Космос
Шрифт:
Трудно представить себе возможность появления человека на самом Юпитере, хотя, я полагаю, в далеком будущем могут появиться технологии создания огромных городов-аэростатов, постоянно плавающих в его атмосфере. При взгляде с Ио или с Европы этот громадный изменчивый мир будет заполнять большую часть неба, нависая сверху, не восходя и не заходя, поскольку почти все спутники в Солнечной системе, подобно нашей Луне, всегда повернуты к своим планетам одной и той же стороной. Для тех, кто в будущем станет осваивать луны Юпитера, эта гигантская планета послужит постоянным источником вдохновения, вечным вызовом. Когда Солнечная система конденсировалась из межзвездного газа и пыли, Юпитер захватил львиную долю вещества, которое не было выброшено в межзвездное пространство и не упало в центр, где формировалось Солнце. Окажись Юпитер в несколько десятков раз массивнее, в его недрах начались бы термоядерные реакции, и он стал бы испускать собственный свет. Самая большая из планет Солнечной системы – это несостоявшаяся звезда. Тем не менее температура внутри Юпитера настолько высока, что он испускает в космос вдвое больше энергии, чем получает от Солнца. Если ограничиться только инфракрасным диапазоном спектра, Юпитер, возможно, следовало бы даже считать звездой [118] . Стань он звездой в видимом диапазоне, мы сегодня жили бы в двойной системе с двумя солнцами на небе, а ночи были бы относительно редким явлением – обычное дело, я полагаю, для множества солнечных систем в нашей Галактике. Мы, несомненно, находили бы подобное положение дел естественным и приятным.
118
В современной астрофизике принято считать звездами только такие объекты, энерговыделение которых обеспечивается термоядерными реакциям, по крайней мере на каком-то этапе эволюции. Поэтому говорить о том, что Юпитер (или какой-то другой объект) можно считать звездой в определенном диапазоне спектра с астрофизической точки зрения некорректно. – Пер.
Глубоко под облаками Юпитера вес вышележащих слоев атмосферы создает давление, намного превосходящее то, что встречается где-либо на Земле, давление настолько большое, что электроны выдавливаются из атомов водорода и возникает замечательное вещество – жидкий металлический водород. Это особое физическое состояние никогда не наблюдалось в земных лабораториях, поскольку требует давления, недостижимого при современных технологиях. (Есть надежда, что металлический водород обладает сверхпроводимостью при умеренных температурах. Если бы его удалось получить в земных условиях, он произвел бы революцию в электронике [119] .) В недрах Юпитера, где давление примерно в три миллиона раз превышает атмосферное давление на Земле, нет почти ничего, кроме плещущегося в темноте огромного океана металлического водорода. Только в самом центре Юпитера, возможно, находится сходное по составу с Землей каменно-металлическое ядро, зажатое в тисках чудовищного давления и навсегда скрытое в сердце величайшей планеты.
119
Высокотемпературные сверхпроводники, сохраняющие состояние сверхпроводимости при комнатной температуре, были совершенно неожиданно открыты в 1986-1987 гг. Однако особой революции в электронике это событие не произвело, поскольку, во-первых, открытые сверхпроводящие керамики оказались очень хрупкими и практически не поддаются обработке, а во-вторых, при протекании сколько-нибудь значительного электрического тока сверхпроводящее состояние в них нарушается. – Пер.
Электрические токи в жидких металлических недрах Юпитера могут быть источником невероятно мощного магнитного поля планеты, самого сильного в Солнечной системе, и связанных с ним радиационных поясов из захваченных электронов и протонов. Эти заряженные частицы выбрасываются Солнцем в составе солнечного ветра, а магнитное поле Юпитера задерживает и разгоняет их. Огромное множество этих частиц, захваченных высоко над облаками планеты, обречено метаться от полюса к полюсу, пока случайное столкновение с какой-нибудь залетевшей на большую высоту молекулой атмосферы не позволит им покинуть радиационный пояс. Ио движется по орбите столь близкой к Юпитеру, что проходит через самую сердцевину радиационного пояса, порождая каскады заряженных частиц, которые, в свою очередь, вызывают мощные всплески радиоизлучения. (Они также могут влиять на вулканические процессы на поверхности Ио.) Вычисляя положение Ио, эти всплески радиоизлучения Юпитера можно предсказывать даже точнее, чем погоду на Земле.
То обстоятельство, что Юпитер является источником радиоизлучения, было открыто случайно в 1950-х годах, в период зарождения радиоастрономии. Двое американцев, Бернард Бёрк и Кеннет Франклин, исследовали небо при помощи вновь построенного и по тем временам очень чувствительного радиотелескопа. Они искали фоновое космическое радиоизлучение, идущее от источников далеко за пределами Солнечной системы. Неожиданно для себя они обнаружили мощный и прежде не упоминавшийся источник, который, похоже, не был связан ни с одной заметной звездой, туманностью или галактикой. Более того, он постепенно смещался относительно далеких звезд, причем значительно быстрее, чем мог бы двигаться далекий объект [120] . Не найдя никакого подходящего объяснения на картах дальнего космоса, они однажды вышли из обсерватории взглянуть на небо невооруженным глазом: не появилось ли там что-то необычное. Они были ошеломлены, увидев прямо на нужном месте необыкновенно яркий объект, который вскоре был идентифицирован как планета Юпитер. Надо сказать, что это случайное открытие весьма типично для истории науки.
