Солнечная система (Астрономия и астрофизика)

Сурдин Владимир Георгиевич

Большое Темное Пятно

В задачу «Вояджера» входило изучение Нептуна и окружающих его объектов — колец, спутников, пылевых частиц, магнитосферы. В максимальном сближении «Вояджер» отделяло от центра планеты 29240 км., а до поверхности облачного слоя оставалось всего 4900 км. Аппарат приближался к Нептуну со стороны освещенного Солнцем южного полушария планеты.

Одним из первых открытий «Вояджера» было странное образование на диске Нептуна, которое по аналогии с Большим красным пятном на Юпитере назвали «Большим темным пятном» (БТП). Его размер хотя и меньше, чем у юпитерианского пятна, но близок к размеру земного шара. Его форма не вполне постоянна. Угловая протяженность БТП

практически та же, что и на Юпитере: долготная 38°, широтная 15°. Более того, БТП и находится на том же месте: 20°ю.ш., на широкой и самой светлой полосе («зоне», по аналогии с Юпитером), охватывающей широты от 5°с.ш. до 40°ю.ш., несимметрично относительно экватора.

По своей природе БТП — гигантский антициклон, вытянутый в долготном направлении. Расположенный в южном полушарии, он вращался против часовой стрелки и завершал один оборот за 16 земных суток (значительно дольше, чем на Юпитере). Антициклоническое движение БТП примерно соответствовало разности скоростей зональных течений с его северной и южной сторон, которые, обтекая, как бы вращали его. К тому же, Большое Темное Пятно уплывало к западу со скоростью 325 м/с.

БТП — зона повышенных давления и температуры. Но при наблюдении поля теплового излучения планеты БТП ничем не выделяется, в то время как Красное Пятно Юпитера хорошо видно на тепловых картах. Над центром Большого Темного Пятна порой появлялись яркие белые облака, которые висят высоко в прозрачной надоблачной атмосфере. Высоту белых облаков — от 50 до 100 км. — удалось найти по положению их теней на основном облачном слое. В отличие от БКП Юпитера, пятно на Нептуне имело ровное очертание. Над южным краем БТП постоянно присутствовал массив белых облаков, подобный облакам над горными вершинами Земли. По аналогии с горными облаками можно утверждать, что здесь имелись мощные восходящие потоки. На рис. видна широкая облачная полоса, появившаяся 21 августа 1989 г. над БТП. Она как бы разрезала пятно пополам.

Несмотря на все сходство БТП Нептуна с БКП Юпитера, время их существования несопоставимо: всего через полтора-два года БТП, по-видимому, исчезло. Следы его не обнаруживаются даже самыми изощренными средствами наземной астрономии. Зато появились другие подобные объекты.

Беспокойная атмосфера Нептуна

Изучение метеорологических явлений на Нептуне оказалось сложным делом. Предсказанные для повторных наблюдений положения некоторых метеорологических объектов сплошь и рядом не оправдывались. Зачастую через сутки они оказывались на другой широте, а то и вовсе исчезали. Многие из деталей, по движению которых определялась динамика атмосферы, оказались «метеорологическими миражами»: через несколько часов они куда-то бесследно пропадали. Но и сравнительно крупные детали, которые наблюдались постоянно, тоже вызывали трудности в предсказании их положения. Второе по размерам темное пятно всего за одну неделю сместилось на 2000 км. к северу. При этом его период возрос на 30 мин. Светлое образование, получившее прозвище «скутер», отличалось особенно быстрым движением и за короткое время несколько раз изменяло свою форму.

Скорости движений в атмосфере Нептуна огромны. По отношению к самой вращающейся планете некоторые объекты смещаются на 2200 км. за 1 ч. По скорости ветров Нептун превосходит даже Сатурн. Уникальная особенность атмосферы Нептуна — движение атмосферы направлено к западу относительно вращающейся к востоку планеты. Но скорость вращения планеты настолько высока (2,7 км/с на экваторе), что результирующая скорость атмосферы всегда остается направленной к востоку. Иными словами, поскольку сверхураганные ветры дуют в сторону, обратную направлению вращения планеты, период вращения, найденный по движению облаков, получается длительнее истинного периода планеты. По сравнению с суперротацией Венеры — это противоположный

случай.

