Современные представления о Солнечной системе

Введение

Солнечная система - это система небесных тел, которая состоит из звезды Солнце и движущихся вокруг него девяти больших планет с их спутниками, а также бесчисленного множества малых планет, комет и метеорных тел. В состав Солнечной системы входит также какое-то количество газа, имеющегося в межпланетном пространстве и за пределами планетной системы (облако Оорта и т.п.). Теперь в составе Солнечной системы есть также искусственные объекты, которые вращаются вокруг Луны, Земли, других планет или непосредственно вокруг Солнца.

Всем этим естественным и искусственным телам и посвящается научно-популярный текст, предлагаемый читателю. Он состоит из очерков об отдельных небесных телах или группах сходных тел. Почти в каждом таком очерке имеются две части: давно известные сведения и открытия последних десятилетий. Давно известные сведения - это всё то, что люди узнали к середине XX века, наблюдая небесные тела с Земли в телескопы, а также открытия первого, советского, периода космонавтики. Этот материал изложен по возможности кратко и, как правило, без ссылок на источники, чтобы не дублировать многочисленные справочные и научно-популярные книги, издававшиеся в нашей стране в советское время [Энциклопедический словарь в двух томах, 1963, 1964; Детская энциклопедия, том 2, 1964; Садил, Пешек, 1967 и др.]. Однако, ни одна из подобных книг не описывает исследования последних десятилетий, когда первенство в космической области перешло к Соединённым Штатам Америки. Соответствующий материал "рассыпан" по многочисленным статьям и кратким заметкам в отечественном журнале "Природа" и переводном американском журнале "В мире науки". Эти сведения и обобщены автором, причём они излагаются по возможности подробно и со всеми необходимыми ссылками. Часть данных взята из недавно опубликованного на русском языке "Атласа Космоса" [Купер, Хенбест, 1998]. Это научно-популярное издание заслуживает полного доверия, так как в нём почти нет ошибок в материале, который известен по другим источникам.

Солнце описывается тоже кратко. Это звезда, и рассказ о ней правильней соединить с рассказом о других звёздах. Не приведены, разумеется, и все данные о Земле и Луне. В общем, главные "герои" данного научно-популярного обзора - другие планеты Солнечной системы с их спутниками, малые планеты (астероиды), кометы, метеорные тела, облако Оорта и космические аппараты, созданные человеком.

Ещё следует напомнить некоторым читателям, что Солнечная система входит в состав огромной звёздной системы - Нашей Галактики, объединяющей несколько сотен миллиардов звёзд (все видимые простым глазом звёзды и Млечный Путь), и многие из них, как уже доказано, окружены планетами. Наша Солнечная система, таким образом, не одинока во Вселенной, и краткие характеристики других известных планетных систем тоже приводятся.

Несколько слов о Солнечной системе в целом

Вокруг Солнца в одном направлении и примерно в одной плоскости вращаются девять больших планет - Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и Плутон. Эти планеты - самые значительные по массе тела Солнечной системы, кроме Солнца, хотя их общая масса составляет только одну семьсотпятидесятую часть массы Солнца.

Все планеты движутся по эллиптическим орбитам, но вытянутость этих орбит "на глаз" заметна только у двух крайних - у Меркурия и Плутона. У остальных - орбиты близки к круговым.

Последняя из этих планет, Плутон, резко отличается ото всех. Во-первых, она очень маленькая: её масса вместе со спутником Хароном составляет только одну четырёхсотую часть массы Земли, то есть в несколько раз меньше Луны! Во-вторых, она вращается по самой вытянутой орбите (эксцентриситет - 0,25, а у Земли - 0,017). В-третьих, орбита Плутона имеет самый большой угол наклона к плоскости остальной Солнечной системы (17,1 градуса). В-четвёртых, эта орбита пересекает орбиту другой планеты - Нептуна, то есть Плутон иногда находится ближе к Солнцу, чем Нептун. Видимо, Плутон - это не совсем полноценная планета, а оторвавшийся спутник Нептуна. До недавнего времени Плутон считался по массе близким к Земле, но оказалось, что это не так.

Остальные планеты - "полноценные". Они изначально возникли как планеты, то есть вращались вокруг Солнца с самого рождения.

Среди этих "полноценных" планет чётко различаются две группы:
1. планеты Земной группы - Меркурий, Венера, Земля, Марс;
2. планеты-гиганты - Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун.

Планеты Земной группы отличаются не только размерами: они расположены ближе к Солнцу (а значит, сильнее обогреваются, движутся по орбитам быстрее, быстрее облетают вокруг Солнца), обладают другим химическим составом (из-за малой массы и близости к Солнцу не смогли удержать так много лёгких элементов - водорода, гелия), более плотные (с твёрдой поверхностью в отличие от планет-гигантов).

Пояс планет Земной группы отделён от пояса планет-гигантов широкой "щелью", где смогли разместиться орбиты десятков тысяч малых планет - астероидов.

За орбитой Плутона находится ещё один пояс малых планет, который открыт недавно (пояс Койпера).

Ещё далее от Солнца расположено облако Оорта, где рождаются кометы и откуда они иногда приходят в окрестности Солнца.

Итак, в пределах Солнечной системы по мере удаления от Солнца различаются несколько поясов:

1. пояс планет Земной группы,
2. первый пояс малых планет - пояс астероидов,
3. пояс планет-гигантов,
4. второй пояс малых планет (пояс Койпера),
5. облако Оорта с кометами (внутренняя и внешняя части).

Тела Солнечной системы рассматриваются, в основном, по мере их удалённости от Солнца. Но сначала речь идёт о космических аппаратах, созданных человеком, так как именно они дали человечеству большую часть новых сведений о планетах и их спутниках.

Первые искусственные небесные тела

Дальние полёты недавнего времени

"Пионер-10" (США). Запущен в 1972 г. Предназначался для исследования дальнего Космоса. В 1973 г. пролетел мимо Юпитера. В 1983 г. пересёк орбиту Плутона. Трансплутоновые планеты не замечены.
Ещё 10 лет после этого должен был работать. Согласно заметке 1999-го года [Загадочное ускорение..., 1999], станция до сих пор продолжает передавать сигналы. Сообщение об удачной связи со станцией было в информационной радиопередаче 1 мая 2001 г. Ещё в 1980 г. (в 20 астрономических единицах от Солнца) было открыто добавочное ускорение станции строго к Солнцу, то есть она тормозится чуть быстрее, чем должна. Её нормальное гравитационное ускорение в 1980 г. - 3,8*10^-4 см/с², добавочное - 8*10^-8. Последующие измерения подтвердили добавочное торможение (ускорение к Солнцу). Самой большой неожиданностью оказалось постоянство добавочного ускорения: по мере удаления станции от 40 до 60 а.е. величина ускорения не менялась с точностью 2*10^-8 см/с². Все вероятные причины ускорения из числа известных отвергнуты, и поэтому "некоторые учёные не исключают возможность влияния совершенно новых гравитационных механизмов" [Загадочное ускорение..., 1999, с.101]. В марте 1997 г. станция удалилась от Солнца уже на 67 а.е. Она имеет графическое сообщение для внеземных цивилизаций - пластину с изображением Солнца и планет, мужчины, женщины и т.д.

"Пионер-11" (США). Запущен в 1973 г. Прошёл близ Юпитера [1974] и Сатурна [1979]. Для него тоже открыто добавочное ускорение [Загадочное ускорение..., 1999]. Связь со станцией прервалась в 1990 г.

"Маринер-10" (США). Запущен в 1973 г. Прошёл близ Венеры в 1974 г., а потом трижды сближался с Меркурием (март 1974, сентябрь 1974, март 1975). Это первая станция, предназначенная для исследования сразу двух планет и совершившая корректировку орбиты с использованием притяжения "промежуточной" планеты. Составлена карта одной из сторон Меркурия.

"Викинг-1" и "Викинг-2" (США). Запущены в 1975 г. Какое-то время в 1976 г. пробыли на орбите около Марса, а потом их посадочные модули совершили мягкую посадку, после чего брали пробы грунта и вели поиски жизни. На полюсе зафиксирована температура минус 123 градуса Цельсия [Хаберле, 1986].

"Вояджер-1" и "Вояджер-2" (США). Запущены в 1977 г. Воспользовавшись "парадом" планет-гигантов, прошли мимо Юпитера (1979) и Сатурна (1980 и 1981). Первая из них на 6500 км сближалась с Титаном (1980), а вторая позднее прошла вблизи Урана (1986) и Нептуна (1989). Открыты многочисленные спутники, кольца и детали облачного слоя этих планет. Станции продолжают работать за пределами планетной системы, и связь с ними сохранилась (хотя с "Вояджером-2" она ненадолго рвалась в ноябре 1998 г., но с Земли удалось включить запасной радиопередатчик). В апреле 1999 г. "Вояджер-2" был в 8,6 млрд. км от Земли, "Вояджер-1" - в 10,9 млрд. км (в 70 раз дальше, чем Солнце). На связь в оба конца с этой станцией уходит 20 часов ("Вояджеры" - самые удалённые от Земли искусственные объекты, 2000).

"Венера-13" (СССР). Запущена в 1981 г. В 1982 г. совершила мягкую посадку на поверхность Венеры близ области Бета и передала её первые цветные снимки (нагромождение плит вулканического происхождения). Менее качественные изображения поверхности были переданы до этого "Венерой-9", впервые села "Венера-7", рассчитанная на давление в 100 атмосфер, а предыдущие спускаемые аппараты не выдерживали атмосферного давления ("Венера-4" была рассчитана на 10-20, "Венера-5" и "Венера-6" - на 27 атмосфер) [Бронштен, 1997].

"Венера-15" и "Венера-16" (СССР). Последние и самые удачные станции этой серии. Подлетели к Венере в 1983 г. Летали над облачным слоем планеты и 8 месяцев проводили обследование Венеры (радиолокационному изучению подверглась четверть поверхности планеты, зарегистрированы детали протяжённостью 1 - 2 км и высотой 50 м). Кроме того, от них отделились спускаемые отсеки и совершили мягкую посадку.

Европейский зонд "Джотто". В 1986 г. пересёк центральную часть головы кометы Галлея примерно в 600 км от ядра. Кометные пылинки повредили приборы "Джотто", но, в целом, станция справилась с задачей. Получены фотографии кометного ядра, определён химический состав ядра и головы [Пролёт "Джотто"..., 1986]. Позднее зонд "Джотто" решено было использовать в 1992 г. для полёта к комете Григга-Скъеллерупа, скорректировав его орбиту при сближении с Землёй [Природа, 1990, N2, с.120]. Удалась ли попытка, автор не знает.

"Вега-1" и "Вега-2" (США). В 1986 г. прошли в 8900 и 7900 км от ядра кометы Галлея.

"Планета-А" (Япония). В 1986 г. прошла в 150000 км от ядра кометы Галлея. Перед этим столкнулась с пылинками в 2 и 3 мг, которые отклонили её от расчётного направления на 0,7 градуса [Пролёт "Джотто"..., 1986].

"Галилео" (США). Запущен 18 октября 1989 г. с корабля "Атлантис" ["Галилей"..., 1990]. Направился к Юпитеру по очень сложной траектории. Через 100 суток достиг окрестностей Венеры, через 400 суток почти вернулся к Земле, прошёл к астероиду Гаспре и вернулся к Земле через 3 года, а потом опять пересёк пояс астероидов, сблизившись с Идой, и 7 декабря 1995 г. подлетел к Юпитеру и его спутникам (имелись орбитальный и спускаемый отсеки). Зарегистрированы 9 вспышек в облаках Венеры [Природа, 1992, N3, с.120], впервые с близкого расстояния сфотографированы астероиды, открыт спутник астероида Иды, отмечены изменения цвета Ио из-за новых излияний серы (в сравнении с прежними фотографиями "Вояджеров"). Сделано огромное количество других открытий на спутниках Юпитера. Открыто облако пыли, которое летит от Юпитера или его спутников. Это наэлектризованные частицы в магнитном поле Юпитера. Везде в поясе астероидов было в среднем одно столкновение с микрометеоритом за сутки, а в этом облаке - 20000 столкновений в сутки [Изучается астероид Ида, 1994; "Галилей" совсем запылился, 1996; Внутренние океаны спутников Юпитера, 1999].
Программа полёта была выполнена в 1997 г., после чего экспедиция продлевалась ещё три раза. 17 января 2002 г. "Галилео" должен был в последний раз сблизиться с Ио (на 100 км!), но из-за ошибки в программе произошла перегрузка бортового компьютера, и фотографирование Ио не производилось. Сближение с Ио направило аппарат к Амальтее, с которой он встретится в ноябре 2002 г., после чего будет уничтожен в атмосфере Юпитера, чтоб случайно не занести жизнь на Европу.

"Фобос" (СССР). Два аппарата запущены в 1988 г. Связь с "Фобосом-1" прервалась сразу же из-за неверной команды с Земли. "Фобос-2" в 1989 г. передал на Землю 40 фотографий Фобоса с расстояния 400-200 км, но в дальнейшем связь прервалась. Станция подтвердила в существование у Марса слабого магнитного поля [Жузгов, 1998; Кузьмин, 1998]. В 1992 г. потеряна была связь и с американским аппаратом, летевшим к Марсу. А российский "Марс-96", взлетев, упал в Южной Америке. Марсоходы, доставленные "Марсом-2" и "Марсом-6", не сумели выйти из посадочных аппаратов [Кузьмин, 1998].

"Магеллан" (США). Запущен в 1989 г. Подошёл к Венере в августе 1990 г., совершил маневры с трением об атмосферу Венеры и перешёл на круговую орбиту ["Магеллан" маневрирует у Венеры, 1993]. Составляет карту Венеры при помощи радиолокации. Были сообщения о том, что с этой станции замечен недавно упавший утёс, обломки которого рассыпались на площади 7,5 х 2,5 км [Венера "Зашевелилась", 1992].

Зонд "Улисс" (США). Запущен в 1990 г. Предназначен для изучения полюсов Солнца, которые плохо видны с Земли. Сначала подошёл к Юпитеру, который перевёл его на орбиту вне плоскости Солнечной системы. Делает оборот за 6,2 года. В 1996 г. было сообщение о начале второго витка [Второй оборот вокруг Солнца, 1996].

Солнце изучается также солнечно-гелиосферной обсерваторией "SOHO" ("Solar Heliosphere Observatory"). Кроме того, этот аппарат обследовал плазменный "хвост", который тянется от Венеры [Колоссальный "хвост" Венеры, 1997]. В 1998 г. выходила из строя ориентационная система станции, но её удалось починить, введя в компьютерную систему новую программу ориентации [Возрождение "SOHO", 1999]. Теперь станция должна проработать до 2003 г. и наблюдать максимум солнечной активности в середине 2000 г.

"Марсианский следопыт" (Mars Pathfinder) (CША). В декабре 1996 г. полетел к Марсу и сел в устье долины Арес, куда ледником или водным потоком когда-то давно были вынесены камни с большой площади. Это третья удачная посадка американского аппарата на Марс (все четыре аналогичные советские попытки были неудачными). Аппарат вошёл в атмосферу Марса сразу (7,65 км/с), а не с марсианской орбиты. Торможение было за счёт трения об атмосферу, потом при помощи парашюта, потом при помощи двигателя, потом при помощи шаров с газом, смягчивших удар (аппарат, как мяч, подпрыгнул на этих шарах 16 раз). Далее станция действовала по принципу советских аппаратов "Луна-9" и "Луна-13": тетраэдр тяжёлой гранью повернулся вниз ("ванька-встанька"), три грани раскрылись в виде лепестков (солнечные батареи), а на четвёртой - находились приборы (телекамера, магнитометр, три ветровых конуса-вертушки, приборы для изучения структуры атмосферы и другие). Отделился шестиколёсный марсоход с тремя телекамерами, который удалялся на 500 м от станции в разные стороны. Основной блок должен был работать месяц, а работал три месяца. Марсоход должен был работать неделю, а работал в 12 раз дольше. Весь мир мог получать информацию непосредственно от станции через интернет ["Марсианский следопыт" собирается в путь, 1995; Базилевский, 1998].

"Марс-Глобал Сервейер" ("Mars Global Surveyor orbiter") в 1997 г. подтвердил наличие у Марса слабого магнитного поля [Жузгов, 1998].

Станция "NEAR" (Near Earth Asteroid Rendervour - Встреча с околоземным астероидом) (США).
Запущена 17 февраля 1996 г. для исследования астероида Эрос [Странности топографии Эроса, 2002]. В июне 1997 г. пересекла пояс астероидов и встретилась с астероидом Матильда (см. ниже), на который была перепрограммирована уже в полёте. Получено 500 фотографий. Потом, в январе 1998 г., подошла к Земле и, получив необходимое ускорение, должна была в начале 1999 г. стать спутником Эроса [На встречу с Эросом, 1994], но в декабре 1998 г. прошла в 3830 км от этого астероида. Выяснилось, что Эрос вытянут на 40 км. Определены его масса и плотность [Астероид Эрос, 2000]. 14 февраля 2000 г. станция всё-таки стала спутником Эроса, а 12 февраля 2001 г. была посажена на него [Странности топографии Эроса, 2002]. Получено 160 тыс. снимков, в т.ч. перед самой посадкой.

Станция "Кассини" и спускаемый зонд "Гюйгенс" (международные). Предназначены для изучения Титана - спутника Сатурна. Должны прилететь в 2004 г. Планируется посадка [Подготовка к изучению Титана, 1996].
24 июня 1999 г. аппарат совершил второй манёвр вокруг Венеры, пройдя в 620 км от неё. 18 августа он оказался в 1166 км от Земли и направился к Юпитеру, который должен направить его к Сатурну ["Кассини" идёт своим курсом, 2000].

"Stardust" ("Звёздная пыль") (США). Аппарат стартовал в 1999 г. Предназначен для изучения кометы Вильда-2 и облаков космической пыли. До встречи с кометой совершит три облёта вокруг Солнца. После первого облёта сблизится с Землёй и под воздействием её тяготения наберёт дополнительную скорость, что позволит пройти через голову кометы с относительной скоростью всего 6,1 км/с. Дважды (в 2000 и 2002 гг.) пересечёт скопление частиц пыли между Марсом и Юпитером, изучая его. 2 января 2004 г. пройдёт в 150 км от ядра кометы Вильда-2. Будет ловить пылинки от 1 до 100 мк аэрогелем (пеной). В начале 2006 г. окажется близ Земли. На высоте 100 000 км отделится посадочный отсек, затормозит об воздух и на парашютах опустится в соляную пустыню в штате Юта. Это должно произойти 14-15 января [На свидание с кометой Вильда-2, 1999].

Запуск американской станции к Плутону намечен на начало XXI века.

Интересную космическую программу имеет также Япония [Японский радиотелескоп в космосе, 1997]. Предполагаются высадка астронавтов на Луну и межпланетные перелёты. В 1997 г. к Луне должна была полететь станция "Lunar-A" (выйти на лунную орбиту и с неё спустить три аппарата в трёх точках Луны с бурильными установками, сейсмографами и измерителями теплового потока из недр). "Planet-B" должна была в 1998 г. отправиться к Марсу. В 2002 г. станцию "Muses-C" планируется послать к астероиду Нереиде в момент её сближения с Землёй, чтобы взять пробы и в 2006 г. вернуться на Землю. Размер Нереиды - 1 км. Впрочем, были и скептические высказывания, так как реальные успехи Японии в освоении Космоса до этого были весьма скромны: только в 1994 г. была запущена нормальная ракета [У Японии "на прицеле" Луна, 1995]. И действительно, станция "Lunar-A" не полетела, так как перед самым запуском протекла химическая батарея, и повторить попытку можно только через много лет, когда опять будет соответствующее взаимное расположение Солнца, Земли и Луны [Запуск аппарата "Lunar-А" переносится, 1998]. Сейчас Япония корректирует программу и ищет иностранных партнёров.

Одна из американских фирм планирует коммерческий запуск станции к астероиду, чтоб потом продать информацию правительственным агентствам и университетам [Коммерческий полёт к астероиду, 1998].

В ближнем Космосе

В 1976 г. в США запущен лазерный геодинамический спутник "LAGEOS-1" ("Laser Geodynamic Satellite") для высокоточных измерений движения земной коры с использованием отражения лазерного сигнала призматическими зеркалами, которых установлено на его поверхности 426. Это похоже на вращающийся зеркальный шар в дискоклубах. К 1989 г. обнаружился "дрейф" спутника на несколько тысяч километров под давлением света и реактивной реакции на его переизлучение [Геодинамический спутник и солнечные фотоны, 1997].

Искусственный спутник Земли "IRAS" с инфракрасным телескопом на борту (Нидерланды, Великобритания, США). Запущен в 1983 г. С Земли нельзя производить наблюдения в инфракрасном свете, так как воздух не пропускает его. За 10 месяцев работы телескопа открыты около полумиллиона источников инфракрасного излучения. В Солнечной системе - 5 новых комет, десятки астероидов, остаток кометы Фаэтон, несколько полос космической пыли вокруг Солнца (от столкновения астероидов), полоса пыли над и под поясом астероидов, полоса пыли в плоскости земной орбиты. Вне Солнечной системы - кольцо мелких частиц вокруг Веги, сотни холодных протозвёзд, сгущение пыли в центре Галактики, сталкивающиеся инфракрасные галактики и т.д. [Хэбинг, Нейгебауэр, 1985; "IRAS" - великий первооткрыватель, 1996].

В 1989 г. на орбиту выведен специализированный инфракрасный телескоп COBE для изучения реликтового излучения (Большого Взрыва). Получена информация о самом начале развития Вселенной, о первых галактиках и звёздах. В 1995 г. европейцы вывели на орбиту также инфракрасную обсерваторию ISO [Энциклопедия для детей, том 8, 1997].

Космический телескоп "Хаббл" (США). Выведен на орбиту в 1990 г. Предназначен для изучения далёких областей Вселенной. Далёкие звёзды-цефеиды, называемые "маяками Вселенной", "видит" в объёме в 1000 раз большем, чем наземные телескопы. Смог впервые в мире разглядеть диск далёкой звезды - диск красного сверхгиганта Бетельгейзе, а также пятно на ней поперечником в 10 раз больше Земли [Разглядеть Бетельгейзе в "лицо", 1996]. При помощи этого телескопа получены хорошие фотоснимки Плутона и его спутника Харона [Купер, Хенбест, 1998], изучены изменения полярных шапок Марса, наблюдались извержения вулканов на Ио, падение кометы на Юпитер и т.д.. К сожалению, у телескопа оказалась неисправность зеркала, из-за которой его чувствительность меньше, чем предполагалось. Планеты у других звёзд он не видит, но наши планеты фотографирует почти так же, как с автоматических станций [Чейсон, 1992]. В 1993 г. телескоп починили прилетевшие американские астронавты. Вес телескопа - 12 тонн. Диаметр зеркала - 2,4 м [Сурдин, 1997].

В феврале 1997 г. впервые на околоземную эллиптическую орбиту с удалением до 21 000 км выведен японский спутник "HALCA" ("Highly Advanced Laboratory for Communications and Astronomy") с радиотелескопом. Сочетание с земными радиотелескопами даёт базис в 30 000 км, а возможности спаренных радиотелескопов тем больше, чем больше они удалены один от другого [Японский радиотелескоп в космосе, 1997; Радиотелескоп в космосе, 1998]. Та же ракета должна вывести в Космос другие японские объекты (см. выше).

Ультрафиолетовые и гамма-телескопы были и есть на многих советских и американских спутниках, рентгеновские - на американских, советских, голландских и японских спутниках.

Европейский спутник "Гиппарх" в недавнее время (1997 г.?) при помощи метода параллакса определил или уточнил расстояние до 100 000 звёзд Нашей Галактики. Расстояние определялось по тому же принципу, что и с Земли (смещение относительно более далёких объектов при наблюдении с противоположных точек околосолнечной орбиты Земли), но гораздо точнее, чем при использовании наземных телескопов. Среди этих звёзд было 220 цефеид - ярких молодых переменных звёзд ("маяков Вселенной"), светимость которых чётко связана с периодом переменности. Выяснилось, что все эти цефеиды расположены чуть дальше, чем до этого думали. Значит, и все цефеиды дальше (и те, которые находятся в далёких галактиках). Раз они такие яркие, то они молоды. Молоды и галактики, в которых они находятся. Отсюда возраст видимой области Вселенной не 15 миллиардов лет, как думали, а 10 - 12 миллиардов лет [Звёзды "омолаживаются"..., 1998].

Созданы проекты солнечных парусников, которые используют солнечный ветер. Материал испытывается в Космосе. Предполагается конкурс на наиболее успешный полёт к Луне по спирали.

20 февраля 1986 г. на околоземной орбите появился базовый блок советской станции "Мир" с шестью стыковочными люками, и начался полёт этого околоземного аппарата, который продолжался до 23 марта 2001 г. [информационные радиопередачи 23 марта 2001 г.]. Базовый блок состоял из четырёх отсеков: рабочего длиной 8,6 м и диаметром 4,1 м; сферического переходного длиной 2,5 м и диаметром 2,2 м (с 5 стыковочными узлами); переходной камеры длиной 1,3 м и диаметром 2 м (с 1 стыковочным узлом); агрегатного длиной 1,3 м и диаметром 4,1 м (здесь находятся, в частности, маршевые и ориентационные двигатели). В дальнейшем к станции были пристыкованы специализированные модули с научной аппаратурой [Никитин, 1986; др.]. На станции осуществлено 17 тысяч научных экспериментов разного характера [информационные радиопередачи 23 марта 2001 г.]. Например, в 1993 г. велись эксперименты с 20-метровым зеркалом: солнечный "зайчик" направлялся на Землю и по светимости соответствовал Луне. Планировалось направить такой же "зайчик" на Харьков, Краков, Франкфурт, Брест (Франция), Ванкувер, Сиэтл и 5 канадских городов, но осуществились ли эти планы, автор не знает. Для этих целей транспортный корабль "Прогресс М-40" должен был доставить на "Мир" 25-метровый рефлектор. Предлагалось в будущем так освещать города, но астрономы были против подобной деятельности: помеха для телескопов [Космические зеркала тревожат астрономов, 1998]. Изначально предусматривался трёхлетний полёт станции, но она просуществовала 15 лет. За это время на ней побывали 104 космонавта и астронавта (по другим данным - 135 космонавтов из 11 стран, ошибка или данные без учёта полёта тех же самых людей), произведены 110 стыковок с космическими кораблями (в т.ч. 9 раз с американскими "шаттлами"), осуществлено 80 выходов в открытый Космос, поставлено несколько десятков мировых рекордов, связанных с освоением Космоса (командир первой экспедиции и в дальнейшем руководитель полёта Владимир Соловьёв совершил 16 выходов в Космос). Сделано более 86 тысяч витков вокруг Земли. 8 месяцев полёт был непилотируемым. Постепенно станция обветшала, и с начала 1990-ых годов было зафиксировано 600 отказов тех или иных систем, несколько раз терялось управление, некоторые узлы окончательно вышли из строя [информационные телепередачи 23 марта 2001 г.]. По другим данным, за 15 лет произошло 1500 неполадок [Камень над нашими головами, 2001]. В 1997 г., например, были пожар, столкновение с грузовым кораблём "Прогресс", поломка бортового компьютера, разгерметизация модуля "Спектр" и т.п. Когда дальнейший ремонт станции оказался нецелесообразным, было принято решение о затоплении "Мира" в Тихом океане. 23 марта 2001 г. в 3 часа 30 минут, через виток в 5 часов и в 8 часов 7 минут трижды примерно на 20 минут включались тормозные двигатели. В последний раз они включились над Сев. Африкой и выключились над Японией. В 8 часов 45 минут станция весом 132 тонны (по другим данным - 137 тонн, 140 тонн) вошла в плотные слои атмосферы, и началось её горение. На высоте 80 км разрушились солнечные батареи, потом корпус накалился и на высоте 60 км распался на множество осколков. В 8 часов 59 минут недогоревшие 12 тонн обломков упали в Тихом океане около Антарктиды и Новой Зеландии в 40 градусах южной широты и 160 градусах западной долготы [информационные радио- и телепередачи 23 марта 2001 г.].

Из наших космических аппаратов в последние годы прославился также разведывательный спутник "Космос-954" с ядерным питанием, который упал на Канаду. Дезактивация стоила 10 миллионов долларов [Афтергуд и др., 1991]. Что же касается одной из наших станций, посланных к Марсу, то она упала в Южной Америке. Были падения и более крупных аппаратов: 77-тонный американский "Скайлэб" в 1979 г., 40-тонная советская станция "Салют-6" в 1982 г., 20-тонный "Салют-7" в 1991 г. Когда последняя станция отслужила, её подняли на орбиту 600 км и попытались там законсервировать, но "из-за возросшей солнечной активности станция стала неожиданно быстро снижаться" (с.5), и крупный обломок упал в Аргентине [Четвёртое пришествие с неба, 2001].

В конце 1999 г. на орбиту вышел научно-практический коммерческий спутник "Ikonos-2", принадлежащий американской корпорации "Space Imaging". Он запущен вместо неудачно запущенного "Ikonos-1" и предназначен для детальной съёмки земной поверхности. На снимках, которые продаются, видны отдельно стоящие деревья и просёлочные дороги [Искусственный спутник "Ikonos-2", 2002].

К февралю 1993 г. в мире было уже 16 стран, имеющих свои спутники Земли [Бразилия выходит в космос, 1993]. В Австралии строятся два космодрома для запусков российских ракет. Эта страна ближе к экватору, и взлёты оттуда дешевле, чем с Байконура. В этой работе принимают участие Австралия, США и Южная Корея [Австралия вступает в космический век, 1998].

На околоземных орбитах сейчас летает более 3000 тонн мусора [Власов, 1998]. Всего в ближнем Космосе известно 20 000 обломков космических аппаратов. В 1995 г. произошло первое столкновение: французский спутник-шпион "Cerise" столкнулся с обломком ракеты "Ариан", летавшим 10 лет [Первая жертва космического столкновения, 1997]. После сокращения военных запусков в США и России, а также после специальных "космосоохранных" технологических изменений самый ближний Космос несколько очистился, но на высотах 800-1000 км, где торможение обломков об атмосферу очень мало, "грязи" по-прежнему много [Космос становится чище, но не везде, 1995]. В феврале 1999 г. на орбиту вышел американский спутник "ARGOS" ("Advanced Research and Global Observation Satellite"), предназначенный для измерения массы и траектории мелкого космического мусора, который с Земли не виден [Пора разбираться с космическим мусором, 1999].

Несколько слов о Солнце

Солнце - это звезда, и его подробное описание является задачей звёздной, а не планетной астрономии. Здесь же это небесное тело рассматривается в связи с Землёй и другими планетами Солнечной системы. Материал излагался в ряде недавних статей [Лейбахер и др., 1985; Тверской, 1986; Кейлер, 1992; Соукер, 1992; Миронов, 1998 и др.].

В Галактике Солнце расположено в 68 световых годах от её плоскости и в 25000 световых годах от её центра, то есть почти в плоскости Галактики и на полпути до её середины [Где наше место в Галактике? 1996]. Это очень важный показатель, так как именно здесь проходит так называемый радиус коротации - расстояние от центра, где угловые скорости звёзд и волновых спиральных ветвей Галактики равны. Ещё можно сказать, что вся эта область находится между двумя спиральными ветвями, то есть в спокойной области вдали от мест современного звездообразования. Кроме того, звёзды здесь образуют антициклон - вихревую структуру со спокойным центром, где и располагается в последние десятки миллионов лет Наша Солнечная система [Фридман, Хоружий, 1998]. Солнце движется вокруг центра Галактики со скоростью порядка 200 км/с (цифра указана по памяти, источник сведений забыт автором). Для окрестностей Солнца указывается также скорость вращения газового диска вокруг центра галактики в 200-300 км/с [Фридман, Хоружий, 1998]. В настоящее время Солнце вместе с Солнечной системой направляется к созвездию Геркулеса, что открыто ещё Вильямом Гершелем [Хоскин, 1986].

От Солнца до ближайшей звезды (Проксима Центавра) - 4,2 световых года, или 9 460 000 000 000 км [Купер, Хенбест, 1998].

Масса Солнца в 330 000 раз больше массы Земли, а плотность - меньше, чем у Земли (1,41 г/см³).

Экваториальный диаметр - 1 392 000 км.

По звёздной классификации, Солнце - это типичный жёлтый карлик (спектральный класс G, подкласс G2), каких во Вселенной очень много [Миронов, 1998].

Солнце состоит из:
1. ядра, в котором при температуре 14 миллионов градусов в ходе термоядерной реакции водород превращается в гелий (30% радиуса Солнца?);
2. зоны лучистого переноса (зоны переизлучения, или зоны лучистого равновесия), где энергия термоядерных реакций, переносясь от атома к атому, движется к периферии Солнца (40% радиуса Солнца?);
3. конвективной зоны, где большие массы вещества в виде горячих струй поднимаются к поверхности Солнца и в виде охладившихся струй опускаются к зоне лучистого переноса (30% радиуса Солнца, 1% массы Солнца); конвективные ячейки называются сверхгранулами (в отличие от фотосферных гранул).

Солнце окружено атмосферой, в которой различаются:
1. фотосфера: видимая поверхность Солнца толщиной в несколько сотен километров, нагретая в среднем до 5780 градусов Цельсия; здесь видны гранулы, факелы, пятна;
2. хромосфера: ярко светящийся ободок вокруг Солнца, который виден во время полного солнечного затмения; здесь наблюдаются различные хромосферные явления - протуберанцы, спикулы, макроспикулы; спикулы - это вертикальные струи ионизированного газа, поднимающиеся под действием магнитного поля до 10 000 км и через несколько минут опадающие [Филиппов, 1999]; макроспикулы сходны с ними, но грандиозней, поднимаются до 40 000 км [Вселенная, 1999]; протуберанцы примерно равны по размерам спикулам, но петлеобразны (это связано с наличием двух полюсов у магнитного поля), держатся месяцами, а иногда внезапно выходят за пределы хромосферы и уносятся от Солнца, превращаясь в корональные выбросы и вызывая на Земле магнитные бури и полярные сияния [Филиппов, 1999]; протуберанец, видимый на фоне фотосферы - волокно; температура хромосферы - около 10 000 градусов Цельсия, толщина - 10 000 км [Вселенная, 1999];
3. солнечная корона: видна во время затмений как правильной или неправильной формы светящаяся область с радиусом в 2 - 3 Солнца; облик зависит от степени активности Солнца; корона не имеет чёткой границы и, по некоторым данным, простирается до Плутона и дальше; температура достигает 2 млн. градусов [Вселенная, 1999], но это не ощущается из-за её разреженности.

Одновременно на всей солнечной поверхности происходит около 30 тысяч взрывных событий продолжительностью в несколько минут. Скорость выбрасываемого вещества - до 150 км/с [Магнитогидродинамические процессы на Солнце, 1997].

Поток от Солнца заряженных частиц (протонов, электронов) называется солнечным ветром. Частицы улетают от Солнца со скоростью 3 000 000 км/час и создают магнитные поля и электрические токи, то есть гелиосферу, в которую погружена вся Солнечная система. Частицы обладают высокой энергией и опасны для человека в Космосе (вне земной атмосферы), но магнитное поле отбрасывает из окрестностей Солнца ещё более опасные галактические лучи (лучи, возникшие при взрывах сверхновых звёзд), предохраняя от них Землю.

На поверхности Солнца видны отдельные пятна и группы пятен. Они холоднее остальной поверхности (чуть более 4000 г радусов Цельсия), но окружены более горячими "факелами", и суммарное излучение "пятнистого" Солнца чуть выше, чем в периоды без пятен. Пятна часто окружены "полутенью", и в одной такой "полутени" наблюдается сразу несколько пятен. По пятнам видно, что на экваторе Солнце вращается быстрее (за 25 земных суток), чем вблизи полюсов (за 35 земных суток). Пятна вызваны местными магнитными полями, которые временно не пропускают из глубин Солнца более горячее вещество. Поэтому часто бывают парные пятна (два полюса магнитного поля). Пятна существуют от нескольких дней до нескольких месяцев и по размерам могут превосходить Землю и даже Юпитер. В пятнах недавно обнаружено присутствие водяных паров [От Солнца "валит пар", 1998].

Высказывалось мнение, что на биоритмы человека и животных влияет не месячный лунный ритм, а обращение Солнца вокруг оси в среднем за 27 дней [Бреус, 1998].

Жизнь Солнца подчиняется чёткому 22-годичному ритму. Каждые 11 лет магнитные полюса Солнца меняются местами, что сопряжено с изменением активности Солнца, периодическим появлением и исчезновением пятен на нём, с хромосферными и подобными вспышками. Последний минимум солнечной активности был в 1997 г., максимум - в 1990 г. Тогда почти всё Солнце было пятнистым. Первые пятна цикла появляются ближе к полюсам (в "умеренных" областях), а потом концентрируются у экватора. В периоды покоя Солнце уменьшается на 250 км (на 0,036%) [Колебания размеров Солнца, 1996]. Все солнечные циклы асимметричны: восходящая ветвь в среднем 4,3 года, нисходящая - 6,6 лет (Будет ли очередной солнечный максимум рекордным? 1989). 11-летний цикл найден также у тау Кита, имеющей светимость 40% от солнечной [На тау Кита - как на Солнце, 1995]. По-видимому, цикличность связана с неравномерностью вращения звёзд вокруг своей оси [Купер, Хенбест, 1998].

Также обращает на себя внимание сходство солнечного цикла (11 лет) и периода обращения Юпитера (чуть менее 12 лет) [замечание автора]. Условное тело, притягивающее Солнце как совокупность всех планет, должно вращаться от Солнца на таком расстоянии, где период обращения примерно равен 11 годам [вычисление автора]. Трудно отделаться от впечатления, что 11-летний солнечный цикл обусловлен совокупным влиянием планет Солнечной системы.

