Т.Редже "Этюды о Вселенной", Мир/НиТ<< 2.3. Сверхновые | Оглавление | 2.5. Человек на Луне >>
2.4. Юпитер и Сатурн
"Вояджер" выполнил задание и теперь удаляется от системы Сатурна; примерно через десять лет он, возможно, пошлет нам первые снимки Урана, снятые с близкого расстояния. Астрономам есть чем заняться во время долгого ожидания этих изображений. Космический зонд уже сделал тысячи превосходных фотографий Сатурна в добавление к изображениям Юпитера.
Что же узнали мы о Солнечной системе с помощью этой и многих других автоматических станций? Практически вся планетология была перестроена на основе огромного количества нового материала, по сравнению с которым информация, полученная раньше с помощью телескопов, имеет в основном историческую ценность.
Состав Юпитера
Начнем с Юпитера, колосса Солнечной системы. Галилей первым увидел диск и четыре главных спутника, проведя знаменитую серию наблюдений, открывающих эпоху современной астрономии. Спустя три столетия "Вояджер" подвел нас к самой планете и дал возможность разглядеть детали ее поверхности. Диаметр Юпитера составляет около 144000 км, что примерно в 12 раз больше диаметра Земли, а его масса всего лишь в 300 раз превышает земную; если бы Юпитер имел такую же плотность, как и Земля, то, учитывая их размеры, его масса должна была бы превышать земную больше чем в 1500 раз. В действительности Юпитер состоит из более легкого вещества: из смеси водорода, гелия и некоторых примесей, включающих метан, аммиак, сернистые и другие химические соединения. Сила тяготения на поверхности Юпитера примерно в два с половиной раза больше, чем на Земле: мальчик, весящий 40 кг, на Юпитере весил бы целый центнер. По этой причине вес верхних слоев сжимает оболочку Юпитера, постепенно доводя вещество до очень большой плотности по мере перехода в глубь планеты. Юпитер почти весь состоит из вещества с газо-жидкой структурой, и только в самом центре, возможно, имеется небольшое каменистое ядро, скрытое под громадной оболочкой. Само это ядро окутано водородом, который, будучи сжат до невообразимой плотности, превращается в твердое металлическое вещество, проводящее электричество и тепло.
Несостоявшаяся звезда
Юпитер образовался при сжатии той же газовой туманности, из которой образовалось Солнце, и по своему химическому составу он тоже схож с Солнцем. При этом масса Юпитера едва достигает одной тысячной массы Солнца, что очень много по земным масштабам, но недостаточно, чтобы зажечь термоядерные реакции, которые вырабатывают тепло в недрах Солнца. Так что здесь мы имеем дело с "несостоявшейся звездой". В этом смысле Солнечная система включает в себя двойную звезду (или даже тройную, если считать Сатурн). Процесс сжатия Юпитера еще не закончен, и тепло, вырабатываемое этим непрерывным гравитационным сжатием вещества Юпитера, излучается атмосферой планеты в инфракрасной области спектра, невидимое для человеческого глаза, но вполне заметное для астрономических приборов.
Воспринимаемый в инфракрасном свете, Юпитер светится сам и излучает в три раза больше энергии, чем получает от Солнца.
Конвективные движения
Температура планеты увеличивается по мере продвижения внутрь, достигая нескольких десятков тысяч градусов в самом центре. Такие высокие температуры вызывают конвективные движения в оболочке планеты, движения, напоминающие то, что мы видим в кастрюле, поставленной на огонь: глубинные массы жидкости горячее и легче и поэтому перемещаются к поверхности. Достигнув ее, они излучают тепло во внешнее пространство, охлаждаются и опускаются вниз; цикл начинается снова.
В телескоп видно, что поверхность Юпитера разделена на горизонтальные полосы (параллельные экватору). Темные полосы чередуются со светлыми. Считается, что в пределах светлых полос горячее вещество выходит на поверхность, в то время как на темных полосах охлажденное вещество начинает свой спуск вниз. Данные, полученные "Вояджером", показали, что эта теория при всех ее достоинствах должна быть усовершенствована с учетом поразительных структур, усложняющих и украшающих атмосферу Юпитера гирляндами, вихрями и громадными омутами всевозможных расцветок. Еще Кассини видел на поверхности планеты знаменитое Красное Пятно, названное так, как говорит Азимов, из-за яркого красновато-оранжевого цвета. С близкого расстояния видно, что это красное пятно не единственное и что имеется еще одно, намного меньшее. Разумеется, большое пятно остается самым знаменитым: все-таки оно было обнаружено лет триста назад. Рядом с этими пятнами расположено множество других разноцветных пятен, имеющих, по-видимому, разные физические и химические составы.
