Солнечная система (Астрономия и астрофизика)

Сурдин Владимир Георгиевич

Как и в случае с Ураном, во время сближения «Вояджера» с Нептуном радиовсплески от заряженных частиц долго не удавалось обнаружить. Их нашли за 8 дней до сближения, на расстоянии 864 тыс. км., в тот же день, когда аппарат достиг ударной волны (у границы магнитосферы и невозмущенного солнечного ветра). Прохождение ударной волны было настолько растянутым, что заняло больше часа (на Земле на это ушло бы 2 секунды). Причина оказалась именно в наклонном ротаторе: в этот момент южный полюс диполя был обращен к Солнцу. Поэтому аппарат двигался практически вдоль линий поля. Такая удача позволила получить подробные сведения о структуре полярных областей магнитосферы. За время ее пересечения магнитное поле изменило свое направление 5 раз. Из периодичности радиовсплесков удалось найти точный

период вращения Нептуна: 16,11 ч.

Несколько раз удалось принять какие-то другие сигналы «спокойного» характера, которые приходили от самой планеты, а не из магнитосферы. Эти сигналы имели направленный характер. Они напоминают подобный же источник на Сатурне.

Внутреннее строение Нептуна

Особенности магнитного и гравитационного полей Нептуна привели к следующим выводам. Поле возбуждается в жидкой проводящей среде — в слое, который находится на расстоянии 0,5 радиуса планеты от центра, т.е. почти в том же слое, что и на Уране. Внутри жидкого слоя находится заведомо твердое ядро, в котором магнитное поле возбуждаться не может. Этим и объясняется своеобразный перекос поля Нептуна.

Радиальная протяженность проводящего слоя неизвестна. Над твердым ядром Нептуна расположен огромный, глобальный океан, электрические токи в котором возбуждают сложное по структуре магнитное поле с множеством полюсов. Каждый из компонентов высших порядков дает все меньшую напряженность, что и позволяет представить поле издали дипольным приближением.

Однако представления об океане противоречат выводам об устройстве Урана (см. раздел «Уран»), потому что найденные для Нептуна коэффициенты динамического сжатия =0,01708 и J₂=0,003411 все же близки к двуслойной модели. Возможно, выводы, касающиеся Урана, требуют пересмотра.

Магнитосфера Нептуна с ее вытянутым хвостом обладает наименьшей плотностью заряженных частиц — всего один протон в 1 см³. Это в 3 раза меньше, чем у Урана, и в 3000 раз меньше по сравнению с Юпитером.

Все тела системы Нептуна (кольца и все спутники) находятся внутри его знакопеременной магнитосферы, за исключением спутника Нереида, которая посещает магнитосферу лишь один раз в год — таков ее орбитальный период.

Незамкнутые кольца Нептуна

Подобно другим планетам, в своем движении Нептун покрывает звезды, что происходит сравнительно часто. В 1968, 1981, 1983 и 1985 гг. при покрытиях отмечались странные явления. 22 июля 1985 г. на расстоянии примерно двух радиусов планеты свет звезды в течение 2 секунд был ослаблен на 30%. Похожие явления наблюдались и раньше, например в мае 1981 г., когда отмечалось 8-секундное уменьшение блеска звезды. Его зарегистрировали только с одной стороны от планеты, из чего был сделан вывод, что это спутник размером около 180 км. на орбите радиусом примерно 50000 км. Для такого открытия нужно необычайное везение, вероятность его меньше 1%. Тем не менее, «Вояджер» подтвердил существование этого спутника. Им оказалась Ларисса — тело диаметром около 190 км.

В других случаях результаты были сложнее. Покрытие 1985 г. наблюдалось из двух точек в Южной Америке, разнесенных на 100 км. Покрытие видели обе группы наблюдателей, поэтому небесное тело должно было обладать большими размерами. Но это противоречило кратковременности покрытия, всего 2 с. Было высказано предположение, что звезду закрыло особое кольцо незамкнутого типа. Таких колец тогда еще никто не видел.

На рис. показаны чрезвычайно

слабые кольца Нептуна. Увидеть их даже с «Вояджера» человек не смог бы. Телевизионной камере понадобилась 10-минутная экспозиция, чтобы накопить достаточно света для этого изображения. Поэтому сам Нептун в центральной части изображения сильно «передержан». На дальнем плане снимка выделяются три дуги повышенной плотности. Кольца наблюдались в прямом рассеянии света, когда аппарат находился за Нептуном. Другие изображения показали, что между кольцами и внутри них есть еще два очень слабых, едва различимых кольца. «Арками» — так назвали незамкнутые образования — обладает только самое внешнее кольцо 1989 N1R, причем арки сами расположены на сплошном кольце малой плотности. Его диаметр 69,2 тыс. км., а ширина арок всего 50 км. (см. табл.). Другие арки найдены не были. По основным признакам кольцо 1989 N1R похоже на кольцо F Сатурна или кольца и Урана. Наиболее крупные глыбы сосредоточены как раз в том кольце, которое едва заметно (1989 N4R).

Как возникают арки, почему они не распадаются? Теория пока не может дать ответ на эти вопросы. Легко было бы объяснить устойчивость системы, если бы в кольцо были «вмонтированы» небольшие спутники, по паре на каждую арку, иными словами, если бы в непосредственной близости от кольца находились шесть спутников типа «сторожевых собак». Но их поиски результатов не дали, за исключением того, что крупного глыбового материала в одной из арок больше, чем в других. Из шести вновь открытых спутников два расположены внутри колец (но не в самих кольцах). Но и они не решают задачу. Два новых спутника, Деспина и Галатея, по-видимому, могут определять резкие границы близкого к ним кольца, хотя как тела, внешние по отношению к кольцам, они скорее способны расталкивать кольца и спутники и удалять их друг от друга.

Обнаружилось, что структура колец в пределах арок оказалась перевитой, подобно кольцу F Сатурна. Все другие кольца замкнутые. Они находятся в интервале расстояний от 41,9 до 62,9 тыс. км.

Система колец Нептуна чрезвычайно похожа на систему Урана. Но суммарная площадь всего материала в кольцах и вновь открытых спутниках Нептуна составляет 10¹¹ м², или всего 1% от колец Урана. Один из выводов состоит в том, что кольца Нептуна гораздо старше. На это же указывают их очень низкие отражательные свойства: их сферическое альбедо около 6%. Вероятно, здесь также действует механизм потемнения поверхности за счет освобождения углерода из сложных молекул под действием бомбардировки заряженными частицами.

Во время сближения с Нептуном группа астрогеологов составляла внушительную часть научного коллектива «Вояджера». А ведь когда полет этого зонда начинался, в группе был лишь один геолог. Научная работа виделась, прежде всего, как исследование газо-жидких планет. Но с пролетом каждой планеты положение менялось, и центр исследований смещался к кольцам и твердому веществу спутников. Кольцам и спутникам планет посвящено более половины всех научных работ по материалам «Вояджеров».

Глава XI

ПЛУТОН И ХАРОН

Характеристики Плутона и Харона

Плутон:

Большая полуось орбиты 39,4 а.е.=5,9 млрд. км.

Сидерический период обращения 247,7 лет=90470 сут. («год»).

Синодический период (средний) 1,00 лет=367 сут.

Сидерический период вращения 6,39 сут.=6сут. 9ч. 17мин. («звездные сутки»).