Недавно закончился XXII солнечный цикл, так как их отсчёт ведётся с 1750-го года (нулевой цикл), когда на Солнце наблюдались необычайно мощные вспышки [Кацова, Лившиц, 1998].

Кроме того, существует большая периодичность Солнца. Диаметр Солнца меняется с цикличностью в 250 лет на 0,2%. Когда Солнце шире, пятен на нём чуть меньше [Изменение диаметра Солнца, 1988].

Солнце, таким образом, - одна из переменных звёзд, хотя колебания светимости не превышают 0,1 - 0,2%. Но это только в видимом диапазоне. А, например, в рентгеновском диапазоне интенсивность излучения меняется в 2 раза [Миронов, 1998]. Есть также литературное указание [Кацова, Лившиц, 1998], что полное рентгеновское излучение Солнца вне вспышек изменяется более чем в 300 раз при переходе от дней с минимальной к дням с максимальной активностью, что в количественном отношении противоречит предыдущей информации, но в качественном отношении подтверждает её. Видимо, авторы говорят несколько о разном (суммарное излучение за периоды различной длительности и т.п.).

Влияние 11-летнего солнечного цикла на земные объекты не доказано и, по крайней мере, сильно преувеличено. В изменении погоды вроде бы наблюдается 12-летний цикл, но он, вероятно, является удвоением достоверно открытого 5 - 7-летнего цикла, который обусловлен Эль-Ниньо, а не Солнцем [Бялко, Гамбургцев, 2000].

Солнце всё целиком колеблется, но очень слабо, рождая сложную структуру колебаний - акустические и внутренние гравитационные волны, то есть солнцетрясения [Лейбахер и др., 1985].

Иногда на Солнце происходят взрывы (вспышки), порождающие мощные потоки плазмы. При подобных плазменных взрывах непропорционально большая энергия передаётся ничтожно малой доле частиц, которые ускоряются при многократном пересечении фронта ударной волны. Так рождаются космические лучи солнечного происхождения. В земной атмосфере они генерируют "широкие атмосферные ливни" (так называют совокупность частиц атмосферы, получившую "по кусочкам" энергию от частиц высоких энергий). Вспышки на Солнце видны в течение 1 минуты. Лучи начинают приходить через 10 - 15 минут прямо от Солнца, но максимум наступает через несколько часов из-за диффузного запаздывания (в это время лучи приходят отовсюду). В такие периоды из окрестностей Земли исчезают космические лучи галактического происхождения: "выдуваются" из Солнечной системы резко усилившимся солнечным ветром [Тверской, 1986]. Вспышки на Солнце дают у Земли дозу облучения в 100 раз больше допустимой, и потому опасны для космонавтов, а жителей Земли защищают атмосфера и магнитное поле Земли [Улубеков, 1984].

Что будет с Солнцем и Землёй в будущем?

Считается, что Солнцу 4,8 миллиардов лет (по некоторым данным - 4,5 миллиардов лет). Оно возникло чуть раньше или в одно и то же время с планетами Солнечной системы из общего газово-пылевого облака. Солнце - звезда второго звёздного поколения Нашей Галактики, и образовавшее его облако возникло из вещества, выброшенного взорвавшимися звёздами первого поколения (то есть это вещество сверхновых звёзд, удержанное полем тяготения Нашей Галактики). При взрыве сверхновых звёзд образуется какое-то количество тяжёлых элементов, и поэтому такие элементы есть в Солнечной системе, хотя всё равно преобладают лёгкие элементы - водород, гелий. Так как тяжёлые элементы необходимы для жизни, иногда образно говорят, что все мы - дети взорвавшихся звёзд (жизнь не могла возникнуть вблизи звёзд первого поколения).

Предполагаемый начальный состав Солнца - 73% водорода и 25% гелия (примерно то же соотношение, что и при Большом Взрыве, породившем Нашу Вселенную, но с присутствием тяжёлых элементов). Раньше Солнце вращалось вокруг своей оси быстрее, чем сейчас [Кацова, Лившиц, 1998].

В дальнейшем водород в солнечном ядре начал выгорать и превращаться в гелий. Потоки света и солнечной плазмы (ионизированного вещества) потекли от Солнца во все стороны, и масса Солнца стала медленно уменьшаться. Количество гелия в ядре стало расти, и более тяжёлое и компактное ядро увеличило свою температуру и усилило термоядерные реакции. В результате этого Солнце стало светить чуть ярче и продолжает непрерывно увеличивать светимость. При этом вращение Солнца вокруг оси чуть замедлилось: энергия пошла на образование короны и поддержание активных процессов в ней (солнечный ветер уносит вмороженные в него магнитные поля, которые до какой-то высоты вращаются вместе с Солнцем, а потом тормозятся, закручиваются вокруг Солнца и тормозят его, взаимодействуя с магнитными полями под поверхностью звезды) [Кацова, Лившиц, 1998]. Торможение звезды звёздным ветром приводит к уменьшению конвективных потоков и уменьшению поверхностной активности звезды, но не влияет на общую активность.

Сейчас светимость Солнца на 30% выше, чем вначале, а масса несколько уменьшилась [Что ожидает Солнце и Землю? 1994]. Это привело к некоторым изменениям в Солнечной системе. Из-за уменьшения солнечной массы планеты чуть-чуть отодвинулись от Солнца, но, по-видимому, всё равно стали получать чуть-чуть больше света.

Водородного топлива Солнцу хватит ещё на 5 миллиардов лет [Вселенная, 1999]. При этом будут происходить хорошо предсказуемые события [Что ожидает Солнце и Землю? 1994].

Через 1,1 миллиарда лет светимость Солнца возрастёт ещё на 10%.

Через 3,5 миллиардов - на 40%. Земля тогда, возможно, станет похожа на Венеру: водяной пар в верхних слоях атмосферы разложится под действием света на кислород и водород, лёгкий водород улетит в Космос, вода исчезнет и перестанет с дождями вымывать углекислый газ из атмосферы, он накопится и вызывет катастрофическое нагревание поверхности планеты за счёт парникового эффекта. Зато в это время могут возникнуть благоприятные условия для жизни на Марсе (растает вечная мерзлота, наполнится водой океан Бореалис и т.д.).

Следующие 6,4 миллиарда лет водород на Солнце будет выгорать в оболочке гелиевого ядра.

Потом температура в увеличившемся гелиевом ядре возрастёт до такой степени, что "загорится" гелий (с образованием кислорода и углерода). Солнце при этом увеличит светимость ещё в 2 раза.

В течение 1,3 миллиардов лет оно станет медленно расширяться и увеличит диаметр в 170 раз. При этом поглотится Меркурий.

Земли это расширение не достигнет. Кроме того, от Солнца к этому времени останется только 72,5% современной массы, и Земля отодвинется.

Наступит стабильная пауза длительностью в 110 миллионов лет, которая сменится дальнейшим быстрым расширением Солнца в течение 20 миллионов лет. Тогда Солнце достигнет современной орбиты Земли и увеличит светимость в 5200 раз. Но масса Солнца составит только 59% современной, и Земля отодвинется аж к современному Марсу и уцелеет. Впрочем, температура на Земле достигнет 1600 градусов Цельсия, и это будет жидкая расплавленная планета.

Когда гелий в ядре выгорит, солнечный ветер сдует оболочку Солнца. Из этой оболочки возникнет так называемая планетарная туманность. Такие туманности есть вокруг некоторых выгоревших звёзд, и раньше считали, что из них образуются планеты, а на самом деле это "последние выдохи умирающих звёзд". В центре Солнечной системы, вместо огромного красного гигантского Солнца, останется сжавшийся белый карлик с массой примерно 0,6 от современной и очень маленькой светимостью (за счёт энергии постепенного сжатия). Остатки Солнечной системы погрузятся в холод и мрак. Наступит безжизненная стабильность.

Меркурий

На небе Меркурий плохо виден в наших широтах, так как всегда близок к Солнцу и заслонён светящимся воздухом (отходит от Солнца максимально на 28 градусов). В более южных широтах (ближе к экватору Земли) он иногда ярко, но недолго сияет сразу после захода Солнца или перед самым его восходом.

Дело в том, что Меркурий отстоит от Солнца всего на 0,39 астрономической единицы (а.е.). Астрономическая единица - это среднее расстояние Земли от Солнца. Меркурий, таким образом, в 2 с половиной раза ближе к Солнцу, чем Земля (1 / 0,39 = 2,56). В среднем - в 57 910 000 км от него. По отношению к Земле это внутренняя планета, и потому наблюдение её затруднено.

Меркурианский год составляет 0,24 земного года (примерно 88 наших земных суток).

Скорость движения вокруг Солнца - 47,89 км/с. Самая большая для планет Солнечной системы! Только так можно удержаться на почти круговой орбите вблизи самого Солнца. Кометные ядра и астероиды, если сталкиваются с Меркурием, то с самой большой скоростью.

Считалось, что период вращения Меркурия вокруг своей оси (меркурианский "день") - тоже 88 наших земных суток, то есть он совпадает с длиной года, но оказалось, что это не так. Раньше думали, что Меркурий всё время обращён к Солнцу одной и той же стороной (на одной стороне Меркурия вечный день, а на другой - вечная ночь), но это тоже было ошибкой.

Освещённость Меркурия Солнцем в 7 раз больше земной.

Меркурий обладает более вытянутой орбитой, чем другие "полноценные" планеты Солнечной системы (эксцентриситет - 0,206). Он подходит к Солнцу на 46 млн. км, а удаляется на 70 млн. км.

Угол наклона его орбиты к плоскости Солнечной системы тоже больше, чем у других "нормальных" планет - 7 градусов (за эталон берётся орбита Земли, которая по этому показателю близка к орбитам Марса и всех планет-гигантов). Можно предположить (предположение автора, но оно могло высказываться и ранее, так как весьма очевидное), что Меркурий слегка "вышиблен" со своей первоначальной круговой и не наклонённой орбиты. Меркурий расположен ближе всех планет к Солнцу. На Солнце могли падать (или подлетать близко к нему) самые разные тела (например, кометы), и сравнительно "лёгкий" Меркурий мог столкнуться с одним из таких сравнительно крупных тел. Если это столкновение произошло на ранних этапах развития планеты, когда Меркурий ещё не отвердел, то от столкновения не осталось даже кратера, только орбита и "хранит воспоминание" об этом событии. Впрочем, теперь мы знаем, что на Меркурии есть гигантские ударные кратеры.

Масса Меркурия составляет 0,05 земной. Он в 20 раз "легче" Земли! Это самая "лёгкая" из "полноценных" планет.

Диаметр - 0,37 земного. В 2,5 раза меньше земного, но в полтора раза больше лунного. По недавним уточнённым данным - 4878 км. Объём составляет 0,06 земного.

Средняя плотность Меркурия близка к земной - 5,4 г/куб.см, до недавнего времени считалось - 5,7 (земная плотность - 5,5).

Сила тяжести на Меркурии - 0,38 земной (как на Марсе).

Спутников у Меркурия нет.

С Меркурием связано первое и наиболее убедительное эмпирическое (т.е. наблюдательное) подтверждение правильности общей теории относительности Альберта Эйнштейна. Дело в том, что "орбиты планет, предсказываемые общей теорией относительности, почти совпадают с предсказаниями ньютоновской теории тяготения. Однако в случае Меркурия, который, будучи ближайшей к Солнцу планетой, испытывает самое сильное действие гравитации и имеет довольно вытянутую орбиту, общая теория относительности предсказывает, что большая ось эллипса должна поворачиваться вокруг Солнца примерно на один градус в десять тысяч лет. Несмотря на его малость, этот эффект был замечен ещё до 1915 г. [когда появилась эта теория] и рассматривался как одно из подтверждений теории Эйнштейна. В последние годы радиолокационным методом были измерены ещё меньшие отклонения орбит других планет от предсказаний Ньютона, и они согласуются с предсказаниями общей теории относительности" [Хокинг, 2000, с.51].

Новые сведения

Вблизи Меркурия побывал только один космический аппарат - американская межпланетная станция "Маринер-10", но собрано очень много новых сведений, которые излагаются, в основном, по "Атласу космоса" [Купер, Хенбест, 1998]. Зонд запущен в 1973 г., прошёл вблизи Венеры, а затем трижды с интервалом в шесть месяцев (март 1974, сентябрь 1974, март 1975) подлетал к Меркурию, вращаясь вокруг Солнца. Изучено только западное полушарие. Планируются полёты для изучения восточного полушария.

На фотоснимках, сделанных этой станцией, Меркурий очень похож на Луну: чуть более светлые и чуть более тёмные области (как безводные "моря" и "материки" на Луне), те и другие области густо усеяны метеоритными кратерами. От многих кратеров (Дега, Филоксен) во все стороны идут "лучи" - выброшенные во время удара "брызги" и т.п. (на Луне есть такие же "лучи" от некоторых молодых кратеров) [Купер, Хенбест, 1998; Вселенная, 1999]. Вокруг крупных кратеров видны небольшие вторичные кратеры и обломки выброшенной породы. На стенках больших кольцевых хребтов имеются гребни из-за осыпания обломков. На дне крупных кратеров при восстановлении прогнувшегося дна образуются небольшие кольцевые хребты [Вселенная, 1999]. Кратерам даны имена выдающихся учёных и деятелей искусства. Есть и "русские" кратеры - Толстой, Тургенев, Суриков, Мусоргский, Стравинский, Лермонтов, Репин, Чехов и другие. Особенно сильно Меркурий "бомбился" метеоритами 4 миллиарда лет назад - вскоре после своего возникновения. Но есть и относительно недавние кратеры. Из-за практического отсутствия атмосферы все кратеры хорошо сохранились.

Особенно велик кратер Тёплый Бассейн. Диаметр - 1300 км. Возник он от столкновения с "камешком" поперечником в 100 км. Тёплый Бассейн окружён кольцевыми Тёплыми горами высотой до 2 км. На противоположной стороне Меркурия есть холмы, возникшие в том месте, где встретились ударные волны, прокатившиеся по всей планете [Купер, Хенбест, 1998]. На Земле сходным образом ведут себя волны Мирового океана после крупных морских землетрясений.

Обнаружены и другие детали, которых мы не знаем на Луне. Кора Меркурия сморщенная, с хребтами-складками (складка Фрама, складка Дискавери и другие). Дело в том, что после формирования планеты железное ядро в центре Меркурия продолжало сжиматься. Сжалось на 4 км [Купер, Хенбест, 1998], и от этого кора 4 миллиарда лет назад сморщилась, т.е. возникли складчатые горы [Вселенная, 1999].

Следует заметить, что относительная площадь "морей" на Меркурии меньше, чем на Луне. Эти "моря" обычно называют равнинами: равнина Собку, равнина Будды, Северная равнина. На их ровной лавовой поверхности относительно мало кратеров, причём кратеры эти молодые.

Выяснилось, что Меркурий совершает 1 оборот вокруг своей оси не за 88 земных суток (меркурианский год), как думали ещё недавно, а за 58 земных суток, то есть приливные силы Солнца притормозили Меркурий, но не полностью остановили его. Меркурий делает 3 оборота вокруг своей оси ровно за 2 года, и поэтому местные "сутки" здесь длятся 176 земных суток [Купер, Хенбест, 1998]. Меркурий, таким образом, находится в резонансе 3:2, что связано с вытянутостью его орбиты (при круговой орбите было бы 1:1). Это резонанс первого рода [Жарков, 1983]. Резонансные явления очень распространены в Солнечной системе и по сути своей близки к волновым, и в этом проявляется глубинное сходство Солнечной системы с микромиром (например, с атомным ядром, вокруг которого вращаются электроны).

Ось вращения Меркурия отклонена от оси Солнечной системы всего на 2 градуса, и поэтому таких понятий как зима и лето для Меркурия не существует.

Атмосферы у Меркурия почти нет, то есть она в 1 000 000 000 000 000 раз разреженней земной. Но всё же есть какое-то количество гелия и водорода, ещё меньше паров натрия и кислорода, а также следы аргона и калия [Вселенная, 1999].

Температура колеблется от минус 210 градусов Цельсия (ночью) до плюс 510 градусов (днём) [Купер, Хенбест, 1998], по другим данным - от плюс 430 до минус 170 [Вселенная, 1999].

У Меркурия "Маринером-10" открыто магнитное поле, но оно в 100 раз слабее земного. По другому сообщению - в 20 раз слабее земного [Планы "возвращения" к Меркурию, 1995]. Тем не менее, чтобы существовало магнитное поле, должно существовать железно-никелевое ядро в центре планеты, а планета должна быстро вращаться. Так как Меркурий вращается вокруг оси медленно, то магнитного поля могло бы совсем не быть, и наличие поля говорит об очень большом железно-никелевом ядре. Поэтому считается, что у Меркурия, как и у Земли, есть железно-никелевое ядро в центре, тонкая кора сверху и мантия между ними [Купер, Хенбест, 1998], но ядро у Меркурия большое (диаметром 3600 км, 80% массы), а мантия относительно тонкая, хотя и во много раз толще коры (600 км) [Вселенная, 1999]. Таким образом, в первом приближении Меркурий снаружи похож на Луну, а внутри - на "застывшую" Землю (без движущихся материков и т.п.).

Судя по строению поверхности, Меркурий прошёл следующие фазы развития:
1. сильное внутреннее разогревание;
2. частичное охлаждение и какое-то число эпох вулканизма (возникла ровная поверхность застывшей лавы);
3. интенсивная бомбардировка планетезималями - "зародышами" планет (возникновение гигантских кратеров-"морей");
4. активный вулканизм и заполнение понижений-"морей" лавой;
5. последний и наиболее долгий период (3 млрд. лет), когда поверхность Меркурия изменялась только в результате отдельных столкновений с астероидами и кометами.

Венера

Венера ярко сияет на вечернем или утреннем небе, за что называется "вечерней" и "утренней звездой". Это самая яркая планета и третье светило неба после Солнца и Луны. Спутать её можно только с огромным, но далёким Юпитером. Впрочем, Юпитер на небе обычно виден вдали от Солнца, а Венера почти не покидает области зари (не отходит от Солнца далее 50 градусов). Это тоже внутренняя планета, и освещённость её Солнцем в два раза больше земной.

Венера отстоит от Солнца на 0,72 а.е. и находится, таким образом, примерно в полтора раза ближе к Солнцу, чем Земля (1 / 0,72 = 1,39). От Солнца до неё в среднем - 108 200 000 км.

Венерианский год составляет 0,62 земного года (примерно 225 наших земных суток).

Скорость движения вокруг Солнца - 35,03 км/с. Чем дальше от Солнца находится планета, тем меньшая скорость её нужна, чтоб удержаться на примерно круговой орбите.

Орбита Венеры почти круговая, ещё "нормальнее", чем у Земли (эксцентриситет - 0,007). Угол наклона орбиты сходен с земным (отличие на 3,4 градуса). Можно считать, что никакие огромные небесные тела не "вышибали" Венеру с её первоначальной орбиты, или же Венера оказалась достаточно массивной, чтоб удержаться примерно на том же месте.

Масса Венеры - 0,81 земной. Диаметр - 0,96 земного. По недавним уточнённым данным - 12103 км, а Земля - 12756 км. Объём - 0,92 земного. Средняя плотность близка к земной - 5,25 г/см³ (земная - 5,5). Сила тяжести - 0,9 земной. Почти копия Земли! Самая близкая к Земле планета по массе и диаметру. Да и по расстоянию это самая близкая к Земле планета (иногда до неё "всего" 40 млн. км). И атмосфера есть, её открыл ещё Ломоносов в 1761 г., когда Венера проходила в точности между Солнцем и Землёй. В момент схождения планеты с диска Солнца вокруг неё появился светящийся ободок, что позволило Ломоносову заключить, что "планета Венера окружена знатною воздушною атмосферою, таковой (лишь бы не большею), каковая обливается около нашего шара земного...". Естественно было ожидать найти на Венере условия, сходные с земными, и жизнь. Густая атмосфера скрывала от земных наблюдателей какие-либо детали на поверхности, и астрономы называли Венеру "планетой загадок". Поэтому Венера была первой планетой, к которой устремились многочисленные советские межпланетные станции (их было 16). Но вблизи Венера оказалась не похожа на Землю.

Какое-то время (уже в середине XX века) считалось, что период вращения Венеры вокруг своей оси составляет 250 земных суток, но он оказался чуть меньше - 243 суток. Всё равно это удивительно - сутки на Венере длятся чуть больше года! Притом Венера вращается по часовой стрелке (не так, как остальные планеты). Обратное вращение. Если бы при такой длине суток Венера вращалась против часовой стрелки, то была бы повёрнута к Солнцу почти одной и той же стороной (день бы длился много-много лет). Она же поворачивает к Солнцу то один, то другой "бок" и меняет "бока" каждые 117 земных суток. Интересно, что вращение Венеры таково, что к Земле она повёрнута одной и той же стороной. Это резонанс второго рода (связь вращения планеты с орбитой другой планеты) [Жарков, 1983].

Спутников у Венеры нет.

Сведений о температуре на поверхности и плотности атмосферы до начала полётов космических аппаратов не было.

Относительно новые и новые сведения

Венера изучалась многочисленными советскими станциями "Венера" (16 полётов), американской станцией "Пионер-Венера" и с 1989 г. американской станцией "Магеллан", с помощью которой получены самые подробные данные.

Первые советские аппараты ("Венера-1" и другие) передали на Землю хорошие фотографии Венеры с относительно близкого расстояния, но снимки делались вне пределов густого облачного слоя этой планеты, детали поверхности не были видны. Станции "Венера-4" и "Маринер-5" с некоторого расстояния выяснили, что поверхность планеты раскалена. Попытки советских аппаратов совершить мягкую посадку долгое время были неудачными. Первые станции расчитывались на атмосферное давление порядка 10 - 20 земных атмосфер, некоторые последующие - на 27 атмосфер. Все они были раздавлены венерианской атмосферой на той или иной высоте и перестали передавать информацию. И только "Венера-7", рассчитанная на 100 атмосфер, в 1970 г. благополучно достигла цели [Бронштен, 1997]. Измерены температура поверхности планеты, определены состав и давление атмосферы; изучался также химический состав поверхности [Базилевский, 1997а]. "Венера-8" впервые села на дневную сторону планеты и показала, что освещённость на ней напоминает земной пасмурный день. "Венера-9" и "Венера-10" в 1975 г. впервые передали на Землю чёрно-белые панорамы окружающей местности, проработав один час после посадки. "Венера-11" и "Венера-12" в 1978 г. зарегистрировали до 1000 грозовых разрядов в минуту. "Венера-13" в 1982 г. передала первые цветные снимки поверхности (безжизненные раскалённые плоские камни в тусклом оранжевом свете). Эта станция и "Венера-14" проанализировали химический состав грунта. Очень удачными были советские станции "Венера-15" и "Венера-16", подлетевшие к планете в 1983 г. Они летали над облачным слоем планеты и проводили радиолокационное и другие обследования Венеры (радиолокационному изучению тогда подверглась четверть поверхности планеты, зарегистрированы детали протяжённостью 1 - 2 км и высотой 50 м) [Барсуков, Базилевский, 1986]. Кроме того, от этих станций отделились спускаемые отсеки и совершили мягкую посадку. Имели значение также советские аппараты "Вега-1" и "Вега-2", с которых были сброшены аэростатные зонды, дрейфовавшие на высоте 54 км над планетой.

Американская станция "Пионер-Венера-1" в 1978 г. впервые с орбиты произвела радиолокационное картирование поверхности планеты, а "Пионер-Венера-2" сбросила четыре спускаемых аппарата на парашютах для исследования атмосферы [Энциклопедия для детей, том 8, 1997].

С 1989 г. поверхность Венеры начал изучать американский аппарат "Магеллан", который кружился над планетой по орбите, совершая оборот за 3 часа и 9 минут, и работал до 1994 г. Поверхность облучалась и фотографировалась в радиодиапазоне, в котором атмосфера прозрачна (радиолокация). Воссоздана картина поверхности с минимальным размером деталей до 250 м. Высота объектов измерялась с точностью до 30 м. Создана подробнейшая карта всей Венеры [Купер, Хенбест, 1998].

Интересно, что радиолокация Венеры впервые была проведена с Земли (в СССР в 1961 г.); зарегистрированы были и радиоволны, посылаемые самой планетой; сделаны выводы о том, что поверхность планеты раскалена (не менее 300 градусов Цельсия), что поверхность имеет разную природу в разных частях, что Венера вращается вокруг оси медленно (сутки не менее 200 земных суток) [Детская энциклопедия, 1964].

Венера в настоящее время исследована лучше других планет.

После полётов космических аппаратов выяснилось, что температура поверхности Венеры составляет в среднем 465 градусов Цельсия, давление атмосферы близ поверхности - 90 атмосфер (в 90 раз больше, чем на Земле).

Атмосфера состоит из почти чистого углекислого газа, к которому лишь в незначительной степени примешаны азот и другие газы (преобладание углекислого газа было известно и ранее). В этой густой атмосфере плавают облака из концентрированной серной кислоты (80%). Воды на Венере практически нет, так как пары воды, попадая в верхние слои атмосферы, под действием яркого солнечного света разлагались на водород и кислород (фотодиссоциация), и лёгкий водород покидал планету. Так как нет воды, углекислый газ, выделяемый при извержениях вулканов, не вымывается из атмосферы с дождями в моря (как на Земле) и накапливается в атмосфере. Поэтому атмосфера Венеры такая густая и состоит, в основном, из углекислого газа. Углекислый газ частично (на 20%) пропускает к поверхности Венеры солнечный свет, а тепло не выпускает назад (парниковый эффект). Из-за парникового эффекта Венера и разогрелась почти до 500 градусов Цельсия [Кастинг и др., 1988]. На её поверхности - раскалённые базальтовые плиты вулканического происхождения. Открытие жизни на Венере не состоялось...

Тем не менее, Венера - это до какой-то степени живая планета, но не в биологическом, а в геологическом отношении. На ней происходят различные геологические события. Поверхность разнообразна, сложно устроена и меняется не только от ударов метеоритов.

На Венере есть равнины и горы, которым посвящена обстоятельная статья В.Л.Барсукова и А.Т.Базилевского [1986].

На равнинах видны потоки застывшей базальтовой лавы (длиной до 200 - 300 км), которые тянутся от кратеров, кальдер и разломов (трещин); отдельные купола с вулканическими кратерами; метеоритные кратеры; пояса не вполне понятных невысоких гряд и борозд, а также "венцы" - странные кольцевые структуры, которые не похожи на кратеры.

Горы на Венере бывают иногда в виде плато (общего поднятия с гладким ровным верхом), иногда в виде "паркета" (складки в двух разных направлениях), а иногда в виде параллельных хребтов. Такие параллельные хребты есть только на Земле, а на Луне и Марсе их нет. Венера всё же в чём-то похожа на Землю! Разумеется, в горах тоже есть вулканические и метеоритные кратеры.

Конкретные участки венерианской поверхности ниже описаны, в основном, по "Атласу космоса" [Купер, Хенбест, 1998] и наглядному словарю "Вселенная" [1999], но с привлечением других источников.

Самое большое горное образование - Земля Иштар, или Страна Иштар. В центре его - обширное вулканическое плато Лакшми. По краям - три горных массива (горы Максвелла, горы Акны и горы Фрейи). Плато Лакшми образовано лавой, излившейся из кратера Сакаджавей, расположенного на краю этого плато. Горы Максвелла имеют высоту 3 - 4 км, а отдельные вершины лишь немногим уступают Джомолунгме (по другим данным превосходят Джомолунгму - 11 км над средним уровнем). Это самые большие горы Венеры. Есть на Земле Иштар и огромные метеоритные кратеры (кратер Клеопатры диаметром около 100 км, почти столь же большой кратер Колетт). Между горами Акны и горами Максвелла край Земли Иштар образует уступ Весты. В целом Земля Иштар по размеру соответствует Австралии [Купер, Хенбест, 1998], а вместе с примыкающими к ней приподнятыми пространствами - Евразии [Вселенная, 1999]. Кстати, наша земная Евразия тоже обладает самыми высокими горами - Гималаями. Страна Иштар находится близ северного полюса Венеры и этим тоже напоминает Евразию. Некоторые из примыкающих к Стране Иштар поднятий - Страна Метис (на западе, вроде Скандинавии), Страна Белл (на юге, вроде Аравии) и Страна Тетус (на востоке, вроде Камчатки, но гораздо больше).

Пример ровного поднятия - Область Бета, или Страна Бета. Это молодое вулканическое образование, так как на нём мало метеоритных кратеров [Барсуков, Базилевский, 1986]. Его высота - 4 км. Рядом находятся Рея и Тея - два самых больших венерианских вулкана, неоднократно извергавшиеся в относительно недавнее время. Вблизи Страны Бета расположена Страна Феба с горами Феба [Купер, Хенбест, 1998], а также Страна Темис [Вселенная, 1999]. Весь этот комплекс поднятий можно поставить в соответствие с Америкой, особенно с Южной, так как он находится юго-западнее Страны Иштар близ экватора.

Крупнейшая тектоническая область - Область Артемиды поперечником 2600 км [И всё-таки Земля..., 1993].

В Стране Альфа имеются мощные купола, которые выдавлены движущейся под поверхностью вязкой лавой. Есть и трещины. Здесь же находится кратер Ева, через который проходит нулевой меридиан Венеры. Эта область находится в Южном полушарии и соприкасается с огромной Страной Лады - аналогом Антарктиды.

Самое большое по площади (с Африку), но не самое высокое нагорье - это Страна Афродиты. Она прорезается трещиной Диана - рифтовой долиной шириной до 250 км. Диана сравнима по размеру только с Долиной Мореплавателей на Марсе. Рядом - Страна Овда, где скалистый панцирь расколот, сжат и вытянут какими-то геологическими силами, которых мы не знаем на Земле. Здесь же - кратер Меад поперечником 250 км, самый большой метеоритный кратер Венеры, а также Страна Тетис и Страна Эйсиля. Весь этот комплекс поднятий сходен с Африкой по масштабу (наверное, даже больше её), по экваториальному положению и по средней степени приподнятости, но отличается от Африки вытянутостью вдоль экватора и положением на юго-востоке от "венерианской Евразии", т.е. это как бы объединённые Африка и Австралия. Кроме того, эта "Африкоавстралия" соприкасается с "Южной Америкой", то есть на Венере есть три грандиозных поднятия - северное, южное и экваториальное, опоясывающее планету кольцом, которое не замкнуто лишь на одну четверть.

Самая низкая часть Венеры - Равнина Аталанты [Барсуков, Базилевский, 1986]. По положению на планете она сходна с Тихим океаном, но гораздо меньше его. Индийскому океану аналогичны Равнина Леды и Равнина Ниобеи, разделённые сравнительно небольшой Страной Теллус. Страна Теллус - это как бы Индия, ещё не соприкоснувшаяся с Евразией. Атлантическому океану аналогичен вытянутый с севера на юг комплекс из равнин Седны, Гиневры и Лавинии. Это и есть та область, где "порвано" экваториальное кольцо. Есть и "океаны", которым нет аналогов на Земле, если не брать в расчёт так называемый Южный Ледовитый океан. Это комплекс понижений, примыкающих к "венерианской Антарктиде" - Стране Лады: Равнины Айно и Тинатин (южнее Страны Афродиты), Равнина Элен (южнее Страны Тетис).

Из всех этих аналогий, которые даны для удобства запоминания частей венерианской поверхности, можно сделать только один принципиальный вывод: относительный масштаб поднятий и понижений на Земле и Венере сходен.

Средний возраст поверхности Венеры составляет 1 миллиард лет [Барсуков, Базилевский, 1986] или 500 - 300 миллионов лет [Базилевский, 1997а]. И в том, и в другом случае она значительно старше земной поверхности, так как Земля - это гораздо более живая и бурная в геологическом отношении планета, постоянно меняющая свой лик, где непрерывно тонут одни материки и возникают другие. Но поверхность Венеры значительно моложе меркурианской, лунной и марсианской, которым по 3 - 4 миллиарда лет. Поэтому метеоритных кратеров на Венере значительно меньше, чем на Меркурии, Луне и Марсе. Есть на Венере почти разрушенные, заплывшие и еле видные древние метеоритные кратеры. Темп разрушения на Венере говорит о том, что 3 последних миллиарда лет там господствует раскалённая пустыня, а что до этого - не ясно [Барсуков, Базилевский, 1986]. Ещё быстрее кратеры разрушаются на Земле, где их смывают дожди, реки, моря и океаны, сдувают ветры и уничтожают другие поверхностные и глубинные силы.

На Венере известен особый способ движения вещества, какого нет на Земле: вещество стекает крупными блоками и потоками с возвышений [Суханов, 1989]. Впрочем, на Земле, хоть и медленно, но движутся целые материки, а на Венере подобные тектонические области не велики (не более 2600 км), и крупнейшая из них - Страна Артемиды.

На историю поверхности Венеры есть две точки зрения [Базилевский, 1997а]:
1. 500 - 300 миллионов лет назад лава полностью обновила поверхность, а потом тектоническая и вулканическая активность почти угасли, что доказывается равномерным и случайным распределением ударных кратеров по всей поверхности, а также подтоплением молодыми лавами лишь отдельных немногочисленных кратеров - модель глобального обновления (Шабер, Стром);
2. активность была и остаётся на одном и том же незначительном уровне, причём концентрируется то в одной, то в другой части планеты на площади не более 400 км² - модель равновесного обновления (Филлипс).

Магнитное поле у Венеры отсутствует, но планета столь плотна, что, конечно, у неё есть железное ядро, сходное с земным. Есть также мантия и кора, причём мантия относительно велика по сравнению с мантией Меркурия (толщиной около 3000 км) [Вселенная, 1999]. Магнитного поля нет из-за медленного вращения вокруг оси.

Толщина коры на Венере, как на Земле: 40 - 50 км; есть мантийные струи [И всё-таки Земля..., 1993].

С ноября 1990 г. по июль 1991 г. станция "Магеллан" при повторной радиолокации Венеры обнаружила, что свалился утёс и вызвал каменную лавину, раскидавшую обломки на площади 7,5 х 2 км [Венера "Зашевелилась", 1992].

Видны были также вспышки в облаках [данные станции "Галилео" - Природа, 1992, № 3, с.120]. Грозы? Извержения вулканов? До этого, как уже говорилось, мощные грозы на Венере были обнаружены советскими аппаратами.

На Венере на высотах порядка 65 - 70 км постоянно дуют восточные ветры со скоростью 110 м/с (ураган) [Энциклопедия для детей, том 8, 1997], или, по другому источнику, 360 км/час [Вселенная, 1999], что примерно то же самое. Эти ветры гонят грязно-желтоватые облака из концентрированной серной кислоты, за счёт чего планета слегка полосата: бывает, например, заметна тёмная полоса в средних широтах и светлая - в полярных. Кроме того, иногда выделяются "полярные шапки", состоящие из чуть более светлых облаков [Вселенная, 1999].

В атмосфере снизу вверх выделяются:
1. прозрачный слой из углекислого газа;
2. пылевая дымка с примесью очень мелких капелек серной кислоты;
3. толстый слой облаков из капель серной кислоты (эти три слоя составляют тропосферу);
4. дымка из капелек серной кислоты (термосфера) [Вселенная, 1999].

Недавно у Венеры был открыт почти кометный "хвост". Ещё в конце 1970-х годов американский аппарат "Pioneer Venus Orbiter" (орбитальный отсек "Пионера-Венера") обнаружил в 70 000 км от Венеры плазменный "хвост", возникший вследствие бомбардировки венерианской атмосферы солнечным ветром. Ведь Венера медленно вращается вокруг оси и потому не имеет магнитного поля, а поэтому частички солнечного ветра могут беспрепятственно вторгаться в её атмосферу, вызывая фотодиссоциацию воды и т.п. (возможно, из-за этого нет воды и жизни). Поток ионизированных частиц движется от Венеры в сторону, противоположную Солнцу. Но оказалось, что "хвост" в 600 раз длиннее, узок, имеет три ветви, как многие кометные хвосты. Его размер уточнила солнечно-гелиосферная обсерватория "SOHO", пересекая это образование в 45 миллионах километров от Венеры [Колоссальный "хвост" Венеры, 1997].

Венера казалась подобной Земле, но теперь мы, скорее, назовём её "миром наоборот", где ядовитая атмосфера, едкие сернокислотные облака и дожди, чудовищные температура и давление, где даже движение вокруг оси происходит в другую сторону и удивительно медленно. Это планета с самой плотной атмосферой среди планет земной группы, с самым медленным вращением вокруг оси и с наименьшей вытянутостью орбиты.

Земля

Земля удалена от Солнца в среднем на 149 600 000 км. Это расстояние называется астрономической единицей (а.е.). Свет, имея скорость 299 792 км/с, преодолевает это расстояние за 500 секунд, то есть примерно за 8 минут. Значит, с Земли мы видим события, происходящие на Солнце, с опозданием на 8 минут.

Орбита Земли почти круговая (эксцентриситет - 0,017). И всё же северной зимой Земля находится на 3,3% ближе к Солнцу, чем южной зимой. Облучение интенсивней северной зимой на 6,9%

Земля движется по этой орбите со скоростью 29,79 км/с и проходит путь вокруг Солнца за один год (365,26 суток).

Плоскость земной орбиты называется плоскостью эклиптики и примерно соответствует усреднённой плоскости Солнечной системы (большинство планет отклоняются от этой плоскости только на 1 - 3 градуса, и только Меркурий и Плутон вносят разнообразие - 7 и 17 градусов).

Период обращения Земли вокруг оси составляет 23 часа 56 минут, но из-за движения Земли по орбите от одного до другого солнечного восхода проходит 24 часа, причём не точно 24 часа, а в среднем 24 часа, так как орбита Земли не строго круговая.

Полярная ось Земли наклонена к эклиптике на 23,5 градуса. Поэтому характерна смена времён года.

Диаметр Земли - 12 756 км. Масса принята за единицу (5,98*10²¹ тонн). Плотность - 5,52 г/см³ (во столько раз тяжелее воды).

