Вокруг Света # 7-2005 (2778) - Вокруг Света

О внутренней структуре Нептуна известно не так уж много, ведь судить о ней можно только на основе косвенных данных, поскольку сейсмического зондирования этой планеты не проводилось. Диаметр Нептуна – 49 600 км – почти в 4 раза больше, чем у Земли, а его объем превышает земной в 58 раз. Но вот по массе Нептун лишь в 17 раз больше Земли. Из этих данных определено, что средняя плотность Нептуна составляет около трети земной – всего лишь 1,6 г/см3, то есть примерно в полтора раза больше, чем у воды. Низкие плотности характерны для всех четырех планет-гигантов – Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна. Причем первые два – наименее плотные, они состоят преимущественно из газов, а более плотные «близнецы» Уран и Нептун – в основном изо льдов. По расчетам, в центре Нептуна должно находиться каменное или железокаменное ядро диаметром в 1,5—2 раза больше нашей Земли. Основную часть Нептуна составляет расположенный вокруг этого плотного ядра слой толщиной около 8 000 км, состоящий главным образом из водных, аммиачных и метановых льдов, к которым, возможно, примешан и каменный материал. По расчетам, температура в этом слое должна с глубиной увеличиваться от +2 500 до +5 500°С. Однако лед при этом не испаряется, поскольку он находится в недрах Нептуна, где давление в несколько миллионов раз выше, чем атмосферное давление на Земле. Такие чудовищные «объятия» прижимают молекулы друг к другу, удерживая их от разлетания в стороны и испарения. Вероятно, вещество там находится в ионном состоянии, когда атомы и молекулы «раздавлены» на отдельные заряженные частицы – ионы и электроны. Конечно, трудно вообразить себе подобный «лед», поэтому иногда этот слой Нептуна называют «ионным океаном», хотя представить его в виде обычной жидкости также весьма затруднительно. Затем следует третий слой – внешняя газовая оболочка толщиной около 5 000 км. Эта атмосфера, состоящая из водорода и гелия, переходит в ледяной слой постепенно, без резко выраженной границы, по мере того, как плотность вещества увеличивается под давлением вышележащих слоев. В глубоких частях атмосферы газы преобразуются в кристаллы, своего рода иней. Этих кристаллов в более глубоких слоях становится все больше, и они начинают напоминать пропитанную водой снеговую кашу, а еще глубже – полностью преобразуются в лед, находящийся под действием огромного давления. Переходный слой от газовой до ледяной оболочки довольно широкий – около 3 000 км. В общей массе Нептуна на газы приходится 5%, на льды 75%, а на каменный материал 20%.

Одно из самых холодных тел в Солнечной системе – это Тритон, наибольший из спутников Нептуна. Достоверные сведения о нем появились лишь в 1989 году после исследований со станции «Вояджер-2». Даже диаметр этого спутника, определенный наблюдениями в телескоп, был сильно преувеличен – вместо 4 000 км он оказался равным 2 700 (это 3/4 диаметра нашей Луны). Вокруг спутника имеется сильно разреженная атмосфера толщиной около 10 км, которая состоит из азота с небольшой примесью метана. Давление этой атмосферы в 70 тысяч раз ниже, чем на Земле. Вместо ожидавшихся морей и озер жидкого азота на Тритоне обнаружилось царство льдов. Значительная территория вокруг его южного полюса покрыта льдом и инеем, поэтому отражает от 70 до 95% падающего на ее поверхность света. Причем льды и иней весьма экзотические – азотные, поскольку температура на этом спутнике чрезвычайно низкая, около –240°С (а азот замерзает при –210°С). Однако Тритон – не просто глыба льда. Средняя плотность этого спутника – 2 г/см3. Поэтому считается, что он состоит из каменного ядра диаметром 2 000 км, окруженного слоем водного льда толщиной 350 км. На Тритоне обнаружены разнообразные формы рельефа, свидетельствующие о его геологической активности в прошлом. Трещины шириной 30 км и длиной до 1 000 км пересекают его поверхность. Еще одна особенность – области, рельеф которых напоминает сетку на кожуре дыни. Подобного нет ни на одном из планетных тел. Эти участки покрыты ячейками поперечником 20—30 км, которые окружены валами высотой 300 метров. Происхождение такого рельефа не вполне ясно. Скорее всего, это результат весьма экзотического криогенного (низкотемпературного) вулканизма, где роль расплавленной магмы играет холодная жидкость, которая поднимается из недр и замерзает на поверхности, образуя причудливые ледяные формы рельефа. Водный лед в условиях Тритона становится очень твердым и ведет себя как каменная горная порода, образуя высокие гряды, крутые склоны, трещины с резкими очертаниями. А вот метановый и азотный льды – пластичные, они расползаются и создают пологий рельеф.