120
По причине ограниченности скорости света (см. гл. VIII). – Авт.
Пока «Вояджер-1» приближался к Юпитеру, каждый вечер я наблюдал в небе сияющую гигантскую планету – вид, которым наши предки могли наслаждаться миллионы лет. А в тот вечер, когда сближение состоялось, я, направляясь в Лабораторию реактивного движения изучать переданные «Вояджером» данные, подумал, что Юпитер уже никогда не будет прежним, никогда больше не будет он просто яркой точкой на ночном небе, но навсегда станет местом, которое мы исследовали и познали. Юпитер и его спутники – это своего рода миниатюрная солнечная система с разнообразными, уникальными мирами, которые многому могут нас научить.
Сатурн по своему строению и во многих других отношениях похож на Юпитер, хотя и меньше его по размерам. Совершая один оборот за десять часов, он тоже имеет разноцветные экваториальные облачные полосы, правда, не столь ярко выраженные, как на Юпитере. Его магнитное поле и радиационные пояса слабее, чем у Юпитера, зато система колец куда более впечатляющая. Он также окружен двенадцатью или более спутниками [121] .
Пожалуй, наиболее интересная из лун Сатурна – Титан, самый крупный спутник в Солнечной системе и единственный, обладающий плотной атмосферой. До встречи «Вояджера-1» с Титаном в ноябре 1980 года наши знания об этом мире остаются весьма скудными и неопределенными. Единственный газ, о присутствии которого на Титане мы можем говорить с уверенностью, – это метан (СН4), обнаруженный Г. Р. Койпером. Ультрафиолетовое излучение Солнца преобразует метан в молекулы более сложных углеводородов и газообразный водород. Углеводороды должны оставаться на Титане, покрывая поверхность коричневатым, похожим на деготь органическим осадком, вроде того, что получался в экспериментах по исследованию происхождения жизни на Земле. Вследствие низкой гравитации на Титане легкий газ водород должен быстро улетучиваться в космос в ходе катастрофического процесса, называемого на жаргоне специалистов «сдуванием атмосферы» (blowoff), который захватывает также метан и другие компоненты атмосферы. Однако атмосферное давление на Титане по крайней мере не ниже, чем на Марсе. Значит, сдувания атмосферы не происходит. Возможно, в ее составе есть какая-то значительная, но пока не обнаруженная составляющая, например азот, которая делает средний молекулярный вес атмосферы относительно высоким и тем самым предотвращает сдувание. Не исключено также, что сдувание атмосферы имеет место, однако улетучивание газов в космос постоянно компенсируется выделением их из недр спутника. Средняя плотность Титана настолько низка, что на нем должны быть большие запасы водяного и других льдов, в том числе, вероятно, и метанового, темп испарения которых под действием внутреннего нагрева нам неизвестен.
121
На сегодня у Сатурна обнаружено 30 спутников. 12 из них, поперечником от 5 до 30 км, открыты в 2000 г. Саган потому затрудняется назвать точное число спутников Сатурна, что в момент написания книги к этой планете уже приближались «Вояджеры» и к ней было приковано внимание всех астрономов мира. Уже начинали поступать сообщения о новых спутниках. В целом за 1980 г. число известных спутников Сатурна увеличилось с 10 до 17. – Пер.
При наблюдении в телескоп Титан выглядит едва различимым красноватым диском. Некоторые наблюдатели сообщали о появлении на диске изменчивых белых облаков – скорее всего, это метановые кристаллы. Но в чем причина красноватой окраски? Большинство изучавших Титан согласны, что наиболее вероятным объяснением могут служить органические молекулы. Вопросы о температуре и толщине атмосферы Титана пока остаются открытыми [122] . Судя по некоторым признакам температура поверхности несколько увеличена под влиянием атмосферного парникового эффекта. Распространенность органических молекул на поверхности и в атмосфере Титана делает его замечательным и в своем роде уникальным уголком Солнечной системы. История прежних открытий дает основания ожидать, что «Вояджер» и другие разведывательные космические аппараты в корне изменят наши знания об этом месте.
122
Миссия «Вояджеров» позволила прояснить многие свойства атмосферы Титана. Ее толщина примерно в 10 раз превосходит толщину земной атмосферы, а давление на поверхности составляет 1,6 бар, т. е. на 60 % выше, чем на Земле. Туман на высоте около 200 км делает атмосферу непрозрачной для видимого излучения. Средняя температура на поверхности Титана составляет -179oС. По-видимому, там есть океаны или моря жидкого метана, однако они не покрывают поверхность полностью, так как радар позволяет обнаружить относительно яркие участки суши. – Пер.
