепловым излучением, так что этот предполагаемый спутник согревается как бы с двух сторон.

Какие животные обитают в тамошних лесах, остается только гадать. Впрочем, местные организмы в меру снабжены натрием, железом и магнием – очень важными для работы живой клетки металлами. Это означает, что обитатели прохладного мира OGLE-2003-BLG-235L не могут сильно отличаться от наших животных. Они могут выглядеть причудливо по нашим меркам, но все равно узнаваемо. Человек, который увидит их, сразу распознает хищников и травоядных.

Другое интереснейшее место Галактики, которое нужно будет посетить звездоплавателям будущего, – созвездие Феникса, где в 67 световых годах от Земли находится звезда HD142. Эта звезда очень похожа на наше Солнце, она также относится к классу желтых карликов. Вокруг этой безымянной звезды на расстоянии чуть больше 1 астрономической единицы обращается некое космическое тело HD142b, в котором астрономы угадывают гигантскую планету.

Масса этой планеты превышает массу Юпитера в 1,3 раза. Столь тяжелый объект вполне может удержать рядом с собой крупный спутник, обладающий плотной атмосферой и даже превосходящий по размерам Ганимед.

Итак, перед нами еще один кандидат в населенные миры. В системе HD142 вполне может оказаться двойник вымышленной Пандоры – прекрасный, покрытый непроходимыми джунглями, утопающий в свете и тепле.

Поскольку планемо у HD142b вряд ли дотягивает до земной массы, то его гравитационное поле сравнительно слабое. А это означает, что небесное тело могут населять исполинские организмы – ведь здесь нет той силы, которая сдерживала бы рост растений и животных.

Попробуем представить себе этот мир. Верхние ярусы местных лесов поднимаются над почвой на 100–150 м. В кроне любого из таких деревьев запросто может обосноваться племя гуманоидов. А охотиться это племя будет на жутких с виду копытных, заселяющих непроходимые чащи и, вполне вероятно, похожих на гигантских болотных носорогов, обитавших на Земле 30 миллионов лет назад, – индрикотериев, эмболотериев и титанотериев. Впрочем, надо полагать, что и сами гуманоиды окажутся весьма рослыми, гораздо выше людей.

Так что когда начнется эра межзвездных перелетов, у нас есть шанс открыть и изучить великолепный мир, подобный планете Пандора. Вот только Пандорой этот чудесный спутник никогда не назовут.

Почему? Да потому что Пандорой уже назван один из объектов Солнечной системы – это девятнадцатый спутник Сатурна, открытый по фотографиям межпланетного зонда «Вояджер-1» в 1980 году. Наша Пандора обращается на расстоянии 141 000 км от своей планеты и представляет собой маленький объект неправильной формы, едва достигающий 110 км в поперечнике и сплошь изрытый кратерами. По всей видимости, Пандора когда-то была астероидом, выхваченным силой притяжения Сатурна из кучи космического мусора, заполнявшего Солнечную систему на ранних этапах развития планет, то есть более 4 миллиардов лет назад.

Впрочем, это крохотное космическое тело по-своему примечательно. Оно принадлежит к числу спутников-пастухов. Так называются спутники, которые двигаются парами и совместным гравитационным воздействием управляют планетными кольцами, как бы невидимой сетью удерживая их. Так, например, наша Пандора в паре с таким же карликовым спутником-пастухом Прометеем препятствует рассеянию кольца F у Сатурна.

Вулканический мир Ио

Название галилеевых носят четыре самых крупных спутника Юпитера, открытых прежде всех остальных. Автором этого открытия был великий итальянский физик и астроном Галилео Галилей, изобретатель первого в мире телескопа. В 1609 году Галилей прослышал о том, что в других странах делаются попытки с помощью увеличительных стекол создать подзорную трубу. Ученый заинтересовался этой идеей и решил самостоятельно сконструировать такое устройство. Как только труба была готова, Галилей поспешил направить ее на небо, в том числе на Юпитер.

Сравнительные размеры галилеевых спутников

Наблюдения за ярчайшей планетой ночного неба велись 7 января 1610 года в городе Падуя. Галилео стал первым человеком, который увидел другую планету в окуляр телескопа, и это зрелище поразило итальянца. Юпитер оказался шариком, как и Земля. Но если вокруг Земли обращалась Луна, то вокруг Юпитера обращались целых три спутника! На следующий день Галилей с увлечением продолжил свои наблюдения и выяснил, что нечаянно ошибся: лун у планеты оказалось не три, а четыре. Разумеется, тогда никто и предположить не мог, что всего у планеты-гиганта имеется 66 сателлитов.

