Планеты во Вселенной "Соросовская Энциклопедия"

В противоположность застывшим мирам Луны или Меркурия облачные образования на поверхности газовых гигантов во внешней части Солнечной системы находятся в постоянном движении. Наиболее ярким примером подобных процессов служит Юпитер (рис. 3). Обладая "солнечным" химическим составом, самая крупная планета Солнечной системы имеет массу в 70-80 раз меньше той, при которой небесное тело может стать звездой. Тем не менее в недрах Юпитера происходят процессы с достаточно мощной энергетикой, вследствие чего тепловое излучение планеты примерно в два раза превышает энергию, получаемую ею от Солнца.

Конвективные потоки, выносящие внутреннее тепло к поверхности, внешне проявляются в виде светлых зон и темных поясов. В области светлых зон отмечается повышенное давление, соответствующее восходящим потокам. Облака, образующие зоны, располагаются на более высоком уровне, а их светлая окраска связана с повышенной концентрацией ярко-белых кристаллов аммиака. Располагающиеся ниже темные облака поясов состоят в основном из красно-коричневых кристаллов гидросульфида аммония и имеют более высокую температуру. Эти структуры представляют области нисходящих потоков. Зоны и пояса имеют разную скорость движения в направлении вращения Юпитера, что выражается в существовании устойчивых зональных

Рис. 3. Видимая структура облачного слоя Юпитера. Вблизи терминатора выделяется Большое красное пятно. Большое красное пятно - атмосферный вихрь неутихающий вот уже не одну сотню лет.

Природа планет - газовых гигантов

В телескоп средней силы хорошо заметно, что шар Сатурна сильно сплюснут - еще сильнее, чем Юпитер. Его сжатие составляет порядка 10 %. На планете выделяются параллельные экватору полосы.

течений или ветров, постоянно дующих в одном направлении. Скорости в этой глобальной системе восточных и западных ветров достигают 50-150 м/с.
    Другим проявлением сильной конвективной активности недр Юпитера является магнитное поле, напряженность которого на порядок превосходит напряженность магнитного поля Земли. Планету окружает протяженная система радиационных поясов, являющихся источником собственного радиоизлучения Юпитера. На границах облачных зон и поясов возникают мощные турбулентные течения, которые приводят к образованию многочисленных вихревых структур. Наиболее известным таким образованием является Большое красное пятно, наблюдаемое на поверхности Юпитера в течение последних 300 лет. По современным представлениям это громадное образование примерно эллиптической формы с осями в 26 000 и 14 000 км представляет собой свободно мигрирующий в атмосфере вихрь антициклонического типа. Несмотря на большой объем данных, полученных о Большом красном пятне в последнее время, его происхождение и длительное существование в качестве устойчивого антициклона в атмосфере Юпитера остается в значительной степени необъясненным. Внутренняя структура пятна указывает на вращение всего образования в направлении против часовой стрелки с периодом около 6 дней.
    В окрестностях Большого красного пятна иногда наблюдаются яркие облачные структуры, претерпевающие за короткое время значительные изменения. Самые мелкие светлые образования имеют поперечник в несколько десятков километров. Специалисты считают, что наблюдаемые детали по своей природе являются кучевыми облаками, хорошо известными на Земле как предвестники грозовых туч. Анализ данных показал, что по составу кучевые облака на Юпитере, как и на Земле, вероятнее всего являются скоплениями водяных паров. В то же время поиски воды в атмосфере Юпитера дают противоречивые результаты.
    Традиционная точка зрения предполагала, что вода на Юпитере могла образоваться из кислорода, первоначально присутствовавшего в газопылевом протопланетном облаке. В этом случае содержание кислорода на Юпитере и на Солнце должно быть одинаковым. Однако первые измерения, проведенные с близкого расстояния космическим аппаратом ВОЯДЖЕР, показали двойное превышение содержания кислорода по сравнению с солнечным. Наблюдения во время падения на Юпитер фрагментов ядра кометы Шумейкеров-Леви 9 в 1994 году привели к выводу, что содержание кислорода может в 5-10 раз превышать солнечную норму. Этот результат находился в полном согласии с гипотезой, предполагающей, что наблюдаемый в настоящее время на Юпитере уровень содержания кислорода, азота и углерода обусловлен многочисленными падениями комет, которые еще в ранний период существования Солнечной системы изменили первоначальный состав атмосферы Юпитера.
    В декабре 1995 года спускаемый модуль космического аппарата ГАЛИЛЕО произвел измерения химического состава непосредственно внутри атмосферы Юпитера. Было установлено, что содержание водяных паров не превышает 0,2 %, то есть не отличается от солнечной нормы. Быстрый рост температуры с глубиной и практически полное отсутствие водяных облаков на трассе спуска модуля создали полное впечатление чрезвычайно "сухой" атмосферы.
    Обнаружение на окраинах Большого красного пятна короткоживущих кучевых облаков предположительно водного состава показывает, что описанная проблема еще далека от полного разрешения. Следует учесть, что наблюдавшиеся кучевые облака возникли в области интенсивного подъема газов из глубины атмосферы Юпитера. Таким образом, не исключено, что в результате конвекции происходит вынос на поверхность облачного слоя водяных паров, сконцентрированных на глубине около 50 км. То, что приборы зонда ГАЛИЛЕО показали противоположный результат, может объясняться просто локальными изменениями состава атмосферы.
    До сих пор ученые оперировали моделями, которые представляли вариации среды по вертикали. Предполагалось, что вариации от места к месту не имеют существенного значения. Очевидно, что такие представления можно принять лишь в качестве первого приближения и, конечно, для такого огромного планетного тела, как Юпитер, не только зональные, но и локальные изменения условий в атмосфере и в ее составе могут играть существенную роль.
Жизнь в Солнечной системе