Хотя сквозь просветы в облаках с Титана, вероятно, можно заметить Сатурн и его кольца, их бледно-желтый цвет рассеивается в атмосфере. Поскольку система Сатурна в десять раз дальше от Солнца, чем Земля, интенсивность солнечного освещения на Титане составляет всего один процент от привычной нам, а температура должна быть намного ниже точки замерзания воды даже при наличии значительного парникового эффекта. Однако обилие органических веществ, солнечный свет и, возможно, вулканическое тепло не позволяют полностью исключить возможность жизни на Титане [123] . В этих, совершенно иных условиях она, конечно, должна очень сильно отличаться от жизни на Земле. Пока нет убедительных фактов, свидетельствующих за или против существования жизни на Титане. Это не более чем возможность. Вряд ли мы получим ответы на свои вопросы пока не осуществим посадку на Титан космического аппарата, оснащенного необходимым оборудованием [124] . Исследование отдельных частиц, составляющих кольца Сатурна, требует тесного сближения с ними, ибо частицы эти – снежные комья, ледяные обломки и кувыркающиеся в пространстве карликовые ледники – очень малы, порядка одного метра в поперечнике. Мы знаем, что они состоят из водяного льда, поскольку спектральные характеристики отраженного кольцами солнечного света очень похожи на лабораторный спектр льда. Для сближения космическому аппарату необходимо затормозить и начать двигаться вместе с частицами вокруг Сатурна на скорости около 72 000 километров в час (20 км/с), то есть надо выйти на орбиту вокруг Сатурна, перемещаясь с той же скоростью, что и составляющие кольца. Только тогда появится возможность рассмотреть их по отдельности, а не в виде размазанных сплошных пятен или полос.
123
Гюйгенс, открывший Титан в 1655 г., писал: «Разве можно смотреть на эти системы [Юпитера и Сатурна] и сопоставлять их между собой, не поражаясь величию двух планет, а также их замечательным спутникам, в сравнении с жалкой нашей Землей? И разве можно заставить себя думать, будто мудрый Творец разместил всех своих животных и все растения здесь, что он обустроил и украсил только это пятнышко и оставил все миры пустынными и лишенными обитателей, которые могли бы поклоняться и молиться Ему; или что все эти удивительные тела были созданы лишь для того, чтобы мерцать и служить объектом исследования для немногих из нас, скромных членов ученого сообщества?» Поскольку Сатурн совершает оборот вокруг Солнца за тридцать лет, длительность времен года на Сатурне и его спутниках значительно больше, чем на Земле. Предполагая, что спутники Сатурна обитаемы, Гюйгенс отмечает: «Невозможно, чтобы при таких утомительных зимах их образ жизни не отличался в корне от нашего». – Авт.
124
В настоящее время к Сатурну направляется космический аппарат «Кассини». На его борту находится зонд «Гюйгенс», которому предстоит войти в атмосферу Титана и попробовать совершить посадку на его поверхность. Прибытие «Кассини» к Сатурну запланировано на 25 июня 2004 г., а 27 ноября того же года должна быть осуществлена посадка на Титан. – Пер.
Почему вместо системы колец у Сатурна не образовался один крупный спутник? Чем ближе находится частица к Сатурну, тем выше скорость ее орбитального движения (тем быстрее она «падает» вокруг планеты по третьему закону Кеплера); внутренние частицы обгоняют внешние (-«полоса обгона», как видим, всегда находится слева). Хотя вся совокупность частиц движется вокруг планеты со скоростью около 20 километров в секунду, относительные скорости двух соседних частиц очень малы и измеряются сантиметрами в минуту. Вследствие этого относительного движения частицы не могут слиться под действием взаимного притяжения. Как только они сближаются, небольшие различия в орбитальных скоростях вновь их разделяют. Если бы кольца не были столь близки к Сатурну, этот эффект оказался бы слабее и частицы могли бы, объединяясь, образовывать все большего размера снежные комья и в конечном счете формировать спутники. Стало быть, по всей видимости, это отнюдь не случайность, что за пределами колец Сатурна расположена система спутников, размеры которых варьируются от нескольких сотен километров до масштабов гигантского Титана, почти равного в поперечнике планете Марс. Вещество всех спутников и самих планет первоначально могло быть рассеяно в виде колец, которые, конденсируясь и уплотняясь, образовали эти небесные тела.
Как и Юпитер, Сатурн обладает магнитным полем, которое захватывает и ускоряет частицы солнечного ветра. Когда заряженная частица колеблется от одного магнитного полюса к другому, она пересекает экваториальную плоскость Сатурна. Если на пути протона или электрона попадется комок составляющего кольцо вещества, заряженная частица будет им поглощена. В результате у обеих планет кольца очищают радиационные пояса, которые существуют только внутри и вне системы колец. Ближайшие спутники Юпитера и Сатурна тоже прогрызают щели в радиационных поясах. В действительности один из недавно открытых спутников Сатурна был обнаружен как раз благодаря тому, что «Пионер-11» выявил неожиданный провал в радиационных поясах, появившийся из-за выметания заряженных частиц ранее неизвестным спутником.