Первооткрыватель, кстати, никаких имен этим спутникам не присваивал, а просто пронумеровал римскими цифрами. Позже, в 1614 году, немецкий астроном Симон Марий (1573–1624), открывший эти четыре планемо почти одновременно с Галилеем и независимо от него, дал им названия из античной мифологии. Поскольку планета носит имя верховного римского бога Юпитера, то и спутники должны носить имена персонажей из мифов про этого бога. Марий выбрал имена Ио (спутник I), Европа (спутник II), Ганимед (спутник III) и Каллисто (спутник IV).

Открытие Ио и других галилеевых спутников оказалось, наверное, самой важной вехой в истории астрономии. Благодаря обнаружению четырех лун Юпитера ученые согласились принять модель Солнечной системы Николая Коперника (в которой планеты обращаются вокруг Солнца, а не вокруг Земли, как люди считали прежде). Кроме того, наблюдения за этими спутниками помогли открыть законы движения планет и измерить скорость света.

Ио, первый спутник Юпитера, интересен тем, что признан самым геологически активным телом во всей Солнечной системе. Это и неудивительно. Площадь поверхности спутника составляет 42 миллиона квадратных километров, что равно площади Нового Света, то есть обеих Америк – Северной и Южной. И на такой площади размещаются 400 действующих вулканов, тогда как на всей Земле активных вулканов насчитывается лишь 600, причем они не извергаются одновременно. А вот огненные горы галилеева спутника грохочут почти все сразу на протяжении многих лет и без перерывов. Извержения протекают с такой силой, что облака серы из их жерла возносятся на высоту 500 км.

Примечательно и обилие высоких гор. На детальных фотографиях замечено порядка сотни крупных пиков, некоторые из которых превосходят земной Эверест. Но по земным меркам высота Эвереста (Джомолунгмы) – 8848 м – не столь уж значительна, поскольку радиус земного шара в 709 раз больше. И совсем другое дело – Ио. Ведь этот планемо по объему в 50 раз меньше Земли. Гора высотой около 9 км лишь в 202 раза меньше радиуса спутника. Что же говорить о таком великане, как Южная Боосавла, высота которой оценивается в 17 км.

Неспокойный спутник живо заинтересовал астрономов, поэтому его изучали больше, чем любую другую луну в Солнечной системе, кроме, разумеется, нашей собственной. Ио навещали автоматические станции «Пионер-10» и «Пионер-11» (в 1973 и 1974 году соответственно), «Вояджер-1» и «Вояджер-2» (оба в 1979 году), «Галилео» (с 1995 по 2002 год), «Кассини» (2000 год) и «Новые горизонты» (2007 год). В 2016 году со специальной исследовательской миссией Ио достигнет космический аппарат «Юнона», который в настоящее время (2012 год) пересек орбиту Марса и движется в направлении Пояса астероидов.

Ио резко отличается от большинства планемо. Крупные спутники обычно покрыты мощными ледниками или даже целиком сложены изо льда. На Ио льды почти полностью отсутствуют, а ее внутреннее строение ближе к строению планет земной группы. Внутри сателлита находится тяжелое ядро, которое достигает 1/5 веса всей Ио. Ядро состоит из железа и серы. Его обволакивает толстая полурасплавленная мантия, сложенная минералом фостеритом. И, наконец, снаружи спутник покрыт каменной корой из базальтов и серы. Толщина базальтового слоя достигает примерно 20 км.

Трудно поверить, но вулканизм на Ио поддерживается… Юпитером. Планета-гигант вместе с галилеевыми спутниками образует как бы гравитационную энергетическую станцию. Своим мощным полем тяжести Юпитер расшатывает недра Ио, вызывая внутри них своеобразные приливы мантийного вещества. Под действием приливных сил глубинные слои спутника и ядро сильно разогреваются. Потоки магмы постоянно прожигают кору Ио, выплескиваясь наружу языками раскаленной серы длиной до сотен километров.

Через Ио полученная энергия передается другим галилеевым спутникам, что заметно по их орбитальному движению. Они бегут по орбите не как попало, а словно шестеренки в хорошо отлаженных часах. Когда Каллисто совершает полный оборот вокруг Юпитера, Ганимед успевает совершить два оборота, Европа – четыре оборота, а Ио – восемь.

Благодаря вулканизму Ио окружена тоненькой атмосферой из сернистого газа, кислорода и газообразной поваренной соли. Каждую секунду вулканы поставляют в атмосферу более 100 тонн вещества, часть которого немедленно оседает вниз серным снегом. Магнитное поле Юпитера ежесекундно сдувает тонну серы из «воздушной» оболочки спутника в космос. В космосе газы постепенно накапливаются в так называемом плазменном торе – огромном газовом кольце на орбите Ио, являющемся мощным источником радиации.