В центре Земли при температуре 5800 градусов Цельсия находится твёрдое железное ядро с относительно тонкой оболочкой из жидкого железа на расстоянии 3 000 км от центра планеты [Блоксхам, Габбинз, 1990]. Наличие жидкого ядра доказывается тем, что эта область Земли не пропускает поперечные сейсмические волны, то есть волны сдвига, а продольные сейсмические волны, или волны сжатия, здесь резко замедляются [Жарков, 1983]. Из-за быстрого вращения планеты железный океан течёт, и из-за этого течения возникает мощное магнитное поле нашей планеты (самоподдерживающийся механизм: получая энергию от тепловых ядерных реакций и вращения Земли, железо течёт в уже существующем магнитном поле; от этого рождается электрический ток, который рождает магнитное поле, усиливающее магнитное поле всей планеты). Течения в ядре вызываются конвекцией: более горячее и лёгкое вещество всплывает и по инерции начинает отставать от вращения планеты, то есть дрейфовать на запад. Скорость дрейфа должна составлять примерно 1 мм в год [Жарков, 1983].

Над ядром находится мантия из твёрдого, но достаточно пластичного вещества, которое способно медленно течь, образуя мантийные струи (1320 - 1360 градусов Цельсия в верхней части). Мантия жидка для тысячелетних нагрузок и тверда для сейсмических волн и приливов. Сейсмически выявлены несколько слоёв мантии с разными свойствами.

Ещё выше находится отделённая поверхностью Мохоровича земная кора из относительно лёгких пород. Земная кора не текуча, но способна под действием или мантийных струй, или прочих причин разрываться в каких-то местах и сминаться в складки в других местах, образуя горы. Под материками толщина земной коры составляет 30 - 70 км, под океанами - 3 - 10 км [Энциклопедический словарь, т.1, 1963]. Земная кора состоит из верхней осадочной оболочки, под которой лежат гранитный слой (отсутствует в океанических впадинах) и более плотный базальтовый слой. Земную кору ещё называют литосферой [Энциклопедический словарь, т.1, 1963], но в сводке В.Н.Жаркова [1983] эти термины не рассматриваются в качестве синонимов: континентальная литосфера с корой примерно в 35 км составляет в толщину 200 км, а океаническая литосфера с корой в среднем в 6 км составляет в толщину 80 км, то есть литосфера - это более широкое понятие, чем земная кора, и включает также подкорковую зону.

Из-за тонкой твёрдой коры, вязкой мантии, жидкого ядра и эллипсоидальной формы Землю иногда образно сравнивают с яйцом, сваренным всмятку.

Земля - единственная планета Солнечной системы, где в большом количестве имеется жидкая вода (а не только в виде льда или пара). Вода пребывает в непрерывном движении и круговороте (океанические течения, испарение, дожди, течение рек).

Земля окружена атмосферой из азота (77 %) и кислорода (21 %). Два процента приходятся на водяные пары и другие газы, в том числе углекислый, который убивает жизнь в больших количествах, но необходим в малых количествах. Углекислый газ участвует в теплорегуляции земной атмосферы за счёт парникового эффекта. Важна также примесь в верхних слоях атмосферы озона, задерживающего опасные для всего живого ультрафиолетовые лучи. Воздух находится в непрерывном движении (циклоны, антициклоны, пассаты, муссоны и т.п.).

В атмосфере различаются тропосфера (8 - 9 км у полюсов, 11 км в умеренных широтах, 17 - 18 км в тропиках), тропопауза, стратосфера, стратопауза, мезосфера (50 - 30 км, озоносфера), ионосфера (до 300 км, метеоры, полярные сияния), экзосфера с двумя радиационными поясами - внутренним (500-10000 км, опасней, но пересекается космическими кораблями за 30 минут, что не опасно), внешний (до 100 000 км) [Улубеков, 1984 и др.]. Магнитные пояса состоят из заряженных частиц солнечного ветра (протонов и электронов), схваченных магнитным полем Земли и образующих структуру в виде двух "бубликов". Часть частиц отклоняется к полюсам Земли, где они вызывают полярные сияния и т.п. явления. При ослаблении магнитного поля Земли эти частицы начинают бомбить всё живое на планете (как и ультрафиолетовые лучи, с которыми их, однако, никак нельзя путать). Солнечный ветер (поток заряженных частиц, летящих от Солнца) сильно влияет на магнитосферу Земли и во время усиления солнечной активности частично "сдувает" её на противоположную от Солнца сторону планеты в виде длинного "хвоста". Озоносфера особенно тонка близ полюсов, где иногда образуются озоновые "дыры" (вследствие промышленного загрязнения атмосферы и естественных причин, в том числе извержений вулканов; попавшие в атмосферу химически активные частицы взаимодействуют с озоном). В образовании озоновых "дыр" в какой-то степени могут быть повинны сверхзвуковые самолёты и даже обычные лайнеры арктических рейсов [Самолёт - враг озоносферы, 1998], а также ракеты [Ракеты "дырявят" озоносферу, 1998]. Рассматриваются и возможные естественные причины "дыр" - образование обособленных "воронок" холодного воздуха [Стратосферный озон, 1993; Естественные причины возникновения озонной дыры, 1998]. Возникать эти "дыры" могут только над холодными частями планеты. Они особенно характерны для Антарктиды, но небольшая "дырочка" недавно найдена над Гренландией [Озоносфера..., 1989; "Озонная дыра"..., 1992].

Атмосферные явления нашей планеты мы до конца не знаем. Например, недавно были открыты вспышки на высоте 60 км фронтом по ширине от 10 до 50 км над Африкой и Тихим океаном. Они бывают примерно 100 раз в год. Радиоизлучение этих вспышек в 10 000 раз мощнее молний. Лётчики и раньше сообщали о них, но им не верили. Вспышки открыты американским спутником, предназначенным для регистрации ядерных взрывов [Открыто новое атмосферное явление, 1994]. С недавних пор различаются три типа высотных вспышек: "феи" (иначе - "домовые"), "эльфы" и "синие струи" ["Эльфы", "феи"..., 1997], причём речь, кажется, идёт о вспышках вне Африки и Тихого океана. "Феи" бывают на высоте 50 - 90 км. Они мгновенные и красные. Возможно, связаны с космическими лучами, возмущающими ионосферу. "Эльфы" характерны для высот в 85 - 105 км. Они тоже красные, но кольцеобразные. Обычно бывают после вспышек молний в грозовых тучах под ними, но иногда наблюдаются вместе с "феями". Связаны со всплесками радиоволн, вызванными молниями и т.п. явлениями. Это словно круги от камешков на поверхности пруда, но радиоволновой природы. Механизм свечения "фей" и "эльфов", видимо, сходен: радиоимпульс в ионосфере ускоряет электроны, которые сталкиваются с молекулами азота и заставляют их излучать красный свет. "Синие струи" ниже других подобных явлений, они как бы стекают с грозовых туч, но это не молнии. Интересно, что какие-то вспышки наблюдались и на Венере, но природа их не была понята (см. выше). Наверное для того, чтобы понимать происходящее на других планетах, надо сначала досконально изучить Землю.

Мы же пока до конца не поняли даже наши "родные" полярные сияния. Ещё в 1900-х годах участники полярных экспедиций отмечали, что эти сияния часто повторяют линию побережий, но им не верили, так как объяснить это было трудно. В 1996 г. американский спутник "Polar" подтвердил существование явления, но причина его по-прежнему не ясна [Полярное сияние повторяет линию побережий, 1998].

Огромные светящиеся объекты (так называемые НЛО) наблюдались и в нижних слоях атмосферы. Например, в 4 часа утра 20-го сентября 1977 г. над Петрозаводском по направлению к Ладожскому озеру по сложной траектории проплыла "звезда" из ярко-белой центральной оболочки и менее яркой голубоватой области. Она была видна от Эстонии до Мурманска в течение 20 минут. Из центра вырывались снопы света. Излучение пульсировало и сменило цвет от зелёного к голубому и далее к красноватому. Интересно, что как раз в 4 часа утра вблизи этих мест с космодрома Плесецк был запущен спутник Земли "Космос-955", а на Солнце наблюдалась уникальная по силе вспышка, и, значит, на Земле была магнитная буря. Аналогичное сочетание событий было и в случае с некоторыми другими НЛО. Высказывается предположение, что подобные НЛО - это плазменные образования солнечно-магнитосферного происхождения, стимулированные техногенным воздействием, а кажущаяся немотивированность их движения связана с тем, что человек не ощущает скачкообразных изменений направленности и напряжённости электромагнитного поля [Авакян, Ковалёнок, 1992].

Не до конца изучены и "простые" молнии. Только недавно, например, выяснилось, что 85% молний разряжаются над сушей, которая занимает далеко не большую часть поверхности планеты. Эти данные получены японо-американским спутником "TRMM" в ноябре 1997 г. [Спутник считает молнии, 1999]. Грозы характерны для летнего периода, а летом суша значительно теплее моря. Большие перепады температур способствуют мощным конвективным течениям атмосферы. Ветер поднимает заряженные ледяные кристаллики, чем способствует появлению электрически заряженных участков атмосферы.

Атмосфера тесно связана с планетой в целом. Так, например, через каждые 3 - 5 минут по всему Земному шару, как по гудящему колоколу, пробегает волна, которая регистрируется современными чуткими сейсмографами. Оказалось, что землетрясения к этому явлению не причастны, и волну создаёт трение движущихся воздушных потоков о поверхность планеты [Земля "звенит", 1998].

Свободные сейсмические колебания возникают из-за изменений атмосферного давления и имеют годичные вариации с пиком интенсивности в июле-августе. Имеется резонанс между колебаниями поверхности и свободными акустическими колебаниями атмосферы [Колебания недр Земли и её атмосферы, 2000].

В железный океан на поверхности ядра вонзаются перевёрнутые горы относительно твёрдого мантийного вещества, из-за которых движение жидких железных струй усложняется, становится неравномерным [Блоксхам, Габбинз, 1990]. Это приводит к непрерывным изменениям напряжённости магнитного поля, к отклонениям магнитной оси от оси вращения планеты, а также к блужданию магнитных полюсов. Изменения магнитного поля особенно хорошо изучены за последние 300 лет [Блоксхам, Габбинз, 1990]. Известно также, что магнитное поле за долгую историю нашей планеты неоднократно ослабевало до нуля и меняло знак. По вмороженным в горные породы силовым линиям магнитного поля вроде бы даже установили, что магнитное поле меняло знак с периодичностью в 285 и 34 миллиона лет, с чем пытались связывать периоды массового вымирания живых существ на планете из-за космических лучей (эти губительные для всего живого лучи способны достигать земной поверхности только в моменты отсутствия у Земли магнитного поля). Один из этих периодов даже попытались связать с периодом обращения Солнечной системы вокруг центра Нашей Галактики [Спор об обращениях магнитного поля Земли, 1989]. Тем не менее, есть публикации, в которых утверждается, что смена магнитных полюсов происходит нерегулярно, хаотично, в интервалы от 100 тысяч лет до 1 миллиона лет. Есть указания, что продолжительность эпох одной полярности в новейшее геологическое время составляла 200 000 лет, а в древнее время - 1 000 000 - 10 000 000 лет [Жарков, 1983], но какие-то из древних изменений могли быть не замечены. В общем, этот вопрос нельзя считать решённым. Чередующиеся геомагнитные эпохи различаются по преобладающей направленности геомагнитного поля, а внутри эпох выделяются эпизоды с противоположной полярностью.

Важны не только полные повороты магнитного поля, но и колебания его мощности. Примерно с середины 19-го века мощность уменьшается на 0,05% в год, и, если тенденция сохранится, поле должно исчезнуть через 2000 лет [Жарков, 1983]. Но вероятно, этого не произойдёт, так как мы имеем дело с какими-то постоянными колебаниями магнитного поля. Обычно поле менялось вокруг средней величины, близкой к современной. Вроде бы выявлены периоды таких колебаний: 550, 700, 1200, 1800, 7000, 8000 лет...

Магнитное поле Земли может меняться не только от "перевёрнутых" мантийных гор. Есть, например, предположение, что даже крупный метеорит может его изменить [Земля..., 1990]. В случае падения такого метеорита поднимается облако пыли. Да ещё пожары начинаются на целом континенте. Пыль и дым заслоняют солнце, и происходит похолодание на всей планете. Тогда на полюсах намерзает много льда, и Земля, согласно закону сохранения количества движения, начинает вращаться ускоренно. Жидкое железо на поверхности ядра отстаёт от ускорившейся планеты, из-за чего увеличивается хаотичность движения железных струй. А это ослабляет магнитное поле, и, как указывают авторы гипотезы, изменение поля может произойти вплоть до его поворота.

Земной шар на несколько километров сплюснут у полюсов, то есть это, строго говоря, не шар, а эллипсоид вращения (или ещё точнее - геоид). Сплюснутость выражается и в ширине атмосферных слоёв (см. выше). Есть и другого рода отличия от строгой шарообразности. Так, например, почти половина поверхности Земного шара занята Тихим океаном, а материки сконцентрированы, в основном, на противоположном полушарии.

Температура на поверхности Земли бывает в интервале от минус 88,3 градусов Цельсия (Антарктида) до плюс 57,8 градусов Цельсия (Мексиканское нагорье). Очень низкие температуры зафиксированы также в Оймяконе (-77,8) и Верхоянске (-67,8) (обе точки в России), очень высокие - в Долине Смерти в США (56,7) и на плато Стюарт в Австралии (55).

Температура в недрах Земли гораздо выше. Энергия выделяется при распаде атомных ядер радиоактивных элементов. Накопившееся тепло постепенно выходит наружу, вызывая движение мантийных струй и материков [Хауэлл, 1986; Хаин, 1995; Пущаровский, 1995]. Дело в том, через тонкую океаническую кору (6 - 7 км) внутреннее земное тепло легче покидает планету, чем через материковую кору (порядка 50 км). Средний тепловой поток в океанах - 1,51 мккал/(см^2.с), на континентах - 1,41 мккал/(см^2.с) [Жарков, 1983]. Тепло скапливается под самыми большими материками. При нагревании вещество мантии под материком расширяется и становится легче, чем было. Поэтому оно начинает медленно подниматься вверх, всплывать. Возникает восходящая мантийная струя (скорость всплывания вещества порядка нескольких сантиметров в год или даже меньше). Мантийная струя "бьётся" о материковую кору и начинает растекаться под материком во все стороны, увлекая за собой и материковую кору. Материк раскалывается, и его фрагменты начинают постепенно расходиться в разные стороны, а между ними раскрываются новые океаны. Интересно, что тепловыделение Земли на 40% определяется радиоактивным распадом в самой коре, а более глубокое тепло за прошедшие миллиарды лет ещё не успело выйти наружу, и Земля за всё время в среднем остыла только на 800 градусов Цельсия [Жарков, 1983]. Впрочем, из-за открытия конвективного переноса тепла эти цифровые данные, возможно, будут пересмотрены. В той же сводке В.Н.Жаркова [1983] есть указание, что теплопоток из коры составляет 40 % лишь на материках, а в океанах почти всё тепло поступает из мантии.

Материки движутся вместе с какой-то частью океанического дна, образуя единую литосферную плиту [Пущаровский, 1995 и др.]. Сейчас на Земном шаре можно насчитать от 7 до 11 - 12 литосферных плит, если пренебрегать или не пренебрегать несколькими "маленькими" самостоятельно действующими блоками - Аравией, Центральной Америкой и др.

Африканская плита практически покоится. Большинство плит движутся со скоростью 2 см в год, то есть относительно медленно (Северо-Американская, Евразийская, Аравийская, Южно-Американская, Антарктическая и, возможно, Карибская?). Со скоростью 6 - 9 см в год движутся плиты с протяжёнными границами субдукции, то есть частично утонувшие плиты (Кокос, Наска, Филиппинская, Индийская) ["Скоростная" тектоническая плита, 1997]. Индостанская и Евразийская плиты сейчас сталкиваются со скоростью 5,5 см/год [Самая высокогорная обсерватория, 2002]. Наиболее быстрое движение свойственно в настоящее время Тихоокеанской литосферной плите в районе острова Пасхи - 15 см/год ["Скоростная" тектоническая плита, 1997].

Можно сделать ряд обобщений:
1. чем большая площадь плиты занята материком, тем медленнее движется плита относительно мантии;
2. чем больше относительная длина границ поглощения, тем больше их скорость;
3. чем ближе плита к экватору, тем она быстрее движется, то есть вращение Земли тоже имеет значение в механизме тектоники плит [Жарков, 1983].

Расходящиеся "обломки" материков когда-то и где-то (например, на противоположной стороне Земного шара) вновь собираются вместе. Возникает новый большой материк или даже сверхматерик, собранный из всех материков, и процесс повторяется снова. Цикл занимает примерно 500 миллионов лет (200 - движения материков друг к другу, 100 - существования единого сверхматерика Пангеи, 200 - расхождения материков). Достоверно, что материки на Земном шаре не менее двух раз собирались воедино (Пангея-I и Пангея-II) [Хаин, Божко, 1989; Мерфи, Нанс, 1992]. Есть и нисходящие мантийные струи, или противоструи (под океаном или под недавно "собравшимся" большим материком, пока тепло ещё не накопилось под ним). В настоящее время (последние 200 с лишним миллионов лет) восходящая мантийная струя "бьётся" в Африку, куполообразно вспучивая этот континент. Поэтому в Африке (особенно в её центре - посмотрите в географический атлас!) почти нет длинных горных хребтов вроде Анд или Гималаев, но зато вся она приподнятая. Африка - центр бывшего сверхматерика Пангея-II. 180 миллионов лет назад Пангея-II раскололась, сначала образовались Гондвана (южный сверхматерик) и Лавразия (северный сверхматерик), которые потом тоже раскололись, и во все стороны разбежались современные материки и их части: Южная Америка, Австралия, Антарктида, Индия (части южного сверхматерика), Северная Америка, Восточная Европа и Сибирь (части северного материка) [Хаин, Божко, 1989]. Они всё ещё продолжают разбегаться в разные стороны, а сама Африка всё ещё продолжает раскалываться. Новые трещины - пролив у Мадагаскара, Красное море, разлом с озёрами Танганьика и Ньяса. Старые трещины - Атлантический и Индийский океаны. В их срединных частях находятся подводные хребты (срединные океанические хребты). Это швы, вблизи которых рождается новая земная кора. Расходящиеся материки обладают спокойным берегом, который обращён к Африке, и бурным противоположным берегом. Там дымят вулканы, растут горы (Кордильеры и Анды в Америке), часто происходят землетрясения. Из-за надвижения материков сокращается и как бы закрывается Тихий океан, опоясанный Тихоокеанским вулканическим кольцом (местом столкновения литосферных плит). Где-то под Тихим океаном или под юго-восточной частью Евразии имеется нисходящая струя [Хаин, 1995]. Здесь сталкиваются обломки материков. Сравнительно недавно отколовшаяся от Африки Индия, закрыв океан Тетис и раскрыв часть Индийского океана, столкнулась с Евразией и продолжает вдавливаться в этот новый сверхматерик. В результате этого образуется складка - постоянно растущие горы Гималаи. При столкновении материков более тяжёлый из них тонет и в 2 этапа уходит в глубины мантии к ядру Земли (холодная литосферная плита погружается на 570 км до границы верхней и нижней мантии, задерживается здесь на 100 - 400 миллионов лет, а потом быстро тонет до границы мантии и ядра), а более лёгкий материк выпячивается вверх в виде горного хребта [Хаин, 1995]. В Азии много вытянутых горных систем (Саяны, Алтай, Тянь-Шань, Алай, Нань-Шань, Куньлунь и другие). Всё это следы столкновения материковых пар, из которой один материк (или огромный материковый остров вроде направившегося вслед за Индией Мадагаскара) утонул, погрузился в глубины мантии. Аравийский полуостров, отколовшийся от Африки позднее Индии, сейчас со скоростью 3 см в год вдавливается в Азию, и от этого растёт Кавказ, происходят землетрясения. Многие более мелкие "кусочки" пересекли Средиземное море (остатки океана Тетис) и образовали горные складки в Европе [Казьмин, 1989]. Одна из самых молодых складок - Альпийская (Альпы, Карпаты, Крым, а также упоминавшийся Кавказ). Отголоски землетрясений в Карпатах мы иногда ощущаем и в Москве в виде толчков силой 1 - 3 балла [Никонов, 1997]. Атлантический океан между Африкой и Америкой открылся 180 миллионов лет назад (открыто Вегенером в 1912 г.) и по прогнозам будет расти ещё 20 миллионов лет (до возраста в 200 миллионов лет), а потом начнёт закрываться. За последние 2 миллиарда лет могло возникнуть и исчезнуть около 20 океанов [Хауэлл, 1986]. Материки разрываются также из-за быстрого вращения планеты, хотя это и не главная причина [Мерфи, Нанс, 1992]. В общем, мы обитаем на геологически бурной планете, лик которой непрерывно преображается. Скорость этого преображения значительно больше, чем на Венере.

В движении материков, наряду с упорядоченностью, наблюдается и хаотичность из-за того, что во многом хаотичны конвективные струи горячего и холодного вещества в мантии, то есть многие геодинамические процессы нелинейны [Пущаровский, 1998]. Восходящая и нисходящая струи могут быть и не в строго противоположных частях планеты (первая под Африкой, вторая под Азией). За счёт этого, возможно, поддерживается асимметрия планеты: в одном полушарии - Тихий океан, в другом - материки; на севере больше материков, на юге - воды и т.д.

Движение мантийных струй - не единственный механизм тектоники плит. Тяжёлая и частично утонувшая часть плиты может увлекать за собой всю остальную плиту и даже приводить в движение мантию. В местах столкновения материковых и океанических плит ожидали обнаружить силу сжатия, а оказалось растяжение [Жарков, 1983]. Значит, важна сила тяги холодного и тяжёлого погружающегося в мантию блока. Остальные же плиты просто расталкиваются тонущими соседями. Этим объясняется качественная разница в скоростях движения двух групп плит. Получается, что отодвинувшаяся от срединного океанического хребта и остывшая литосфера, которая тонет, - это основная движущая сила тектоники плит [Жарков, 1983]. Автору этой работы думается, однако, что речь всё-таки идёт о деталях механизма тектоники плит, а не об основной движущей силе, и прежние авторы, указывая на тепловую конвекцию в мантии, были ближе к истине. Так можно в мыльной воде создать рукой сложную структуру вертикальных и горизонтальных течений, при которой будут области быстрых течений ("океаническая кора") и тихие области, где скопились мыльные пузыри ("материки"), быстрые струи будут обладать некоторой инерцией и влиять на тихие области, формируя их, но движущей силой будет рука, а не тонущие быстрые струи.

Погружающаяся плита сначала быстро "падает", а потом тормозится на глубине порядка 700 км и испытывает сжатие [Жарков, 1983].

Тектонические перемещения материков - не единственные крупномасштабные движения поверхностного вещества на Земле. Так, например, в конце 1990-х годов был открыт гигантский оползень на дне Чёрного моря [Казанцев, Кругляков, 1998]. Блок площадью 200 км² и толщиной 200 м (примерно 40 кубических километров) переместился на 22 км с глубины 1500 - 1950 м на глубину 1950 - 2050 м. Видимо, такое перемещение произошло не мгновенно (а то было бы сильнейшее землетрясение с цунами), но всё же за ограниченное число лет, то есть гораздо быстрее, чем перемещаются материки. Не сходное ли перемещение вещества описано на Венере как не имеющее аналога на Земле?

Горы на Земле имеют различную природу. Они воздымаются в виде плоскогорий в местах, где вверх "бьёт" мантийная струя (в Африке), выпячиваются в местах столкновения материков и материковых островов (Гималаи, Кавказ, Карпаты, Альпы, а в далёком прошлом - Урал, Аппалачи), возникают в виде складки на переднем краю движущегося материка (Анды и Кордильеры в Америке, Большой Водораздельный хребет и Австралийские Альпы в Австралии), оконтуривают разломы "трескающихся" материков (вблизи озёр Ньяса и Танганьика в Африке), вырастают с океанического дна в виде срединных океанических хребтов (например, в Атлантическом океане). Они имеют самый разный облик, в том числе в виде параллельных хребтов (как иногда на Венере). Средняя скорость роста гор - 0,6 мм/год, рекордная - 9 мм/год (Гималаи) [Никонов, 1988]. Есть, правда, указание, что плато Путорана в Сибири растёт со скоростью 11 мм/год [Пармузин, 1988].

Притяжение не везде на Земле абсолютно одинаковое. Есть небольшие отклонения, вызванные флуктуациями плотности в коре и мантии. Интересно, что горы не вызывают подобных отклонений, то есть не притягивают больше, чем равнины. Это объясняется тем, что горы скомпенсированы уменьшением плотности под ними. То есть горы как бы плавают в коре, как айсберги, имея уходящие вглубь "корни" [Жарков, 1983]. Отсюда можно сделать вывод, что выветривание, которое переносит горный материал в понижения, должно нарушать сложившееся равновесие, а поэтому горы из-за выветривания могут слегка подрастать, как бы всплывать. Если перенести эти рассуждения на возвышенности и низменности, то станет понятным, почему, например, Теплостанской возвышенности в Москве соответствует прогиб фундамента и почему эта возвышенность, подтачиваемая рекой Москвой и другими реками, продолжает слегка расти относительно окружающей местности (предположения автора).

С движением материков, то есть с тектоникой литосферных плит, тесно связан карбонатно-силикатный геохимический цикл, имеющий значение в масштабах всей планеты [Кастинг и др., 1988]. Из-за "неисправностей" этого цикла на Венере, например, нет жизни. Суть карбонатно-силикатного цикла в круговороте углерода и поддержании в земной атмосфере постоянного процентного содержания углекислого газа, который необходим для жизни в малых количествах и смертельно ядовит в больших количествах. Кроме того, углекислый газ, когда он в больших количествах, вызывает перегрев планеты из-за парникового эффекта (солнечные лучи на 20% всё же проникают к твёрдой поверхности Венеры, а приносимое ими тепло почти не может покинуть планету и накапливается). Излишки углекислого газа непрерывно вымываются из земной атмосферы дождями (углекислый газ растворяется в дождевых каплях, превращаясь в угольную кислоту) [CO₂ + H₂O -> H₂CO₃]. Угольная кислота, падающая с неба, разрушает кальциево-силикатные горные породы [CaSiO₃ + 2 H₂CO₂ -> Ca⁺⁺ + 2 HCO₃^- + H₂O + SiO₂]. Ионы кальция и гидрокарбоната (известь) смываются грунтовыми водами, ручьями и реками в море. Там известь усваивается морскими живыми организмами, строящими из неё свои раковины и внутренние скелеты [Ca⁺⁺ + 2 HCO₃ -> CaCO₃ + вода + растворённый в воде углекислый газ]. При отмирании живых организмов их известковые раковины и скелеты падают на дно, образуя карбонатные осадочные породы (известняки или доломиты, если есть примесь ионов магния). Если бы не было жизни, известь сама бы оседала на дне морей, но это происходило бы при чуть более высокой её концентрации в морской воде. Далее эти известковые породы при столкновении материков попадают на большие глубины, где при высоких температурах соединяются с кремнезёмом и образуют силикаты и углекислый газ [CaCO₃ + SiO₂ -> CaSiO₃ + CO₂]. Углекислый газ через срединные океанические хребты (где возникает молодая кора) и через вулканы по краям литосферных плит выход наружу в атмосферу. Карбонатно-силикатный цикл поддерживает умеренную температуру воздуха на планете.

Механизм буферного эффекта температуры воздуха:
1. ниже температура воздуха - меньше испарение влаги - меньше облаков и туч - меньше дождей - углекислый газ не вымывается из атмосферы - парниковый эффект - выше температура воздуха;
2. выше температура воздуха - больше испарение влаги и т.д.

Интересно, что температуру воздуха на Земле теперь может поднять не только дополнительный углекислый газ, выделяемый заводами, фабриками и котельными, но и фтороформ, образующийся в процессе производства. По парниковому эффекту он в 10 000 раз превосходит углекислый газ (Фтороформ - мощный парниковый газ, 1999), по другим данным - в 22000 раз [Ещё один опасный..., 2001]. К числу парниковых газов относится и метан, концентрация которого в атмосфере за два последних века всё время увеличивалась, хотя в последнее время темпы накопления снизились [Поступление метана в атмосферу замедлилось, 2000].

Другие парниковые газы - N₂O, SF₅CF₃ (трифторметилпентафторид серы) [Ещё один опасный, 2001].

Возможные "поломки" карбонатно-силикатного цикла:
1. нет тектоники плит, и известь не превращается в углекислый газ атмосферы, вся сосредоточена в горных породах (Марс, переохлаждение);
2. нет воды, которая смывает углекислый газ из атмосферы, и он накапливается в атмосфере (Венера, перегрев).

Из-за тектоники плит климат на Земле постоянно меняется. Так, например, тектонический подъём Тибета и гор на западе Америки сделал климат 40 миллионов лет назад контрастнее, чем до этого. Юг стал ещё теплее, а Север ещё холоднее [Роддимен, Куцбах, 1991]. Выпавший на севере снег отразил солнечное тепло обратно в Космос, и на всей планете похолодало [Межледниковое потепление началось и закончилось внезапно, 1998]. Имело значение также увеличение площади тундры по сравнению с вечнозелёным хвойным лесом, который зимой хуже отражает лучи в Космос [Новая модель начала оледенения, 1997]. В сочетании с другими причинами (опреснение Северного Ледовитого океана реками, поворот океанических тёплых и холодных течений из-за изменения солёности воды) это привело к оледенению Северного полушария. Но повернувшие вспять сибирские реки (они не смогли преодолеть ледники и потекли через Аральское, Каспийское и Чёрное моря) дали возможность Северному Ледовитому океану опять осолониться, его холодные солёные струи в виде Лабрадорского течения смогли опять поднырнуть под тёплые струи Северо-Атлантического течения, и оно пошло по поверхности к берегам Скандинавии, и это привело к таянию ледников [Карнаухов, Карнаухов, 1997]. Процесс повторился не менее 5 - 6 раз за последние 700 - 800 тысяч лет [Москвитин, 1964].

Возможен ещё один механизм смены ледниковых эпох межледниковьями. С 1970-х годов известно, что в порах донных окенанических осадков сохраняется большое количество метана в виде газогидратов (метан выделяется при разложении органического вещества в осадочных породах). Газогидраты в 10 раз прочней льда при низких температурах и высоких давлениях, т.е. на глубинах более 500 м, а на поверхности сразу же разлагаются на воду и метан. В разгар оледенения уровень Мирового океана упал примерно на 120 м, что могло привести к освобождению большого количества метана и увеличению парникового эффекта. Бурение ледников Гренландии и Антарктиды показало, что повышение температуры в конце ледникового периода и рост концентрации парниковых газов (метан, диоксид углерода) шли параллелльно друг другу [Газогидраты и конец ледникового периода, 2000]. Таким образом, наша планета обладает различными механизмами обратной связи для поддержания климатического постоянства, но не все из этих механизмов действуют так быстро, чтобы не возникало ледниковых эпох. Есть указание, что на планете существовал 100 000-летний цикл с 20 ледниковыми эпохами и десяти - пятнадцатитысячелетними межледниковьями [Реферативный журнал, биология, общие проблемы, 1994, № 5].

Совокупность гипотез, описанных выше, кажется автору наиболее убедительным объяснением ледниковых периодов. Цикличность ледников обусловлена какими-то внутренними ритмами планеты, а не ритмами Солнца и Солнечной системы. Чтобы, однако, не было иллюзии, что этот взгляд разделяется всеми, приведу цитату из недавно опубликованного обзора по палеонтологии [Рич и др., 1998]:

"Цикличный характер четвертичного периода, возможно, связан с регулярными, незначительными изменениями в форме орбиты Земли относительно Солнца. Это вызывает изменения в количестве и распределении получаемого солнечного тепла. Колебания достаточно большие, чтобы существенно уменьшить количество растаявшего льда... Хотя изменения в форме орбиты Земли могут объяснить, почему ледники наступали и отступали в течение четвертичного периода, они не объясняют, что послужило толчком к первому оледенению... Возможно, в течение кайнозоя температура Земли снизилась... Для объяснения снижения температуры Земли в течение кайнозоя было выдвинуто несколько гипотез. Одна из них основана на сокращении количества тепла, выделяемого Солнцем. К сожалению, никто не придумал, как проверить это предположение. Другая гипотеза основывается на том, что кайнозой и особенно поздний кайнозой - время интенсивного горообразования. Обширная область Земли в этот период была поднята выше, в более холодные климатические зоны [пояса], и это привело к всеобщему понижению температуры. Сторонники третьей теории предполагают, что поскольку континенты переместились в результате тектоники плит, то изменилась циркуляция воздушных и океанических потоков. При уменьшении потока тепла от тропиков к высоким широтам можно ожидать глобальное похолодание климата. Кроме того, изменяющиеся относительные количества суши и моря в различных широтах повлияли на понижение температуры всей Земли. В частности, уменьшилось соотношение отражённой и поглощённой энергии в сторону увеличения отражённого количества. Возможно, все эти факторы вызвали последний ледниковый период." (с.575).

С циклическими изменениями орбиты Земли нет полной ясности, хотя другие планеты и, в особенности, Юпитер должны как-то менять эту орбиту, причём циклически. Указания на то, что орбита нашей планеты когда-то была более вытянутой, а земная ось меньше наклонена, часты в литературе [Новая модель начала эпохи оледенения, 1997].

Согласно гипотезе Миланковича, существуют следующие циклы:
1. 22 тысячи лет - земная ось описывает круг;
2. 41 тысяча лет - наклон земной оси меняется в пределах от 65 до 68 градусов;
3. 100 тысяч лет - смена соотношения длинной и короткой оси эллипса орбиты.

Вроде бы считается, что в последние несколько сотен тысяч лет эти циклы подтверждаются, но есть и противники данной гипотезы [Гипотеза Миланковича оспаривается, 1993].

Последнее оледенение в Северном полушарии спустилось до рек Огайо и Днепр, но некоторые предыдущие могли быть ещё мощнее. Так изучались ледниковые отложения в Южной Африке, поверх которых лежат лавы ледникового периода, и по магнитной ориентации зёрен в лавах установлено, что в протерозое этот район был в 11 градусах от экватора (от магнитного экватора?). Делается вывод, что ледники охватывали Землю от полюсов до экватора. Как же планета освобождалась ото льда, ведь лёд, отражая солнечное тепло обратно в Космос, способствует дальнейшему охлаждению планеты? Предполагается, что главную роль в освобождении ото льда сыграли катастрофы: чрезвычайно мощные извержения вулканов, удары комет, подъём метана со дна. При всех этих явлениях в атмосферу выбрасывается огромное количество углекислого газа, и возрастает парниковый эффект [К истории оледенений Земли, 1998].

Мысль о влиянии на климат внезапных выбросов метана впервые была высказана в 1997 г. австралийским палеоокеанографом Дж. Диккенсом. Сначала из-за небольшого повышения температуры с океанического дна из-за разложения газогидратов выделяется небольшое количество метана. Это приводит к нарушению залегания донных осадков, подводным оползням и выходу наружу значительного объёма метана, что резко повышает температуру на планете и усиливает выброс метана. Такая катастрофа могла произойти 55,5 млн. лет назад, когда вдруг появились виды и роды млекопитающих, сходные с современными. Могло выделиться 15 триллионов тонн метана, который окислился и превратился в углекислый газ. Следы оползней того времени недавно найдены ["Метановая революция"..., 2000].

Так или иначе, но климат всё время судорожно меняется. Например, в Гренландии по колонкам льда установлено, что 8200 лет назад за один год (резко!) на 200 лет наступило похолодание в среднем на 4 градуса Цельсия [Климатические "скачки" прошлого, 1996]. А уже почти в "наши дни" с 1500-го года и по конец XIX века был "малый ледниковый период", когда в Голландии замёрзли каналы, были хуже урожаи и "разбухли" северные ледники, приготовившись к наступлению на юг. Но в конце XIX века почему-то опять потеплело, и новое оледенение не состоялось [Пауэлл, 1992]. Считается, что с глобальным потеплением связано учащение Эль-Ниньо - периодического стремительного потепления вод центральной и восточной областей Тихого океана и атмосферы над ним, сопровождающегося снижением силы пассатов и изменением направления морских течений на обратное, что приводит к штормам в восточной части Тихого океана и засухам в Восточной Африке. Последний приход Эль-Ниньо закончился в 1995 г. и продолжался 5 лет. Он самый долгий в XX веке и, возможно, за 2 тысячи лет [Эль-Ниньо..., 1997]. Механизм Эль-Ниньо следующий: перегрев тропических областей Тихого океана увеличивает испарение воды и ведёт к осолонению верхнего слоя океана, из-за этого растёт плотность воды; когда течение выносит плотную воду из экваториальных широт, океан "опрокидывается", то есть тёплые струи тонут, а холодная вода всплывает вверх [Бялко, 1998]. В России за последние 24 года тоже потеплело [Меняется ли климат России? 1996]. В сторону потепления изменяют климат и вулканы. За 120 лет после почти всех крупных извержений температура на планете повышалась на 0,2 градуса в течение 2 лет, что связано с выбросами углекислого газа и увеличением парникового эффекта [Вулканы изменяют погоду, 1997]. Из-за потепления уровень Мирового океана сейчас повышается в среднем на 1 - 3 мм в год [Угроза затопления..., 1996] и с 1880 по 1985 г. повысился на 2 - 5 см [Мировой океан расширяется, 1988]: происходит тепловое расширение воды и таяние ледников [Уровень Мирового океана поднимается, 1989]. Интересно, что эта тенденция имеет долгую историю: Берингов пролив открылся лишь 11 тысяч лет назад, так как уровень Мирового океана был тогда на несколько десятков метров ниже. Тем не менее, мы не знаем, живём ли мы действительно в послеледниковую эпоху или в одно из кратких межледниковий. Так как межледниковья несколько раз продолжались по 10 тысяч лет, то высказывались предположения, что в третьем тысячелетии после нашей эры льды опять двинутся на юг [Рич и др., 1998]. Есть мнение, что именно ледниковые эпохи заставили человека научиться думать. В "Каменной книге" [Рич и др., 1998] имеется подзаголовок, в котором человек называется продуктом ледникового периода.

