Гайд по астрономии. Путешествие к границам безграничного космоса
Если посмотреть на Марс в бинокль, возможно, вы лучше увидите его ржавый цвет, но не более того. Верно сфокусированный телескоп — рефлектор или рефрактор, — как правило, позволит рассмотреть одну или обе полярные шапки и ряд затемненных объектов, таких как Большой Сирт. В хорошо настроенный бинокль виден значительный объем Юпитера и четыре галилеевых спутника. В любительские телескопы хорошо заметны прекрасные темные пояса и светлые зоны исполинской планеты, а также объекты поменьше, в том числе красочные завитки, яркие и темные участки и само Большое красное пятно.
Сатурн вдвое дальше Юпитера и в бинокль виден значительно хуже — разве что становится более заметным его желтовато-коричневый цвет и бросается в глаза Титан, его самый крупный спутник. Возможно, кто-то даже увидит в Сатурне асимметрию, подобно Галилею, который более 400 лет назад рассмотрел в свою подзорную трубу странные выпуклые «ушки». А чтобы они предстали в виде изящных колец, которыми по праву славится Сатурн, нужен приличный телескоп.
Уран и Нептун невооруженным глазом не увидеть. Достойный бинокль и подробная карта неба позволят найти Уран, но Нептун виден исключительно в телескоп, и в любом случае вы увидите только мерцающие точки, причем Уран будет казаться зеленоватым, а Нептун — более голубоватым. Учитывая, что эти крупные планеты были совершенно неизвестны во времена Американской революции, возможно, любая возможность их увидеть вас воодушевит.
Каждое десятилетие в Солнечную систему залетает несколько комет, которые приближаются к ее внутренним областям и устраивают великолепное шоу. Недавний «демонстрационный полет», видимый невооруженным глазом, исполнила в 2020 году комета NEOWISE. У самых впечатляющих кометных явлений есть характерные особенности — блистающее ядро, из которого исходят прямой плазменный хвост и изогнутый пылевой шлейф. Телескопы позволят увеличить изображение ядра и комы, и можно будет увидеть изогнутые потоки — при условии, что вы достаточно далеко от источников светового загрязнения.
Планеты земной группы
Ближайшие к Солнцу планеты (Меркурий, Венера, система Земля — Луна и Марс) имеют среднюю плотность, которая согласуется с тем, что они почти полностью состоят из камня. Кроме того, они намного меньше газовых гигантов (Юпитера и Сатурна) и ледяных гигантов (Урана и Нептуна), пребывающих во внешней Солнечной системе. Возможно, их самая характерная черта — это их непосредственная близость к нашей звезде. Обильно согретые солнечным светом в самом начале своего формирования, планеты земной группы, по всей видимости, не могли накапливать и удерживать водород и гелий, на которые приходится основная масса Юпитера и Сатурна — эти газы слишком летучие, чтобы оставаться на месте под активным влиянием Солнца. В итоге возникли восхитительные уникальные миры — совершенно несхожие и непредставимо загадочные. На рис. 4.2 показано внутреннее строение планет земной группы. У Меркурия аномально большое металлическое ядро, размеры которого составляют 75 % его радиуса и 42 % его объема. А металлическое ядро Луны, напротив, очень маленькое. Считается, что Венера и Земля по внутреннему строению похожи друг на друга: на ядра приходится примерно 55 % их радиусов и 16 % их объемов. Марс по размерам находится между Меркурием и «сестрами-близнецами» — Венерой и Землей.
Магматическая активность на поверхности этих небесных тел возрастает с увеличением их размера. Например, Луна, Меркурий и Марс некогда были активны, но уже примерно миллиард лет на них почти ничего не происходит. Земля и Венера, напротив, продолжают активно преображать свой внешний облик. Атмосфера, по всей видимости, тоже зависит от массы. На Луне и Меркурии имеются лишь малейшие следы атмосферных газов. Марс занимает промежуточное положение: в его атмосфере преобладает углекислый газ, но давление на поверхности составляет всего 1/157 от земного. А вот Венера скрыта облаками углекислого газа, количество которого в 93 раза превышает уровень, свойственный Земле, поэтому парниковый эффект нагревает ее поверхность до 477 °C — такая температура достаточно высока, чтобы расплавить свинец и испарить серу.