Главным сюрпризом Тритона оказалась его современная геологическая активность, которую до полета «Вояджера» никто и не предполагал. На снимках обнаружены газовые гейзеры – темные столбы азота, идущие строго вертикально до высоты 8 км, где они начинают стелиться параллельно поверхности Тритона и вытягиваться в «хвосты» длиной до 150 км. Обнаружено десять действующих гейзеров. Все они «дымят» в южной полярной области, над которой Солнце в этот период находилось в зените. Причиной активности газовых гейзеров считают нагрев Солнцем, приводящий к плавлению азотного льда на некоторой глубине, где имеются также водный лед и метановые соединения темного цвета. Давление газовой смеси, возникающее в глубинном слое при его нагреве всего на 4°C, хотя и небольшое, но вполне достаточное, чтобы выбросить газовый фонтан высоко в разреженную атмосферу Тритона.

Самое первое сообщение о кольце вокруг Нептуна сделал британский астроном Уильям Ласселл в октябре 1846 года – спустя несколько дней после открытия этой планеты. Наблюдал он кольцо неоднократно и лишь через шесть лет пришел к выводу, что это – оптическая иллюзия, обусловленная недостатком его нового телескопа. Первый реальный намек на то, что Нептун окружен кольцами, появился почти полтора века спустя. В 1984 году французский астроном Андрэ Браик проводил наблюдения Нептуна на обсерватории «Серро-Тололо», расположенной в Чили. Обнаружилось, что при прохождении Нептуна на фоне далекой звезды свет от нее трижды прерывался какими-то объектами, расположенными на одном и том же расстоянии от Нептуна. Эти объекты были названы дугами, и их стали считать участками несформировавшегося кольца. Пять лет спустя на фотографиях, полученных со станции «Вояджер-2», действительно были обнаружены кольца, окружающие планету. Их оказалось шесть, и все они очень темные, отражают менее 3% падающего на них света. А вот при взгляде «сзади», с неосвещенной стороны, кольца выглядят гораздо светлее. Этот парадокс, обнаружившийся на снимках с «Вояджера-2», объясняется тем, что кольца состоят из очень мелких темных частиц, пылинок, плохо отражающих свет назад, но из-за своей малости хорошо рассеивающих его вперед.

Кольца Нептуна получили названия в честь астрономов, причастных к открытию этой планеты. Самое удаленное от Нептуна кольцо называется Адамс, оно узкое (50 км), но ярче остальных. Затем следует блеклое безымянное кольцо шириной 500 км, внутри которого движется небольшой, диаметром 180 км, спутник Галатея. Еще ближе к планете расположено самое широкое (4 000 км) и наиболее прозрачное кольцо Ласселл, к которому вплотную примыкают более яркие кольца шириной по 100 км – внешнее названо Араго, а внутреннее – Леверье. Далее находятся орбиты трех небольших спутников – Деспины, Талассы и Наяды, а затем – самое ближнее к планете кольцо Галле, не особенно яркое, но широкое (2 000 км). По иронии судьбы четырем наиболее ярким участкам, так называемым дугам, в пределах «английского» кольца Адамс присвоены французские названия Liberte, Egalite, Fraternite и Courage (Свобода, Равенство, Братство и Отвага). Объясняется это тем, что их открыл французский астроном Андрэ Браик. А вот сообразительный немецкий студент д`Арре остался неувековеченным в названиях колец Нептуна, хотя без его смекалки эта планета, возможно, и не была бы открыта столь молниеносно. Правда, одно из колец осталось безымянным – может быть, как раз ему и присвоят имя д`Арре?

Еще год назад никаких реальных планов полета к Нептуну не существовало. Считалось, что долететь туда за разумный срок с работоспособными приборами можно лишь при благоприятном расположении планет-гигантов, получая от каждой из них гравитационный импульс, ускоряющий станцию в нужном направлении. Такое расположение планет наступит в середине XXII века. Ситуация изменилась в 2004 году, когда вплотную приступили к разработке сценариев полета к Нептуну. С основной станции, которая станет искусственным спутником Нептуна, намечено отправить в глубь атмосферы планеты три небольших зонда, чтобы узнать структуру газовой оболочки у полюса, в умеренных широтах и в районе экватора. Еще два посадочных аппарата предлагается десантировать на поверхность крупнейшего спутника – Тритона. Они должны будут дать сведения о так называемой полярной шапке и экваториальной области. Намечено установить сейсмометры для регистрации сотрясений, которые должны происходить при выбросах газа азотными гейзерами. По одному из проектов, для перелета запланировано использовать обычный ракетный двигатель и гравитационную помощь планет-гигантов, затратив на дорогу 12 лет. Проблемой может оказаться торможение при подлете к Нептуну. Потребуется много топлива, но из-за этого придется взять меньше научных приборов. Поэтому предполагается снизить скорость полета, используя для торможения не топливо, а атмосферу Нептуна. Такой метод аэрозахвата позволит, не затратив ни капли топлива, одним маневром в течение получаса перейти с пролетной траектории на орбиту вокруг планеты. Пока еще он не использовался в космических полетах. По второму проекту, предполагается снабдить станцию ионным двигателем и радиоизотопным термогенератором, топливом для которого служит радиоактивный плутоний. Но такой полет будет проходить намного медленнее, он займет около 20 лет. При запуске в 2016 году станция достигнет Нептуна лишь в 2035 году.