В связи с глобальным потеплением площадь плавучих льдов в Северном Ледовитом океане в 1958 - 1978 гг. сокращалась на 3% за 10 лет. При таком темпе воды полностью откроются через 350 лет. Но на самом деле это произойдёт через несколько десятилетий, т.к. мощность льда уменьшается на 7% за 10 лет, толщина льда уже упала с 3,1 до 1,8 м, за 30 лет потеряно 40% объёма льда. Ледовитый океан перестанет отражать свет обратно в Космос, что вызовет дальнейшее потепление [Ледовитый океан - без льдов? 2000].

Из-за глобального потепления горные ледники сейчас во многих местах, как это ни удивительно, наступают: стало теплее и открылась большая поверхность океана, возросло испарение, в результате этого снега выпадает больше, и он не успевает растаять за лето. Кроме того, глобальное потепление, в основном, затрагивает зиму, а не лето. Получается, что на начальной стадии парниковый эффект и глобальное потепление должны привести к росту ледников на суше [Поповнин, 2000]. Реки в такой ситуации будут сбрасывать в тот же Северный Ледовитый океан больше воды, сильнее опреснять его, а это, возможно, приводит к повороту морских течений и внезапному резкому похолоданию (см. выше). Не исключено, таким образом, что резкое потепление предшествует новому ледниковому периоду. В общем, мы не знаем всех последствий резкого изменения температуры на планете, и лучше было бы не выводить природу из равновесия...

Теория тектоники плит появилась только в 1960-е годы XX века, сменив идею геосинклинальных циклов (идею чередования подъёмов и опусканий земной коры в качестве главных её движений). Суть этой теории - преобладание горизонтальных перемещений вещества над вертикальными, то есть материки движутся, а подъёмы и опускания тех или иных участков земной коры происходят из-за бокового давления литосферных плит одна на другую в качестве следствия. Вскоре теория тектоники плит была дополнена концепцией экзотических блоков: материки не цельны, а состоят из отдельных "кусочков", и у каждого из них своя геологическая история [Хауэлл, 1986]. Сейчас появились идеи глобальной геодинамики (материки не только сходятся и расходятся, но также возникают вновь и тонут, погружаясь до ядра планеты), то есть мы живём на планете, где вещество перемешивается и движется во всех направлениях - и вертикально, и горизонтально [Хаин, 1995]. От бурных геологических событий мы защищены только краткостью нашей жизни.

Луна - спутник Земли

Блеск полной Луны больше блеска Луны в первой или третьей четверти не в 2 раза, как это можно было подумать, а в 15 раз, так как в полнолуние на Луне не видны тени [Бронштен, 1955а]. Интересно, что в полнолуние, как и в другие фазы, центр и края лунного диска одинаково ярки, что говорит о многочисленных неровностях поверхности [Марков, 1955]. Тени к полнолунию исчезают очень быстро, и яркость резко увеличивается.

Луна отстоит от Земли в среднем на 384 395 км, то есть на 30 земных диаметров и на 110 лунных диаметров.

Период обхода вокруг Земли - 27,3217 земных суток (сидерический месяц). Период смены фаз - 29,5306 земных суток (синодический месяц).

Критическая скорость для лунной поверхности - 2,37 км/с [Марков, 1955].

Скорость движения по орбите - 1,02 км/с.

Период обращения вокруг оси строго соответствует периоду обращения вокруг Земли, и поэтому Луна обращена к Земле всегда одной стороной. Только часть противоположной стороны (18%) бывает видна из-за либрации Луны (из-за "покачивания" при движении по орбите - это связано с неравномерным движением Луны по эллиптической орбите), а также из-за несовпадения плоскостей орбит Земли и Луны и движения линии узлов [Марков, 1955]. Из-за первого обстоятельства мы можем заглядывать на противоположное полушарие на 6 градусов и 51 секунду по долготе за оба края, из-за второго - на 7 градусов 54 секунды за северный и южный полюсы [Марков, 1955].

Обратная сторона Луны сфотографирована в 1959 г. с помощью советской космической станции "Луна-3".

Луна - трёхосный эллипсоид, большая ось которого направлена к Земле [Марков, 1955].

Ось наклонена на 5,1 градуса к плоскости орбиты.

Орбита наклонена на 5,9 градуса к земной орбите [Марков, 1955]. Линия пересечения плоскостей орбит Земли и Луны совершает оборот за 18,6 года [Марков, 1955].

Орбита Луны заметно эллиптическая, и поэтому во время затмений Луна либо полностью закрывает Солнце, либо со всех сторон остаётся светящийся солнечный ободок (если Луна далеко от Земли). Расстояние до Луны колеблется в интервале 363 000 - 405 500 км.

Движение Луны по орбите усложнено также притяжением к Солнцу: когда Луна ближе к нему, чем Земля, она притягивается сильнее Земли; когда дальше - слабее (приливные силы действуют на систему Земля-Луна аналогично тому, как они действуют на каждое из двух тел в отдельности, но значительно сильнее).

Самое древнее упоминание о затмении Солнца Луной содержится в китайской хронике конца IX века до нашей эры. Затмение было особым, так как произошло во время восхода Солнца. Это позволило точно датировать событие: 21 апреля 899 г [Двойной восход Солнца, 1987]. Полное совпадение времени затмений по китайским хроникам и по астрономическим вычислениям - одно из опровержений лженаучных попыток "сократить" человеческую историю в несколько раз.

Масса Луны - 0,012 земной массы, или 7,33*10²⁵ г (Луна в 81,5 раз легче Земли). До недавнего времени система Земля-Луна считалась самой двойной планетой (основное тело и спутник ближе всего друг к другу по размеру), но теперь первенство по этому показателю перешло к системе Плутон-Харон.

Диаметр Луны - 3 476 км, примерно четверть земного (0,27). Площадь поверхности - 7,5% земной поверхности (площадь Северной и Южной Америк вместе). Объём - в 50 раз меньше Земли.

Плотность Луны значительно меньше плотности Земли - 3,34 г/см³. Это очень важный параметр, на основании которого судят о происхождении Луны (см. ниже).

Сила тяжести в 6 раз слабее, чем на Земле (0,16 земной). По словам Нейла Армстронга: "... ощущение притяжения на Луне приятнее, чем земное, и даже приятнее состояния невесомости" [Улубеков, 1984].

Температура колеблется от минус 160 до плюс 120 градусов Цельсия (в полночь и в полдень). По более поздним данным - от минус 155 до плюс 105 градусов Цельсия.

Воды и атмосферы на Луне нет. Именно из-за этого существуют такие резкие перепады температуры. Из-за этого нет и полутеней. Утром и вечером приподнятые участки (горы, кратеры) отбрасывают длинные чёткие тени и особенно хорошо видны с Земли в телескоп. Линия, разделяющая освещённую и неосвещённую часть Луны, называется терминатором.

Луна в среднем желтовато-коричневая. Самые яркие точки отражают 22% света, самые тёмные ("моря") - 4 - 5%. Значит, веществ вроде мела или снега там нет [Марков, 1955]. Луна по цвету сходна с вулканическим пеплом, и диапазон цветности там меньше, чем на Земле.

Сверху лунная поверхность покрыта тонким слоем пыли (несколько см), под которым до глубины 4 - 12 м лежит лунный реголит - мелкий обломочный материал, выброшенный из небольших кратеров. Далее до глубины 30 м находятся выбросы из больших кратеров. Далее до 1 км - трещиноватый базальт. По крайней мере, такое строение имеет лунная поверхность в месте посадки земных аппаратов [Жарков, 1983].

На поверхности Луны есть "моря" - сухие и более тёмные низменные области, "материки" - более светлые и несколько возвышенные области, горы в виде колец, метеоритные кратеры (с крутой возвышенностью в середине) и метеоритные цирки (без центральной горки), цепочки кратеров (см. ниже). Из "морей" наиболее велики Океан Бурь, Море Ясности, Море Спокойствия, Море Дождей, Море Изобилия, Море Кризисов. Последние два расположены рядом, что легло в основу некоторых анекдотов относительно планов Советского Союза по освоению Луны (по ошибке не там сели).

Теоретически в южной полярной области Луны возможен лёд в кратерах, так как Солнце там никогда не светит, и температура составляет минус 230 градусов Цельсия [Лёд на Луне! 1995]. Может быть слой льда и снега в 50 см - от ледяных метеоритов. Американская станция "Клементина" в 1994 г. зафиксировала необычный характер радиосигналов в районе южного полюса. Таким должно быть отражение от разрозненных пятен снега и льда. Для проверки планировался запуск зонда "Lunar Prospector" в сентябре 1997 г. [В поисках лунной влаги, 1997]. Зонд был запущен в январе 1998 г., измерил энергию нейтронов, возникающих в лунном грунте от космических лучей. Известно, что вода замедляет нейтроны. По этим данным считается, что на Луне нет сплошного ледяного покрова нигде, но есть кристаллики льда в лунном реголите (от 0,3 до 1% массы в кратерах на полюсах). Станция через какое-то время была переведена на более низкую орбиту (100 - 20 км), чтоб увеличилась её разрешающая способность и найдены были кратеры, где воды особенно много [Бережной, 1999]. Убедительных результатов не было, и станция была направлена в один из кратеров, где разбилась со скоростью 1 км/с. Надеялись, что при ударе водяной пар будет выброшен в окололунное пространство и замечен с Земли, но последствия падения не были видны ["Lunar Prospector"..., 2000].

Основная бомбардировка Луны метеоритами происходила от 4,6 до 3,5 миллиардов лет назад, но есть и относительно недавние кратеры, которые отличаются "лучами" - прямыми расходящимися во все стороны выбросами вещества, которые не успели потемнеть. Лучи, например, тянутся от кратеров Коперник и Тихо. Они видны даже в подзорную трубу. Кратер Коперник возник "всего" 800 миллионов лет назад (возраст определяется по количеству более молодых мелких кратеров поверх старого кратера). Известно до 300 систем лучей [Марков, 1955].

Некоторые лунные метеоритные кратеры достигают диаметра 150 - 200 км, чего нет на Земле. Есть остатки кратеров ещё большего размера. Море Дождей - это бывший кратер диаметром 1 000 км, заполнившийся лавой, поднявшейся после удара по трещинам.

На Луне есть цепочки явно взаимосвязанных одновозрастных кратеров. Раньше думали, что один из таких кратеров основной, а остальные вторичные (падало вещество, выброшенное при первом ударе). После кометной бомбардировки Юпитера в 1994 г. (см. ниже) появилась гипотеза, аналогично объясняющая эти цепочки: Луна сначала разрывает подходящее к ней тело приливными силами, обломки выстраиваются один за другим на орбите и, совершив половину витка, бомбят крутящуюся Луну один за другим [Происхождение кратерных цепочек на Луне, 1994]. На Луне также известны альбедные аномалии, которые не проявляются в рельефе. Возможно, это следы столкновения с кометами [Бережной, 1999].

Самые высокие лунные горы достигают 8 км, то есть соразмерны самым высоким земным горам.

На обратной стороне Луны несколько меньше "морей", но в остальном обе стороны Луны сходны. Море Восточное - древний кратер диаметром 900 км, который окружён несколькими грядами кольцевых гор, словно по воде от брошенного камешка побежали и застыли несколько круговых волн. Другие "моря" (Изобретателей, Москвы) не велики по площади.

По современным представлениям у Луны есть небольшое и, возможно, железное ядро (исходя из отсутствия магнитного поля и сравнительно малой плотности). Далее идёт зона частично расплавленного вещества (наличием её объясняют зарегистрированные приборами лунотрясения). Далее - мантия. Далее - кора. На видимой стороне Луны кора имеет толщину 60 км, на обратной - 100 км [Жарков, 1998]. Из-за различий в мощности коры центр массы на 2 км смещён к Земле [Жарков, 1983]. Различия в мощности коры пока не объяснены, но неравномерность параметров на оси Земля-Луна вряд ли случайна.

Сейсмические станции, установленные на Луне экипажами "Аполлон" регистрировали сотрясения от ударов метеоритов, падений космических аппаратов, а также собственно лунотрясения [Кусков, 1998]. Эти данные позволяют утверждать, что плотность лунных недр почти не возрастает с глубиной, а давление в центре Луны соответствует земному на глубине 150 км. Лунная кора видимой стороны должна иметь толщину 58 км, верхняя мантия залегать на глубинах 58 - 270 км, средняя мантия - 270 - 500 км, нижняя мантия - от 500. Далее по характеру распространения сейсмических волн ясно, что до глубины 1000 - 1200 км никакого ядра у Луны нет, но в самом центре всё-таки может быть железное ядро радиусом 300 - 400 км или сульфидное ядро (FeS) радиусом 480 - 600 км. В общем, если ядро есть, то оно маленькое.

Суммарная годовая энергия лунотрясений на 9 порядков меньше, чем землетрясений [Жарков, 1983].

Среди собственных лунотрясений различаются:
1. тепловые суточные;
2. глубинные с глубиной очага в 100 км (на границах круговых морей, до 5 в год);
3. глубокофокусные с глубиной очага в 700 - 1100 км (очень слабые, между литосферой и астеносферой, вызваны неравномерностью фигуры Луны, периодичны лунным приливам - 13.6; 27.2; 27.5; 206 суток; 6 лет).

При ударе метеорита и т.п. Луна дольше Земли "звучит" сейсмически (как колокол), так как меньше Земли и тверда, а потому не гасит волну [Жарков, 1983].

Собственное магнитное поле на Луне, как уже говорилось, отсутствует, но 4,6 - 3,2 миллиарда лет назад оно имелось. Сейчас имеются только разные по мощности местные магнитные поля, связанные с метеоритами [Жарков, 1983].

Луна - уникальное тело в Солнечной системе. Здесь самое низкое значение Fe/Si (железо/кремний) для известных тел, включая планеты, их спутники, комету Галлея и метеориты. В этом отношении Луна противоположна маленькому, но тяжёлому Меркурию [Кусков, 1998]. Материковые породы на Луне обогащены алюминием и обеднены железом и магнием. Гористые районы Луны сложены анортозитом, который образуется при постепенном застывании магмы, когда лёгкие и богатые алюминием соединения всплывают. Но есть бассейн Эйткена диаметром 2600 км, где алюминия мало, зато много железа и титана. Бассейн возник, когда при столкновении верхний слой оказался содран, и обнажились породы, богатые железом. "Моря" возникли позднее из-за повторного плавления железомагнезиальных пород на глубине более 400 км (от 4,3 до 3 млрд. лет назад). В море Спокойствия, где сел "Apollo-11", оказалось примерно в 10 раз больше титана, чем в среднем [Химический состав Луны, 2002].

Существует несколько гипотез возникновения Луны [Как образовалась Луна, 1986]:
1. земная мантия оторвалась от молодой и быстро вращающейся в то время Земли (деление);
2. захваченная планета (лунный грунт резко отличается от земного по составу);
3. возникла одновременно и вместе с Землёй из одного и того же газово-пылевого облака;
4. выбита в результате столкновения Земли с телом тяжелее Марса (поэтому Луна легка, так как возникла не из земного ядра, а из земной мантии и коры).

Теоретически при некотором стечении обстоятельств все четыре случая возможны, но популярней всего последняя гипотеза, так как только она объясняет, почему у Луны нет или почти нет железного ядра, и вся она сходна с земной мантией [Грив, 1990; "Ударное" происхождение Луны, 1990]. Впрочем, сходство с земной мантией не полное, и, принимая ударную гипотезу, нужно предположить, что ударившее тело привнесло много своего вещества [Кусков, 1998].

Луна эволюционировала [Жарков, 1983]:
1. 4,57 - 4,46 млрд. лет назад, горячая Луна, период формирования макроструктуры недр, осаждается расплавленное ядро (Fe - FeS), существует магнитное поле, Луна уже повёрнута к Земле одной стороной, а её кора асимметрична;
2. 4,46 - 3,86 млрд. лет назад, образование макроструктуры материков, кристаллизация верхней мантии, вулканизм, интенсивная бомбардировка метеоритами и рост коры, Луна равномерно "побита" метеоритами - всюду кратеры с несколькими кольцами гор; на Земле от этой эпохи не осталось следов, и самые древние горные породы имеют возраст 3,8 млрд. лет [Жарков, Мороз, 2000];
3. 4 - 3,9 млрд. лет назад, ударное образование круговых морей и исчезновение прежней поверхности;
4. 3,9 - 3,16 млрд. лет назад (по другим данным - 2,8 млрд. лет назад) базальтовая лава заполнила впадины лунных морей, с тех пор в "морях" меньше кратеров, чем на "материках", где прежняя поверхность полностью уцелела; в это время исчезает магнитное поле;
5. послеморской период, добавились только отдельные кратеры с "лучами" (Коперник, Тихо и множество мелких).

Система Земля-Луна тоже прошла длительную эволюцию. Когда-то и Луна, и Земля вращались вокруг своих осей значительно быстрее, чем сейчас, и были ближе друг к другу. Потом вращение вокруг осей притормозилось из-за приливного трения: Земля стала вращаться медленней, а Луна относительно Земли полностью остановилась (более 4,5 млрд. лет назад). Но это означает, что Луна должна была постепенно отодвинуться от Земли согласно закону сохранения количества движения (медленней движение вокруг оси - быстрее движение по орбите). Отобрав у Земли часть энергии, Луна ускорилась и стала вращаться вокруг Земли по более далёкой орбите. То же самое можно сказать более конкретно. Так как Земля вращается вокруг оси быстрее, чем вокруг неё вращается Луна, приливные выступы на Земле чуть опережают события. Ближайший к Луне выступ при этом разгоняет Луну на орбите, причём в большей степени, чем её тормозит отстающий дальний выступ [Жарков, 1983].

Система продолжает эволюционировать в том же направлении, и Луна каждый год отодвигается от Земли на 3,8 см (по данным лазерной локации). Или на 4,4 см в год (по данным изучения затмений) [Жарков, 1983]. Так будет происходить до тех пор, пока Луна не остановит Землю. Тогда воспреобладают силы трения о космическую среду (это не совсем пустота - там метеорные частицы, какое-то количество газа, частицы солнечного ветра, гравитационные поля и т.п.). Луна начнёт передавать энергию космической среде и постепенно сближаться с Землёй. Когда-нибудь она сблизиться так, что приливные силы Земли разорвут Луну и превратят в кольцо - примерно такое же, как вокруг Сатурна, но более значительное. Впрочем, Земля и Луна могут значительно измениться и даже исчезнуть ещё до этого из-за расширения Солнца.

Луна активно изучалась в середине века, а теперь интерес к ней упал. Его можно подхлестнуть только экономическим использованием Луны (перевалочный пункт на пути в более далёкий Космос, сырьевая база и т.п.). Одно из возможных использований - использование радиоактивного гелия (гелий три), принесённого солнечным ветром. Это хорошее термоядерное топливо, возможное топливо для будущих космических кораблей, и добыть его можно, нагрев лунный грунт до 600 градусов Цельсия (начало выделения - 200 градусов, при 600 градусах - выделяется 75%) [Кульчински, Шмитт, 1990]. Кто будет владеть Луной, тот будет владеть Землёй...

Марс

На небе оранжеватый Марс хорошо виден, так как это внешняя планета, и Солнце не мешает её рассматривать. Яркость Марса резко возрастает в периоды противостояний и особенно во время великих противостояний, когда Земля нагоняет Марс в точке орбиты, где он особенно близок к Солнцу. Тогда от него до Земли 55 млн. км, это бывает раз в 15 - 17 лет, и в это время выгоднее всего посылать к Марсу космический корабль.

Марс отстоит от Солнца в среднем на 1,52 а.е. (22 794 000 км), то есть он примерно в полтора раза дальше от Солнца, чем Земля.

Марсианский год составляет 1,88 земного года (примерно 687 наших земных суток).

Скорость движения вокруг Солнца - 24,13 км/с.

Период вращения вокруг оси - 24 часа 37 минут (как у Земли!), время от восхода до восхода - 24 часа 38 минут.

Ось наклонена к плоскости эклиптики примерно так же, как у Земли. Поэтому на Марсе есть смена времён года, как на Земле. В сильные телескопы видно, как весной тают полярные шапки, появляется буроватая, а потом зеленоватая полосы, которые вскоре исчезают. Эти сезонные явления считались проявлениями жизни, но зелёный цвет может быть обусловлен намоканием и последующим высыханием камней, образованием кристаллогидратов и т.п. соединений, а сами шапки не водяные, а образованы замёрзшим углекислым газом.

Освещённость Солнцем составляет 1/2 земной.

Температура колеблется от минус 120 градусов Цельсия (зимней ночью близ полюса) до плюс 25 градусов (летним днём близ экватора).

Орбита тоже почти круговая, но эксцентриситет всё-таки больше, чем у Земли (0,093, а не 0,017 градуса). Поэтому в северном полушарии весна и лето относительно длинные, но холодные, а осень и зима - короткие и мягкие. Весна в северном полушарии - 193 марсианских суток, лето - 178, осень - 143, зима - 155 [Бронштен, 1955б]. С этим, вероятно, связана разница полярных шапок: южная может стаивать целиком, северная - нет [Бронштен, 1955б].

Угол наклона орбиты к плоскости эклиптики мал - 1,8 градуса. Масса составляет 0,11 земной. Марс в 9 раз "легче" Земли! Это вторая по "лёгкости" из "полноценных" планет.

Диаметр - 0,53 земного. Примерно в 2 раза меньше земного. По недавним уточнённым данным - 6786 км. Объём составляет 0,15 земного.

Средняя плотность Марса чуть меньше земной - 3,95 г/см³.

Сила тяжести на Марсе - 0,38 земной. По этому показателю более тяжёлый, но менее плотный и потому более объёмистый Марс очень близок к Меркурию.

На Марсе давно была известна разреженная атмосфера (в основном, углекислый газ, а воды и кислорода нет или очень мало).

Марс покрыт красновато-рыжеватым подвижным песком или пылью. Пыль иногда поднимается ветром. Пылевые бури на Марсе столь грандиозны, что видны с Земли в телескоп. Иногда они захватывают всю планету (особенно после прохода ближайшей к Солнцу точки орбиты). Это связано с лёгкостью сухих пылинок (на Марсе почти нет воды) и малой силой притяжения. Поэтому даже в такой разреженной атмосфере ветры могут создать пылевую бурю. После пылевой бури цвет поверхности Марса в некоторых местах меняется (несколько иная конфигурация тёмных и светлых пятен).

На поверхности в телескоп видны более яркие желтоватые и красноватые пятна - "материки", а также чуть менее яркие - безводные "моря".

Ещё обладавший уникально хорошим зрением итальянский астроном Джованни Скиапарелли "разглядел" в телескоп на Марсе так называемые каналы - правильные прямые линии. "Каналы" считались искусственными (Марс, мол, высыхал, и марсиане выкопали каналы в пустыне, сами каналы не видны, но видна зелень вдоль каналов). Потом каналы долгое время не видели даже в более мощные телескопы и стали считать обманом зрения - случайными цепочками метеоритных кратеров (если беспорядочно разбросать горох по полу, то, прищурив глаза, можно увидеть такие линии из случайно упавших рядом горошин). Недавно появились и другие объяснения - это борозды, или это ветер полосами сдувает пыль со скал, и они меняют от этого цвет.

Фобос и Деймос - спутники Марса

Существование у Марса двух спутников было предсказано Тициусом в 1766 г. задолго до их открытия. Это сделано на основании представлений о планетной гармонии: у Земли имеется один спутник, а у Юпитера - четыре, как тогда думали; а Марс между ними - должно быть два спутника. Это предсказание было популяризовано Боде и стало широко известным, так как упоминается в свифтовских "Путешествиях Гуливера" и вольтеровском "Микромегасе".

По-гречески Фобос - "страх", а Деймос - "ужас".

Фобос кружится всего в 9500 км от Марса (по недавним уточнённым данным - 9380 км), причём каждый год из-за приливного трения снижается на 4 см и сравнительно скоро (через 30 - 70 млн. лет) должен упасть на Марс [Жарков, Козенко, 1987]. Сейчас он "обегает" Марс за 7 часов 39 минут и движется с запада на восток, так как крутится быстрее Марса. Так движутся искусственные спутники Земли. Диаметр Фобоса - 28 - 20 км.

От Марса до Деймоса 23460 км. Он обращается вокруг Марса за 30 часов. Его диаметр - 8 - 6 км.

Новые сведения

Спутникам Марса посвящён ряд статей в журнале "Природа" [Жарков, Козенко, 1987; Белов, 1987]. Фотографии, полученные советской станцией Фобос, публиковались в газете "Правда" [Фобос, 1989].

В конце 1970-х годов американский зонд "Викинг-1" пролетел в 500 км от Фобоса и сфотографировал его поверхность. В 1989 г. советская станция "Фобос" должна была сфотографировать Фобос с 50 м, но смогла передать только 40 снимков с высоты 200 - 400 км, и потом связь прервалась.

Фобос имеет неправильную форму в виде картофелины и густо покрыт метеоритными кратерами. Его длина - 28 км. Плотность кратеров, как на Луне. Поверхность однородная. Кратеры не присыпаны пылью.

Самый большой кратер - Стикни - имеет диаметр 10 км. Другие крупные кратеры - Холл (6 км), Рош (5 км). Стикни - жена Холла, открывшего спутники Марса. Если бы удар Стикни был ещё в два с половиной раза мощнее, Фобос бы раскололся. Из-за этого удара Фобос не присыпан пылью (пыль стряхнуло).

Через весь Фобос везде тянутся ровные параллельные борозды длиной до 30 км (больше диаметра Фобоса). По гипотезе В.П.Белова [Белов, 1987], во время удара Стикни Фобос сдвинулся, и в противоположном направлении покатились "катыши" (камни), которые оставили след на пыльной поверхности.

Возможно, вдоль орбиты Фобоса вытянуто пылевое облако [Жарков, Мороз, 2000].

Деймос - тоже "картофелина", причём не "сортовая" - сильно вытянутая и загнутая в виде запятой. Длина - 16 км. Кратеров видно меньше, так как поверхность присыпана пылью. Борозд и очень крупных кратеров нет.

Астероиды

Новые данные по астероидам даются в основном по статье Р.Б.Бинцеля с соавторами [1991], которая дополняется рядом источников.

В 1766 г. немецкий учёный И.Тициус на основании представлений о гармонии в планетном мире (каждая планета примерно в полтора - два раза дальше от Солнца, чем предыдущая) предсказал наличие планеты между орбитами Марса и Юпитера. Боде популяризовал эту идею (правило Боде), и в начале XIX века барон Франц фон Зах собрал группу астрономов для поиска этой планеты. Группу прозвали "небесной полицией".

1 января 1801 г. Дж. Плацци из итальянского города Палермо открыл планету, которую назвали Церерой. Она была еле видна в телескоп, но, тем не менее, её путь пролегал между орбитами Марса и Юпитера. Смущал только размер этой новой планеты - уж очень маленькая... Никаких деталей рассмотреть на ней не удавалось, да и сама она была видна, как точка, как звёздочка.

В 1802 г. Гольберс нашёл Палладу. Тоже между Марсом и Юпитером! Тоже еле видна!

В 1804 г. там же обнаружили Юнону, в 1807 г. - Весту.

Гершель назвал малые планеты астероидами (звездоподобными) за сходство со звёздами, диск которых тоже не удавалось разглядеть.

Затем в течение 38 лет новых открытий не было, но с середины XIX века астероиды начали открывать один за другим, и к началу 1960-х годов их было известно более 1600, к 1988 г. - 4000 (точно рассчитаны орбиты); к началу 1990-х - 18000 (точно орбиты рассчитаны для 5000, а для остальных - приблизительно).

Некоторые астероиды не так уж и малы. Диаметр Цереры составляет в среднем 974 км, Паллады - 538, Весты - 526, Юноны - 268 [Сурдин, 1998б]. 974 км - это в полтора раза больше, чем от Москвы до Петербурга!

Сейчас считается, что 1000 астероидов превышают 30 км, причём 200 из них - более 100 км. Астероиды более 30 км, видимо, открыты все, менее 30 - не все. Теоретически должен быть миллион астероидов с диаметром более 1 км.

Тем не менее, суммарная масса всех астероидов составляет 0,0005 массы Земли. В 2000 раз меньше земной массы! Почти половина этой массы заключена в астероиде Церера [Сурдин, 1998б].

Позднее выяснилось, что некоторые астероиды имеют вытянутые (эллиптические) орбиты и на какое-то время покидают свой "законный" пояс, пересекая орбиты Юпитера или Марса. Оказались даже такие, которые пересекают орбиту Земли. И такие, которые вообще всегда пребывают внутри земной орбиты. Как будто мы этого не знали! - ведь падают же на Землю метеориты, совсем маленькие астероиды... Астероид Икар диаметром 1 - 2 км очень близко подходит к Солнцу. Близко к орбите Меркурия подходит Адонис, наблюдавшийся однажды, а потом потерянный [Марков, 1955].

Астероиды были условно разбиты на группы в зависимости от параметров их орбит. Вот, например, названия трёх основных групп околоземных астероидов: 1) группа Афины, или Атона (внутри земной орбиты); 2) группа Аполлона (пересекают орбиту Земли); 3) группа Амура (между Марсом и Землёй, некоторые иногда пересекают орбиту Марса).

"Греки" - группа астероидов, которые движутся по орбите Юпитера впереди него и составляют с ним примерно равносторонний треугольник (Агамемнон, Ахилл, Аякс, Диомед, Нестор, Одиссей) [Марков, 1955].

Евгения - астероид поперечником 214 км, обладает спутником Маленький Принц поперечником 13 км ["Двойняшки"..., 2001].

Ида - астероид, у которого первым был открыт спутник. По данным станции "Галилео" (1993 г.) у Иды диаметром до 56 км (или 58 х 23) есть спутник Дактиль диаметром 1 - 1,5 км в 100 км от основного тела [У астероида - своя "луна"! 1995; Знакомство с Идой продолжается, 1995]. На снимках Иды видны детали размером до 35 м [Изучается астероид Ида, 1994]. Сутки на Иде длятся 4,6 часов [Сурдин, 1998б]. Светлый астероид, характерный для внутренней части пояса (тип S) [Базилевский, 1997б]. Ида - член семейства астероидов с близкими орбитами; семейство возникло при столкновении родительского тела с другим, а Дактиль - один из мелких обломков ["Двойняшки"..., 2001].

Икар (Икарус, N 1566) - астероид, который подходит к Солнцу ближе, чем Меркурий; единственный или, по крайней мере, первым открытый астероид такого рода. Обнаружен В.Бааде (США) в 1949 г. [СЭС, 1981]. Обладает очень вытянутой орбитой; эксцентриситет - 0,83. Бывает в 0,19 а.е. от Солнца (в 29 млн. км) и при этом должен нагреваться до 400 градусов Цельсия [Марков, 1955]. По другому источнику [СЭС, 1981], может подходить к Солнцу на 0,185 а.е. (28 млн. км, вдвое ближе Меркурия) и удаляться на 1,985 а.е. К Земле может подходить на 7 млн.км. [Марков, 1955]. Сутки длятся 2,3 часа [Сурдин, 1998б], год - 409 земных суток [СЭС, 1981].

Касталия (N 4769) - маленький астероид, иногда сближающийся с Землёй. По-видимому парный, т.к. имеет двойную периодичность изменения блеска (от вращения вокруг оси и от затмений спутником).
Возможно, контактный (трущиеся друг об друга камни) [Парные астероиды - не редкость, 1994; Cурдин, 1998б].

Клеопатра (N 216) - крупный астероид между Марсом и Юпитером, который примечателен нерегулярной переменной яркостью. В 1999 г. американцами проведено его радиолокационное изучение. Выяснилось, что размеры астероида - 217 х 94 х 81 км (возможная ошибка 25 %), а по форме он напоминает гантель с перемычкой длиной в 100 км. Сутки - 5,39 часа. Астероид железо-никелевый. Вероятно, обломки, возникшие при столкновении, вновь соединились [Тонка ли "талия" у Клеопатры? 2001].

"Троянцы" - группа астероидов, которые движутся по орбите Юпитера позади него и составляют с ним примерно равносторонний треугольник (Анхиз, Гектор, Приам, Эней) [Марков, 1955].

Тутатис (N 4179) - маленький астероид, иногда сближающийся с Землёй. По-видимому парный, т.к. имеет двойную периодичность изменения блеска (от вращения вокруг оси и от затмений спутником).
Возможно, контактный (трущиеся друг об друга камни) [Парные астероиды - не редкость, 1994; Cурдин, 1998б].

Фаэтон - астероид, летящий в потоке метеоров, т.е. ядро бывшей кометы.

Фемида - сравнительно яркий астероид семейства со средним расстоянием 3,16 а.е. от Солнца [Марков, 1955].

Флора - сравнительно яркий астероид семейства со средним расстоянием 2,25 а.е. от Солнца [Марков, 1955].

Хатхор - маленький астероид, иногда сближающийся с Землёй.

Хирон - астероид, считавшийся до недавнего времени самым дальним (главный представитель "кентавров"), а теперь "переведённый" в кометы, т.к. у него открыто истечение газов. Движется по вытянутой орбите между Марсом и Ураном. Диаметр - 180 км [Хирон: малая планета или комета? 1989; Загадочный Хирон, 1996]. Второй по яркости (и по размеру) среди "кентавров". В спектре красная составляющая больше, чем у других астероидов, что говорит о наличии сверху углеводородов и других органических веществ [Загадочный Хирон, 1996]. Имеется и водяной лёд [Водяной лёд на кентавре Хирон, 2001].

Церера - самый большой и первым открытый астероид (астероид N 1). Открыта 1 января 1801 г. Дж.Пиацци из итальянского города Палермо в виде перемещающейся звёздочки 7 - 8-й величины. Находится в среднем в 2,8 а.е. от Солнца [Марков, 1955], изменяя расстояние до него от 2,55 до 3,05 а.е. [СЭС, 1981]. Максимальный угловой размер - 7,06 секунды; диаметр - 767 км, звёздная величина в среднем противостоянии - 7,4; альбедо - 0,10; коэффициент фазы - 0,048 [Марков, 1955]. По более поздним данным диаметр составляет 974 км [Сурдин, 1998б], или 968 на 932 [Детали..., 2002], т.е. в полтора раза больше, чем от Москвы до Петербурга. Сутки длятся 9 часов [Сурдин, 1998б]. Покрыта углистой горной породой, тёмная [Купер, Хенбест, 1998]. В начале XXI в. благодаря космическому телескопу "Хаббл" на Церере впервые удалось разглядеть детали поверхности: одно тёмное образование поперечником 250 км, которому предлагается присвоить имя Джузеппе Пиацци [Детали..., 2002].

Шипка - астероид, вблизи которого в 2008 г. планируется пролёт аппарата "Розетта" [Сурдин, 1998б].

Эрос (Эрот, N 433) - первый по времени открытия астероид с орбитой частично внутри орбиты Марса и первый астероид, названный мужским именем. Обладает крайне неправильной формой при среднем диаметре 33 км. Открыт в 1898 г. немецким исследователем Г.Виттом, и с этих пор чем-либо замечательным малым планетам дают мужские имена [Марков, 1955; СЭС, 1981]. В момент открытия за сутки перемещался на величину видимого лунного диаметра. Может подходить к Земле на 23 млн. км, т.е. ближе Марса и Венеры. Это позволило в 1901 и 1930 гг. точно определить его параллакс и уточнить величину астрономической единицы - среднего расстояния от Земли до Солнца [Марков, 1955]. Год в 1,76 раза длиннее земного. Расстояние от Солнца меняется от 1,1 до 1,8 а.е. [СЭС, 1981].
Эрос характеризуется интересными колебаниями блеска: иногда меняет его за 1 час в 4 раза, а иногда почти не меняет. Это говорило о вытянутости или даже сдвоенности. Предполагалось, что его размеры - 7 х 16 х 35 км. Период вращения вокруг оси - 5 часов 16 минут [Марков, 1955]. В конце 1998 - начале 1999 г. станция NEAR должна была стать спутником Эроса, но промахнулась и стала спутником только в 2000 г., а в2001 г. была посажена [Сурдин, 1998б; информационные телепередачи]. Ещё при первом проходе выяснено, что астероид вытянут на 40 км, и плотность его составляет 2,3 г/см³. Это означает, что он либо полностью сплошной, либо частично разрушенный, а не скопление обломков, как Матильда [Астероид Эрос, 2000]. При втором подходе выяснилось, что на поверхности Эроса (1125 км²) имеется 6700 валунов диаметром более 15 м и бесчисленное множество более мелких, причём половина обломков находится внутри кратера диаметром 7,6 км, который предлагается назвать Шумейкером. Все обломки выброшены из этого относительно молодого кратера. Есть ещё два крупных кратера (седлообразный Химерос и Психея на вогнутой стороне), но вылетевших из них валунов нет. Они или разрушены, или погребены реголитом - пылью. Реголит иногда образует чётко очерченные пылевые "озёра". Вероятно, пыль "стекла" в углубления с участием электрических сил (под действием солнечного излучения пылинка приобретает заряд, поднимается над поверхностью и перемещается вниз по склону). Но это явление почему-то не наблюдалось на других астероидах. Крупных камней непропорционально много, и высказано предположение, что из-за астероидных ударов об Эрос обломки рассортированы по размеру: мелкие провалились [Странности топографии Эроса].