Вулканический мир неприветлив и, конечно, вряд ли обитаем. А если его кто-то и населяет в других планетных системах, то, скорее всего, это смертоносные микробы. Бактерии стремятся пожрать любое органическое вещество, которое им только встретится. От нападок земных бактерий человек более или менее надежно защищен иммунитетом, пробить «крепостные стены» которого удается лишь немногим видам микроорганизмов. Но на экзопланетах и их спутниках обитают виды, с которыми наша иммунная система незнакома, поэтому здесь стремление микробов поглощать все, что съедобно, может проявиться в полную силу.

Ио необитаема, и она вряд ли приглянется космонавтам, ведь на ней негде совершить безопасную посадку. Равнины залиты потоками вязкой лавы, впадины заполнены озерами расплавленной серы, за пределами равнин начинаются вулканы, крутые скалы, глубокие обрывы и широкие кальдеры – разрушенные вулканические кратеры. Базальтовая кора постоянно пребывает в движении и регулярно переплавляется, отчего здесь невозможно найти следов ни одного метеоритного кратера. Конечно, когда-то на Ио падали метеориты – и не раз, поскольку такова участь всех планемо. Но вулканизм начисто стер любые признаки космической бомбежки.

Редкие участки поверхности, пребывающие в состоянии временного затишья, покрыты густым серным льдом. В районе экватора этот лед окрашен в белый цвет, а вот на полюсах и в средних широтах замерзшая сера имеет красный оттенок. Красная сера – сигнал опасности. Такой цвет лед приобрел под действием мощных радиационных потоков, порождаемых магнитным полем Юпитера.

Поэтому вряд ли космические путешественники изберут вулканические спутники с их нестабильной корой и возможным «агрессивным населением» для создания постоянных баз и тем более городов. Гораздо более интересны небесные тела вроде Европы и Энцелада, планы колонизации которых разрабатываются уже сегодня. Рано или поздно человек обоснуется на этих спутниках, возведя здесь жилые комплексы, лаборатории и… верфи. Причем на этих верфях будут строиться подводные лодки, поскольку объектом исследования ученых станет подледный океан этих двух лун.

Подводные сады Европы

Европа, о которой идет речь, – это один из галилеевых спутников. По размерам она меньше нашей Луны, на которую, впрочем, похожа тем, что повернута к Юпитеру всегда одним и тем же полушарием, равно как и Луна к Земле. Однако на этом сходство заканчивается. Лунная поверхность камениста и изрыта кратерами. Она вздыблена местами очень высокими горами, подобными земным Гималаям, либо образует огромные котловины, которые по традиции называют морями и болотами. Есть даже один океан – Океан Бурь, в котором, конечно же, не найдется ни капли воды.

Совсем другое дело – поверхность Европы. Это огромное ледяное поле, почти абсолютно гладкое. Лишь местами здесь заметны одинокие кратеры от недавних метеоритов да разбросанные то тут, то там низенькие холмики. Горных хребтов на спутнике крайне мало. Сильно вытянутые в длину трещины раскалывают ледяную кору Европы на отдельные подвижные блоки. Эти блоки медленно двигаются, разрушаясь в одной части и прирастая свежим льдом в другой.

Есть спутники, полностью, от поверхности до центра, сложенные льдом. Таков, к примеру, Япет, обращающийся вокруг Сатурна на расстоянии примерно 3,6 млн км. Европа от подобных объектов резко отличается. Ее «сердце» не ледяное, а каменное, то есть оно сложено плотными горными породами. Толщина ледяного панциря Европы оценивается в 10 км. Что находится под ним? Многолетние наблюдения показали, что лед не прилегает вплотную к скалам, но отделен от каменистой поверхности. Здесь, в промежутке между ледяным панцирем и каменным веществом Европы, покоятся воды океана, разогреваемые неспокойными недрами спутника.

Помимо разломов и невысоких гор, на Европе имеются «веснушки». Так называются россыпи темных точек, заметных на космических фотографиях. По всей видимости, «веснушки» представляют собой те зоны, где холодный лед погружается под более теплый, разогретый внутренним жаром планемо.

В результате движения ледовых щитов и их периодического таяния весь ледяной покров спутника полностью обновляется за 12 тысяч лет. Следы переплавки старого ледового покрова местами хорошо заметны на космических фотографиях. Например, в области так называемого «Коннемарского хаоса» видны нагромождения древних ледяных глыбин, вмерзших в молодой лед. Судя по всему, здесь из-за сильного внутреннего разогрева недр Европы ее ледовый панцирь почти полностью растаял. В образовавшейся широчайшей полынье плавали громадные айсберги, которые затем сжал, точно тисками, растущий новый лед.