"Вояджер" сфотографировал атмосферу Юпитера через множество цветных светофильтров; затем были восстановлены трехцветные изображения, но в "смещенном цвете", так, чтобы инфракрасный "цвет" был представлен как красный; другие цвета были изменены тоже. На этих фотографиях различные по химическому составу компоненты атмосферы окрашены в разные цвета, что дает возможность ученым разобраться в сложных метеорологических условиях Юпитера.
Красное Пятно
Исследования показали, что Красное Пятно – это большой вихрь, занимающий площадь, в три-четыре раза превышающую всю площадь поверхности Земли. На некоторых "ускоренных" кинокадрах прекрасно видно вихревое движение пятна, проглатывающего более мелкие пятна и возвращающего их назад невредимыми, как после круга на карусели. Похоже, что Красное Пятно возвышается как гигантский сплющенный купол над средним уровнем окружающей его поверхности Юпитера. Полосатая структура этой поверхности объясняется быстрым вращением планеты, совершающей один оборот немногим меньше чем за десять часов; в полярных зонах влияние вращения уменьшается, и вместо полос видно множество мелких пятен, где горячее вещество появляется из глубин.
Сильнейшее магнитное поле Юпитера захватывает излучение Солнца, создавая смертельный поток заряженных частиц, подобный радиационным поясам Земли и опасный даже для электронного оборудования; такой поток почти мгновенно привел бы к смерти любой формы земной жизни.
Автоматический зонд зафиксировал полярные сияния и ослепительные молнии, которые постоянно меняли очертания в неистовом бурлении атмосферы Юпитера, где бушевали беспрерывно сменявшие друг друга ураганные ветры со скоростями до, 400 км/ч.
Спутники Юпитера
"Вояджер" передал на Землю не только снимки самой планеты, но и превосходные фотографии ее спутников. Из основных спутников (галилеевы спутники) ближайшим к планете является Ио, на котором обнаружено целых восемь действующих вулканов; кора Ио, таким образом, находится в состоянии высокой активности. По этой причине на нем нет следов бомбардировок метеоритами, какие видны на Луне, Марсе и почти на всех небесных телах Солнечной системы, обладающих твердой корой. Напомним, что, согласно общепринятой теории, лунные кратеры представляют собой результат таких интенсивных бомбардировок, происходивших около трех миллиардов лет назад при зарождении Солнечной системы и с меньшей интенсивностью продолжающихся вплоть до наших дней. На Ио непрерывные потоки извергавшейся лавы стерли все следы прошлого, оставив покрывало красного цвета, состоящее, по всей вероятности, из серы и различных сернистых соединений; местность неуютная еще из-за высокого уровня опасного излучения поясов, подобных радиационным поясам Земли. Открытие действующих вулканов явилось полным сюрпризом для планетологов и одним из наиболее значительных результатов, полученных "Вояджером".
Что касается состава остальных спутников Юпитера, то, по всей видимости, они содержат больше льда и меньше тяжелых каменистых материалов, причем это обогащение льдом и уменьшение доли тяжелых веществ тем заметнее, чем дальше от планеты находится спутник. Число достоверно известных спутников Юпитера превышает дюжину; в большинстве своем это ледяные шары около сотни километров в диаметре, едва видимые с Земли. Подсчет их числа, проведенный аккуратно, без спешки с помощью стационарного искусственного спутника Юпитера, наверняка выявил бы сотни более мелких спутников. Таким образом, система Юпитера напоминает Солнечную систему в миниатюре.
Столь же плодотворным оказался визит космического зонда к Сатурну. Как и ожидалось, поверхности Сатурна и Юпитера схожи по характеристикам; судя по всему, наличие желтоватых лент, расположенных вдоль экваторов, связано с присутствием метана.
В астрологических руководствах можно прочесть, что Сатурн приносит несчастье, его влияние всегда связано с большим горем. В книгах по астрономии написано в более прозаическом стиле, что среднее расстояние от Солнца до этой планеты составляет 1427 млн. км (почти в десять раз больше, чем расстояние до Земли) и что один оборот вокруг Солнца она совершает примерно за 30 лет.
Открытие колец Сатурна
В 1610 г. Галилей, разглядывая Сатурн с помощью телескопа, заметил, что планета выглядит довольно странно, и решил, что он видит два тела, сопровождающие основную планету и расположенные по обеим сторонам от нее. О своем открытии он сообщил анаграммой "Smaisnermiclmbpobtalevmibvneuvgttaviras", над которой долго ломал голову Кеплер, тщетно пытаясь найти для нее решение. Наконец, Галилей разъяснил смысл написанного: "Altissimum planetam tergeminum observavi" ("Я обнаружил, что самая дальняя планета тройная"). Несколько лет спустя из-за относительного движения Сатурна и Земли кольца оказались повернутыми в профиль и поэтому стали практически невидимыми. Галилей решил, что он ошибся и прекратил заниматься Сатурном. Он умер, так и не узнав о существовании колец.