Юнона - крупный и открытый третим по счёту астероид. Открыта в 1804 г. Гардингом [Марков, 1955]. Максимальный угловой размер - 0,27 секунды; диаметр - 193 км, звёздная величина в среднем противостоянии - 8,7; альбедо - 0,22; коэффициент фазы - 0,030 [Марков, 1955]. По более поздним данным диаметр составляет 268 км [Сурдин, 1998б], т.е. чуть меньше, чем у Патрокла (см.). Видимо, примерно 4 - 5-й по размеру астероид. Сутки длятся 7,2 часа [Сурдин, 1998б].

Юпитер

Юпитер - четвёртое по яркости небесное светило (после Солнца, Луны и Венеры). Как внешняя планета он хорошо виден на небе, причём обычно вдали от Солнца, чем отличается от несколько более яркой Венеры. В редкие периоды великих противостояний почти столь же ярок Марс, но он красноват, а Юпитер кажется белым.

Юпитер отстоит от Солнца на 5,20 а.е., то есть находится примерно в 5 раз дальше Земли. От Солнца до него в среднем - 778 330 000 км.

Год на Юпитере длится 11,86 земного года (примерно 12 земных лет).

Скорость движения вокруг Солнца - 13,06 км/с. В 2 с лишним раза медленней, чем у Земли.

Орбита Юпитера почти круговая (эксцентриситет - 0,048).

Угол наклона орбиты сходен с земным (отличие на 1,3 градуса). Масса Юпитера - 317,4 земной массы. Это самая массивная планета Солнечной системы. Масса столь велика, что в недрах планеты должны быть высокое давление и высокая температура (по представлениям последних лет - 35 тысяч градусов), а поэтому ядерные реакции должны идти гораздо энергичнее, чем в недрах Земли, давая дополнительное тепло. Это тепло ощущается и на периферии планеты, то есть Юпитер не довольствуется солнечным теплом, а заметно греет себя сам (выделяет в 2 раза больше тепла, чем получает от Солнца). Поэтому говорят, что Юпитер - полузвезда (звезды отличаются от планет именно большими массами, а все остальные отличия - это следствия разницы масс). Если бы Юпитер был ещё в 50 раз массивнее, он бы заметно светился собственным светом, был бы маленькой звездой, и наша Солнечная система была бы системой из двух звёзд. Такие системы из нескольких звёзд широко распространены во Вселенной (их, наверное, раз в пять больше, чем однозвёздных).

Теперь, впрочем, считается, что Юпитер отдаёт, в основном, своё исходное тепло, то есть он столь велик, что ещё не успел остыть.

Диаметр Юпитера на экваторе - 11,2 земного. При этом планета столь сильно сплюснута, что для неё всегда указывают два диаметра: экваториальный - 142 984 км, полярный - 133 708 км (недавние уточнённые данные). Сплюснутость Юпитера видна в телескоп на глаз.

Если по массе Юпитер в 317 раз больше Земли, то по объёму - в 1312 раз! Это означает, что он во много раз уступает Земле по плотности. Средняя плотность Юпитера - 1,33 г/куб.см (земная - 5,5). Юпитер лишь чуть-чуть плотнее воды! И это при огромной массе и большой силе притяжения, стискивающей недра! Причины этого - изначальный элементный состав (больше лёгких элементов) и, по некоторым данным, ядерные реакции в недрах, не дающие планете сжаться.

Из низкой средней плотности следует крайне низкая плотность периферических слоёв планеты. Это газы, которые ближе к центру планеты становятся всё гуще и гуще и постепенно переходят в аналог жидкого состояния и аналог металла. Никакой чёткой твёрдой поверхности у Юпитера нет. Слои бурлят и непрерывно перемешиваются из-за мощных конвективных потоков и взрывов.

Тем не менее, сила тяжести на периферии Юпитера лишь в 2,64 раза превосходит земную (из-за удалённости этой периферии от центра планеты).

Юпитер, как и другие планеты-гиганты, быстро вращается вокруг своей оси и делает оборот за 9 часов 55 минут, хотя по объёму грандиозен. Отсюда следует большая линейная скорость периферийных частей планеты на экваторе. Сильная сплюснутость у полюсов объясняется именно быстрым вращением.

Ось вращения почти не наклонена к плоскости эклиптики (нет смены времён года).

Освещённость Солнцем - 1/27 земной.

Температура на верхушках облаков составляет на Юпитере минус 150 градусов Цельсия. О температуре твёрдой поверхности говорить не имеет смысла.

Диск Юпитера хорошо виден даже в 20 - 30-кратную подзорную трубу. В несколько более мощный телескоп видно, что Юпитер полосат. Это в экваториальном направлении чередуются полосы различно окрашенных облаков, причём некоторые из них "разбиты" на отдельные округлые образования (вихри). Полосы и вихри изменчивы. Они вращаются с планетой, но с несколько разной скоростью. Экваториальные образования делают поворот вокруг планеты за более короткий срок, чем удалённые от экватора. Юпитер вращается не монолитно, а как жидкое тело (экватор быстрее). Иначе говоря, имеются зональные течения атмосферы с различной скоростью. Зоны и видны как полосы. На Юпитере всегда буря.

Уже 300 лет на Юпитере не исчезает один из огромных самоподдерживающихся вихрей - Красное пятно. Оно лишь чуть побледнело. Вихрь поддерживается зональными течениями и вращается чуть медленней остальной планеты (движется по ней на запад). Диаметр - в 3 раза больше Земного шара.

В атмосфере нет кислорода и воды. Считалось, что она состоит, в основном, из метана. Много также аммиака. Позднее выяснилось, что эти газы есть, но не преобладают.

Спутники и кольца Юпитера

Первые 4 спутника Юпитера (Ио, Европа, Ганимед, Каллисто) были открыты в 1610 г. Галилеем, за что их называют Галилеевыми спутниками. Два из них больше Луны, два - чуть меньше. Изучение Галилеевых спутников помогло определить скорость света - по запаздыванию их затмений Юпитером [Гетманцев, 1955].

К середине XX века были известны 12 спутников, сейчас (в 1989 г.) - 16. Все они гораздо меньше галилеевых. Рассмотрим данные по ним, начиная с ближайших к планете. Многие сведения получены благодаря американскому аппарату "Галилео"

Метида и Адрастея. Оба ближайших спутника находятся примерно в 1,8 радиусах от центра планеты и своими орбитами снаружи оконтуривают тонкое и прозрачное кольцо Юпитера (в 128 и 129 тысячах км от центра планеты). От кольца ближе к Юпитеру тянется ещё более разреженное гало из мелких частиц. Видимо, спутники находятся на той грани приближения к Юпитеру, когда они могут быть разорваны его приливными силами и образовать кольца (на границе зоны Роша). Они как бы "пасут" частицы кольца, не давая им выходить за пределы их орбит. Диаметры этих тел составляют соответственно 40 и 25 - 15 км, но это весьма приближённые данные. Оборот вокруг Юпитера совершается менее, чем за треть земных суток. Открыты в 1979 г.

Амальтея. В 2,5 радиусах от центра планеты (в 131 200 км от поверхности планеты). Открыта в 1892 г. Барнардом, но сведений о ней до сих пор мало. Диаметр - 270 км (по другим данным - 270 - 150). Оборот вокруг Юпитера совершает за половину суток.

Феба (или Теба?). В 3,1 радиуса от планеты. Открыта в 1979 г. Диаметр порядка 100 км, но точных данных нет.

Ио. В 5,9 радиусах от центра планеты (в 422 000 км от её поверхности), оборот за 1,8 земных суток, в 3 градусах к орбите планеты, диаметром 3460 км (по последним данным - 3630 км), массой 1/83 Земли. Приливные силы Юпитера разогревают ближайший крупный спутник, в результате чего на нём непрерывно действуют вулканы, извергая сернистый газ и лаву из серной кислоты (лава вырывается вверх до 30 км фонтанами, а газы, по некоторым данным, - до 300 км) [Базилевский, 1996]. "Вояджер-1" открыл 8 одновременно действующих вулканов, а "Вояджер-2" через несколько месяцев сообщил, что шесть из них продолжают извергать лаву. Всего, как сообщалось, открыто 12 действующих вулканов. Но уже к 1998 г., в результате наблюдений станции "Галилео", были известны 32 действующих вулкана [На Ио бушуют вулканы, 1999]. Метеоритные кратеры практически отсутствуют, так как залиты лавой. Лавы выделяется столько, что за год она может покрыть всё небесное тело слоем в 1,5 см [На Ио..., 1999]. Поверхность разноцветна, это свежая или уже успевшая потемнеть лава (данные "Вояджеров"). За 17 лет после полёта "Вояджеров" отдельные районы Ио сменили цвет с ярко-красного на бледно-жёлтый (пятна величиной с Бельгию). Из глубин во время извержений выносится сера разного цвета [Юпитер и его спутники: взгляд с "Галилео", 1997]. Крупнейшее лавовое море - возле вулкана Локи - имеет поперечник 200 км. Орбита Ио находится в водородном торе (выбросы вулканов). Вулканически активные области нагреты, как указывалось ранее, не менее, чем до 300 градусов Цельсия. Измерения "Галилео" показали, что в районе кратеров температура поверхности достигает 1800 градусов Кельвина, а, значит, в недрах должна доходить до 2000 градусов Кельвина [Космический вулкан "переехал", 1998]. На Земле соответствующая температура составляет только 1600 градусов Кельвина. Ио обращена к Юпитеру одной стороной и образует два приливных горба, но, так как орбита спутника вытянутая, горбы слегка перемещаются по Ио, как бы покачиваются и разогревают недра (см. о таком "покачивании" для Луны). Как указано в заметке 1999-го года [Что нового в семействе Юпитера], вулканы и вулканические расщелины приурочены именно к этим горбам, то есть имеются в ближайшей к Юпитеру точке, а также в самой удалённой от него точке (обе точки около экватора). Потом начались извержения в районе северного полюса (вулкан Тваштар, последнее извержение в январе 2001 г.). 6 августа 2001 г. совершенно внезапно началось извержение в 600 км от Тваштара, произошёл выброс на 500 км, и "Галилео" даже пролетел через это облако. [Ещё один вулкан на Ио, 2002]. По недавним сведениям [Разнородное семейство Юпитера, 1998], Ио обладает своим собственным магнитным полем; вещество в недрах нагрето, а потому металлы стекли в центр, образовав ядро. Над ядром расположена каменная (силикатная) мантия, а поверхностного ледяного слоя нет [Уточняется внутренняя структура..., 1999]. Интересно, но за 17 лет один из вулканов (Прометей) переместился на 80 км [Космический вулкан "переехал", 1998]. При этом очертания вулкана не изменились, и отложилась полоса изверженного материала ["Бродячий" вулкан на Ио, 2001]. От Ио к Юпитеру тянутся две яркие полосы, в пределах которых происходит электрический разряд между атмосферами Ио и Юпитера с силой тока до 1 миллиона амперов [Полярные сияния в атмосфере планет, 1999]. Полярные сияния Ио имеют интенсивный синий цвет [На Ио..., 1999]. Светлые или голубоватые электрические дуги видны также над некоторыми вулканами. Они генерируются напряжением более 400 кВ. Свечение вызывается взаимодействием электрических полей с сернистым газом. Есть также области красного и зелёного свечения: возбуждение соответственно кислорода и водорода заряженными частицами магнитного поля Юпитера [На Ио..., 1999]. Атмосфера Ио сравнительно разреженная и состоит, как уже говорилось, из сернистого газа. Кроме того, есть продукты его диссоциации - SO, O, S, а также нейтральные облака O, S, Na, K, которые покидают планету [Атмосфера и полярные сияния на Ио, 2000].

Европа. В 9,4 радиусах от центра планеты (в 671 000 км от её поверхности), оборот за 3,6 земных суток, в 3 градусах к орбите планеты, диаметром 3050 км (по последним данным - 3140 км), массой 1/125 Земли. Приливные силы Юпитера разогревают близкий спутник, в результате чего на нём не так холодно, как на большинстве маленьких небесных тел Солнечной системы. Кратеры не видны, и поэтому предполагается, что вся Европа покрыта океаном со слоем незамёрзшей воды глубиной порядка 100 км, а сверху плавает лёд толщиной порядка 30 км (по данным "Вояджеров") [Океан..., 1987; Базилевский, 1996]. По более поздним и уточнённым данным в результате пролёта "Галилео" в 205 км [Уточняется внутренняя структура..., 1999] считается, что вся водно-ледяная оболочка имеет толщину 80 - 170 км и с наибольшей вероятностью - 100 км, а металлическое ядро больше, чем думали, и занимает до 50% радиуса Европы. Открыто также возмущение магнитного поля Юпитера вблизи Европы, что тоже косвенно говорит о наличии океана с солёной водой: поле искажается вихревыми токами, а они могут распространяться лишь в проводящей жидкости [Внутренние океаны спутников Юпитера, 1999]. Подо льдом теоретически возможна жизнь хемосинтетиков. Ведь и на Земле жизнь когда-то была возможна только в океане. На снимках с "Галилео" обнаружено гораздо больше кратеров [Юпитер и его спутники: взгляд с "Галилео", 1997]. Но всё равно кратеров мало. Обнаружен, например, только один трёхкилометровый кратер. Кратеров диаметрами от 10 до 30 км имеется пять. Зато вся поверхность изрезана длинными, ветвящимися и пересекающимися бороздами - проявлениями своеобразного ледяного вулканизма, то есть вода периодически изливается на поверхность из трещин и т.п. образований [Подо льдами юпитерианской Европы скрывается океан? 1998]. У нас такое явление называют наледью. Недавно при помощи "Галилео" на Европе найден сульфат магния, как в земных солончаках, а рядом - разломы, трещины [Солончаки космической Европы, 1999]. Вероятно, вода выливается из трещин на поверхность, а потом испаряется, оставляя соль. Установлено, что Европа обладает собственным магнитным полем; вещество в недрах дифференцировано, и имеется металлическое ядро [Разнородное семейство Юпитера, 1998]. В декабре 1996 г. и в феврале 1997 г. станция "Галилео" 6 раз оказывалась за Европой, но радиосигналы, хоть с помехами, всё-таки доходили до Земли [Что нового в семействе Юпитера, 1999]. По характеру этих помех поняли, что у Европы есть ионосфера плотностью не выше 10 000 электронов в 1 см объёма. Образовалась она в результате того, что заряженные частицы из магнитосферы Юпитера выбивают изо льда отдельные ядра и атомы. Таким образом, у Европы имеется разреженная атмосфера. В 2003 г. американцы планируют послать на Европу аппарат "Europa Observer" с таким же радаром, каким нашли подлёдные озёра в Антарктиде. Аппарат должен будет найти место с самым тонким льдом. Следующий аппарат будет проплавлять лёд и брать пробы воды с целью обнаружить жизнь [Планы полёта к Европе, 1998].

Ганимед. В 15,0 радиусах от центра планеты (в 1 071 000 км от её поверхности), оборот за 7,2 земных суток, в 3 градусах к орбите планеты, диаметром 5070 км (по последним данным - 5260 км), массой 1/40 Земли (в 2 раза массивнее Луны, самый массивный спутник в Солнечной системе). Приливные силы Юпитера не столь ощутимы. Обычный лунный облик: "моря" и "материки", метеоритные кратеры, хребты и расщелины катастрофического происхождения. Покрыт льдом, т.е. имеется вода, но она в твёрдом состоянии и принципиально не отличается от других твёрдых горных пород. Есть тектонические разломы, через которые когда-то из недр в виде лавы выливалась вода [Базилевский, 1996]. Позднее появились предположения, что на Ганимеде и сейчас есть подлёдные моря, так как в спектре нашли линии, говорящие о наличии рассолов сульфата магния [На Ганимеде - тоже океан! 2002]. Недавно аппаратом "Галилео" были открыты довольно мощное магнитное поле и магнитосфера [Разнородное семейство Юпитера, 1998]. Это говорит о том, что имеется металлическое ядро (или океан?!), и вещество имело возможность дифференцироваться благодаря приливным силам. Согласно заметке 1999 г. [Уточняется внутренняя структура...], имеются также чётко разграниченные силикатная мантия и богатая льдом внешняя оболочка. Магнитосфера Ганимеда полностью погружена в магнитосферу Юпитера. Она не очень мощна, но вблизи Ганимеда мощнее, чем юпитерианская. 27 июня 1998 г. "Галилео" прошёл всего в 845 км от Ганимеда, пополнив наши представления об этом огромном небесном теле [Открытие на Ганимеде, 1999; Что нового в семействе Юпитера, 1999]. Изучались область Галилея и рытвина Урук. Наблюдались древние усеянные метеоритными кратерами ледяные поля, примыкающие к молодым вулканическим равнинам, а то и перекрытые ими. Имеются хребты ледяных гор, глубокие борозды и гладкие широкие пространства (бассейны). Они имеют тектоническое происхождение. Сначала весь Ганимед бомбился кометами и астероидами, а потом на половину покрылся тектоническими "морщинами". Атмосфера Ганимеда разреженная и состоит, в основном, из водорода.

Каллисто. В 26,5 радиусах от центра планеты (в 1 884 000 км от её поверхности), оборот за 16,7 земных суток, в 3 градусах к орбите планеты, диаметром 4750 км (по последним данным - 4800 км), массой 1/67 Земли (массивнее Луны). Приливные силы Юпитера не столь ощутимы. Обычный лунный облик, но "морей" с застывшей лавой нет (единый материк, метеоритные кратеры, хребты и расщелины катастрофического происхождения) [Базилевский, 1996]. Кратеры ледяные. Самая большая кольцевая структура - Валгалла, или Вальхалла. В её центре находится одноимённый кратер диаметром 350 км, а в радиусе 2000 км концентрическими кругами расположены полтора десятка горных хребтов и трещин. Это всё данные, в основном, "Вояджеров", а "Галилео" в недавнее время сделал новые фотографии, и оказалось, что больших метеоритных кратеров действительно много, но почему-то почти нет кратеров диаметром менее 100 м, которые при данной технике съёмки должны были быть видны. Найдены также переместившиеся блоки вещества, что трудно понять, так как на Каллисто не должна быть тектоника плит. В связи с этим решено, что "Галилео", который должен был прекратить работу в декабре 1997 г., продолжит её ещё на два года [Загадки Каллисто, 1997; Сурдин, 1998в]. Переместившиеся блоки вещества признаны следами лавин и оползней [Что нового в семействе Юпитера, 1999]. Кратеры на Каллисто имеют относительно плоское дно, и поэтому решено, что верхние 10 км в теле спутника ледяные, так как лёд может течь [Каллисто: новый взгляд, 2000]. Согласно последним данным, полученным "Галилео" в сентябре 1997 г. во время наибольшего сближения с Ганимедом, собственного магнитного поля у Каллисто нет, но имеется разреженная атмосфера, которая ионизируется солнечным ветром и магнитным полем Юпитера [Разнородное семейство Юпитера, 1998]. Атмосфера состоит из водорода и углекислого газа [Что нового в семействе Юпитера, 1999]. Раз нет магнитного поля, то, вероятнее всего, нет и железного ядра, то есть вещество не дифференцировано и представляет собой камни со льдом, покрытые слоем льда. Это связано с тем, что Каллисто вращается на большом удалении от Юпитера, и он не смог расплавить её недра приливами и разделить их на фракции в зависимости от плотности. Впрочем, через какое-то время последовало частичное опровержение или, по крайней мере, уточнение и этих данных.
Собственное магнитное поле всё-таки есть. Значит, существует внутренний электропроводный слой. Таким слоем мог бы быть солёный океан глубиной 10 км. Для его существования нужен антифриз, и лучшим кандидатом на эту роль является аммиак, снижающий температуру замерзания воды на 100 градусов Кельвина [Каллисто: новый взгляд, 2000]. Из факта существования магнитного поля следует также, что вещество всё-таки частично дифференцировано. Возможно, есть ядро, но очень маленькое (не более четверти радиуса), причём оно не железное, а железо-каменное, над ним - смесь льда и камней, а ещё выше, как уже говорилось, залегает лёд, причём его слой имеет толщину не более 350 км [Внутреннее строение Каллисто, 1998; Уточняется внутренняя структура Каллисто и Европы, 1999].
Средняя плотность вещества составляет 1,839 г/см³, и можно предполагать, что массы льда и камня примерно равны [Каллисто: новый взгляд, 2000].

Леда. В 155 радиусах планеты. Ледяная глыба, сохранившаяся со времён образования Юпитера? Диаметр - примерно 16 км. Открыта в 1974 г.

Гималия. В 161 радиусе планеты (в 11 452 000 км от планеты). Самый крупный из внешних малых (не галилеевых) спутников Юпитера. Диаметр - не менее 100 км. Период обращения - 250 земных суток. Открыт в 1905 г. Перрайном. Ледяная глыба, сохранившаяся со времён образования Юпитера?

Лиситея. В 164 радиусах планеты (в 11 700 000 км от планеты). Открыта в 1938 г. Период обращения - 260 земных суток. Диаметр порядка 40 км. Ледяная глыба, сохранившаяся со времён образования Юпитера?

Элара. В 165 радиусах планеты (в 11 700 000 км от планеты). Открыта в 1905 г. Перрайном. Период обращения - 260 земных суток. Диаметр порядка 80 км. Ледяная глыба, сохранившаяся со времён образования Юпитера?

Ананке. В 297 радиусах планеты (в 21 000 000 км от планеты). Вращается по орбите в обратном направлении в сравнении с галилеевыми и другими внутренними спутниками и делает оборот за 620 земных суток. Диаметр порядка 30 км. Захваченный астероид. Открыт Никольсоном в 1951 г.

Карме. В 317 радиусах планеты (в 22 560 000 км). Вращается по орбите в обратном направлении в сравнении с галилеевыми спутниками и делает оборот за 692,5 земных суток. Диаметр порядка 45 км. Захваченный астероид. Открыт Никольсоном в 1938 г.

Пасифе. В 329 радиусах планеты (примерно в 23 000 000 км от планеты). Вращается по орбите в обратном направлении в сравнении с галилеевыми спутниками и делает оборот за 738,9 земных суток. Диаметр порядка 70 км. Захваченный астероид. Открыт Мелоттом в 1908 г.

Синопе. В 333 радиусах планеты (в 23 700 000 км). Вращается по орбите в обратном направлении в сравнении с галилеевыми спутниками и делает оборот за 745 земных суток. Диаметр порядка 40 км. Захваченный астероид. Самый далёкий от планеты спутник во всей Солнечной системе. Открыт Никольсоном в 1914 г.

Сатурн

Сатурн виден на небе в виде светила второй звёздной величины (хорошо различимая, но не особенно привлекающая внимание "звёздочка").

Сатурн отстоит от Солнца на 9,54 а.е. От Солнца до него в среднем - 1 426 980 000 км.

Год на Сатурне длится 29,46 земного года (примерно 30 земных лет).

Скорость движения вокруг Солнца - 9,64 км/с. В три с лишним раза медленней Земли.

Орбита Сатурна почти круговая (эксцентриситет - 0,056).

Угол наклона орбиты почти сходен с земным (отличие на 2,5 градуса).

Масса Сатурна - 95,1 земной массы. Это вторая по массе планета Солнечной системы.

Диаметр Сатурна на экваторе - 9,4 земного. По диаметру и объёму он очень близок к Юпитеру. Планета сильно сплюснута, и для неё указывают два диаметра: экваториальный - 120 536 км, полярный - 108 728 км (недавние уточнённые данные). Сплюснутость Сатурна тоже видна в мощный телескоп на глаз. Объём Сатурна в 734 раза больше земного.

Сатурн тоже во много раз уступает Земле по плотности. Это наименее плотная планета. Средняя плотность - 0,69 г/см³ (земная - 5,5). Если Юпитер лишь чуть-чуть плотнее воды, то Сатурн даже уступает воде! Причины этого - изначальный элементный состав (преобладают лёгкие водород и гелий).

Сила тяжести на периферии Сатурна (в верхней части облачного слоя) составляет всего 0,925 земной, хотя планета в 95 раз массивнее Земли! Это происходит из-за удалённости облачного слоя от центра этой рыхлой планеты. Мы бы в этих облаках в гравитационном смысле ощущали бы себя, как дома.

Сатурн, как и другие планеты-гиганты, быстро вращается вокруг своей оси и делает оборот за 10 часов 14 минут, хотя по объёму грандиозен, как и Юпитер. Отсюда следует большая линейная скорость периферийных частей планеты на экваторе, чем объясняется сильная сплюснутость у полюсов.

Ось вращения наклонена к плоскости эклиптики больше, чем у Земли - на 26,7 градусов (у Земли - 23,5). Поэтому на Сатурне есть смена времён года, но её проявления специфичны.

Освещённость Солнцем - 1/90 земной.

В атмосфере Сатурна есть метан и аммиак.

Температура на верхушках облаков составляет на Сатурне минус 180 градусов Цельсия (новые уточнённые данные). О температуре твёрдой поверхности говорить не имеет смысла, так как Сатурн - огромный газовый шар с небольшим твёрдым ядром.

Сатурн полосат, но в меньшей степени, чем Юпитер. В экваториальном направлении чередуются полосы различно окрашенных облаков. Экваториальные образования делают поворот вокруг планеты за более короткий срок, чем удалённые от экватора (вращение как у жидкого тела - экватор быстрее), то есть существуют зональные течения атмосферы с различной скоростью. Зоны видны как полосы. На Сатурне тоже довольно бурная погода.

В середине XX века были известны 9 спутников Сатурна, в 1967 г. - 10, в 1989 г. - 17, в 2000 г. - 22, что является рекордом для планет [Новые спутники Сатурна, 2001].

Уникальная особенность Сатурна - очень яркие экваториальные кольца: внешнее; отделённое от него щелью яркое среднее; полупрозрачное внутреннее. Они не соприкасаются с планетой, что доказано ещё Гюйгенсом. Кольца состоят из мелких обломков (камней, пыли). Так как ось вращения планеты наклонена, а год длится почти 30 земных лет, каждые 15 лет кольца Сатурна поворачиваются к нам ребром и как бы исчезают. Отсюда делались выводы, что ширина колец не более 10 - 15 км. Они оказались во много раз тоньше (см. ниже).

Новые сведения

В 1980 - 1981 годах Сатурн изучался американскими станциями "Вояджер-1" и "Вояджер-2" [Купер, Хенбест, 1998]. В 1997 г. запущен международный зонд "Кассини-Гюйгенс", который должен достичь Сатурна в 2004 г. [Подготовка к изучению Титана, 1996 и др.].

На Сатурне имеются пятна, но они несколько иные, чем Красное пятно на Юпитере. Раз в 30 земных лет (раз в год Сатурна) с опозданием на 15 лет всплывает сгусток тёплых газов. Он охлаждается в верхних частях облачного слоя, и свежие кристаллы аммиака образуют белое пятно. Второе аналогичное пятно в последние годы заслонено кольцами, но должно существовать ["Веснушки" на Сатурне, 1994]. Пятна Сатурна - результат смены времён года, чего в принципе не может быть на Юпитере, так как его ось почти не наклонена.

Есть на Сатурне и пятно, аналогичное Большому Красному пятну Юпитера, но сравнительно маленькое - это пятно Анне (открыто Анне Бункер по данным "Вояджера").

Вдоль экватора проходит атмосферное течение шириной в десятки тысяч километров и скоростью до 500 м/с. Скорость ураганных ветров на Сатурне достигает 1800 км/час [Вселенная, 1999 и др.].

У Сатурна сравнительно слабое магнитное поле, а сам он обладает крайне низкой плотностью. Отсюда сделаны выводы, что твёрдое каменистое ядро Сатурна, достаточно велико (диаметром около 30 000 км), но не сильно сжато (меньше сила притяжения). Из-за этого водородные слои отодвинуты от центра, и слой металлического водорода не велик. Далее имеется широкий слой жидкого водорода и атмосфера, состоящая преимущественно из водорода.

В атмосфере Сатурна в январе 1998 г. открыты полярные сияния [Полярные сияния в атмосфере планет, 1999]. Состав облаков, а также вообще строение и состав атмосферы почти такие же, как на Юпитере, но водорода чуть больше (около 94%), а гелия меньше (около 6%) [Вселенная, 1999]. Это не противоречит меньшей плотности планеты в целом.

Кольца Сатурна

Изучались "Пионером-11" (1979) и "Вояджерами" (1980 - 1981). Толщина колец, как выяснилось, не 1 км, а 50 м (кольцо А) и 10 м (кольцо С). Преобладает диаметр частиц в несколько миллиметров.

Различаются следующие части колец (от наружных к внутренним):
1. кольцо Е, крайне неяркое и самое внешнее кольцо, внутри которого находятся орбиты спутников от Мимаса до Дионы; по одной из гипотез это кольцо - вулканический выброс Энцелада;
2. кольцо G, одно из самых внешних колец, неяркое, но довольно широкое, между орбитами Мимаса, а также Эпиметея и Януса;
3. кольцо F, открыто "Пионером-11" в 1979 г., узкое, самое внешнее из ярких колец, ограничено с двух сторон спутниками-"пастухами" Пандорой и Прометеем; состоит частично из более узких переплетённых колец (переплетены притяжением "пастухов");
4. кольцо А, самое внешнее из видимых с Земли, обладает зазором - щелью Энке, в щели Энке движутся спутники Атлас и Новая луна;
5. щель Кассини, открытая в 1675 г., зазор между кольцами А и Б, "Вояджеры" открыли в ней не менее 100 очень слабых и узких колец;
6. кольцо В, самое широкое, яркое, и плотное, с тёмными радиальными спицами, которые живут до 10 часов (облака частиц и пылинок, ориентированных под действием магнитного поля?) [Блиох, Ярошенко, 1991];
7. кольцо С, "креповое" кольцо, самое слабое и голубое из видимых с Земли колец, почти не отграничено от кольца В, состоит из множества узких колец;
8. кольцо Д, почти касается Сатурна, очень слабое.

Считалось, что кольцам Сатурна 100 миллионов лет, и возникли они от столкновения тел диаметрами порядка 200 км. Недавно в Космический телескоп имени Хаббла в ультрафиолетовом свете обнаружено, что в атмосфере Сатурна на 33 градусах южной широты, где магнитно-силовые линии пересекают самое внутреннее кольцо, влаги в 5-10 раз больше, чем в других местах [Кольца Сатурна..., 1997; Вода в атмосферах планет-гигантов, 1998]. Это означает, что ионы воды по силовым линиям перемещаются от кольца к планете, то есть идёт дождь. Раньше знали, что вокруг колец облако водяных паров. Влага с колец испаряется в результате ударов микрометеоритов. Нейтральные молекулы вновь падают на кольцо, а ионизированные по спирали движутся либо от планеты (если они за внешним краем этого ближайшего кольца), либо к планете (если оказались ближе к ней). Всё это означает, что кольцам не более 30 миллионов лет. Если бы они были старше, то давно истощились бы.

Есть также представление, что кольца Сатурна и других планет-гигантов - это остатки облака, из которого возникла планета и её основные спутники. Приливные силы не дали возможности сформироваться здесь спутнику. Частицы колец - это по сути рыхлые комья снега и льда, которые то слипаются, то разрушаются [Энциклопедия для детей, том 8, 1997].

Интересно, что снимки одного и другого "Вояджеров", пролетавших с интервалом в 9 месяцев, резко различаются. На более раннем снимке кольцо F напоминает по структуре перевитую девичью косу. Видны пересекающиеся пряди. На позднем снимке структура проста, то есть "пряди" возникают и исчезают [Непростое кольцо Сатурна, 1998]. Указывалось, что некоторые видимые образования в кольцах Сатурна "живут" всего порядка 10 часов [Блиох, Ярошенко, 1991]. Эти и некоторые другие особенности объяснить пока не удаётся. Предположительно оказывают влияние известные и ещё неизвестные спутники Сатурна, явления резонанса и т.п. [Непростое кольцо Сатурна, 1998]. Кроме того, могут иметь значение электрические и магнитные явления [Блиох, Ярошенко, 1991], коллективные гравитационные взаимодействия частиц, а также их столкновения [Горькавый, Фридман, 1991].

Спутники Сатурна

Пан. Примерно в 2,2 радиуса планеты от её центра (в 133 600 км), в 27 градусах к орбите планеты, маленький спутник. Изо льда. Движется в щели Энке - узком зазоре в кольце А, почти вместе с последующим спутником. Открыт в 1990 г. при анализе фотографий "Вояджеров", сделанных в 1980 - 1981 годах [Восемнадцатая луна Сатурна, 1991]. Вращение в стандартном направлении.

Атлас. Примерно в 2,2 радиуса планеты (в 137 640 км), в 27 градусах к орбите планеты, маленький спутник. Изо льда. Движется в щели Энке - узком зазоре в кольце А, почти вместе с предыдущим спутником. Открыт в 1980 г. "Пастух" кольца А. Вращение в стандартном направлении. Диаметр - 30 - 40 км.

Прометей. Примерно в 2,3 - 2,4 радиуса планеты, в 27 градусах к орбите планеты, маленький спутник. Изо льда. "Пастух" кольца F. Орбита с наружной части кольца F. Открыт в 1980 г. Вращение в стандартном направлении. Диаметр 140 - 80 км.

Пандора. Примерно в 2,3 радиуса планеты, в 27 градусах к орбите планеты, маленький спутник. Изо льда. "Пастух" кольца F. Орбита в зазоре между кольцами A и F. Открыта в 1980 г. Вращение в стандартном направлении. Диаметр 110 - 70 км.

Эпиметий. Примерно в 2,5 радиусах планеты, в 27 градусах к орбите планеты, некрупный спутник. Изо льда. На одной орбите с Янусом - обломок? Вращение в стандартном направлении. Открыт в 1966 г. Диаметр 140 - 100 км.

Янус. Примерно в 2,5 радиусах планеты, в 27 градусах к орбите планеты. Диаметр, по представлениям 1967 г., составляет от 160 до 320 км. Изо льда. На одной орбите с Эпиметием - обломок? Вращение в стандартном направлении. Открыт 15 декабря 1967 г. французским астрономом Одуэном Дольфусом в момент, когда кольца Сатурна были обращены к Земле ребром. Виден в виде звезды 14-ой величины [Любарский, 1967]. Диаметр 220 - 160 км.

Мимас. В 3,1 радиуса планеты от её центра (в 186 000 км от поверхности планеты), оборот за 0,9 земных суток, в 27 градусах к орбите планеты, диаметром около 540 км (по последним данным - 390 км), массой 1/160000 Земли. Открыт Гершелем в 1789 г. Имеется кратер Гершель диаметром 135 км. Изо льда. Вращение в стандартном направлении. Движется в пределах разреженного кольца Е.

Энцелад. В 4 радиусах планеты (в 238 000 км от поверхности), оборот за 1,4 земных суток, в 27 градусах к орбите планеты, диаметром около 550 км, массой 1/70000 Земли. Открыт Гершелем в 1789 г. Изо льда. Отражает почти 100% падающего света. Это самое светлое тело Солнечной системы. Вращение в стандартном направлении. На спутнике почему-то отсутствуют кратеры, но приливные силы на нём не велики [Океан..., 1987]. Спутник движется в пределах разреженного кольца Е. Выдвигалось предположение, что это кольцо является вулканическим выбросом Энцелада. Тогда на спутнике должны действовать водные вулканы - гейзеры, которые обновляют поверхность спутника и являются создателями кольца, но их энергетический источник не ясен.

Тефия. В 4,9 радиуса планеты (в 295 000 км), оборот за 1,9 земных суток, в 27 градусах к орбите планеты, диаметром около 920 км (по последним данным - 1050 км), массой 1/9200 Земли. Открыта Кассини в 1684 г. Изо льда. Интересны огромный кратер Одиссей диаметром 400 км и трещина Итака длиной 2000 км (по другим данным - 3000 км), шириной 100 км и глубиной 5 км (превышает Большой Каньон в США). Тефия находится на одной орбите с двумя ниже описанными спутниками, которые находятся в 60 градусах спереди и сзади её (аналог Юпитера с "греками" и "троянцами") - единственный случай в спутниковых системах! Вращение в стандартном направлении. Движется в пределах разреженного кольца Е.

Телесто. Примерно в 4,9 радиуса планеты (в 295 000 км от поверхности планеты), оборот за 1,9 земных суток, в 27 градусах к орбите планеты, некрупный спутник (диаметр порядка 20 км). Изо льда. На одной орбите с Калипсо и Тефией - коорбитальный спутник! Вращение в стандартном направлении. Движется в пределах разреженного кольца Е. Открыт в 1980 г.

Калипсо. Примерно в 4,9 радиуса планеты (в 295 000 км от поверхности), оборот за 1,9 земных суток, в 27 градусах к орбите планеты, некрупный спутник (диаметр от 20 до 30 км). Изо льда. На одной орбите с двумя предыдущими спутниками - коорбитальный спутник! Вращение в стандартном направлении. Движется в пределах разреженного кольца Е. Открыт в 1980 г.

Диона. В 6,3 радиуса планеты (в 377 000 км), оборот за 2,7 земных суток, в 27 градусах к орбите планеты, диаметром около 860 км (по другим данным - 1120 км), массой 1/6000 Земли. Открыта Кассини в 1684 г. Изо льда. Имеет в 60 градусах спереди коорбитальный спутник Елену. Второго коорбитального спутника нет или он крайне мал. Вращение в стандартном направлении. Движется в пределах разреженного кольца Е. На поверхности есть деформации коры.

Елена. В 6,3 радиуса планеты (в 377 000 км), оборот за 2,7 земных суток, в 27 градусах к орбите планеты, некрупный коорбитальный спутник (диаметр от 30 до 36 км). Движется в 60 градусах спереди от Дионы. Изо льда. Вращение в стандартном направлении. Движется в пределах разреженного кольца Е. Открыта в 1980 г.

Рея. В 8,8 радиуса планеты (в 527 000 км), оборот за 4,5 земных суток, в 27 градусах к орбите планеты, диаметром около 1440 км, массой 1/2500 Земли. Открыта Кассини в 1672 г. Изо льда. Вращение в стандартном направлении.