Подледного океана на спутнике никогда бы не появилось, если бы недра Европы не нагревали прилегающие к ним вещества. Дело в том, что температура на поверхности планемо очень мала. На экваторе стоит мороз в –160 °C, а на полюсах температура составляет –220 °C. При столь низких температурах вода, пусть даже насыщенная различными примесями, неизбежно перейдет в твердое состояние. Что же такое происходит внутри Европы, раз у нее хватает тепла, чтобы сохранять подледный океан от замерзания? Ученые убеждены, что энергию для разогрева Европе дает Юпитер своим приливным воздействием, о чем уже шла речь в рассказе о вулканическом мире Ио.

Океан Европы отчасти похож на земной Северный Ледовитый океан, который тоже по большей части упрятан под толстый слой льда. Есть, правда, одна существенная деталь. Океан спутника по объему гораздо больше Северного Ледовитого. Более того, он вообще в два раза больше всех океанов Земли вместе взятых!

Северный Ледовитый океан населяют мириады живых существ – от крохотных рачков до акул и тюленей. По этой причине ученым хочется верить, что и океан Европы тоже может быть обитаем. Конечно, всерьез никто не рассчитывает обнаружить в системе Юпитера рыб или креветок. Зато здесь могут встречаться бактерии, подобные обитателям подледного озера Восток в Антарктиде.

Еще в 1955 году известный ученый Андрей Капица (1931–2011) предсказал, что под антарктической ледовой шапкой могут находиться самые настоящие озера, полные незамерзающей воды. Лед здесь тает из-за чудовищного давления, которое сам же производит своей массой. Спустя много лет это предположение блестяще подтвердилось, и сегодня на великом снежном материке известно почти полторы сотни подледных озер. Крупнейшее из них – озеро Восток, названное так в честь российской исследовательской станции «Восток».

В 1989 году на этой станции начала работать международная экспедиция, в состав которой вошли отечественные, французские и американские ученые. Они начали вести бурение антарктического ледового щита. В этом районе он достигает почти 4000 м, так что представляет собой своеобразную летопись нашей планеты. Ледник на протяжении 2 миллионов лет сохранял в себе пузырьки воздуха, бактерии, споры и пыльцу растений. Изучая накопленные Антарктидой «сокровища», люди узнают, как изменялись на Земле состав воздуха, погода и климат, растительный мир.

В 1996 году буровая скважина, носившая номер 5Г-1, достигла глубины 3539 м, где лед внезапно изменил свои свойства и химический состав. Стало очевидно, что полярники пробурили массив ледового щита насквозь и вошли в толщу совершенно другого льда, который нарастает на древний ледник снизу. Этот новый лед принадлежал огромному подледному озеру. Ученые поставили перед собой задачу достичь этого водоема, чтобы приступить к его всестороннему исследованию. Бурение заняло еще шесть лет. Лишь 5 февраля 2012 года, на глубине 3769 м, бур полярников достиг поверхности озера Восток.

Оно протянулось на 250 км при ширине 50 км. Глубина этого озера составляет примерно 1200 м, что сопоставимо с глубочайшими озерами планеты – российским Байкалом (1620 м) и африканской Танганьикой (1470 м). Озеро Восток является пресноводным, причем оно в 50 раз более насыщено кислородом, чем наземные озера Земли. В самых верхних слоях озера вода очень холодна, ее температура составляет –3 °C. Вода не замерзает только из-за давления ледовой толщи, оцениваемого в 340 атмосфер. Однако с глубиной температура воды растет и достигает примерно +10 °C.

О том, кто обитает в глубинах озера Восток, научный мир узнает лишь в 2013 году, когда в водоем будет спущено специальное оборудование. Впрочем, уже сейчас ученым известны некоторые из жителей озера. Это так называемые термофильные бактерии, их обнаружили в образцах льда, намерзающего снизу на древний ледник. Вряд ли эти микробы населяют воду. Скорее всего, перед учеными обитатели грунта, выстилающего дно водоема, которые 20 тысяч лет назад по какой-либо случайности были заброшены водным течением в верхний слой озера, где и вмерзли в лед.

Трудности с бурением антарктического щита, длившимся более 20 лет, показывают, насколько сложным окажется изучение подледного океана Европы. В настоящее время инженерами разрабатывается робот-бурильщик «Криобот», который планируется спустить на поверхность спутника, чтобы это устройство «прогрызло» ледовую толщу до поверхности воды. После этого к исследованиям приступит другой робот – «Гидробот», представляющий собой нечто вроде автоматического батискафа.