Гайд по астрономии. Путешествие к границам безграничного космоса

Считается, что кольца Сатурна состоят из различных льдов, объединенных в неимоверно тонкие концентрические полосы. Возможно, сами кольца недолговечны и появляются и исчезают в масштабах примерно 100 млн лет. За их пределами вокруг планеты вращается более шестидесяти спутников, в том числе Титан — единственный спутник в Солнечной системе, обладающий плотной атмосферой, — и Энцелад, с поверхности которого извергаются жидкие гейзеры.
Рис. 4.4. Сатурн и его ледяные кольца — одно из самых потрясающих зрелищ в Солнечной системе. Поскольку ось его вращения на 27° наклонена к плоскости его орбиты, Сатурн, если смотреть с Земли, меняет свой внешний вид в течение одного сатурнианского года (29,5 земного года). Как показано на этом снимке, сделанном космическим телескопом «Хаббл», с 2000 по 2006 год система колец Сатурна из почти закрытой стала почти открытой, а в его южном полушарии настало лето. (Материалы любезно предоставлены NASA / Проект «Наследие Хаббла» / STScI.)
 Ледяные гиганты 
Люди античного мира знали о Меркурии, Венере, Марсе, Юпитере и Сатурне, поскольку эти планеты можно увидеть и отследить невооруженным глазом. Но лишь после того, как был создан телескоп, удалось дополнить шесть главных планет (считая и Землю) более удаленными и гораздо более тусклыми мирами. Ими стали Уран и Нептун, самые удаленные крупные планеты в Солнечной системе. Плутон гораздо меньше, и в 2006 году он был официально понижен до второстепенного статуса «карликовой планеты», в то время как поиски другой крупной «планеты Х» пока ни к чему не привели.
 Уран 
Уран обращается вокруг Солнца на расстоянии 19,2 а. е. — в четыре раза дальше, чем Юпитер, и вдвое дальше, чем Сатурн. Поэтому он получает 1/16 излучения, получаемого Юпитером, и 1/4 того, которое доходит до Сатурна. При равновесной температуре –208 °C аммиак и вода, присутствовавшие в атмосфере Урана, полностью замерзли и «выпали снегом». В атмосфере остался лишь избыток молекулярного водорода и газообразного метана. Метан преимущественно поглощает красный свет Солнца, отражая при этом зеленый и голубой свет, и из-за этой «пристрастной» отражательной способности видимая атмосфера Урана кажется зеленоватой.
Масса планеты (в 14 раз больше земной) и размер (в 4 раза больше земного) дают среднюю плотность 1,3 г/см3. Исходя из этих объемных свойств, планетологи заключают, что Уран содержит ядро из металла и камня, толстый промежуточный слой ледяной взвеси, внешний слой жидкого молекулярного водорода и разреженную атмосферу (рис. 4.5), так что прозвище «ледяной гигант» ему вполне подходит. Однако эти выводы сделаны совсем недавно, а до 1995 года в книгах, посвященных планетам, утверждалось, что во внутренних слоях Урана и Нептуна преобладает жидкий водород.
Об Уране мы знали очень мало, пока в 1986 году мимо него не пролетел космический зонд «Вояджер-2». Во время краткого сближения зонда с планетой удалось подтвердить, что ось вращения Урана наклонена на 98° — так, что он почти лежит на боку. Такой экстремальный наклон приводит к самым аномальным временам года в Солнечной системе. Когда северный полюс планеты направлен к Солнцу, ее северное полушарие непрерывно освещено дневным светом, а южное пребывает в постоянной темноте. Эти экстремальные периоды солнцестояния в каждом полушарии меняются местами по прошествии половины уранианского года (42 земных года). Как именно Уран перевернулся «с ног на голову», остается неясным, но многие астрономы подозревают, что его ориентацию могло изменить сильное столкновение с неким блуждающим телом размером с планету.