Титан. В 20,4 радиуса планеты от её центра (в 1 222 000 км от поверхности планеты), оборот за 15,9 земных суток, в 27 градусах к орбите планеты, диаметром около 4850 км (по последним данным - 5150 км, больше Меркурия), массой 1/43 Земли, то есть в 2 раза больше Луны и в 20 раз больше, чем все остальные спутники Сатурна вместе взятые. Второй по массе спутник в Солнечной системе (уступает только Ганимеду). Открыт Гюйгенсом в 1655 г. Единственный спутник Сатурна, который состоит не только изо льда (есть каменистое ядро и ледяная мантия). Лёд может быть не только водяным, но аммиачным и метановым. Титан обладает плотной оранжевой атмосферой, которая состоит, в основном, из азота ("глубоко замороженная Земля") [Поверхность Титана..., 1993]. Присутствует и метан: 2 - 8% [Какая погода на Титане? 2001]. Есть аэрозольная дымка и облака, из-за которых поверхность не видна (смог органического происхождения). Давление атмосферы в 1,6 раз больше земной. Единственный из спутников в Солнечной системе, о котором достоверно известно, что он обладает мощной атмосферой. Вращается Титан по орбите в водородном торе. Движется в стандартном направлении. Повёрнут к Сатурну почти одной стороной (сутки лишь на 49 мин короче месяца - 15,9 земных суток). Предполагается, что на Титане есть моря из жидкого метана и этана, а также континенты изо льда со смолой (с гидроуглеродами). Если не моря, то хотя бы метановые озёра. Возможны дожди из жидкого метана. Могут быть также облака из органического вещества, которое возникло под действием ультрафиолетовых лучей Солнца [Поверхность Титана..., 1993]. Недавно на Титане удалось разглядеть тёмные 100-километровые области, которые могут быть углеводородными озёрами. Доказано также, что атмосфера очень динамична, облака покрывают обычно не более 1% поверхности. Вероятно, плотность атмосферы может меняться из-за испарения азота из озёр [Какая погода на Титане? 2001]. Всё это поднимает старый вопрос о возможности жизни на другой химической основе, чем земная. Недавно на Титане в инфракрасных лучах открыты также яркие точки, которые могут оказаться вершинами гор с водным или углеводородным снегом ["Астрономы Медонской обсерватории...", 2001]. В ноябре 1980 г. вблизи прошла американская станция "Вояджер-1". В 2004 г. планируется прилёт к Титану станции "Кассини" и спуск на него аппарата "Гюйгенс" [Подготовка к изучению Титана, 1996].

Гиперион. Примерно в 24 радиусах планеты, в 27 (?) градусах к орбите планеты. Тёмное тело (не изо льда) неправильной формы (330 х 240 х 200 км). Вращение в стандартном направлении. В резонансе с Титаном (4:3). Открыт Дж.Бондом и У.Бондом, а также независимо У.Ласселом в 1848 г.

Япет. В 59,4 радиуса планеты (в 3 562 000 км), оборот за 79,3 земных суток, в 16 градусах к орбите планеты, диаметром около 1330 км, массой 1/4300 Земли. Открыт Кассини в 1671 г. Изо льда. Вращение в стандартном направлении. Есть указание, что Япет меняет яркость в 10 - 20 раз, так как поверхность с одной стороны ледяная, а с другой - углистая [В странном мире Нептуна, 1989; Тёмная сторона Япета, 2001]. Иногда асимметрию Япета связывают с бомбардировкой пылью от Фебы. Позднее появилась гипотеза, что "виноват" Титан: он накопил на поверхности образующиеся в атмосфере тёмные и красные вещества, а потом метеорит вышиб эти вещества (смесь аморфного углерода, водяного пара и солинов, образующихся из азота и метана под действием молний) на орбиту вокруг Сатурна; Япет же, движущийся вперёд одной и той же стороной, "нагрёб" это вещество на себя [Тёмная сторона Япета, 2001].

Феба. В 215 радиусах планеты (в 12 950 000 км). Диаметр порядка 220 км. Почти шарообразен. Изо льда?
До недавнего времени была единственным известным спутником Сатурна, который вращается в противоположном направлении. Оборот делает за 550 земных суток. Наверное, захваченный астероид. Открыт Пикерингом в 1898 г. [Новые спутники Сатурна, 2001].

S/2000 S1, S2, S3 и S4. Четыре спутника, обнаруженных в августе-сентябре 2000 г. международным коллективом. Орбиты вытянутые. Иррегулярные спутники (захваченные астероиды) [Новые спутники Сатурна, 2001].

Тоже имеются группы, но не такие чёткие, как у Юпитера:
1. 14 ближайших к планете спутников движутся очень кучно (11 на той же орбите, что и ещё какие-то) и в стандартном направлении, все они маленькие или средних размеров;
2. Титан и Гиперион - не очень естественная группа, так как два тела резко отличаются по размеру; движение в стандартном направлении;
3. Япет - резко удалён от других спутников, средних размеров, движение в стандартном направлении;
4. Феба - резко удалена от других спутников, небольшой спутник, движение в противоположном направлении.

С некоторой натяжкой все 4 группы спутников можно поставить в соответствие с 4 группами спутников Юпитера, а также с небесными телами Солнечной системы, как это сделано для Юпитера.

Уран

Уран еле-еле виден на небе простым глазом. Открыт в 1781 г. Вильямом Гершелем (одновременно с первыми двумя спутниками).

Уран отстоит от Солнца на 19,19 а.е. От Солнца до него в среднем - 2 870 990 000 км.

Год на Уране длится 84,02 земного года.

Скорость движения вокруг Солнца - 6,81 км/с. В четыре с лишним раза медленней Земли.

Орбита Урана почти круговая (эксцентриситет - 0,047).

Угол наклона орбиты почти сходен с земным (отличие на 0,8 градуса).

Масса Урана - 14,6 земной массы. Это четвёртая по массе планета Солнечной системы.

Диаметр на экваторе - 3,8 земного. Планета сплюснута не так сильно, как Юпитер и Сатурн: диаметр по экватору - 51 118 км, полярный диаметр - 49 946 км (недавние уточнённые данные). Объём в 64 раза превосходит объём Земли.

Уран тоже во много раз уступает Земле по плотности. Средняя плотность - 1,29 г/см³. Причины этого - изначальный элементный состав (преобладают лёгкие водород и гелий).

Сила тяжести на периферии Урана (в верхней части облачного слоя) составляет всего 0,79 земной, хотя планета почти в 15 раз массивнее Земли. Это происходит из-за удалённости облачного слоя от центра планеты.

Уран, как и другие планеты-гиганты, быстро вращается вокруг своей оси и делает оборот за 10 часов 42 минут.

Ось вращения наклонена к плоскости эклиптики гораздо больше, чем у Земли - на 82 градуса. Или даже на 97,2 градуса, если учитывать знаки магнитного поля. Уран просто лежит на боку! Поэтому на Уране есть смена времён года, хотя до недавнего времени мы не знали никаких её проявлений.

Освещённость Солнцем - 1/400 земной. Это всё равно в 1000 раз больше, чем в лунную ночь.

В атмосфере Урана давно был известен метан.

Температура на верхушках облаков составляет на Уране минус 210 градусов Цельсия (новые уточнённые данные). О температуре твёрдой поверхности говорить не имеет смысла, так как Уран - газовый шар с небольшим твёрдым ядром.

Какие-либо детали на поверхности Урана до недавнего времени были не видны, да и сейчас мы знаем о них мало.

В середине XX века были известны 5 спутников Урана, с 1986 г. - 15.

Новые сведения

24 января 1986 г. Урана достигла станция "Вояджер-2", запущенная ещё в 1977 г. [Встреча "Вояджера-2" с планетой Уран, 1986]. Она прошла в 81 600 км от планеты.

В 1977 г. с Земли вблизи Урана открыты кольца. В 1986 г. они обследованы станцией "Вояджер-2", обнаружено 11 колец и примерно 100 поясов пыли вокруг Урана, а число известных спутников этой планеты достигло 15 [Встреча "Вояджера-2"..., 1986].

Что же касается самого Урана, то он оказался тихим и однообразно облачным, хотя предполагалось, что это столь же штормистая планета, как другие гиганты. Уран холоден и внутри, и снаружи (минус 210 градусов снаружи). Выяснилось, что он отдаёт в Космос удивительно мало тепла от ядерных реакций в своих недрах, так как в далёком прошлом всё отдал из-за нестабильности [Почему Уран холодный, 1995]. Нестабильность, возможно, связана с резкой сменой времён года из-за необычной направленности оси вращения.

На поверхности Урана были отмечены только единичные облачка из кристаллов замёрзшего метана (никаких различно окрашенных облачных поясов, вихрей и т.п.), по которым определена скорость ветра - 300 км/час. Для планет-гигантов это сравнительно низкая скорость. Глубинные атмосферные течения Урана скрыты голубой метановой дымкой. Уран ещё более голубой, чем наша планета.

В атмосфере найдены ацетилен и метан, а основными её составляющими являются водород и гелий в тех же примерно соотношениях, что и у других гигантских планет (и у звёзд) [Купер, Хенбест, 1998]. Водорода - 85%, гелия - 12%, метана - 3% [Вселенная, 1999].

С колец или метеоритных тел в атмосферу непрерывно падает какое-то количество воды [Вода в атмосферах планет-гигантов, 1998].

Хотя смена времён года на Уране очень чёткая (день и ночь на полюсах длятся по 42 года), летние и зимние температура на планете отличаются всего на 2 градуса из-за большой скорости ветра, перемешивающего атмосферу [Встреча "Вояджера-2"..., 1986].

На Уране обнаружено магнитное поле, которое по величине сравнимо с земным. Интересно, что магнитная ось отклонена от оси вращения на 55 градусов (или 60 градусов по другим данным), а у других планет - не более 20 градусов. Кроме того, выяснено, что источник поля находится в 10 000 км от ядра Урана. Видимо, магнитное поле обусловлено не токами в слое расплавленного железа, а токами в слое воды и аммиака (аммиак растворяется в воде и диссоциирует на ионы аммония и гидроксила: NH₃ + H₂O -> NH₄OH -> NH₄⁺ + OH^-).

В центре Урана, исходя из плотности планеты и её магнитного поля, должно находиться ядро из твёрдых веществ (диаметром около 17 000 км и температурой около 7000 градусов Цельсия), над ним - слой сжатых почти до жидкого состояния водяных паров, аммиака и метана, а выше - атмосфера уже описанного состава. Слой металлического водорода отсутствует. Есть предположения, что эти слои должны быть сильно перемешаны, так как уж очень быстро Уран вращается вокруг своей оси [Встреча "Вояджера-2"..., 1986].

На Уране, как и на других планетах-гигантах, бывают полярные сияния и т.п. явления, связанные с наличием магнитного поля.

Недавно разработана математическая модель, подтверждающая возможность возникновения Урана и Нептуна примерно там, где находятся Юпитер и Сатурн. Возникло 4 - 5 протопланетных ядер, но два из них были потом выброшены подальше от Солнца. Возникнуть же в областях, где Уран и Нептун находятся сейчас, они не могли, так как облако пыли и газа было в этом месте разреженным [Как и где родились Уран и Нептун? 2000].

Кольца Урана

Кольца вокруг Урана оказались безусловно самым интересным объектом в системе Урана, так как они даны нам в развитии, они много рассказывают о своей эволюции и вообще об эволюции такого образования как кольца планет-гигантов. Этим кольцам посвящена специальная статья в журнале "В мире науки" [Кузи, Эспозито, 1987].

Кольца Урана были открыты с Земли в 1977 г. во время покрытия Ураном звезды. Звезда, на которую надвигался Уран, должна была исчезнуть за диском планеты хоть и не сразу, так как есть атмосфера, но очень быстро. Звезда же при приближении к диску Урана начала "подмигивать" и менять яркость задолго до диска. Тогда стали пристально наблюдать покрытия Ураном всех и даже слабых звёзд. В результате этого было открыто 9 колец.

"Вояджер-2" открыл ещё кольцо (или даже два, если считать с одним менее чётким объектом). Этой станцией были определены также ширина и другие параметры всех колец.

Обнаружены были также примерно 100 поясов пыли, которые располагались примерно там же, где и настоящие кольца (они видны на единственном снимке с длительной экспозицией, который сделан на просвет против Солнца).

У колец Урана оказались следующие особенности:
1. не все кольца круговые, некоторые имеют форму эллипса;
2. все кольца тёмные, как уголь (таковы же и 10 спутников Урана);
3. все кольца узкие (от 2 до 100 км, а не 60 000 км, как у Сатурна);
4. ширина колец разная в разных местах (эллиптические кольца менее широки ближе к Урану);
5. имеются разомкнутые кольца (в какой-то части орбиты нет частиц).

Самое внешнее из колец (эпсилон-кольцо) обладает рядом специфических черт. Во-первых, оно самое яркое. Во-вторых, это кольцо с двух сторон (с внутренней и внешней) ограничено спутниками-"пастухами", которых нет у остальных колец, или же они крайне малы и не зафиксированы. Спутники удерживают частицы кольца за счёт резонанса (кратности периодов обращения этих спутников и частиц кольца). Это кольцо эллиптическое, не круговое. Вблизи Урана оно имеет ширину 20 км и непрозрачное, вдали - 96 км и прозрачное, разреженное.

Предполагается, что система Урана очень многочленна, и есть около миллиона мелких спутников, которые по размеру промежуточны между известными спутниками и частицами колец.

По-видимому, кольца Урана - это не длительно живущие образования, а фрагмент истории спутников. Кольца рассеиваются и вновь возникают при столкновении спутников. Жить долго кольца не могут, так как атмосфера Урана простирается до колец, и частицы должны тормозить и падать на планету.

Спутники Урана

Спутникам Урана посвящена специальная статья в журнале "В мире науки" [Джонсон и др., 1987].

Все 15 до недавнего времени известных спутников Урана имеют ледяную поверхность, но, тем не менее, они темнее и содержат больше скальных пород, чем спутники Сатурна, то есть это не ледяные глыбы.

Позднее были известны 17 спутников, но последние два почти не изучены [Сурдин, 1998в]. Потом сообщалось о 21 спутнике, но один из них вскоре был "разжалован" [Уран лишился одного спутника, 2002].

5 спутников были известны давно. Они значительно крупнее остальных и вращаются дальше от планеты, подчиняясь принципам Боде и другим принципам построения Солнечной системы: каждый следующий примерно в полтора раза дальше предыдущего, размеры по мере удаления сначала возрастают, а потом падают (верно только для последней пары спутников). Все эти спутники в несколько раз меньше Луны (по диаметру в 2-5), но всё-таки это значительные небесные тела. Примерно такая же закономерность в относительных размерах характерна для четырёх крупных спутников Юпитера.

Ещё 10 спутников открыты сравнительно недавно. Они вращаются ближе к планете и гораздо меньше предыдущих. Один из них (самый внешний) имеет диаметр порядка 160 км, а остальные девять - 40 - 80 км. Два ближних к планете спутника "стерегут" внешнее кольцо, а остальные обращаются вне пояса колец. Принципы Боде и т.п. принципы на них не распространяются, если не принимать во внимание, что они, в целом, не велики и близки к планете, как планеты земной группы в сравнении с планетами-гигантами. В остальном же они другие (часть из них "бегает" вокруг планеты почти "кучей", относительные размеры ближних и более далёких не подчиняются каким-либо правилам).

Не исключено, что у Урана есть и более далёкие спутники, которые аналогичны группам далёких спутников Юпитера и Сатурна, но они малы по размеру и потому пока не открыты...

Стоп! Предыдущая фраза уже устарела, так как совсем недавно открыты два дальних спутника. Пока пишется работа, и эта фраза может устареть. Их будет уже не два... А 5 - 6!

Корделия. Примерно в 1,8 радиуса планеты от её центра, в 98 градусах к орбите планеты, диаметром порядка 30 км. Открыт "Вояджером-2" в 1986 г., как и все остальные мелкие спутники Урана. Движение по орбите в обратном направлении, как и вращение Урана вокруг оси. Самый близкий к Урану спутник и единственный, который вращается внутри пояса колец. Внутренний "пастух" внешнего кольца, самого большого и яркого.

Офелия. В 2,1 радиуса планеты, в 98 градусах к орбите планеты, диаметром порядка 30 км. Движение по орбите в обратном направлении, как и вращение Урана вокруг оси. Внешний "пастух" внешнего кольца.

Бьянка (Бианка). В 2,3 радиуса планеты, в 98 градусах к орбите планеты, диаметром порядка 40 км.

Крессида. В 2,4 радиуса планеты, в 98 градусах к орбите планеты, диаметром порядка 70 км.

Дездемона. В 2,45 радиуса планеты, в 98 градусах к орбите планеты, диаметром порядка 60 км.

Джульетта. В 2,5 радиуса планеты, в 98 градусах к орбите планеты, диаметром порядка 80 км.

Порция. В 2,6 радиуса планеты, в 98 градусах к орбите планеты, диаметром порядка 110 км.

Розалинда. В 2,7 радиуса планеты, в 98 градусах к орбите планеты, диаметром порядка 60 км.

Белинда. В 2,8 радиуса планеты, в 98 градусах к орбите планеты, диаметром порядка 70 км.

Пук (Пэк). В 3,3 радиуса планеты, в 98 градусах к орбите планеты, диаметром около 150 км. Последний из группы мелких спутников (самый крупный в этой группе), последний из скученно кружащихся спутников и первый, начиная с которого соблюдаются принципы Боде и т.п.

Миранда. Самый близкий к планете крупный и давно известный спутник. В 5,1 радиуса планеты от её центра (в 130 000 км от поверхности планеты), оборот за 1,4 земных суток, в 98 градусах к орбите планеты, диаметром 472 км (недавние данные). Открыт Койпером (Квипером) в 1948 г. Движение обратное, совпадающее с направлением вращения Урана, как и у всех его спутников. Относительно светлый спутник. Нагромождение гигантских скал и кратеров. Ущелья в 10 раз глубже Большого Каньона на Земле. Видимо, Миранда когда-то разлетелась от столкновения, а потом осколки вновь соединились под действием взаимного притяжения. Видны "швы" на границах блоков [Купер, Хенбест, 1998]. Есть отвесный обрыв высотой 15 км [Энциклопедия для детей, том 8, 1997]. Кратеров на Миранде относительно мало [Океан..., 1987].

Ариэль. В 7,5 радиусах планеты (в 192 000 км), оборот за 2,5 земных суток, в 98 градусах к орбите планеты, диаметром, как считали, около 800 км (по последним данным - 1158 км). Открыт Ласселем в 1851 г. Движение обратное (как и вращение Урана). Самый светлый из спутников Урана (отражает 40% света). Покрыт сетью расщелин глубиной до 30 км, но метеоритных кратеров меньше, чем на следующем спутнике. Видно, что форма и размер кратеров менялись при извержении вулканов (потому кратеров и меньше - разрушены). Большие метеоритные кратеры почти отсутствуют.

Умбриэль. В 10,5 радиуса планеты (в 267 000 км), оборот за 4,1 земных суток, в 98 градусах к орбите планеты, диаметром 1169 км (недавние данные). Открыт Ласселем в 1851 г. Движение обратное (как и вращение Урана). Самый тёмный из больших спутников Урана (отражает только 19% света). Много метеоритных кратеров, и отсутствуют следы недавней вулканической и т.п. активности. Кратер Вунда диаметром 110 км окружён светлым кольцом.

Титания. В 17,2 радиуса планеты (в 439 000 км), оборот за 8,7 земных суток, в 98 градусах к орбите планеты, диаметром около 1600 км (по последним данным - 1578 км). Открыта Гершелем в 1787 г. Движение в обратном направлении (как и вращение Урана). Самый большой спутник Урана, но по диаметру всё-таки в 2 раза уступает Луне. Много метеоритных кратеров. Есть сеть тектонических разломов и признаки древнего вулканизма.

Оберон. В 23,0 радиусах планеты (в 587 000 км), оборот за 13,5 земных суток, в 98 градусах к орбите планеты, диаметром около 1450 км. Открыт Гершелем в 1787 г. Движение в обратном направлении (как и вращение Урана). Второй по величине спутник Урана, по диаметру примерно в 2 раза уступает Луне. Обладает ледяной и сильно кратерированной поверхностью без признаков геологической активности (трещин, вулканов).

Спутник S/1997 U2 (Сикоракса). Открыт в начале сентября 1997 г. с помощью пятиметрового телескопа Паломарской обсерватории в США. Названия этого и следующего спутников придуманы только что - Сикоракса (из "Бури" Шекспира) [Калибан и Сикоракса..., 1999]. Большая полуось орбиты имеет радиус в 253 радиуса Урана (6 470 000 км), оборот совершается за 495 земных суток, орбита наклонена на 153 градуса к эклиптике [Сурдин, 1998б]. Звёздная величина - 20,4 [Калибан и Сикоракса ..., 1999]. Предполагаемый радиус - 60 км. Типичный "неправильный" далёкий спутник планеты-гиганта с вытянутой орбитой, который из-за солнечной гравитации тяготеет углом наклона орбиты не к экватору планеты, а к плоскости её орбиты [Сурдин, 1998в].

Спутник S/1997 U1 (Калибан). Тоже открыт в начале сентября 1997 г. с помощью того же телескопа. Большая полуось орбиты имеет радиус в 305 радиусов Урана (7 800 000 км), оборот совершается за 654 земных суток, орбита наклонена на 146 градусов к эклиптике. Звёздная величина - 21,9. Предполагаемый радиус - 30 км. Такой же типичный "неправильный" далёкий спутник планеты-гиганта [Сурдин, 1998; Калибан и Сикоракса..., 1999].

Нептун

Нептун не виден простым глазом и открыт Галле в 1846 г. в точке, вычисленной Леверье и Адамсом (Нептун своим притяжением "возмущал", то есть слегка изменял орбиту Урана, что и помогло выяснить его местоположение на небе). Интересно, что Нептун зарисован Галилеем на фоне спутников Юпитера, но принят за звезду, а то бы он был открыт значительно раньше [Сурдин, 1998г]. Нептун отстоит от Солнца на 30,07 а.е., или в среднем - 4 494 100 000 км. Свет доходит до этой планеты более чем через 4 часа.

Год на Нептуне длится 164,79 земного года.

Скорость движения вокруг Солнца - 5,43 км/с. В пять с лишним раз медленней Земли.

Орбита Нептуна почти круговая (эксцентриситет - 0,009).

Угол наклона орбиты почти сходен с земным (отличие на 1,8 градуса).

Масса Нептуна - 17,14 земной массы. Это третья по массе планета Солнечной системы.

Диаметр на экваторе - 3,6 земного. Планета почти не сплюснута: диаметр по экватору - 48 528 км, полярный диаметр - 48 600 км (недавние уточнённые данные). Объём в 60 раз превосходит объём Земли.

Нептун тоже во много раз уступает Земле по плотности. Средняя плотность - 1,64 г/см³. Причины этого - изначальный элементный состав (преобладают лёгкие водород и гелий). Тем не менее, это самая плотная планета из планет-гигантов.

Сила тяжести на периферии Нептуна (в верхней части облачного слоя) составляет всего 1,12 земной, хотя планета в 17 раз массивнее Земли. Это происходит из-за удалённости облачного слоя от центра планеты.

Нептун, вращается вокруг своей оси быстрее Земли и делает оборот за 16 часов 7 минут (по другим новым данным - за 16 часов 3 минуты, но не за 17 часов, как думали ещё недавно).

Ось вращения наклонена к плоскости эклиптики лишь чуть больше, чем у Земли. Поэтому на Нептуне есть смена времён года, хотя до недавнего времени мы не знали никаких её проявлений.

Освещённость Солнцем - 1/900 земной.

Атмосфера сплошь облачная. В атмосфере Нептуна давно известен метан. Аммиак не может присутствовать в газообразном состоянии (холодно). Нептун - самая голубая планета Солнечной системы, так как метан поглощает красные лучи.

Температура на верхушках облаков составляет на Нептуне минус 210 градусов Цельсия (новые уточнённые данные). О температуре твёрдой поверхности говорить не имеет смысла, так как Нептун - газовый шар с небольшим твёрдым ядром.

Какие-либо детали на поверхности Нептуна до недавнего времени были не видны, но сейчас мы знаем об облачном слое Нептуна много удивительного (см. ниже).

В середине века были известны 2 спутника Нептуна, с 1989 г. - 8.

Новые сведения

24 августа 1989 г. окрестностей Нептуна достигла станция "Вояджер-2", запущенная ещё в 1977 г. и уже прошедшая мимо трёх других планет-гигантов. На изучение Урана и Нептуна станция была перепрограммирована в полёте после успешного завершения программы исследования Юпитера и Сатурна. Она прошла вблизи планеты и её спутника Тритона. Открыты кольца, 6 спутников, магнитное поле, атмосферные образования. Полёты к планетам-гигантам обошлись каждому американцу всего в 2,4 доллара. Новым данным по Нептуну, его кольцам и его спутникам посвящена специальная статья [Киношита, 1989].

Магнитная ось Нептуна отклонена на 47 градусов от оси вращения планеты.

У планеты имеются небольшое твёрдое силикатное ядро диаметром 14 000 км, покрытое смесью жидкостей и газов (вода, аммиак, метан), а также атмосфера из водорода и гелия с примесью метана. Водород и гелий присутствуют в обычных для нашей Вселенной соотношениях.

С колец или метеоритных тел в атмосферу непрерывно падает какое-то количество воды [Вода в атмосферах планет-гигантов, 1998].

В смысле "погоды" Нептун - это полная противоположность тихому Урану. Ураганные ветры непрерывно дуют в направлении, противоположном вращению планеты, то есть на запад. Скорость ветра - около 2000 км/час [Вселенная, 1999]. Имеются многочисленные облака и другие атмосферные образования, причём некоторые из них "ведут себя" крайне нестандартно.

Большое тёмное пятно - это вихрь размером с Земной шар, антициклон. Газы и увлекаемые ими облака (то есть жидкость в виде мельчайших капель) крутятся в этом вихре с большой скоростью. На краю вихря расположены белые облака. Вещество вихря делает оборот за 16 земных суток. Кроме того, весь этот вихрь, как единое целое, увлекается западным ветром на запад со скоростью 300 м/с, или 1100 км/час. На Земле такая скорость ветра достигается только внутри смерча, причём лишь в моменты столкновения смерча со значительными предметами, а в свободно крутящемся смерче скорость ветра составляет всего 100 м/с [Кушин, 1988]. В общем, скорость движения Большого тёмного пятна столь велика, что соизмерима со скоростью вращения планеты. Планета делает оборот вокруг оси примерно за 16 часов, а вихрь, как можно понять из анализа имеющихся источников, успевает продвинуться на запад так, что планете нужно ещё 2 часа, чтоб "нагнать" его. Отсюда и берётся не вполне понятная фраза в некоторых литературных источниках, что пятно вращается вокруг планеты обратно её вращению и делает оборот за 18 часов [Киношита, 1989]. Есть указания [Купер, Хенбест, 1998], что скорость ветра, огибающего пятно в западном направлении, достигает 2000 км/час. Нигде в Солнечной системе зональные ветры не дуют с такой большой скоростью!

Малое тёмное пятно - тоже вихрь, но крутящийся противоположно вращению Большого тёмного пятна. В центре - восходящий поток, вокруг - опускающийся. Малое тёмное пятно, как единое целое, тоже увлекается ветром на запад [Купер, Хенбест, 1998]. Есть также указание, что это пятно вращается вместе с планетой [Киношита, 1989].

Скутер - скопление перистых облаков, огибающее Нептун за 16,8 часов. То есть скутер, повинуясь западному ветру, тоже движется на запад и отстаёт от вращения планеты, но не так сильно, как два предыдущих образования. Дело в том, что Скутер глубже погружён в атмосферу, а она на такой глубине движется относительно остальной планеты чуть медленнее (чем глубже, тем вообще медленней, и на какой-то глубине - вместе с ядром и остальной планетой). Форма Скутера постоянно меняется (то округлое, то квадратное, то треугольное образование).

Пятна на Нептуне, по-видимому, не являются такими стабильными образованиями, как знаменитое Красное пятно на Юпитере. В 1994 г. Х.Б.Хаммел и У.Локвуд стали изучать эти пятна с помощью Космического телескопа имени Хаббла и выяснилось, что Большое тёмное пятно в Южном полушарии исчезло, зато в Северном полушарии возникло новое тёмное пятно не менее первого [Странности пятен Нептуна, 1997].

На Нептуне вблизи ураганов наблюдались серебристые облака. Возможно, это выбросы вверх метана, который на больших высотах переходит в твёрдое состояние (замерзает) [Киношита, 1989].

Наблюдалось также полярное сияние.

Кольца Нептуна

Что-то подобное кольцам вблизи Нептуна видели и с Земли, но облик этих образований казался не вполне типичным, и потому сомнения разрешились только после полёта станции "Вояджер-2". Тогда (в 1989 г.) были открыты 4 самых настоящих кольца толщиной 10-20 км - 2 широких и 2 узких. При пересечении плоскости колец "Вояджер-2" до 300 раз в минуту сталкивался с пылинками колец.

Кольцо А - ближайшее к планете и самое широкое (11 000 км). Внутри него движется спутник Наяда, а по внешнему краю - спутник Талласа (по сути - "пастух"). В кольце имеются сгустки частиц, причём природа этих сгустков не ясна (теоретически частицы должны были равномерно распределиться по всему кольцу). Есть предположение, что эти сгустки - вихри, связанные с движением спутника Галатеи, собственными ритмами и более близким к планете сплошным кольцом. Эти объекты стали называться эпитонами.

Кольцо С - следующее по удалённости от планеты и очень узкое, но сильно концентрированное и потому яркое, хотя состоит из тёмных частиц. Изнутри это кольцо "пасёт" спутник Деспойна, а внешнего "пастуха" нет, и это кольцо непосредственно или почти непосредственно примыкает к широкому кольцу B.

Кольцо В - широкое (5500 км) и примыкает изнутри к кольцу С. Снаружи оно "пасётся" спутником Галатея. В этом кольце выявлены три чёткие сгустка частиц. Именно эти сгустки не дали возможности однозначно признать наличие у Нептуна колец во время наблюдения с Земли (казались спутниками). Природа сгустков, как уже говорилось, не ясна.

Кольцо D - узкое, яркое (концентрированное), из тёмных частиц и отделено от предыдущих колец широким просветом, в котором движется спутник Галатея (внутренний "пастух").

Спутники Нептуна

Первые 6 спутников открыты "Вояджером-2" в 1989 г.

Наяда. Примерно в 1,8 радиуса планеты. Внутри самого близкого к планете широкого кольца A. Движется в экваториальной плоскости планеты. Диаметр - 150 км (по другим данным - 50 км). Остаток расколовшегося большого спутника?

Таласса. Примерно в 2 радиусах планеты. На внешнем краю широкого кольца А, "пастух" этого кольца. Движется в экваториальной плоскости планеты. Диаметр порядка 80 км. Остаток расколовшегося большого спутника?

Деспойна (Деспина). Примерно в 2,1 радиуса планеты. В широком просвете между широким кольцом А и узким кольцом С, внутренний "пастух" этого последнего кольца. Движется в экваториальной плоскости планеты. Диаметр - 180 км. Остаток расколовшегося большого спутника?

Галатея. Примерно в 2,5 радиуса планеты. В широком просвете между широким кольцом В и узким кольцом D, внутренний "пастух" этого кольца. В экваториальной плоскости планеты. Диаметр порядка 150 км. Остаток расколовшегося большого спутника?

Ларисса. Примерно в 3 радиусах планеты. Первый спутник, находящийся вне пояса колец Нептуна, и последний спутник, орбита которого близка к "сгустку" внутрикольцевых спутников. В экваториальной плоскости планеты. Впервые наблюдалась с Земли в 1981 г., но была принята за часть колец. Диаметр порядка 190 км.

Протей. Примерно в 4,7 радиуса планеты. В экваториальной плоскости планеты. Самый большой из недавно открытых спутников Нептуна. Диаметр - 400 км. Покрыт метеоритными кратерами, и диаметр одного из них составляет почти половину диаметра Протея.

Тритон. В 12,9 радиуса планеты от её центра (в 354 800 км от поверхности планеты), оборот за 5,9 земных суток, в 140 градусах к орбите планеты, в 20 градусах к экваториальной плоскости планеты, диаметром, как считали, около 3775 км (по последним данным - 2700 км), массой 1/46 массы Земли (?). Открыт астрономом-любителем Ласселем в 1846 г. Движение обратное вращению планеты (единственный крупный спутник в Солнечной системе с таким вращением). По-видимому, захвачен Нептуном, а не возник вместе с ним (впрочем недавно появилась и другая гипотеза - см. ниже). Самый большой из спутников Нептуна, считался размером с Луну, но оказалось, что несколько уступает ей по размеру. "Вояджер-2" прошёл в 40 000 км от Тритона и передал на Землю чёткие его фотоснимки. Тритон - это самое холодное из изученных тело Солнечной системы, температура поверхности - минус 235 градусов [Купер, Хенбест, 1998] или минус 236 [Киношита, 1989]. Имеются смена времён года и полярные шапки из замёрзшего метана и азота, а также, возможно, из других органических соединений, близких к метану. "Снег" из этих соединений имеет розоватый оттенок. Местами на юге наблюдались проталины. Есть, по-видимому, замёрзшие "озёра" из воды [Киношита, 1989]. Высказывались даже предположения, что на Тритоне в принципе могут быть моря и озёра из жидкого азота [В странном мире Нептуна, 1989]. Атмосфера разреженная, но всё равно это один из двух спутников в Солнечной системе, где есть постоянная атмосфера. Зарегистрированы полярные сияния [Киношита, 1989]. Поверхность покрыта трещинами. В южном полушарии имеются чёрные полосы - следы недавней вулканической деятельности. Есть и ныне действующие вулканы (гейзеры) - из трещин извергается смесь парообразного азота и пыли. Она поднимается на высоту до 8 - 10 км и оседает полосами (по направлению ветра). Источник вулканической деятельности - парниковый эффект в прозрачном азотном льду под воздействием солнечного света весной, а весна длится 40 земных лет. Причину обратного движения Тритона иногда видят в следующем. Компьютерное моделирование показало, что чем дольше идёт образование спутниковой системы, тем больше захватывается обратных частиц. Чем дальше планета от Солнца, тем дольше она формируется. Система Нептуна возникала так долго, что обратно движущееся вещество воспреобладало и породило Тритон [В странном мире Нептуна, 1989]. Атмосфера Тритона меняет состав в зависимости от времени года, который длится 165 земных лет. Меняются концентрации азота и метана в связи с плавными, но очень большими изменениями температуры [На Тритоне - тоже потепление, 1999]. Летом и осенью 1998 г. Солнце стояло в зените над южным полюсом, и азот стал быстро испаряться. Атмосфера увеличила объём за 10 лет в 2 раза [На Тритоне сейчас - лето, 1999]. Кроме того, зарегистрированы быстрые события, которые, вероятно, связаны с геологическими причинами: в 1977 г. был замечен аномально красный цвет атмосферы. Наверное, из недр Тритона были выброшены красные тёмные породы. Это привело к изменению отражательной способности небесного тела, и произошло глобальное потепление: с 1989 г. к 1997 г. средняя температура выросла на 2 градуса Кельвина [На Тритоне - тоже потепление, 1999].

Нереида. Примерно в 225 радиусах планеты от её центра (в 5 570 000 км от поверхности планеты), оборот за 359,4 земных суток, в 6 с половиной градусах к орбите планеты, в 30 градусах к экваториальной плоскости планеты, диаметром, как считали, около 300 км (по последним данным - 340 км). Открыта Койпером в 1949 г. Движение совпадает с направлением вращения планеты [Киношита, 1989]. Орбита сильно вытянутая (от 1,4 до 9,7 млн. км от планеты, эксцентриситет - 0,75). Яркость меняется в четыре раза, что связано либо с неправильной формой, либо с сильной пятнистостью [В странном мире Нептуна, 1989]. Есть недавние указания, что диаметр Нереиды составляет 600 км. Захваченное Нептуном небесное тело.

У Нептуна можно различить примерно те же группы спутников, что и у других планет-гигантов (особенно, если считать, что какие-то из спутников пока не открыты):
1. группа "кучно живущих" маленьких внутренних спутников (сходны с планетами земной группы, так как для внешних из этой группы соблюдается правило Боде, но отличаются "кучностью" самых близких к планете спутников);
2. Тритон - крупный спутник; был бы аналогичен планетам-гигантам, если бы двигался в стандартном направлении;
3. Нереида - аналогична группировкам дальних, но не самых дальних спутников Юпитера и Сатурна, так как вращается в стандартном направлении (впрочем, на таком расстоянии от планеты направление движения может быть случайным, и тогда Нереиду можно считать аналогом и самых дальних спутников Юпитера и Сатурна).

Плутон

Поиск Плутона начат Ловеллом, когда выяснилось, что особенности движения Урана нельзя объяснить только тяготением Нептуна. Открыт Плутон через 12 лет после смерти Ловелла в 1930 г. Клайдом Томбо, сотрудником обсерватории Ловелла.

Плутон отстоит от Солнца в среднем на 39,5 а.е., или в среднем на 5 905 000 000 км (по последним данным - на 5 913 520 000 км), то есть он почти в сорок раз дальше от Солнца, чем Земля. Свет от Солнца доходит до него в среднем за 5 с половиной часов.

Исходя из практического отсутствия атмосферы и удалённости от Солнца, можно предположить, что температура поверхности Плутона составляет в среднем минус 220 градусов Цельсия. Это царство полного холода, хотя далеко не полного мрака, так как Солнце сверкает на этой планеты в виде очень яркой звезды. Ярче, чем у нас ночью светит Луна.

Год на Плутоне длится 247,7 земного года (по новым уточнённым данным - 248,54). Плутон находится в резонансе 2:3 к Нептуну.

Средняя скорость движения вокруг Солнца - 4,74 км/с. В шесть с лишним раз медленней Земли.