    Прежде чем перейти к проблеме существования внеземной жизни на телах Солнечной системы, необходимо понять, какие тела по условиям естественной среды могут претендовать на роль обители внеземной жизни. Поскольку значительная часть кислорода в земной атмосфере (около 21 %) является результатом деятельности биомассы, наличие кислорода в среде других тел является одним из указаний на существование хотя бы примитивных форм живых организмов.
    С помощью спектрографа высокого разрешения, установленного на Космическом телескопе им. Э. Хаббла, в ультрафиолетовой части спектра спутника Юпитера Европы были обнаружены детали, свойственные молекулярному кислороду. На этом основании был сделан вывод о наличии у Европы кислородной атмосферы, простирающейся до высот около 200 км. Конечно, общая масса этой газовой оболочки ничтожна. По оценкам давление атмосферы у поверхности Европы составляет всего лишь 10^-11 от давления земной атмосферы. С большой вероятностью кислород на Европе имеет небиологическое происхождение. По-видимому, существует испарение незначительного количества водяного льда, которым покрыта поверхность Европы, вследствие микрометеоритной бомбардировки с последующим разложением молекул водного пара и потерей более легкого водорода. При температуре поверхности Европы около 130 К тепловые скорости молекул кислорода не столь велики, чтобы привести к быстрой диссипации газа, а регулярное пополнение парами воды способствует сохранению постоянной, хотя и сильно разреженной атмосферы юпитерианского спутника.
    Озон, обнаруженный с помощью тех же методов на другом спутнике Юпитера - Ганимеде, скорее всего имеет аналогичное происхождение. Общая масса озона в предполагаемой кислородной атмосфере Ганимеда составляет не


Рис.4. Ученые НАСА сообщили об открытии строгого косвенного доказательства микроско-пической жизни, когда-то существовавшей на Марсе.
Жизнь в Солнечной системе
Рис.4. Изображение предполагаемой окаменелости марсианского микроорганизма, полученное с помощью сканирующего электронного микроскопа

