Удивительная астрономия - Дмитрий Брашнов

На Титане сменяются времена года. В августе 2009 года в северном полушарии началась весна, которая продлится до февраля 2016 года, поскольку каждый сезон длится здесь 7,5 земных лет. Это связано с тем, что Сатурн вместе со своей свитой совершает полный оборот вокруг Солнца («сатурнов год») за 30 земных лет.

Поверхность Титана совершенно невозможно увидеть из космоса из-за толстой атмосферы, в которой постоянно висит густой туман. Толщина атмосферы Титана составляет 400 км, так что эта «воздушная шуба» создает давление в полтора раза большее, чем земная. Почти 98 % объема газовой оболочки спутника приходится на азот. Остальные газы представлены этаном, ацетиленом, пропаном, углекислым газом, угарным газом, гелием и прочими примесями. Из этих примесей преобладают метан и аргон, концентрация которых с высотой растет и в верхних слоях достигает 43 %. На высотах около 20 км метан образует косматые тучи, время от времени проливающиеся на спутник дождем.

Метан активно разрушается солнечным излучением, в результате чего на высоте 100 км в атмосфере формируется слой так называемых ароматических веществ, которые как раз и образуют непроглядный туман. У самой поверхности лежит еще один слой тумана, окрашенный в оранжевый цвет. В результате небо Титана в дневные часы всегда весело-оранжевое. Казалось бы, такая плотная «шуба» с двумя слоями тумана должна хорошо сберегать тепло на спутнике, но в действительности этого не происходит. Как раз наоборот: туман поглощает часть солнечного тепла, а остальное свободно пропускает в космос. Из-за этого спутник охлаждается до 180 °C ниже нуля.

В честь кого это назвали?

«Кассини» . Аппарат назван в честь итальянского астронома Джованни Кассини (1625–1712), первого директора Парижской обсерватории, открывшего у Сатурна следующие спутники: Япет (1671), Рея (1672), Тетис и Диона (1684).

«Гюйгенс» . Робот назван в честь голландского физика Христиана Гюйгенса (1629–1695), открывшего кольца Сатурна и его спутник Титан (в 1655 году).

Землеподобные планеты

Знойная планета

Гигантские экзопланеты уже сегодня доступны для изучения. Но вот о природе небольших, сопоставимых с Землей экзопланет ученым приходится пока судить лишь по тем данным, которые были получены при изучении внутренних планет Солнечной системы. Напомним, что внутренними называются планеты, расположенные внутри Пояса астероидов. По-другому они называются «планетами земной группы», поскольку размерами, строением и химическим составом похожи на наш космический дом.

Однако это сходство далеко не полное. Если выбирать между Марсом и Юпитером, то Марс, разумеется, покажется едва ли не точной копией Земли. И всетаки, забыв на время о газовых гигантах, мы убедимся, что между земплеподобными планетами имеются существенные различия. Главным образом эти различия связаны с расстоянием до Солнца.

Астрономы неслучайно выбрали средний радиус земной орбиты в качестве универсальной меры космических расстояний – астрономической единицы. Те планеты, которые находятся дальше одной астрономической единицы от Солнца, слишком холодны, поэтому их природа совершенно непохожа на земную. Планеты, расположенные ближе, чем на одну астрономическую единицу, слишком горячи. Это знойные планеты, и поэтому климат, состав атмосферы и прочие условия на них тоже сильно отличаются от земных.

Таблица 4

Свойства планет земной группы

Как на холодных, так и на знойных планетах не может существовать жидкая вода. Она здесь встречается только в виде льда или, еще реже, в виде атмосферного пара. Ни морей, ни океанов, ни даже лужиц на таких планетах не встретить. Неужели это так важно? Оказывается, чрезвычайно важно! От наличия жидкой воды зависят облик планеты и ее судьба. Но об этом лучше поговорить чуть позже.

Холодная планета в земной группе только одна – это Марс. Зато знойных насчитывается две – Меркурий и Венера.

По-настоящему знойной планетой следует считать только Венеру, тогда как Меркурий астрономы правильнее называют «планетой контрастов». Дело в том, что Меркурий очень медленно поворачивается вокруг собственной оси, затрачивая на такой поворот почти два земных месяца. А вот вокруг Солнца планета бежит крайне быстро, поэтому за два меркурианских года – 176 земных суток! – на освещенном полушарии длится один световой день от восхода до заката. Затем это полушарие на два года (176 суток) погружается в космическую тьму.