Кольца были открыты Гюйгенсом в 1659 г., о чем он объявил следующим образом: "aaaaaa, cccc, d, eeeee, g, h, iiiiiii, llll, mm, nnnnnnnnnn, oooo, pp, q, rr, s, ttttt, uuuu", что означало: "Anulo cingitur tenui, nusquam coherente, ad eclipticam inclinato" ("Она окружена легким кольцом, нигде не касающимся светила и наклоненным относительно эклиптики").
Мы избавим читателя от других анаграмм и подробного рассказа об истории этих исследований. Сатурн представляет собой громадную планету, имеющую в диаметре 119300 км, чуть меньше Юпитера. Система колец имеет внешний диаметр свыше 240000 км и с течением времени изменялась.
Состав и структура колец Сатурна
Шотландец Дж.К. Максвелл был первым, кто в 1850 г. в работе, ознаменовавшей собой начало его блестящей научной карьеры, серьезным образом поставил вопрос о природе колец Сатурна. С помощью неопровержимых доводов, основанных на законах небесной механики, он показал, что кольца не могут быть ни твердыми, ни жидкими. Оставалась гипотеза пыли, т.е. множества вращающихся по орбите вокруг планеты астероидов, столь мелких и многочисленных, что они воспринимаются как непрерывное кольцо. Спустя столетие модель пыли все еще считается справедливой, и оценки среднего диаметра "пылинок" дают значение порядка одного метра. Кроме того, похоже, что они состоят из льда. Из-за возмущений, вызываемых спутниками Мимасом и Энцеладом, некоторые орбиты нестабильны и остаются поэтому незаполненными. По этой причине пыль собирается в сложную систему концентрических колец, щели между которыми, вероятно, не превышают одного километра; для сравнения можно сказать, что толщина листа бумаги окажется равной 25 м, если пропорционально увеличить все размеры на Земле до размеров на Сатурне.
Теория Голдрайха и Тремайна, которая должна была объяснить детали структуры колец, оказалась (после получения данных от зонда) слишком упрощенной и должна быть теперь пересмотрена, хотя она в принципе остается справедливой, и на ее основе уже получены некоторые важные результаты. Недавние снимки, переданные зондом, свидетельствуют, что структура системы колец очень сложна; возможно, некоторые эффекты объяснимы только на основании предположения о существовании других спутников Сатурна, помимо дюжины уже обнаруженных.
Эта теория, как и всякая другая, основана на законе всемирного тяготения Ньютона и, по сути, представляет собой сложный пример приложения этого закона.
Существует ли жизнь на газовых гигантах Солнечной системы?
В интересной статье Солпитера и Сагана, опубликованной в серьезнейшем периодическом издании "The Astrophysical Journal", обсуждается одна такая возможность. Эти два автора считают, что Юпитер мог бы быть местом обитания гигантских упорядоченных организмов, вроде огромных шаров, наполненных водородом и плавающих в атмосфере планеты. Эти организмы могли бы питаться веществами, которые выносятся из недр планеты мощными восходящими потоками, упомянутыми нами выше. Не исключены случаи каннибализма. Красное Пятно могло бы оказаться идеальным местом для обитания этих организмов, что в свою очередь могло бы объяснить его окраску. Здесь мы имеем захватывающую рабочую гипотезу, для подтверждения или – будем реалистически смотреть на вещи – полного провала которой потребуются многие годы. Аналогичные соображения могут быть предложены и для Сатурна. Высказывалась мысль, что и в нагретой вулканами атмосфере Титана, самого большого спутника Сатурна, могла бы существовать жизнь, однако "Вояджер" обнаружил, что атмосфера Титана холодна и вряд ли может этому способствовать. Будущее, однако, всегда может приготовить нам какой-нибудь сюрприз.
<< 2.3. Сверхновые | Оглавление | 2.5. Человек на Луне >>
|
Публикации с ключевыми словами:
Галилео Галилей - солнечная система - космогония - астрофизика - Общая теория относительности - электрослабое взаимодействие - элементарные частицы
Публикации со словами: Галилео Галилей - солнечная система - космогония - астрофизика - Общая теория относительности - электрослабое взаимодействие - элементарные частицы | |
См. также:
Все публикации на ту же тему >> | |