более 10 % массы этого газа, ежегодно теряемой над южным полюсом Земли в области антарктической озонной дыры. Пример ледяных спутников Юпитера показывает, что существенным условием развития организмов является соответствующая температура среды. По этому признаку из всех крупных планет может быть выделен только Марс.
    Температурный режим вблизи экватора этой планеты почти приближается к условиям полярных или высокогорных районов Земли. Давление марсианской атмосферы у поверхности почти такое же, как на высоте 30 км над уровнем моря на Земле. Многочисленные структуры, напоминающие русла высохших рек или системы оврагов, говорят о возможном существовании в прошлом открытых водоемов на поверхности планеты. Наконец, специфические формы выбросов вокруг некоторых ударных кратеров убедительно свидетельствуют в пользу существования довольно мощных подповерхностных слоев льда.
    Надежно установленным является обмен веществом между Луной и Землей, а также между Марсом и Землей. Помимо образцов лунных пород, доставленных на Землю с поверхности Луны автоматическими станциями и космическими кораблями, насчитывается 15 фрагментов лунного вещества общей массой 2074 г, попавших на нашу планету естественным путем в виде метеоритов. Лунное происхождение их подтверждается тем, что по структурным, минералогическим, геохимическим и изотопным характеристикам данные метеориты идентичны хорошо изученным в земных лабораториях лунным породам.
    На Земле присутствует также 78,3 кг марсианского вещества в виде 12 отдельных осколков, выпавших в различных районах земного шара. Некоторые из них были найдены еще в прошлом веке. По своим необычным характеристикам эти 12 метеоритов были отнесены к особой группе. В частности, все они имеют необычно поздний возраст кристаллизации - от 0,65 до 1,4 млрд лет. Однако истинное происхождение этих космических пришельцев было установлено сравнительно недавно, когда выяснилось, что типичный только для них изотопный состав редких газов с большой вероятностью указывает на их марсианское происхождение. Изотопные отношения являются очень стабильной характеристикой вещества и надежным указателем на его происхождение. В августе 1996 года Д. Мак-Кей с группой сотрудников Космического центра им. Л. Джонсона объявил о наличии в одном из марсианских метеоритов окаменелых остатков древних микроорганизмов внеземного происхождения.
    Метеорит ALH84001 массой 1930,9 г был найден в Антарктиде в 1984 году. По данным предварительных исследований сильное ударное воздействие этот фрагмент претерпел 16 млн лет назад. По-видимому, эта временнАя отметка соответствует моменту выброса камня за пределы Марса и началу его космического путешествия. В земную среду метеорит попал 13 000 лет назад.
    С помощью сканирующего электронного микроскопа удалось получить изображения внутренней структуры метеорита, на которых обнаружены детали характерной формы с размерами от 2ћ10^-6 до 10^-6 см. На рис. 4 приводится изображение единичной окаменелости. На других изображениях, полученных сотрудниками Мак-Кея, видны целые "колонии" древних марсианских бактерий.
    Для доказательства биологического происхождения обнаруженных реликтов исследователи выстроили целую систему сопутствующих аргументов. В частности, они обратили внимание, что все эти структуры располагаются внутри карбонатовых глобул (отложений карбонатов, окислов, сульфидов и сульфатов железа), возраст которых составляет 3,6 млрд лет, то есть относится ко времени пребывания метеорита в марсианской среде. Кроме того, изотопный состав кислорода и углерода, образующих минералы глобул, однозначно соответствует изотопным характеристикам марсианских аналогов этих газов, определенных непосредственно на Марсе приборами космических аппаратов ВИКИНГ. Наконец, в земных условиях органические соединения, подобные тем, что обнаружены вокруг микроокаменелостей, являются продуктами жизнедеятельности и последующего разложения погибших древних бактерий. Отличием земных и марсианских бактерий являются их сравнительные размеры. Бактерии Земли в 100-1000 раз крупнее своих марсианских аналогов. Это обстоятельство существенно с точки зрения микробиологии, поскольку в таком малом объеме не могут поместиться все клеточные структуры, необходимые с земной точки зрения для нормальной жизнедеятельности, в частности структура ДНК. Удовлетворительного объяснения этому не найдено и пока приходится довольствоваться тем соображением, что у древних марсианских бактерий могли быть существенные отличия в процессах жизнедеятельности. Таким образом, в настоящий момент реально известная нам внеземная жизнь представлена лишь единственным свидетельством - окаменевшими реликтами бактерий с возрастом более 3 млрд лет.
Планетные системы во Вселенной?

Располагая лишь одним, к тому же недостаточно изученным примером - нашей Солнечной системой, нельзя в полной мере понять общие закономерности происхождения и эволюции планетных систем во Вселенной. Поэтому обнаружение спутников других звезд является весьма актуальной задачей современной астрономии. Поиски планет рядом с другими звездами осложнены естественными обстоятельствами: необходимо обнаружить слабый несамосветящийся объект вблизи яркой звезды. Первые намеки на реальное существование пылевой материи вблизи звезд были получены с помощью инфракрасных наблюдений. Инфракрасный телескоп с высокой чувствительностью, установленный на спутнике IRAS, обнаружил слабые избытки ИК-излучения у ряда звезд, которые можно было интерпретировать

Рис. 5. Изображение одного из протопланетных дисков, полученное Космическим телескопом им. Э. Хаббла. Показано крупномасштабное изображение подобной структуры.

Планетные системы во Вселенной?

Рис. 6. Снимок спутника звезды Gliese 229. Изоб-ражение получено Космическим телескопом им. Э. Хаббла. Спутник звезды, Gliese 229 B, обращается вокруг звезды на среднем расстоянии 44 а.е.