 
Рис. 4.5. Схема внутреннего строения Урана (в равной степени применимая к Нептуну) и необычные конфигурации осей вращения и магнитных полей у этих «ледяных гигантов». (Вверху: по источнику Astronomy, C. J. Peterson; внизу: по источнику NASA’s Cosmos.)
Магнитное поле Урана ведет себя еще более странно. Во-первых, его магнитная ось в направлении с севера на юг наклонена на 60° к оси вращения планеты. У Земли это смещение намного меньше — всего 11°. Напрашивается вывод, что внутренняя часть
Урана, формирующая магнитное поле, циркулирует в противоположном направлении по сравнению с его внешней поверхностью. Во-вторых, магнитная ось даже не проходит через центр планеты, а значительно смещена к одной стороне Урана. Как это может происходить, остается загадкой.
Вокруг Урана обращается свыше двадцати семи спутников, большинство из которых названы в честь вымышленных персонажей пьес Уильяма Шекспира.
 Нептун 
Я с теплотой вспоминаю 25 августа 1989 года, когда «Вояджер-2», проведя 12 с лишним лет в путешествиях по межпланетному пространству, наконец добрался до Нептуна. В те дни я преподавал астрономию в Вашингтонском университете в Сиэтле. Интернета тогда еще не было, а телеканалы посвящали эпохальному облету очень мало эфирного времени. К счастью, в рамках своих аудиовизуальных услуг университет предоставлял доступ к телевизионному монитору, который принимал передачи от Лаборатории реактивного движения NASA, как только Сеть дальней космической связи транслировала по радиоантеннам сигналы с «Вояджера-2».
В компании приятелей-астрономов я устроился на ковре в маленькой комнате без окон — и там своими глазами увидел первые снимки Нептуна, переданные с Нептуна. Пока они медленно, строка за строкой, выстраивались на телевизионном мониторе, черно-белые изображения показывали серую планету с отчетливым темным пятном и яркими полосами (рис. 4.6). Становилось очевидно, что Нептун напоминал Юпитер с его Большим красным пятном, только полос на нем было поменьше. Я не спал до рассвета, пока шесть часов спустя на мониторе не начали прокручиваться изображения Тритона, крупнейшего спутника Нептуна. Ого! Я даже и не мыслил увидеть нечто подобное. Сморщенную, словно дыня, поверхность Тритона испещряли мириады темных прожилок, протянувшихся там, где когда-то давно извергались ледяные гейзеры. Это было невероятно.
Рис. 4.6. Снимок Нептуна с «Вояджера-2». Видны атмосферные полосы и Большое темное пятно. Рядом, для сравнения, помещена Земля. (Материалы любезно предоставлены NASA / Лабораторией реактивного движения Калифорнийского технологического института [NASA/JPL–Caltech].)
Многоволновые изображения, спектроскопия и зондирование системы Нептуна in situ по-прежнему дают нам «львиную долю» всех наших сведений об этом далеком мире. Так мы узнали, что планета обладает сильным магнитным полем, а ее магнитная ось, как и у Урана, значительно наклонена и смещена от центра (рис. 4.5). Кроме того, Нептун напоминает Уран по размеру и массе, и поэтому, по всей видимости, сходен с ним как по внутреннему строению — камень, слякотная вода, жидкий водород, — так и по составу атмосферы, в которой присутствуют газообразный водород, гелий и метан. По виду Нептун определенно более голубоватый, чем Уран, — возможно, из-за того, что на нем выше концентрация атмосферного метана, или по причине иного, неизвестного атмосферного эффекта. Также Нептун излучает значительно больше тепла, чем получает от Солнца, и этот тепловой избыток объясняет наличие сильных ветров и циклонической активности, которое обнаружил «Вояджер-2». После того как мы получили с зонда первые снимки Нептуна, наблюдения за планетой велись с помощью космического телескопа «Хаббл», и мы увидели, что темные пятна, яркие облака и различные полосы появляются и исчезают. И более того, к середине 1990-х годов, когда «Хаббл» начал получать снимки Нептуна, Большое темное пятно, запечатленное «Вояджером-2», уже исчезло.