Орбита Плутона заметно эллиптическая (эксцентриситет - 0,25). Это самая вытянутая орбита большой планеты в Солнечной системе. В течение 20 земных лет на каждом витке вокруг Солнца Плутон движется внутри орбиты Нептуна, то есть не является самой далёкой планетой Солнечной системы (в частности, с 1979 по 1999 годы). Это оптимальное время для изучения Плутона. Такие пересечения орбит для других больших планет не характерны.

Угол наклона орбиты резко отличен от угла наклона земной орбиты (отличие на 17,1 градуса). По сути Плутон находится вне плоскости остальной Солнечной системы.

Масса Плутона, как считали раньше, чуть меньше земной массы, но это представление теперь отброшено.

Диаметр Плутона считался примерно равным диаметру Земли, но эти представления оказались ошибочными.

Освещённость Солнцем - 1/1600 земной.

Период обращения вокруг оси считался равным 6 суткам и 9 часам, причём такое представление сейчас подтверждено. Период определялся по регулярным изменениям яркости планеты, так как какие-либо детали на поверхности Плутона до сих пор не видны. Даже в самый сильный телескоп Плутон выглядит звездой (диск не виден).

Яркость Плутона из-за его вращения вокруг оси меняется на 30%, что говорит о резко различном цвете планеты в разных местах [Тень Харона, 1985].

Спутники не были известны.

Новые сведения

Новые данные о Плутоне и его спутнике Хароне рассматриваются в статье Ричарда Бинцеля [1990]. Все они получены с Земли или из окрестностей Земли (инфракрасный спутник "IRAS" и оптический телескоп "Хаббл").

Диаметр Плутона, как недавно выяснилось, составляет всего 2300 км. Значит, он отнюдь не равен Земле, а уступает ей по диаметру в пять с половиной раз, по объёму - в 174 раза! По диаметру он даже меньше Луны - в полтора раза. И всё-таки Плутон в два с половиной раза превосходит по этому показателю самый крупный астероид Цереру и по праву принадлежит к числу больших планет Солнечной системы. Недавние предложения ряда астрономов объявить Плутон астероидом и присвоить ему номер не были одобрены большинством учёных [Плутон "разжаловать" не удалось, 1999].

Масса Плутона составляет 0,0022 земной, то есть он "легче" Земли примерно в 450 - 500 раз [Купер, Хенбест, 1998], по другим данным - в 350 раз [Бинцель, 1990]. Масса Плутона была уточнена после того, как был открыт его спутник Харон и движение Харона было подробно изучено.

Отсюда средняя плотность этой планеты составляет 2,03 г/см³. Исходя из массы и объёма Плутона легко определяется сила тяжести на его поверхности - 0,04 земной.

Так как Плутон значительно плотнее планет-гигантов, можно предположить, что у него есть большое по объёму каменистое ядро (но всё-таки не металлическое). Сверху ядро покрыто ледяной мантией, а в самом верхнем слое этой мантии много замёрзшего метана. Из-за него поверхность Плутона выглядит слегка красноватой, и отражательная способность этой поверхности в 7 раз выше лунной [Бинцель, 1990]. Позднее было показано наличие на поверхности замёрзших метана, угарного газа и азота [Плутон и Харон, 2001].

Обычно у Плутона практически нет атмосферы (вымерзла), но, когда он подходит чуть ближе к Солнцу (пересекает орбиту Нептуна), метан частично испаряется, образуя разреженную газовую оболочку. Можно предположить также присутствие в атмосфере азота. Потом атмосфера вновь вымерзает, и поверхность планеты покрывается свежим метановым льдом, из-за чего выглядит такой светлой. Атмосфера открыта в 1988 г. во время покрытия звезды, которая гасла постепенно, т.е. методом Ломоносова [Плутон обладает атмосферой, 1989]. Атмосфера разреженная и соответствует 10-метровому слою воздуха [Изучается Плутон, 1988].

Яркость планеты чуть выше у полюсов. Это означает, что есть полярные шапки из замёрзшего метана. Шапки - свежее выпадение из атмосферы, и поэтому они светлее [Полярные шапки на Плутоне, 1989]. Шапки уменьшаются при приближении Плутона к Солнцу.

На экваторе Плутона - 59, на полюсах - 54 градуса по Кельвину [Изучается Плутон, 1988].

Ось Плутона наклонена к плоскости орбиты на 57,5 градусов, что означает наличие смены времён года. Плутон лежит на орбите почти боком, как Уран.

Плутон вращается вокруг своей оси в сторону, противоположную вращению большинства других планет.

Недавно у Плутона открыт огромный спутник Харон, который вращается близко от планеты и часто вызывает на ней солнечные затмения. Плутон и Харон повёрнуты друг другу всегда одной и той же стороной. Когда Плутон и Харон покрывают один другой, их суммарная яркость падает на 2-4% [Существование Харона подтверждено, 1985].

Какие-либо детали на поверхности планеты до сих пор не видны, но изучая яркость Плутона и Харона во время затмений, удалось составить схему яркости разных участков планеты. Так мы узнали, что на поверхности Плутона есть большие тёмные пятна (вероятнее всего, заливавшиеся лавой участки) и уже упоминавшиеся полярные шапки. Должны быть также метеоритные кратеры.

Обычно Плутон считают "убежавшим" спутником Нептуна (пересекает его орбиту, очень мал, вне плоскости остальной Солнечной системы и т.п.), но недавно высказывалось мнение, что он самостоятелен изначально, так как в его составе больше каменистых веществ и вообще он не похож на "коренные" спутники соседних планет, а более похож на захваченный Нептуном Тритон [Бинцель, 1990]. Вероятно, в этом случае Плутон можно рассматривать как тело, которое промежуточно между "истинными" большими планетами и телами пояса Койпера (см. ниже).

Харон - спутник Плутона

Харон открыт американским исследователем Джимом Кристи в 1978 г. при изучении снимков Плутона, сделанных при помощи земных телескопов. На этих снимках Плутон и Харон из-за дрожания земной атмосферы видны слитно (в общем сиянии), но Плутон имеет как бы грушевидную форму. Регулярные повторения этой "грушевидности" послужили доказательством наличия спутника. Чуть позднее космический телескоп "Хаббл" сумел расчленить "грушу" на два чётко различимых небесных тела.

В период максимального сближения Плутона с Солнцем (а, значит, и с Землёй) Харон, благодаря специфике своей орбиты, периодически был виден на фоне диска Плутона и периодически "прятался" за Плутон. Кроме того, эти два небесных тела периодически "затмевали" друг друга своими тенями. Это меняло их суммарную яркость. Яркость менялась также от того, каким участком - более светлым или менее светлым - тела поворачивались к Земле. Астрономам удалось расшифровать все эти периодические изменения яркости и узнать много сведений об этой двойной планете.

Харон, как выяснилось, имеет диаметр 1190 км, что несколько превышает половину диаметра Плутона. В Солнечной системе сейчас не известна другая пара планета-спутник, в которой два небесных тела были бы столь близки друг к другу по размеру и массе. На долю Плутона приходится 88%, а на долю Харона - 12% общей массы системы. Раньше самой двойной планетой считалась система Земля-Луна, а теперь первенство перешло к паре Плутон-Харон. Центр масс системы Плутон-Харон находится вне Плутона в 1200 км от его поверхности, и поэтому можно сказать, что оба члена двойной планеты вращаются вокруг общего центра масс, а не Харон вокруг Плутона. О паре Земля-Луна этого всё-таки сказать нельзя, так как центр масс расположен внутри Земли.

Харон и Плутон, как уже говорилось, всегда повёрнуты друг к другу одной и той же стороной, то есть день и месяц на Плутоне и Хароне длятся одно и то же время - 6 земных суток и 9 часов. Харон висит в плутоновом небе неподвижно и никогда не виден с одного из полушарий.

Плоскость орбиты Харона соответствует экваториальной плоскости Плутона (Харон "парит" над одной из точек экватора Плутона). Обе названные плоскости образуют угол 57,5 градуса к плоскости орбиты Плутона.

Харон находится в 19 640 км от Плутона, то есть примерно в 17 радиусах Плутона.

Предполагалось, что Харон покрыт льдом, не содержащим метана или содержащим лишь малые его количества, так как метановый лёд во время сближения системы с Солнцем должен был бы испариться и из-за своей лёгкости в виде газа покинуть Харон. Поверхность выглядит сероватой. Возможно, метан с Харона перетянут Плутоном [Бинцель, 1990]. В 1999 г. на основании изучения спектра доказано, что Харон покрыт водным льдом с присутствием аммиачного льда, т.е. резко отличается от Плутона [Плутон и Харон..., 2001].

На фотографиях, полученных с помощью космического телескопа "Хаббл", вблизи Плутона и Харона видна "дымка". Такой "дымкой" окружены оба члена двойной планеты, она образует еле заметную перемычку между ними и в виде тора распределена вдоль орбиты Харона [Купер, Хенбест, 1998]. Не исключено, что истечение газов с Харона продолжается и сейчас. Газ рассредоточивается вдоль орбиты Харона и течёт к Плутону. Есть также предположение, что метан течёт от Плутона к Харону, временно удерживается Хароном, а потом покидает его.

Харон и Плутон, согласно некоторым источникам [Купер, Хенбест, 1998], обладают сходной плотностью, и можно предположить, что их внутреннее строение тоже сходно, то есть у Харона тоже есть каменистое ядро и ледяная мантия. Есть, однако, указания, что плотность Харона лишь в 1,4 раза превышает плотность воды (а не в 2,1 раза, как плотность Плутона) [Харон оказался "снежком", 1993]. Если это так, то Харон - это лёд с некоторым количеством камней, то есть Харон похож на спутники соседних планет-гигантов. Высказывалось предположение, что Харон и Плутон когда-то столкнулись, и часть льда с Плутона упала на Харон.

Поверхность Харона представляется покрытой метеоритными кратерами, но достоверных сведений о рельефе этого далёкого небесного тела, разумеется, нет.

Трансплутоновые планеты (Пояс Койпера)

Открытие у Плутона его спутника позволило уточнить массу Плутона и определить суммарную массу системы Плутон-Харон. Она оказалась 1/400 частью массы Земли, и объяснять влиянием этой массы все аномалии движения Нептуна оказалось невозможно. Усилились поиски трансплутоновых планет.

В результате этого в начале 1990-х годов с разницей в один год были открыты две малые планеты с диаметрами порядка нескольких сотен километров, то есть тела, соразмерные крупным астероидам. Первое такое тело обнаружили в конце 1992 г. Д.Джюит и Дж.Луу из Гонолулу. Разумеется, это не объяснило особенности движения Нептуна, но был открыт второй пояс малых планет - пояс Койпера (назван в честь одного из двух его предсказателей). Он расположен за орбитой Плутона и, возможно, является поставщиком спутников для внешних планет-гигантов (Уран, Нептун). Считается, что этот пояс довольно широк, но всё-таки в облако Оорта, начинённое зародышами комет, переходит не постепенно. Удалённость пояса Койпера от Солнца составляет примерно 50 - 100 а.е., а облако Оорта начинается на расстоянии порядка десятков тысяч а.е. [Минипланета нового класса, 1998]. Приводились и несколько другие параметры для пояса Койпера: 30 - 130 а.е., но разница не принципиальна [Новый транснептунианский..., 1995; Минипланета нового класса, 1998].

Со вторым поясом малых планет произошло то же, что и с первым: число открытых тел лавинообразно растёт. Уже известно 40 объектов с предполагаемым диаметром от 100 до 200 км. Открыто также тело диаметром 300 км, на поверхности которого по данным недавно построенного самого большого в мире Оптического телескопа им. У.М.Кека (Гавайские острова, CША) лежат замёрзшие углеводороды: метан, этан, этилен или ацетилен, есть и более сложные молекулы [Объект 1993 SC из пояса Койпера, 1998]. Эти углеводороды узнаются по необычайно красноватому цвету небесных тел [Новый транснептунианский объект 1994 TG2, 1995]. Слой замёрзшего метана есть также на Плутоне и Тритоне, что говорит об их родстве с малыми планетами второго пояса.

С каждым годом возрастает также размер самого большого тела, известного в поясе Койпера. "Увеличивается" и удалённость от Солнца. Cороковая планета пояса Койпера (1996TL-66) оказалась в 4 - 6 раз дальше Нептуна, и её возможные размеры по одному источнику составляют 500 км, или 490 км - по другому [Минипланета нового класса, 1998]. Орбита сильно вытянута, и планета уходит за пределы пояса Койпера на расстояние до 130 а.е. от Солнца. Существует также объект 1996RQ-20. Он тоже не коренной в поясе Койпера. Видимо, это та же сорок первая планета, которая в 2 - 3 раза дальше Нептуна и фигурирует в заметке "Пояс Койпера всё "расширяется"" [1997]. Высказывается предположение, что эти тела менее стабильны, чем "полноправные обитатели" пояса Койпера и легче могут превратиться в кометы, то есть между астероидами второго пояса и кометными телами нет чёткой границы.

В 2000 г. группой во главе с Х.Левинсоном (США) открыт объект диаметром порядка 400 км, который подходит к Солнцу на 6,6 млрд. км (а не на 4,5, где Нептун), отходит на 58,2 млрд км и делает оборот за 3175 земных лет [Ядро суперкометы..., 2001]. Ему дали "имя" Варуна [Сурдин, 2002].

Интересно, что для пояса Койпера открыты такие же резонансные явления, как и для астероидов. Часть открытых тел движется на расстоянии 31 - 36 а.е. от Солнца, часть - 40 - 45 а.е., а промежуток между ними или совсем пуст, или, по крайней мере, мало населён. Это связано с гравитационным влиянием Нептуна, который выталкивает небесные тела из этого промежутка (см. главу об астероидах) [Новый транснептунианский..., 1995].

Для 12 самых маленьких тел в поясе Койпера (из числа открытых) определены периоды их вращения вокруг оси (У.Романишин и С.Теглер, США). Как правило, они составляют от 6 до 10,4 часов. Для более крупных тел этого пояса получить аналогичную информацию труднее, так как они сферичны, а потому меньше меняют яркость при вращении [Как вращаются тела в поясе Койпера? 1999].

Что же касается того небесного тела, которое искажает орбиту Нептуна, то теоретически оно должно быть тёмным (трудно открыть), в несколько раз превосходить размеры Земли (иначе бы не влияло на Нептун), вращаться в несколько раз дальше Нептуна (раза в три). Это тело может оказаться возмутителем спокойствия в кометном мире, заставляя кометы в некоторых случаях падать на него, в некоторых - покидать пределы Солнечной системы, а в некоторых - направлять кометы к центру Солнечной системы, то есть к Солнцу и Земле. Таких крупных тел в облаке Оорта может оказаться несколько. Так проще объяснить приход комет из самых разных точек пространства. Кометные зародыши и сами могут во время случайных сближений "портить" друг другу круговые орбиты.

Говоря о поясе Койпера (поясе Эджворса-Койпера), нельзя обойти молчанием проблему скрытого вещества во Вселенной. Большинство тел пояса Койпера пока нам не видны, но ясно, что их очень много. Обследована ничтожно малая часть неба (сотые доли процента), а уже открыты десятки "жильцов" этого пояса. По подсчётам должны быть десятки тысяч тел такого же размера, как открытые (сотни километров), и миллионы тел размером с ядро кометы Галлея (десятки километров). В сумме тела пояса Койпера должны быть в сотни раз массивнее пояса астероидов [Новый транснептунианский..., 1995].

Возможно, во Вселенной действует закон: чем меньше масса тела, тем больше таких тел существует. Не исключено, что тела вроде тех, какие найдены в поясе Койпера, насыщают межзвёздное пространство и даже составляют основную часть массы Галактики [Гончаров, 1999]. Мы же живём в исключительной области, где вся эта "мелочь" объединилась в большие планеты.

Облако Оорта

Иногда в окрестностях Солнца появляются небесные тела, вещество которых вблизи Солнца начинает испаряться и отбрасываться солнечным ветром от Солнца. Это кометы. Их сильно вытянутые орбиты свидетельствует в пользу того, что они приходят из очень далёких областей Солнечной системы. Каждый год наблюдается в среднем 10 комет. Самые яркие из них обращают на себя внимание не только астрономов.

В 1950 г. голландец Ян Оорт предположил, что кометы рождаются в облаке, которое окружает внутреннюю, планетную, часть Солнечной системы. Это облако - остаток той туманности, из которой путём "слипания" частичек (под действием взаимного тяготения) образовались Солнце и планеты. Первичная туманность обладала большей плотностью вблизи центра, и здесь процесс планетообразования пошёл быстрее. Что же касается внешних, разреженных, частей, то там сходный процесс не завершился и до настоящего времени.

На основании изучения 19 комет Оорт выяснил, что кометы, как правило, приходят из области в 20 000 а.е., где они первоначально имели скорость порядка 1 км/с. Такая скорость говорит о том, что кометы - это составная часть Солнечной системы, так как "чужие" тела (например, ближайшие к Солнцу звёзды) имеют относительно Солнца скорость порядка 20 км/с [Марочник и др., 1987].

Считается, что в облаке Оорта сосредоточены многие миллиарды кометных "зародышей" - тел, которые вращаются по различным орбитам и пока ни разу не приближались к Солнцу. По Оорту [Марочник и др., 1987], таких тел должно быть порядка 10 в одиннадцатой степени. Есть там и миллиарды настоящих комет, которые уже успели "навестить" Солнце. Орбиты комет должны зависеть от случайных сближений кометных "зародышей" друг с другом, от притяжения соседних с Солнцем звёзд, от притяжения существующих по некоторым предположениям планетоподобных или даже тёмных звёздоподобных тел в самом облаке Оорта (гипотеза существования Немезиды). Кометные тела могут длительно кружиться в облаке Оорта, могут выбрасываться из Солнечной системы, а могут устремляться в окрестности Солнца, превращаясь в настоящие хвостатые кометы.

По современным представлениям, облако Оорта простирается на расстояние до 2 световых лет от Солнца (почти половина или треть расстояния до ближайших звёзд). Если учесть, что до Плутона свет доходит за 5 с половиной часов, то это означает, что возможный радиус облака Оорта в 3000 раз превышает радиус орбиты Плутона. Есть указания, что масса облака Оорта превышает суммарную массу планет и пояса Койпера. Это означает, что Солнечную систему нельзя считать сформировавшейся даже в первом приближении.

Считается, что облако Оорта резко различается по своим свойствам на разном расстоянии от Солнца. Начинается оно не сразу за орбитой Плутона и поясом Койпера, а отделено широкой щелью. Далее находится внутренняя часть облака, где кометные тела движутся, в основном, в той же плоскости, что и планеты. Орбиты их более или менее стабильные и до какой-то степени круговые. Во внешнем облаке кометные тела движутся в любых плоскостях по случайным орбитам, подчиняясь притяжению не только Солнца, но других звёзд [Как устроена Солнечная система, 1988]. Известно, например, что через 26 000 лет звезда альфа Центавра заметно приблизится к Солнечной системе, и тогда Землю и другие планеты начнут бомбить многочисленные кометы, уклонившиеся со своих круговых орбит в облаке Оорта [Сурдин, 1994]. Не исключено, что такие периоды резкого усиления кометной активности были и раньше. Тогда центральные области Солнечной системы пополнялись новым веществом, то есть усиливалось планетообразование.

Есть расчёты, согласно которым, за время существования планетной системы "чужие" звёзды раз десять прошли через внутренний кометный "банк", вызвав учащения комет в 1000 раз. Такое событие длится примерно 400 000 лет. За это время на Землю выпадает до 200 комет (в среднем 1 комета в 2000 лет). В масштабах человеческой жизни это, конечно, не особенно ощутимо, но в геологических масштабах можно говорить о "кометном ливне". Такие "ливни" пытались связать с массовыми вымираниями видов на нашей планете [Марочник и др., 1987].

Есть сведения, что массовые вымирания происходят периодично - раз в 26 миллионов лет, и учащения бомбардировок якобы тоже имеют такую периодичность (по возрасту ударных кратеров). Периодичность пытались связать с пересечением галактической плоскости Солнцем, что происходит один раз в 30 миллионов лет. В плоскости Галактики могут быть массивные облака пыли и газа, которые, как и звёзды, должны "возмущать" кометное облако. Кроме того, разгадку периодичности объясняли существованием Немезиды - тёмной звезды массой в несколько сотых солнечной. Немезида, согласно этой гипотезе, движется вокруг Солнца по вытянутой орбите и каждые 26 миллионов лет входит в кометное облако [Марочник и др., 1987]. Впрочем, станция "Пионер-10", находясь на окраинах планетной системы, не испытала дополнительного ускорения, которое можно было бы объяснить влиянием Немезиды или крупной планеты размером с Юпитер, хотя влияние тела в 3 - 5 масс Земли не исключается [Снова о десятой планете, 1988].

Само облако Оорта наблюдать не удаётся, так как оно очень разреженное, слабо освещено Солнцем, а также потому, что мы находимся внутри него. Однако, другие сходные туманности, кажется, удалось наблюдать: вблизи некоторых близких к нам звёзд зарегистрированы еле заметные диски со щелью [Как устроена Солнечная система, 1988; Там скрывается планета? 1995; Планета у Беты Живописца? 1996].

Солнечная система, таким образом, состоит из четырёх частей:
1. планетная система (пояс планет земной группы, первый пояс малых планет, пояс планет-гигантов);
2. щель, или пояс Койпера (если он занимает всю щель);
3. внутренняя часть облака Оорта;
4. внешняя часть облака Оорта.

Интересно, что каждая из перечисленных частей во много раз больше предыдущих.

Предположение о том, что гамма-всплески, наблюдаемые в Солнечной системе, связаны со столкновением комет в облаке Оорта, не подтвердилось. Источник этих всплесков находится вне Солнечной системы и даже вне Галактики. Это слияние нейтронных звёзд [Трубников, 1998].

Кометы и метеорные потоки

Кометам можно было бы посвятить отдельную объёмистую книгу, так как они видны невооружённым глазом и появлялись вблизи Земли многократно. Поэтому в данном очерке приводятся только основные сведения об этих небесных телах и порождаемых ими метеорных потоках. Подробно рассматриваются лишь новые данные и особенно те, которые собраны космическими аппаратами.

Кометы имеют ядро, напоминающее по размерам и форме небольшой астероид. Ядро содержит твёрдые вещества, которые вблизи Солнца, начинают испаряться. Вокруг ядра образуется газовая кома (голова), в тысячи и миллионы раз превышающая по объёму ядро. Например, голова кометы 1680 г. по размерам приближалась к Солнцу. Газообразное и зачастую ионизированное вещество под действием солнечного ветра (под действием истекающей от Солнца плазмы) и под действием светового давления перемещается в сторону от Солнца. Так образуется кометный хвост, многократно превосходящий по размерам голову. Например, у кометы 1680 г. он в 2 раза превосходил расстояние от Земли до Солнца. Впрочем, кометные хвосты бывают разными: иногда они вытягиваются по прямой от Солнца (I тип), иногда чуть отклонены от этого направления (II тип), иногда коротки и сильно отклонены (III тип), а иногда (редко) вытянуты по орбите вперёд, назад или "тянутся" к Солнцу. Бывают кометы с несколькими хвостами, состоящие из частиц разной природы (прежде всего - разной массы). Иногда видна только голова кометы. Дело в том, что яркость хвоста кометы всегда меньше яркости её головы, и у слабых комет хвост может быть не виден. Не виден хвост также у любых комет, если они ещё не успели приблизиться к Солнцу. Далёкие кометы напоминают маленькое и слабое туманное пятнышко, которое можно разглядеть лишь в сильный телескоп.

Различаются короткопериодические, длиннопериодические и непереодические кометы. Непериодические кометы приходят к нам из облака Оорта однажды, и время их прихода мы не можем предсказать. Орбиты таких комет столь вытянуты, что их следующий приход может состояться через многие миллионы лет. Они могут и вообще не появиться, если орбиты будут изменены под действием притяжения каких-либо тел в облаке Оорта или близких к Солнцу звёзд (см. предыдущий раздел). Таких комет подавляющее большинство. Их орбиты бывают сильно наклонены к плоскости эклиптики (к плоскости земной орбиты и вообще к плоскости планетной системы). Движение может быть в любом направлении.

Длиннопериодические кометы имеют периоды обращения более 200 лет. Короткопериодические кометы возвращаются к Солнцу через небольшой срок. Периоды их обращения вокруг Солнца составляют от нескольких лет до нескольких десятков лет, реже - сотни лет. В середине XX века было известно около 100 короткопериодических комет, но, конечно, к настоящему времени их список пополнился. У этих комет относительно упорядоченные орбиты: преобладает движение в плоскости эклиптики и в ту же сторону, что и движение планет (при взгляде с северного полушария Земли - против часовой стрелки). Обычно эти кометы не покидают пределы планетной системы. Многие из них (кометное семейство Юпитера) не уходят от Солнца далее орбиты Юпитера. Юпитер заметно влияет на "свои" кометы и может "выкинуть" их подальше от нас или наоборот перевести на орбиты, близкие к Солнцу, после чего мы можем их наблюдать регулярно.

При появлении новой кометы ей присваивается имя первооткрывателя и порядковый номер (если этим же человеком открыты другие кометы). Например, чешский астроном и геофизик А.Мркос открыл 15 комет [Детская энциклопедия, т.2, 1964].

Самый короткий период зафиксирован у кометы Вильсона-Харрингтона - 2,3 года. Эта еле заметная комета наблюдалась в 1949 г., а потом была утеряна (не удалось с достаточной точностью вычислить её орбиту). С периодичностью в 3,3 года возвращается к Солнцу комета Энке-Баклунда. Она наблюдается с 1786 г. и до сих пор.

Впервые появление кометы было предсказано Эдмундом Галлеем в 1705 г. Комета, для которой это было сделано, носит имя учёного и появляется каждые 76 лет. С помощью древних летописей прослежены многие её появления с 240 г. до нашей эры. В последний раз она посетила "наши места" в 1986 г. (30-ый раз).

Голова и хвост комет состоят из газа и пыли. При каждом приближении к Солнцу комета теряет часть вещества, и поэтому короткопериодические кометы являются также короткоживущими. Есть сведения, что к середине XX века половина короткопериодических комет уже не наблюдалась [Всехсвятский, 1955]. Иногда кометы разрушаются и иным образом: комета Биэллы в XIX веке на глазах у наблюдателей распалась на несколько частей, а затем совсем исчезла. Газ под действием солнечного ветра рассеивается в космическом пространстве, а частицы покрупнее (пылинки) постепенно расходятся по орбите вперёд и назад, образуя метеорный поток. При пересечении орбиты Земли с таким потоком наблюдается метеорный дождь (много метеоров, вылетающих из одной и той же точки ночного неба). Метеоры сгорают в верхних слоях земной атмосферы. Особенно сильные метеорные дожди наблюдались в 1872 и 1885 годах, когда Земля пересекала орбиту распавшейся несколько десятилетий перед этим кометы Биэллы. Метеорные потоки носят названия созвездий, из которых они вылетают - Персеиды, Лириды, Ориониды...

Газы и лёгкие частицы покидают кометное ядро (сдуваются солнечным ветром), а частицы покрупнее скапливаются на поверхности, образуя защитную корку на поверхности ядра.

Спектральными методами с Земли в составе кометных голов были обнаружены вещества со следующими формулами: C₂, C₃, CH, CN, NH, NH₂, Na, Fe, Ni, Cr. В хвостах I типа - CO, N₂, CO₂, CH. Все эти молекулы ионизированы (без одного из электронов), и потому взаимодействуют с солнечным ветром. В хвостах II типа - те же нейтральные молекулы, что и в головах (или особенно мелкие пылинки такого химического состава). В хвостах III типа - пылинки разного размера. Частицы обычно в той или иной степени электрически заряжены и зачастую являются химически активными радикалами, но из-за разреженности вещества не могут вступить в реакцию с другими частицами и потому сохраняются длительно, чего не бывает в земных условиях.

Прохождение Земли сквозь кометные голову и хвост не ощутимы. Столкновение с ядром представляет большую опасность, но случается редко. Пример - падение в 1908 г. Тунгусского метеорита, который не был обычным метеоритом (маленьким астероидом), а был, судя по всему, именно ядром кометы диаметром менее 100 м. Ядро кометы вошло в атмосферу под углом 10 - 15 градусов. От трения об воздух тело рассыпалось и взорвалось, чуть-чуть не долетев до поверхности Земли. Во время падения Тунгусского метеорита всю ночь светилось небо над Евразией в полосе шириной от Петербурга до Крыма и длиной от Тунгуски до Великобритании (Бронштен, 1993). Это двигавшиеся вблизи ядра кометные частицы (в основном, молекулы газа и т.п.) вписались в "коридор" околоземной орбиты и летели какое-то время в верхних слоях атмосферы параллельно земной поверхности (больше угол - падение, меньше - выход из атмосферы) . Европейские газеты того времени отметили, что "ночь в эту ночь" почему-то не наступила. О падении метеорита в Сибири узнали через 14 - 18 лет, хотя местная сибирская газета сообщила о нём.

Новые сведения

В 1986 г. европейский космический зонд "Джотто" пересёк центральную часть головы кометы Галлея в 605 км от ядра (по другому источнику - в 550 км). Скорость прохождения станции через комету составляла около 70 км/с. Комета Галлея движется навстречу Земле, и её скорость сложилась со скоростью аппарата, запущенного с Земли. Пылинки кометы даже повредили некоторые приборы "Джотто", но, в целом, станция полностью справилась с поставленной задачей [Пролёт "Джотто"..., 1986].

Помимо "Джотто" через голову кометы Галлея в это же время прошли американские станции "Вега-1" (в 8900 км от ядра) и "Вега-2" (в 7900 км от ядра), а также японский аппарат "Планета-А" (в 150000 км от ядра). Они двигались дальше от ядра, но зато через менее концентрированное вещество и "видели" комету в целом [Пролёт "Джотто"..., 1986].

До 1986 г. кометные ядра не были доступны для наблюдения (скрыты большой толщей газов и пыли кометной головы). "Джотто" впервые сфотографировал ядро кометы Галлея с близкого расстояния. Ядро оказалось "картофелиной" изо льда и камней размером 16 на 8 км (по другим источникам - 14 на 7,5 или 11 - 15 на 4 - 8 км) - в 10 - 100 раз массивнее, чем предполагали для данной кометы! [Пролёт "Джотто"..., 1986; Марочник и др., 1987; др.]. Сверху, как и представляли, находилась корка из тёмного тугоплавкого вещества. Лёд под пылью. Поверхность ядра была холмистой и "усыпанной" метеоритными кратерами. Газы вырывались из кометного ядра струями, пробив в нескольких местах корку. Наблюдались две больших и две малых струи [Пролёт "Джотто"..., 1986]. За сутки расходовалось 100 000 тонн льда [В голове кометы - лёд, 1986].

Определён был химический состав кометы. Достоверно выяснено, что в ядре кометы Галлея присутствуют замёрзшие вода (H₂O) и углекислый газ (CO₂). Предположительно есть также синильная кислота (HCN), аммиак (NH₃) и метан (CH₄). Когда эти вещества испаряются, образуются различные вторичные молекулы, которые уже перечислялись выше по наблюдениям спектра комет с Земли. Достоверно обнаружены, в частности, CO, CN, C₂, C₃, CH, NH, NH₂, OH (химически активные молекулы, радикалы и т.п., они образуются при взаимодействии кометного вещества с потоком солнечной плазмы и светом) [В голове кометы - лёд, 1986]. Интересно обнаружение различных органических веществ: углеводородов (пентан, гексан, бутадиен, бензин, толуол и др.), азотсодержащих (аминокислоты пурин и аденин), кислородсодержащих (метиловый и этиловый спирт), содержащих одновременно кислород и азот (метанолнитрил) [Органические вещества в комете Галлея, 1987]. Это ещё одно подтверждение того, что органические вещества могут возникать и без участия живых организмов.

Когда комета Галлея уже отходила от Солнца и была между Сатурном и Марсом, на ней наблюдалась длительная вспышка, увеличившая её яркость в 300 раз [Гигантская "вспышка"..., 1991]. Столкновение с астероидом? Но почему долгая вспышка? После столкновения от перегрева пошли какие-то химические реакции? Или сбита корка, и газы устремились наружу из многих трещин?

Кстати, даже "повседневная" активность ядра кометы Галлея, по представлениям ряда исследователей, слишком велика, чтоб её объяснить воздействием только солнечной энергии. Есть, например, предположение, что углерод и органические вещества кометы воспламеняются в кислороде, и горение уходит под кору кометы, в результате чего выбрасывается так много угарного газа и копоти (C, C₂, C₃). Со струями при горении выбрасывается и пыль [Источник энергии в комете Галлея? 1989].

При каждом приближении к Солнцу комета Галлея теряет до 250 000 000 тонн вещества, которого может хватить ещё на 170 000 лет при той же скорости испарения. Но скорость может измениться: корка тугоплавкого вещества может стать толще и замедлить испарение, а внезапный распад кометы - резко ускорить его.

Помимо изучения кометы Галлея, в последние годы астрономы имели возможность наблюдать падение кометы Шумейкеров-Леви-9 на Юпитер [Бялко, 1993; Силкин, 1994; Юпитер "зализывает раны", 1995]. С 16-го июля 1994 г. в течение недели эта комета, распавшаяся на части 2 года назад, бомбила планету. Сначала она прошла близко от Юпитера, и он разорвал её своими приливными силами на 20 видимых с Земли обломков. Они выстроились в цепочку (растянулись по орбите кометы), сделали длинную двухгодичную петлю, а потом один за другим упали на Юпитер со скоростью 60 км/с. Это происходило на скрытой от нас стороне планеты, но, когда планета поворачивалась, видны были следы падений (иные цвет и форма облаков). Первый обломок размером примерно в 1 км упал 16-го июля. За горизонтом Юпитера наблюдалась вспышка ярче Ио. Через несколько минут место падения повернулось к нам. Тёмное пятно виднелось несколько суток. Крупнейший обломок диаметром от 2,3 до 10 км (по разным данным) упал 18-го июля и создал выброс раскалённого столба газов, сравнимый по яркости с самим Юпитером. Радиояркость планеты тоже возросла. След был виден много месяцев. Быстро вращающийся Юпитер подставлял комете свои разные участки, и следы падений образовали цепочку, хотя некоторые мелкие обломки "сошли с рельсов" и нанесли удары вне основной линии. Это самая большая из наблюдавшихся космических катастроф в Солнечной системе. После неё в США было создано научное подразделение по прогнозу подобных катастроф (наблюдения за подходящими близко к Земле астероидами и кометами) [Силкин, 1994]. В связи с этим родилась гипотеза, объясняющая рождение цепочек кратеров (катенов) на Луне и других небесных телах (см. главу о Луне). В частности, на Земле в республике Чад c корабля "Spasce Shuttle Endeavor" при помощи бортового радара обнаружена цепочка из трёх метеоритных кратеров. Возраст кратеров - 360 миллионов лет, предполагаемый диаметр тела - 11-16 км, предполагаемый размер обломков - не менее 1,6 км [На территории Чада..., 1997]. Сообщается, что катенов много на спутниках Юпитера, причём все они расположены на стороне, обращённой к Юпитеру [Бялко, 1993].

Кроме того, в эти годы астероид Хирон был "переведён" в кометы [Загадочный Хирон, 1996]. Хирон диаметром в 180 км считался до недавнего времени самым далёким из известных астероидов первого пояса. Его вытянутая орбита расположена между орбитами Марса и Урана, и оборот вокруг Солнца он делает за 51 земной год. Недавно он сблизился с Солнцем, и вокруг него было открыто непостоянное газово-пылевое облако (иногда есть выбросы газа, иногда нет). Это истощившаяся комета. Об астероидах группы Хирона см. выше.

Среди астероидов была открыта ещё одна бывшая комета. Период её обращения - несколько тысяч лет [Астероид - бывшая комета, 1997].

В 1997 г. окрестности Земли посетила крупная комета, открытая американскими астрономами-любителями Хейлом и Боппом в 1995 г. Её период - 3000 лет, диаметр ядра - примерно 100 км. Она прошла в 200 000 000 км от Земли [К нам летит ещё одна великая комета, 1995]. У кометы было два хвоста: голубой - газовый, желтоватый - пылевой [Чилингарян, 1997]. Когда комета уже уходила, был открыт третий хвост - из атомов натрия, прямой и жёлтый. Такой хвост наблюдается впервые [Третий хвост кометы Хейла-Боппа, 1998]. По другим данным, диаметр ядра - 50 км, что тоже очень много. Уходящая комета очень долго сохраняла активность, и кома у неё была видна на большем удалении, чем Сатурн [Комета Хейла-Боппа..., 2001].

В 2001 г. американский аппарат "Deep Space-1" подошёл к комете Борелли и сфотографировал её лучше, чем другие аппараты комету Галлея. Длина 8 км, "кегля", скоро распадётся на две части, разлом пройдёт по самой середине, на обеих концах плато, между ними - гладкая яркая равнина, над ней - три колонны газа и пыли, много трещин [Предсмертное дыхание кометы Борелли, 2002].

В 2004 г. кометы Вильда-2 должен достичь американский аппарат "Stardust", стартовавший в 1999 г. (см. выше).

К теме данной главы имеет отношение также падение метеорита 26-го августа 1992 г. в Голландии. 10 человек наблюдали вспышку. Был слышен взрыв. Отмечено сотрясение Земли из-за акустической ударной волны. Метеорит поперечником 1 м взорвался за 1 секунду до падения на Землю и испарился, как и Тунгусский метеорит, то есть это тоже был обломок кометного ядра или ядро совсем маленькой кометы, пористое тело ["Тунгусское диво" в Голландии? 1993].