как излучения протопланетных дисков. Первое изображение облака околозвездной пыли удалось получить с помощью своеобразного "внезатменного коронографа" на 2,5-метровом телескопе ESO Б. Смиту и Р. Террилу в 1984 году. Размеры диска (около 400 а.е.), окружающего звезду ? Живописца, оказались гораздо больше диаметра Солнечной системы.
    Внеатмосферные наблюдения значительно расширили возможности поиска планетных систем. Были получены изображения начальной стадии их формирования из газопылевых околозвездных туманностей. Крупномасштабное изображение подобной структуры показано на рис. 5. Увидеть следующую стадию эволюции планетных систем - формирование отдельных планет - пока не удалось. Для обнаружения спутников звезд приходится пользоваться в основном косвенными методами. Например, небольшие периодические изменения блеска родительской звезды могут свидетельствовать, что в эти моменты она частично затеняется крупным спутником-планетой, а наличие даже ничтожных вариаций в скорости собственного движения звезды - служить указанием на ее движение вокруг общего с крупными планетами центра масс и, следовательно, помочь оценить параметры предполагаемых спутников.
    В настоящее время насчитывается около десяти случаев обнаружения около звезд отдельных спутников, параметры которых удалось оценить. Но прямое изображение получено лишь в одном случае. На рис. 6 представлен снимок спутника, обращающегося вокруг звезды небольших размеров Gliese 229, полученный на Космическом телескопе им. Э. Хаббла в ноябре 1995 года. На снимке изображение самой звезды отсутствует. Светлый ореол в левой части кадра является лишь засветкой части площади приемника телескопа. Спутник звезды, названный Gliese 229 B, обращается вокруг центральной звезды на среднем расстоянии 44 а.е. Его масса оценивается в 20-60 масс Юпитера. Для планеты этот объект слишком массивен, более правильно было бы назвать его звездой-спутником. Однако, хотя он сформировался тем же путем, что и звезды, его масса недостаточна, чтобы обеспечить нормальное протекание ядерных реакций в недрах. Границей, разделяющей настоящие звезды и подобные тела, считается масса, равная 75-80 массам Юпитера. В связи с этим возникла новая проблема. Часть обнаруженных объектов по массе очевидно больше, чем Юпитер, а положение границы между планетами - газовыми гигантами и звездами-карликами пока достоверно не установлено, потому что в данном случае основным критерием является не масса объекта, а механизм его формирования. Расчеты показывают, что нижняя граница для массы тела, при которой включается механизм формирования именно звезды, а не планеты-гиганта, составляет 10-20 масс Юпитера. Более точных критериев, по которым можно было бы корректно отделить спутник-планету от спутника-звезды, пока нет. Да и можно ли говорить о наличии планетной системы, если у звезды обнаружен лишь один спутник?
    Расчеты и пример Солнечной системы показывают одно: признать существование планетной системы можно лишь в том случае, если звезда имеет больше двух спутников, по массе не превышающих существенно Юпитер. Из известных в настоящее время систем этому условию отвечает лишь одна - спутниковая система пульсара PSR 1257+12 в созвездии Девы, находящаяся от нас на расстоянии около 1000 световых лет. Три достоверно установленных спутника пульсара образуют систему, размеры которой почти не превышают орбиты Меркурия вокруг Солнца, с полуосями орбит соответственно: 0,19; 0,36 и 0,47 а.е. Периоды обращения спутников также близки к меркурианскому: 23, 66 и 95 земных суток. Масса ближайшего к пульсару спутника предположительно равна массе Плутона; средний спутник в 3 раза более массивен, чем Земля; самый удаленный объект превышает по массе нашу планету в 1,6 раза.

Астронет "Соросовская Энциклопедия"

Таким образом, планетная система пульсара PSR 1257+12 - единственная достоверно известная в настоящее время - по природе центральной звезды (нейтронная звезда) и по характеристикам спутников резко отличается от нашей собственной и, следовательно, не может ничего сообщить о типичных механизмах формирования планет и спутников. Пока мы по-прежнему остаемся одинокими во Вселенной. В качестве иллюстраций использованы изображения астрономических объектов, переданные на Землю космическими аппаратами ВОЯДЖЕР, ГАЛИЛЕО и Космическим телескопом им. Э. Хаббла, распространенные НАСА США по сети Интернет.

Жизнь во Вселенной Планеты во Вселенной