Космос: Эволюция Вселенной, жизни и цивилизации - Карл Саган

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.

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.

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.

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.

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.

Потоки солнечного ветра струятся во внешние области Солнечной системы, далеко за пределы орбиты Сатурна. Если приборы «Вояджера» будут продолжать нормально работать, когда он достигнет Урана, а затем орбит Нептуна и Плутона, то они почти наверняка обнаружат присутствие этого межпланетного ветра — внешней части солнечной атмосферы, постоянно текущей в сторону других звезд. На расстоянии, примерно в два-три раза превышающем орбиту Плутона, давление межзвездных протонов и электронов становится больше слабеющего давления солнечного ветра. Это место, называемое гелиопаузой, является, согласно одному из определений, внешней границей Империи Солнца. Продолжая свое движение, примерно в середине XXI века «Вояджер» пересечет гелиопаузу и будет дальше бороздить космический океан, никогда не заходя в другие солнечные системы, а через несколько сотен миллионов лет он завершит первый виток вокруг массивного центра нашей Галактики — Млечного Пути. Мы начали поистине легендарное путешествие.