Темные пояса, тоже расположенные несимметрично относительно экватора, выражены нечетко и охватывают широты от 6 до 25°с.ш. и от 45 до 70°ю.ш. Вокруг южного полюса Нептуна расположена облачная «полярная шапка», по яркости соответствующая полосе на широте 40°ю.ш. «Шапка» вблизи северного полюса неизвестна: там сейчас полярная ночь.

Самой низкой температурой на диске Нептуна, всего 52 К, отличаются подсолнечные широты, а самыми «теплыми», до 61 К, оказались районы полюсов и экватор. Простейшее объяснение заключается в том, что слегка нагревающийся газ поднимается, охлаждаясь, в подсолнечных широтах и растекается к экватору и к полюсу. Там он снова опускается и нагревается, сжимаясь. Температура, которую измеряют приборы, — это не температура газа, а главным образом температура аэрозольной среды, высота расположения которой в этих районах не одинакова.

Видимый облачный слой соответствует давлению 1,2—1,3 бар и среднему диаметру планеты 49100 км. На 50—100 км. выше видимого облачного слоя иногда наблюдались группы вытянутых облачных полос шириной по 50—200 км. с четкими тенями от них на основном облачном слое. Таков снимок, представленный на рис. Здесь можно видеть уходящую в ночь облачную гряду (типа земных перистых облаков) вблизи терминатора, расположенную примерно на широте БТП, но в северном полушарии. Такие облака появлялись перед заходом Солнца.

Природа надоблачной дымки другая. Расположенная выше основного облачного слоя, она наблюдалась над лимбом Нептуна в виде дуг над краем планеты. Скорее всего, дымка состоит из углеводородов, возникающих при фотолизе метана: этана С₂Н₆, ацетилена С₂Н₂, образующих слои на высоте 45—60 км., и этилена С₂Н₄ на высоте около 120 км.

Во время длившегося 49 мин. радиозахода аппарата за Нептун было проведено зондирование подоблачной атмосферы с помощью радиолуча «Вояджера». Луч неожиданно исчез, когда пересек уровень 3 бар. Это на 25 км. ниже верхней границы облаков. Скорее всего, здесь находится слой из аммиака.

Наклонный ротатор

«Магнитный штопор» Урана был открыт в 1986 г. и привлек своей необычностью. Но Нептун, с его «нормальным» положением полярной оси, казалось бы, должен и магнитное поле иметь «нормального» образца, вроде Земли или Сатурна. Но поле его оказалось очень похожим на «наклонный ротатор» Урана, лишь вдвое слабее. Если представить его, как обычно, в виде диполя, то угол между осью диполя и осью вращения Нептуна составит 47° (для Урана 59°). В результате ось диполя описывает в пространстве конус, ось которого отклонена почти на 30° от нормали к плоскости орбиты. В наши дни минимальный угол между образующей конуса и направлением на Солнце близок к 20°, причем к нему обращен южный магнитный полюс. (Такое «дипольное» приближение более или менее удовлетворительно для расстояний более четырех радиусов планеты. Ближе сильно сказываются недипольные составляющие).

Ось диполя сдвинута на 14 тыс. км. в сторону от центра планеты, а центр диполя смещен на 6 тыс. км. в южное полушарие. Поэтому напряженность магнитного поля у южного магнитного полюса в 10 раз выше, чем у северного, а в среднем у поверхности она близка к 0,13 Гс (в 2,5 раза меньше земной).

«Наклонный ротатор» Урана был в свое время воспринят как причуда природы. Но Нептун представил практически такой же самый наклонный ротатор, превратив его в закономерность.