Рис. 4.2. Изображения планет земной группы и Луны в разрезе. У каждой планеты есть металлическое ядро (разного размера), мантия и кора. (Источник: NASA.)
Газовые гиганты
Юпитер и Сатурн, подобно уличным хулиганам, наводят свои порядки по всей Солнечной системе. В частности, Юпитер когда-то помешал сформироваться настоящей планете — она могла появиться в зоне, занятой в наши дни астероидами. Его гравитационное воздействие вытеснило большую часть субпланетных обломков, некогда занимавших эту кольцевую зону, за пределы Солнечной системы или к Солнцу, и осталась лишь горстка астероидов, которую мы видим сегодня. Сурово Юпитер обошелся и с кометами — вытеснил их с «родных земель» вблизи орбиты Нептуна и перенаправил во внутреннюю Солнечную систему или к кометному облаку Оорта, расположенному в 5000–50 000 а. е. от Солнца. Конечно, эти гигантские миры по праву вызывают наш интерес, а их системы колец и группы спутников поистине поразительны.
Юпитер
Юпитер, названный в честь верховного бога древних римлян, содержит более трех четвертей всего планетарного вещества в Солнечной системе. Нам это известно, поскольку мы можем отслеживать орбитальные движения его спутников и знаем, как далеко от них до Юпитера, а закон всемирного тяготения Ньютона помогает нам определить гравитационную массу, ответственную за поддержание этих движений. Расчетная масса, в 318 раз превышающая земную, и объем, в котором поместилось бы 1405 таких планет, как наша, дает среднюю плотность 1,34 г/см3. Эта величина примерно равняется трети средней плотности каменистой Земли и очень близка к плотности воды в земных океанах (1 г/см3). Если честно, Юпитер лучше было бы назвать не «газовым гигантом», а «жидким». Его внутреннее строение остается довольно неопределенным, но считается, что он содержит относительно плотное ядро неизвестного состава, окруженное последовательными слоями жидкого атомарного водорода — настолько плотного, что он проводит электричество подобно металлу, — а дальше идут слои жидкого молекулярного водорода, газообразного молекулярного водорода, аммиака и воды (рис. 4.3). Со всем этим богатством Юпитер совершает полный оборот вокруг своей оси за каждые 9,8 часа, отчего в атмосферных поясах, зонах и пятнах планеты рождаются сильные ветры. Вокруг этого гиганта, охваченного вихрями, обращаются по меньшей мере семьдесят девять спутников, включая четыре галилеевых — это Ио, Европа, Ганимед и Каллисто, — каждый из которых сам по себе может рассматриваться как удивительный мир.
Рис. 4.3. Вверху: схематичное изображение газовых гигантов в разрезе. Различные слои основаны на физических моделях. В каждом случае природа ядра наименее определена. Внизу: снимок Юпитера, сделанный космическим аппаратом «Кассини». Видны темные пояса, более яркие зоны, белые овалы и Большое красное пятно. Черная точка — это тень Европы, спутника Юпитера, второго по отдаленности из четырех, открытых Галилеем. (Вверху: материалы любезно предоставлены NASA / Лунно-планетный институт; внизу: материалы любезно предоставлены NASA / JPL / Аризонский университет.)
Сатурн
При взгляде в хороший телескоп вид прославленных колец Сатурна поражает воображение (рис. 4.4). Многим кажется, что перед ними предстает невозможное явление — как если бы кто-то подвесил перед телескопом модель. Сатурн во многом напоминает Юпитер: во-первых, по составу он подобен Солнцу, причем почти весь его объем приходится на водород (а вот гелия, как ни странно, очень мало). Во-вторых, он быстро вращается: одни сатурнианские сутки занимают всего 10,6 земного часа, и это стремительное вращение превратило планетную атмосферу в полосчатые циркуляционные системы, похожие на параллельные темные пояса и яркие зоны Юпитера. В-третьих, Сатурн, как и Юпитер, до сих пор излучает энергию, высвобожденную при гравитационном коллапсе его родительского облака. А кроме того, обе планеты излучают больше тепла, чем получают от Солнца.