В результате в дневном полушарии в течение двух меркурианских лет царит страшная жара, когда камни накаляются до +340 °C (на экваторе – до +480 °C), а в противоположном, ночном, полушарии стоит мороз под –180 °C. Именно по этой причине Меркурий потерял свою первичную атмосферу, зато обзавелся ледяными шапками. На этой планете человек столкнулся с поразительным природным явлением, которое называется «принципом Уатта», или «принципом холодной стены».

Представим себе две закупоренные колбочки, связанные между собой трубочкой. Одна из колбочек будет слегка нагреваться, а вторая лежать в ведерке со льдом или просто холодной водой. Что произойдет с воздухом? По принципу Уатта, весь воздух рано или поздно должен стянуться к «холодной стене» и осесть на нее в виде капелек, а затем инея. Со временем воздуха в колбочках будет становиться все меньше и меньше, а затем наступит момент, когда по колбочкам будут витать лишь редкие молекулы. Воздух почти полностью превратится в иней, скопившись на стенках охлаждаемой колбы.

Принцип холодной стены

Атмосфера – тоже сосуд, как и колба. Вся разница лишь в том, что атмосфера ничем не закупорена, поскольку ее удерживает от улетучивания сила тяготения планеты. Газовая оболочка обоих полушарий едина, она сплошным покрывалом укутывает планету. То есть на обоих полушариях имеется один и тот же воздух, как в двух колбах из нашего эксперимента.

На Меркурии в глубокой древности была сверхтонкая атмосфера, о чем говорит отсутствие малейших следов ветра на поверхности гор и равнин. Иного и ожидать не приходится, поскольку планета невелика по размеру. Чем меньше вес космического тела, тем слабее сила его тяготения, а значит, тем меньше возможностей удержать вокруг себя плотную газовую оболочку. Но и те немногие запасы газа, что когда-то имелись на Меркурии, исчезли: из-за его необычного вращения воздух постепенно скопился и замерз в местностях, куда не заглядывают солнечные лучи. Такие участки находятся в окрестностях Северного и Южного полюсов; здесь образовались ледяные шапки, похожие на полярные ледники Земли.

Холодное полушарие планеты действовало словно гигантский насос, затягивая газ с разогретой стороны и перекачивая его на растущие ледники. Эти ледники были обнаружены с помощью радиотелескопа «Аресибо», по измерениям которого толщина льда здесь достигает двух метров. Сверху ледовые поля покрыты слоем пыли. Точный состав этого льда пока не известен, и все же добытых учеными знаний достаточно, чтобы сказать: если когда-либо люди решат основать на Меркурии поселение, то лучшим выбором для космонавтов окажутся именно зоны ледников. Скорее всего, лед содержит множество элементов, полезных для хозяйства космической базы: кислород, водород и ряд других.

Другой странностью Меркурия является то, что для него восток и запад временами меняются местами. Если на Земле восток – это место восхода Солнца, то на Меркурии так бывает не всегда. Чаще всего дневное светило действительно движется с востока на запад, но в те моменты, когда планета приближается к Солнцу на минимальное расстояние, происходит невероятное. Солнце останавливает свой ход по небу и в течение восьми земных суток движется «задом наперед», то есть с запада на восток. А там, где на планете проходит граница дня и ночи, в такие моменты можно несколько раз подряд наблюдать восходы и закаты.

Это происходит из-за неравномерного бега планеты по орбите. Планета еще не успевает повернуть свой бок, как уже сильно смещается вперед относительно Солнца. Из-за этого солнечный диск на безвоздушном небе Меркурия смещается назад. Так возникает эффект обратного движения светила, названный «эффектом Иисуса Навина»....

Границу дня и ночи астрономы называют «терминатором», что означает «разграничитель» и не имеет никакого отношения к киборгу из знаменитой серии кинофильмов.

Возможны ли подобные чудеса на других экзопланетах? Вполне вероятно, потому что причуды в движении Меркурия вызваны его близким соседством с Солнцем. Астрономы не сомневаются, что поначалу планета двигалась по совершенно другой орбите, которая изменилась под действием колоссальной силы солнечного тяготения. А раз так, то подобное может повториться и на других экзопланетах. Если какаянибудь из них находится очень близко к своей звезде, то со временем она изменит свое орбитальное движение, которое в результате может сделаться весьма причудливым.