От исчезнувших комет, как уже говорилось, остаются потоки метеорной пыли. Постепенно пылинки теряют упорядоченность движения и разлетаются по окрестностям Солнца, выпадая на планеты. Каждый год Земля получает из Космоса примерно 3000 тонн метеорной и т.п. пыли, причём приносится около 300 тонн органического вещества [Органический "дождь"..., 1992]. Согласно другому сообщению [Источник космической пыли..., 1999], в год оседает более 10 000 тонн космической пыли. Метеоров так много, что изобретена даже метеорная связь (аналог спутниковой): сигнал отражается от метеорной пыли; так был найден угнанный грузовик, который посылал сигналы... [Метеорная радиосвязь, 1990]. Метеор порождает электрическое поле. Слышен радиосвист [Астапович, 1955]. На метеорных остатках и вулканической пыли на высоте 70 - 90 км вырастают ледяные кристаллы, образуя серебристые облака, которые хорошо видны летними ночами в средних широтах [Сурдин, 1989].

Под утро метеоров больше, и они белее, чем вечером, т.к. Земля движется вперёд утренней стороной. Есть годичная вариация из-за наклона земной оси. У экватора метеоров больше [Астапович, 1955].

Один из самых мощных метеорных дождей наблюдался в 1966 г. при прохождении Земли через поток Леонид. Над Северной Америкой зарегистрировано до 150 000 метеоров в час. Мощный дождь ожидали и в 1998 г., когда Земля сближалась с кометой Темпела-Туттля, которая за этот поток ответственна. Но наблюдалось только 200 - 300 метеоров в час, хотя и это в 20 раз больше, чем средняя интенсивность Леонид. Ни один из искусственных космических объектов не пострадал [Леониды вреда не причинили..., 1999].

Были попытки связать тектиты - находимые в нескольких участках Земного шара стёкла чёрного и тёмно-зелёного цвета - с тугоплавкой составляющей короткопериодических комет, врезавшихся в Землю [Дмитриев, 1998].

Изучение 30 наиболее известных "дальних" комет вроде бы показало, что они в 3 раза чаще приходили из одного определённого полушария и имели нетипично короткие орбиты. Это можно объяснить существованием в 25 тыс. а.е. планеты в 1,5 - 6 раз массивнее Юпитера. Впрочем, не все с этим согласились, т.к. результат может быть случайным [Существует ли десятая планета? 2000].

Метеориты

Начнём с определений. Метеориты - это упавшие на Землю небольшие тела космического происхождения. В момент, когда такое тело ещё не достигло твёрдой поверхности планеты и в огненном окружении рассекает воздух, оно называется болидом. Болид по-русски означает "метательное орудие". Видимо, имеется ввиду, что его метнул Всевышний, разгневавшись на кого-то из нас. Впрочем, далеко не все болиды достигают цели. В большинстве своём они сгорают, попав в нижние плотные слои атмосферы. Совсем крошечные тела (пылинки кометного и т.п. происхождения) сгорают в верхних слоях атмосферы и называются метеорами - "падающими звёздами". Метеор в переводе на русский язык означает "происходящее в воздухе".

Метеориты, метеоры и метеорные потоки обычно рассматриваются вместе, но о метеорах и метеорных потоках уже говорилось в главе о кометах. Последние десятилетия каких-либо новых сведений в этой области не добавили. Метеориты тоже упоминались выше в той же главе. Говорилось, что в качестве метеоритов на Землю могут падать кометные ядра и их обломки, а также небольшие астероиды и т.п. тела.

В случае столкновения с Землёй кометных ядер и их обломков последние могут не долетать до твёрдой поверхности Земли и взрываться от "удара" о земную атмосферу. Так как скорости подобных тел очень велики, воздух представляет для них серьёзное препятствие. До недавнего времени было известно всего два случая падения относительно крупных тел кометного происхождения - Тунгусский метеорит и метеорит 1992-го года в Голландии. Оба они взорвались в воздухе, но ударная волна (спрессованный болидом воздух) достигла твёрдой поверхности. Тунгусский метеорит диаметром порядка 30 м взорвался на высоте 10 км и повалил лес на площади 2000 км² [Силкин, 1994]. Интересно, что непосредственно в той точке, куда "метил Всевышний" вертикальные стволы уцелели, но лишились веток, а вокруг её деревья упали.

Небольшие астероиды, их обломки и т.п. объекты сталкиваются с Землёй гораздо чаще. И это вполне объяснимо, так как пояс астероидов находится гораздо ближе к нашей планете, чем облако Оорта.

Признаки метеорита:
1. кора плавления (толщиной не более 1 мм);
2. ямки-регмаглипты (результат сверлящего действия воздуха);
3. иногда конусообразная форма, но чаще форма обломков (раскол при ударе об воздух);
4. шарики-хондры (видны на изломе в лупу или даже простым глазом).

Первые три признака понятны, если учесть, что тело вонзилось в атмосферу со скоростью до 73 км/с (до 43 км/с скорость самого тела и 30 км/с скорость Земли, если Земля и это тело двигались навстречу). Последний признак бывает не всегда и связан, по мнению автора, с характером возникновения исходных тел (астероидов). Астероиды "слипались" из более мелких частиц в результате обычной метеоритной бомбёжки, но в условиях почти полного отсутствия атмосферы (отличие от больших планет). При соударениях микрометеорит с каким-то количеством вещества более крупного тела всегда испарялся. Пар в условиях слабого тяготения медленно опускался на поверхность астероида, образуя по пути туман из слипшихся молекул, а потом капельки жидкости, которые принимали шаровидную форму и перед падением ещё успевали остыть и затвердеть.

Метеориты бывают каменными (чаще всего, из силикатов), железными (Fe с примесью Ni и Co), железокаменными (реже всего). Из железных метеоритов в нашей стране особенно известен Сихотэ-Алинский, упавший в виде железного дождя в 1947 г. Обнаружено свыше 200 воронок диаметром от 10 см до 26 м. Найдено 7000 осколков общим весом 23 тонны. Самый крупный - 1745 кг.

В большинстве своём небольшие метеориты полностью затормаживаются на высоте 10 - 20 км от трения об воздух (в этот момент они раскалены, светятся), а потом падают под действием своего веса уже без свечения. Только что упавший метеорит бывает горячим, но не раскалённым. Метеорное тело перестаёт светиться при скорости 2 км/с.

Крупные метеориты протыкают всю атмосферу и превращаются в газ при ударе о землю. Устремляющийся во все стороны газ производит взрыв, в результате чего образуется метеоритный кратер.

В составе метеоритов преобладают 8 элементов: Fe, Ni, S, Mg, Si, Al, Ca, O. Остальные элементы встречаются в ничтожно малых количествах. Элементы образуют химические соединения, встречающиеся на Земле, но есть и ряд специфических минералов.

Новые сведения

В последние годы в печати приводились данные по количеству метеоритов, падающих на Землю. Интерес к этой теме усилился в связи с ростом популярности гипотезы о вымирании динозавров и других групп живых организмов из-за падения гигантского метеорита 65 миллионов лет назад.

Каждый год на Землю падает в среднем 5800 метеоритов массой более 100 г. [Падение метеоритов..., 1986], хотя не очень понятно, имеются ли ввиду собственно метеориты или также сгорающие в воздухе болиды.

К числу относительно крупных недавних метеоритов принадлежит Стерлитамакский, который упал на р.Белой около Уфы в 1990 г., образовав кратер диаметром 10 метров. Болид нарастающей яркости в течение 4 секунд наблюдался в созвездии Девы одним из местных жителей. Найдена четверть обломков этого железного метеорита (общий вес определяется по размеру кратера). Крупнейший из обломков весит 315 кг (50 х 45 х 28 см) [Петаев, Гареев, 1992].

Самым информативным метеоритом считается Пикскилл, который упал в 1992 г. в США в штате Кентукки [Пикскилл..., 1994]. Он падал очень полого (прошёл бы мимо Земли, если бы не воздух), летел 40 секунд, пролетел 700 км, и его успели в течение 22 секунд запечатлеть 14 видеокамер (на вечерних школьных соревнованиях было много зрителей с видеокамерами). На высоте 46 км началась фрагментация, маленькие кусочки отставали, длина всей цепочки - 20 км, до 70 светящихся объектов [Немчинов, Попова, 1998]. Упали 2 обломка. Один из них весом 12,4 кг найден. Он пробил багажник машины.

1 февраля 1994 г. над Тихим океаном в Микронезии наблюдался также болид в одну тысячу тонн. Он светил, как Солнце. Потом взорвался. Его чуть не спутали с ракетой и ядерным взрывом [Метеорит мог привести к трагедии, 1995].

Недавно яркий болид наблюдался вблизи Калуги [Немчинов, Попова, 1998].

Сведения о болидах можно сообщать Ивану Васильевичу Немчинову в Институт динамики геосферы РАН по телефону (495)939-79-05.

9 декабря 1997 г. на юге Гренландии упал крупный метеорит, получивший название Гренландского [Бронштэн, 1999]. Найдены мелкие осколки. Каменный метеорит. Хондрит.

20 июня 1998 г. упал метеорит Куня-Ургенч в Туркмении [Бронштэн, 1999]. Слышны были свист, грохот, сильный треск. В 8 км от места падения метеорит светил ярче Солнца и отбрасывал тени. Метеорит врезался на 4 м, образовал кратер диаметром 6 м и присыпался слоем грунта толщиной в полтора метра. 820 кг. 72 х 81 х 48 кубических сантиметров. С осколками должен быть 900 - 1000 кг. Каменный. Хондрит. Ударился со скоростью 1,5 км/с. Изначально был 3 тонны массой. Вращался вокруг Солнца с перегелием внутри орбиты Земли и афелием в 3 а.е. (астероид группы Аполлона). Догнал Землю со скоростью 13 км/с. Вошёл в атмосферу под углом 30 градусов.

Третий случай падения тела кометной природы стал общеизвестным совсем недавно, хотя метеорит упал в 1930 г. 13-го августа 1930-го года в верховьях реки Куруса в Южной Америке, как написал итальянский миссионер, "Солнце сделалось кроваво-красным и кругом распространилась тьма. На растительность посыпались красноватая пыль и пепел. Послышался звук, исходивший сверху и напоминавший свист при пролёте артиллерийских снарядов. Звук усиливался, пугая всех. Те, кто не побоялся взглянуть на небо, увидели огромные огненные шары, падавшие с неба, подобно разрядам молнии. Они упали в центре леса, причём были слышны три удара, похожие на раскаты грома, сопровождавшиеся сотрясением земли" [Бронштен, 1999]. Заметка миссионера была опубликована в газете Ватикана. Появилась также заметка в "Дейли Геральд", но на эти публикации из специалистов обратил внимание только исследователь Тунгусского метеорита Кулик, написавший статью "Бразильский двойник Тунгусского метеорита". О статье в 1989 г. вспомнили русские исследователи Тунгусского метеорита Н.В.Васильев и Г.В.Андреев. Тогда начали работу западные исследователи. В 1998 г. на место падения была отправлена экспедиция. Опросили очевидцев. Установлено, что энергия взрыва была лишь в 2 раза меньше, чем при падении Тунгусского метеорита. Взрыв произошёл на высоте 5 - 10 км. Нашли три депрессии (углубления), и одна из них ограничена кольцевой структурой диаметром 1 км. Метеорит упал 13-го августа, а 12-го августа был максимум метеорного потока Персеид. Направление падения совпадало с направлением Персеид. Интересно, что в 1995 г. российские астрономы М.А.Смирнов и А.М.Микиш обнаружили в период действия Персеид тела до 50 м, летевшие из радианта потока [Бронштен, 1999]. Не опечатка ли - уж очень большие? Или речь идёт о пролёте этих тел очень далеко от Земли?

18 января 2000 г. близ оз. Тагиш в Канаде со взрывом упал метеорит, названный Тагиш-Лейк. Его масса перед входом в атмосферу должна была достигать 200 т. Найдены более 400 обломков массой до 2,3 кг. Пылевое облако и дымовые следы засняты. Орбита и скорость определены. Хондрит класса CI [Загадочный метеорит Тагиш-Лейк, 2001].

В США метеорит попадает в человека в среднем 1 раз в 180 лет [Падение метеоритов..., 1986].

На всей Земле метеорит попадает в человека в среднем 1 раз в 10 лет, и каждый год пробивается в среднем 16 крыш [Падение метеоритов..., 1986].

Считается, что Земля сталкивается с телами более 1 км в диаметре в среднем 1 раз в 160 000 лет. Гораздо реже бывают столкновения с 10-километровыми объектами.

На Земле известно примерно 120 ударных метеоритных кратеров диаметром от 1 до 100 км [Грив, 1990; Немчинов, Попова, 1998], а по более позднему сообщению - 150 таких кратеров, или астроблем [Масайтис, 1999]. Наиболее знаменит - Аризонский в США диаметром 1188,7 м и глубиной 173,7 м. Он возник несколько тысяч лет назад в результате столкновения Земли с астероидом диаметром около 80 м и массой около 2 миллионов тонн. Относительная скорость тела составляла 20 км/с [Садил, Пешек, 1967].

В метеоритном кратере Хоугтон испытывается оборудование для экспедиции на Марс. Кратер находится на острове Девон Канадского Арктического архипелага. Возник 22 млн. лет назад. Диаметр воронки был более 27 км. Сейчас кратер диаметром 16 км оконтурен кольцом невысоких холмов. Ландшафт не имеет аналогов на Земле [Подготовка к экспедиции..., 2000].

Очень знаменит также Попигайский метеоритный кратер, или точнее астроблема, так как в рельефе это образование выражено слабо. Оно расположено на р.Попигай в пределах Анабарского кристаллического щита в Восточной Сибири и хорошо заметно из Космоса [Масайтис, 1999]. В центре - округлое понижение с болотами и озёрами, далее от центра - несколько концентрических разрушенных структур. Диаметр - 100 км. Отдельные выбросы обнаружены в 70 км от центра. Кратер возник 35,7 млн лет назад от удара по гнейсам астероида диаметром в несколько километров. Здесь находят алмазы, как в земных кимберлитах и лампроитах, но эти алмазы не прозрачны, желты, буроваты, черны, хотя иногда даже твёрже обычных. Алмазы в настоящее время известны в 10 астроблемах. Графит, из которого они возникли, может быть и земным, и метеоритным. При ударе весь метеорит такого масштаба испаряется, но часть вещества вскоре конденсируется в небольшие капли. Алмазы из "местного" графита могут достигать 1 см.

Если астероид падает в море, то метеоритный кратер через какое-то время заполняется морскими отложениями, и обнаружить его очень трудно. В 1993 г. норвежец С.Т.Гудлаугсон предположил, что в центре Баренцова моря имеется 40-километровый "шрам" от астероида, так как мезозойские отложения в этом регионе сильно нарушены. В 1996 г. он и его коллеги подтвердили это предположение, обнаружив при бурении морского дна под 400-метровым слоем осадочных пород ударно деформированные зёрна кварца, концентрацию иридия в 15 раз выше фоновой и увеличенное содержание ниобия (см. следующие абзацы). Так был открыт кратер Мьёлнир, возникший 161 - 126 млн. лет назад на границе юрского и мелового периодов в результате столкновения Земли с телом, достигавшим в диаметре 1 км [Астероид упал в Баренцевом море, 1997].

За 12 лет до этого гигантский кратер Элтанин, названный в честь американского исследовательского судна, открыт также в море Беллинсгаузена близ Антарктиды [Морская астроблема вблизи Антарктиды, 1998]. Предполагаемый размер астероида - 1 км. Он упал в море глубиной 5 км и создал кратер диаметром 20 км. Всплеск должен был иметь высоту 4 км и вызвать похолодание на всей Земле, обогатив атмосферу паром. Цунами у берегов Южной Америки в океане должно было иметь высоту 20 - 40 м, а на мелководьях и заливах волна могла подняться на 1 километр. Следы такой волны есть в Новой Зеландии и Австралии. Не исключено, что морские диатомовые водоросли заброшены в сухие долины Антарктиды именно этой волной.

В 1996 г. под руководством Х.Кеберля (Австрия) открыт гигантский кратер в пустыне Калахари на юге Африки. Его диаметр - не менее 120 км, но может составлять и 340 км (иногда бывают несколько концентрических валов). Катастрофа произошла 145 млн. лет назад на границе юрского и мелового периодов мезозоя [Ударные кратеры и массовые вымирания на Земле, 1997; В пустыне Калахари обнаружен след космической катастрофы, 1998].

Согласно популярной современной гипотезе, астероид, упавший 65 лет назад на границе мезозоя и кайнозоя, имел диаметр около 10 км. Он нагрел атмосферу до температуры окисления азота. Азот образовал оксиды, и они, взаимодействуя с водяным паром, превратились в азотную кислоту, которая выпала в виде дождя. Конечно, это явление могло иметь лишь местное значение. В Техасе (США) обнаружены следы цунами, прошедшего примерно 65 миллионов лет назад. 50 - 100-метровые волны выбросили из моря на берег объекты, которые иначе никак не могли оказаться на суше [Следы величайшей из волн цунами, 1989]. Ещё важнее для планеты лесной пожар, который мог охватить целый континент. В осадочных породах этого возраста наблюдается сажа, которой в 1000 раз больше, чем до этого времени и после него. В результате внезапного сгорания такого количества древесины могла быть достигнута смертельная концентрация углекислого газа в атмосфере. Кроме того, дым надолго закрыл солнце, и наступила многолетняя метеоритная "зима" (аналог ядерной "зимы"). В эти годы полностью прекратился фотосинтез (связывание углекислого газа с образованием кислорода и органических веществ). Выделившийся при пожаре углекислый газ даже не мог израсходоваться на синтез органических веществ и продолжал накапливаться в атмосфере (ведь он выделяется и без пожаров в ходе вулканической деятельности). Частички дыма через какое-то время осели, солнце стало нагревать землю, но углекислый газ не выпускал тепло обратно в Космос (парниковый эффект), и метеоритная "зима" сменилась всеобщим катастрофическим потеплением. Когда температура на планете постепенно пришла в норму, оказалось, что во многих местах ящеры вымерли, и их место стали занимать млекопитающие. Эти маленькие ночные животные мышевидного облика были теплокровными, лучше умели регулировать температуру тела (и согреваться, и не перегреваться). Ящеры, чудом уцелевшие и местами почти восстановившие численность, вскоре были окончательно вытеснены млекопитающими.

Одно из доказательств падения астероида - высокая концентрация иридия в тонком слое, соответствующем времени 65 миллионов лет назад. Большая доля иридия имеется в железном ядре Земли, но в земной коре его крайне мало, причём он поступает сюда с микрометеоритами (в каменных метеоритах его в 17 000 раз больше, чем в земной коре). Парадоксально высокая концентрация иридия на границе мезозойских и кайнозойских отложений обнаружена в 95 точках Земного шара. Соотношение изотопов осмия в этом слое тоже внеземное [Альварес, Азаро, 1990].

Не вполне ясно, где же упал этот гигантский метеорит. В Атлантическом океане недавно (в 1980-х годах?) найден кратер от метеорита, который упал примерно 54 миллиона лет назад и обладал диаметром 2 - 3 км [Подводный кратер..., 1988]. Есть также указание о 10-километровом метеоритном кратере Чиксулуб на дне Мексиканского залива вблизи полуострова Юкатан. Указывалось, что метеорит упал 65 миллионов лет назад под углом 20-30 градусов в северо-западном направлении [Астероид упал под острым углом, 1997]. С этим метеоритом связывают обломки кварца со следами удара [Альварес, Азаро, 1990]. Их находят в Северной Америке, Европе и Тихом океане, причём американские обломки крупнее. Предполагается, что при косом ударе метеорит затратил основную энергию не на образование кратера (поэтому он мал), а на нагрев атмосферы и выбрасывание на большое расстояние горных пород [Астероид упал под острым углом, 1997]. В литературе появилось также сообщение [Астероид был намного крупнее, 1994], что сравнительно маленький кратер Чиксулуб окружён внешним валом, диаметр которого составляет 300 км, а возраст - 65 миллионов лет. Кромка кратера похоронена под километровой толщей известняка. Ударивший астероид в этом случае был в диаметре более 10 км. Достоверность этих сообщений проверить трудно, так как тема стала слишком популярной и привлекает внимание журналистов.

Но, вероятно, ещё более значительная катастрофа произошла 251,4 млн. лет назад, когда погибло 70% видов позвоночных на суше и 90 % морских видов. Вымирание произошло не более, чем за 5 тысяч лет, и, возможно, ещё быстрее. Американские учёные во главе с Л.Бекер в последние годы обнаружили, что изотопный состав гелия и аргона в горных породах этого возраста "метеоритный". По некоторым показателям он отличается от земного в 50 раз. Причём сходные результаты получены в Китае, Японии и Венгрии [О древней катастрофе..., 2002].

Ещё Экзюпери в одном из своих художественных произведений описал столовые горы с многочисленными метеоритами. На гладкой поверхности этих сухих пустынных образований "гости с неба" скапливаются за миллионы лет, и спутать их их с камнями земного происхождения невозможно. Недавно японцы в горах Ямато собрали за 5 месяцев 4000 метеоритов ["Нормад"..., 2000]. Примерно такая же картина наблюдается в некоторых частях Антарктиды, где почти нет осадков. Разумеется, речь идёт о метеоритах, полностью затормозивших в атмосфере и тихо упавших под действием собственного веса. В последние годы их скопления стали тщательно изучаться, для чего в США был даже сконструирован распознающий метеориты робот ["Нормад"..., 2000]. Среди огромного количества типичных камней "астероидного" происхождения обнаружены редкие экземпляры совсем другой природы. Они сходны с лунным или марсианским грунтом, состав которого мы теперь хорошо знаем после полётов человека на Луну и посадок американских аппаратов на Марс. Считается, что это и есть лунный или марсианский грунт, выбитый при ударах крупных метеоритов. Теоретически это возможно. К началу 1990-х годов найдено 11 лунных камней в Антарктиде и один такой камень в Австралии (3 см, 19 г) [Лунный камень в Австралии, 1992]. Кроме того, в Антарктиде в 1984 г. обнаружен один камень марсианского происхождения [Есть ли жизнь на Марсе? 1992]. Он там пролежал 13 000 лет. В составе имеются минералы, которые, по мнению ряда исследователей, могли возникнуть только при наличии бактерий [Бялко, 1996].

Найдены структуры, по внешнему виду и составу похожие на ископаемые останки микробов, - волокна и карбонатные шарики, а также сложные углеводородные молекулы. Тем не менее большинство специалистов считает, что все эти образования имеют небиологическое происхождение [Всё-таки нет жизни на Марсе, 1998; Вибе, 2001].

На поверхности Марса выделены два кратера-претендента, откуда этот камень мог прилететь. Один из них диаметром 1,9 км возник на Марсе 16 миллионов лет назад (совсем недавно по геологическим масштабам) при косом падении, то есть "подходит" по всем параметрам [Откуда взялся "марсианский" метеорит, 1997].

А параметры эти следующие:
1. известно, что космические лучи воздействовали на метеорит всего 16 млн. лет, а, значит, кратер должен быть свежим, с крутыми склонами и выбросами из него, без более молодых кратеров поверх него;
2. известно, что возраст кристаллизации метеоритного вещества по изотопному методу составляет 4,5 млрд. лет, а, значит, вещество вышиблено из хорошо кратерированной возвышенности ноахидского возраста (низменности на Марсе моложе, так как затапливались);
3. кратер должен быть либо не менее 100 км в диаметре (иначе не вышибается вещество с Марса), либо 10-километровым, но косым, а, значит, косым, так как молодых гигантских кратеров на Марсе нет.

Молодых косых кратеров-претендентов в пределах древних равнин оказалось два. Близ одного из них был гидротермальный источник, который, по-видимому, и отложил карбонаты прилетевшего на Землю метеорита [Поиск родительского ударного кратера для метеорита, 1997], то есть это гидротермальные, а не биогенные карбонаты...

Недавно появилось указание, что некоторые метеориты (базальтовые ахондриты) залетели на Землю с Весты.

Доказательства два:
1. тот же светлый цвет;
2. на Весте, которая в диаметре составляет 530 км, есть кратер диаметром 460 км [Осколки Весты - на Земле, 1998; Базальтовые ахондриты с Весты, 1998].

При ударе с Весты мог улететь 1% её вещества, а этого достаточно, чтоб сформировать целое семейство маленьких астероидов.

Нужно сказать, что в последнее время часто делаются сенсационные заявления об открытии следов живых организмов в метеоритах. Так, например, С.И.Жмур, А.Ю.Розанов и В.М.Горленко [1997] изучили углистые хондриты (недавние каменные, то есть силикатные, метеориты астероидного происхождения, возникшие из астероидов типа C) и "нашли" остатки живых организмов возрастом 4,5 - 4,6 млрд. лет. О биогенном происхождении углистых хондритов они судят только по наличию углерода и морфологии включений. Делается вывод, что жизнь была массовым явлением в Солнечной системе вскоре после её образования, и обитаемы были даже астероиды. Сразу вспоминаются фантастические детские книжки К.Э.Циолковского, в которых в форме сказки описаны существа, живущие в открытом Космосе и получающие энергию непосредственно от Солнца. Только у Циолковского это конечный продукт эволюции, а здесь - самое начало... В статье приведены и фотографии - нити, палочки, шарики из углерода (видимо, из графита и керогена). О возможном механизме возникновения шариков писалось выше.

В метеорите Мерчиссон возрастом 4,5 млрд. лет обнаружен избыток L-формы 2-амино-2 - 3-диметилпентановой кислоты над её D-изомером в 7%. Аналогичный эффект для других органических соединений в том же метеорите составлял 9.1%, 8.4% и 2.8% [Космическое происхождение асимметрии живого? 1998]. Значит, и органические вещества, не связанные с жизнью, могут быть асимметричны, а не только биогенные. В биогенных присутствует только L-изомер. Такая асимметрия могла быть унаследована от неживого вещества. Впрочем, были попытки объявить вещество этого метеорита биогенным, а метеорит представить выбитым с Марса или с Земли [Следы жизни внутри метеорита, 1998].

Недавно появилась новая гипотеза возникновения хондритов - метеоритов с шариками от 1 мм до 1 см [Образование первых метеоритов, 1998]. Она объясняет, почему многие метеориты - это смесь вещества подвергшегося и не подвергшегося плавлению. Согласно Ф.Сю (США), от Солнца, когда оно только родилось, с полюсов летел горячий газ, который конденсировался в хондрулы (шарики). По расчётам лишь хондрулы от 1 мм до 1 см могли выпасть на поверхность зарождавшихся планет и астероидов.

К числу интересных теоретических новостей принадлежит указание, что столкновение с роем ("градом") мелких частиц может быть опаснее, чем с компактным телом той же массы, так как возникает единая ударная волна и т.д. [Плотников, Шуршалов, 2001]. Значит, подлетающий к Земле астероид нельзя дробить взрывами.

Некоторые обобщения по Солнечной системе

Ррастояния между планетами

Каждая последующая планета отстоит от Солнца в 1,4 - 2,0 раза дальше предыдущей (в среднем в 1,7 раза). Эта закономерность известна в качестве правила Боде, популяризовавшего идею Тициуса. Соотношение нарушается только для Юпитера, что послужило поводом для поиска планеты, вместо которой был открыт пояс астероидов. В это соотношение также не совсем укладывается Плутон, но по совокупности признаков он не является "полноценной" большой планетой. Правило Боде в какой-то степени применимо и к спутниковым системам планет (см. ниже).

Правило Боде вполне объяснимо, если учесть, что планеты образовались из единого газово-пылевого облака путём гравитационного слипания частиц. Для того, чтобы частицы "слиплись" они должны обладать небольшими относительными скоростями, то есть принадлежать определённой полосе, края которой не сильно отличаются по орбитальной скорости частиц. Чем дальше от Солнца, тем такая полоса шире.

Относительная масса планет

Масса образующейся планеты зависит от следующих показателей:
1. плотность газово-пылевого облака на данном расстоянии от Солнца (она зависит от изначальной плотности облака и от расстояния до Солнца: из ближайших окрестностей Солнца свет и солнечный ветер выдувают водород и гелий - основные компоненты первичного облака);
2. ширина полосы, в которой идёт объединение частиц с близкими скоростями, то есть от удалённости от Солнца (чем дальше, тем полоса шире);
3. наличие или отсутствие по соседству особенно массивной планеты (Юпитера), которая разрушает "зародыш" планеты резонансными явлениями и оттягивает на себя часть вещества.

В непосредственной близости от Солнца газово-пылевое облако было изначально густым, но водород и гелий были выдавлены отсюда светом и солнечным ветром, полоса близких скоростей была самой узкой, большой планеты не было, но могло быть торможение вещества от трения о солнечную атмосферу и выпадение его на Солнце; поэтому здесь возникла "полноценная" планета, но самая маленькая из них - Меркурий.

Следующая полоса отличается только большей шириной и меньшим тормозящим влиянием солнечной атмосферы. Здесь возникла значительно более массивная Венера.

Следующая полоса отличается от предыдущей, в основном, тоже только шириной, и здесь должна была бы возникнуть планета раза в полтора-два массивнее Венеры, но стабильность этого участка Солнечной системы уже в какой-то степени нарушалась близостью Юпитера. Поэтому Земля оказалась лишь чуть-чуть массивней Венеры. Кроме того, она столкнулась с каким-то достаточно массивным телом (вроде Марса), и на околоземную орбиту было выброшено вещество (земная мантия), из которого возникла Луна. Удалённость от Юпитера и Солнца позволила удержать Луну. Есть предположение, что Земля возникла в восстановительной среде; силикаты были здесь безводными, а железо и никель не окислены; но Юпитер "отшвырнул" сюда часть ледяных планетезималей из своих окрестностей, и Земля оказалась богата водой, имея два химических начала [Жарков, 1998].

Следующая полоса была ещё шире, но в её пределах слишком сильно сказывалась дестабилизирующая близость Юпитера. Некоторые из планетных "зародышей" сбились с круговой орбиты и были выброшены из этой полосы (либо поглотились Юпитером, либо столкнулись с Землёй). Поэтому здесь возникла сравнительно маленькая планета - Марс. Спутники Марса появились очень поздно. Это маленькие захваченные астероиды. В этом проявилась близость к поясу астероидов.

В следующей полосе из-за близости к Юпитеру большая планета так и не возникла. Планетные "зародыши", в основном, поглотились Юпитером, стали его спутниками или были отброшены в другие части планетной системы. Из остальных образовались астероиды, суммарная масса которых очень мала по сравнению с планетами. Предположительно в поясе астероидов преобладали гидросиликаты [Жарков, 1998].

Следующая полоса была ещё шире, но, главное, что на этом расстоянии от Солнца протопланетное облако долгое время было непрозрачным для света и солнечного ветра; сюда сдувались водород и гелий из окрестностей Солнца. Поэтому здесь возник самый массивный планетный "зародыш", который поглотил также часть вещества, "предназначавшегося" для астероидов, Марса и даже Земли. Так возник Юпитер - самая массивная планета и обладающая самой массивной и самой большой по диаметру спутниковой системой. Ни один "сосед" не мог оторвать его спутники (Марс и астероиды малы, а Сатурн далёк). В полосе Юпитера преобладали льды в широком смысле (вода, метан, аммиак) [Жарков, 1998].

Следующая полоса была шире предыдущей, но изначальное облако здесь было уже не столь густое, в результате чего возник Сатурн - вторая по величине планета и обладающая тоже большой спутниковой системой.

Для каждой последующей планеты (Уран, Нептун) полоса ещё шире, но резко уменьшается изначальная густота облака. Возникают две примерно одинаковые гигантские планеты, но значительно уступающие по размерам Юпитеру и Сатурну.

На ещё большем расстоянии от Солнца облако ещё более разреженное, и частицы не смогли собраться в единую планету. Возник второй пояс астероидов или же пояс, в котором планетообразование ещё не завершилось.

Спутники планет

Самый далёкий из известных планетных спутников удалён от планеты на 23,7 млн. км (Синопе в системе Юпитера). Плутон же удалён от Солнца на 5913,5 млн. км, то есть планетная система примерно в 250 раз больше самой большой спутниковой. Если же учитывать облако Оорта, то Солнечная система по диаметру в 750 000 раз больше системы Юпитера. Но и система Юпитера не мала - лишь в два-три раза меньше расстояния от Солнца до Меркурия и в 61 раз больше системы Земля-Луна.

Для самых близких к Солнцу планет спутники не характерны. Либо их нет вообще (Меркурий, Венера), либо их слишком мало для каких-либо обобщений (Земля, Марс), причём спутники эти очень разные по размеру и расстоянию от планеты. Дальше всего находится от Земли Луна - в среднем на 384 395 км, или на 30 земных и 110 лунных диаметров. Это самый большой по диаметру спутник планеты земной группы - 3476 км, или 0,27 диаметра планеты. Самыми маленькими и близкими спутниками обладает Марс: до Фобоса 9500 км (чуть больше диаметра планеты), до Деймоса - 23 500 км, если диаметр Фобоса 30 км, то Деймос в 2-3 раза меньше. Харон наиболее близок по размеру к "своей" планете: 0,5 диаметра Плутона (1190 км). От него до Плутона 8,5 диаметров этой планеты (19640 км).

Спутниковые системы открыты также у четырёх астероидов, причём они предельно малы по общему размеру и по размеру составляющих тел. Километровый Дактиль кружится в 100 км от 56-километровой Иды, относительно Диониса столь подробных сведений нет, а другие двойные астероиды, возможно, являются и вообще контактными.

Спутниковые системы планет-гигантов аналогичны Солнечной системе, если не считать того, что в их составе имеются тела, захваченные уже сформировавшимися. Однако, и в Солнечной системе на её периферии (во внешнем облаке Оорта) могут быть объекты, "отнятые" у других звёзд или самостоятельно вращавшиеся вокруг центра Нашей Галактики. Исконные спутники планет движутся против часовой стрелки (при взгляде с северного полюса Земли), а захваченные - по-разному; они маленькие и чёрные [Хартман, 1990]. В Солнечной системе кометные ядра внешнего облака Оорта тоже движутся в самых разных направлениях, что заметно при появлении комет из этой периферийной части Солнечной системы.

Выделяется несколько групп спутников:
1. ближайшая к планетам; для неё характерны маленький и реже средний размер тел, "кучность", соотношения Боде обычно не соблюдаются, но могут и соблюдаться (особенно в периферийной части этого пояса); некоторые тела этой группы кружатся внутри колец или являются "пастухами" колец, а некоторые - близки к пределу Роша, где крупный спутник должен быть разорван приливными силами планеты; возможно, некоторые из этих спутников защищены от разрыва своими малыми размерами или уже представляют собой обломки разорвавшихся небесных тел (особенно, когда на одной орбите несколько подобных тел); эти тела аналогичны планетам земной группы; возможно, эту группу нужно разделить на две:
   • внутренняя часть - нестабильные спутники в кольцах или вблизи них, обломки на одной и той же орбите и т.п. (Адрастея и Метида у Юпитера; Новая луна, Атлас, Пандора, Прометей, Янус и Эпиметей у Сатурна; 7 - 8 ближайших у Урана; Наяда, Таласса, Деспойна и Галатея у Нептуна);
   • наружная часть - истинные аналоги планет земной группы, которые удалены от колец и подчиняются правилу Боде (Амальтея и Феба у Юпитера; Мимас, Энцелад и некоторые другие у Сатурна; Пук у Урана; Ларисса и Протей у Нептуна);
2. вторая по удалённости группа; обычно это крупные или средние по относительному размеру тела, для которых довольно чётко соблюдается правило Боде; аналогична планетам-гигантам;
3. третья по удалённости группа; имеется или открыта не у всех планет-гигантов; маленькие по размеру тела, которые вращаются в стандартном направлении и иногда "кучно" (соотношение Боде не соблюдается); аналогична малым планетам второго пояса или кометным телам внутренней части облака Оорта;
4. группа самых далёких спутников; маленькие по размеру тела, которые могут вращаться противоположно вращению планеты, иногда орбиты бывают сближенными (у Юпитера); орбиты бывают вытянутыми; плоскость орбиты тяготеет не к экватору планеты, а к плоскости орбиты планеты; группа аналогична телам внешней части облака Оорта; впрочем, истинной аналогии с облаком Оорта может и не быть из-за относительной близости других больших планет, которые дестабилизируют внешние части спутниковых систем (звезда от звезды отстоит относительно дальше). Эту группу обычно рассматривают вместе с предыдущей [Сурдин, 1998в].

Периоды обращения планет вокруг своей оси

Ближайшие к Солнцу планеты (Меркурий, Венера), по-видимому, сильно приторможены приливными силами Солнца и совершают оборот вокруг оси за десятки или сотни земных суток.

Значительно быстрее вращаются Земля и Марс (24 и 24,5 часа). Земля в протерозое вращалась ещё быстрее (18 часов), но на 6 часов приторможена Луной.

Планеты-гиганты характеризуются особенно короткими сутками - от 10 до 16 часов, причём быстрее всего вращаются самые массивные из них.

Плутон делает оборот за 6 суток. Это соответствует времени обращения вокруг него Харона. Плутон всегда повёрнут к Харону одной стороной, так как остановлен его приливными силами (это самая двойная планета Солнечной системы).

Значит, имеются одновременно несколько тенденций:
1. чем дальше от Солнца планета, тем она быстрее вращается вокруг своей оси;
2. чем массивнее планета, тем она быстрее вращается (спутникам труднее её приостановить своими приливными силами?);
3. чем ближе и массивнее спутники планеты, тем она медленнее вращается.

Химические различия в составе планет, магнитные поля и внутреннее строение планет

Различия между планетами земной группы и планетами-гигантами возникли уже в самом начале развития планетной системы, когда в результате сгущения газово-пылевого облака заканчивался процесс образования Солнца [Садил, Пешек, 1967]. Температура Солнца в это время повысилась до миллиона градусов (сейчас - 14 млн.), и в его ядре пошли термоядерные реакции. Помимо инфракрасных лучей, Солнце стало излучать видимый свет, под действием которого в пока ещё едином протопланетном облаке произошли огромные изменения.

Это протопланетное облако на всём протяжении, кроме мелких пылевидных частиц, содержало также свободные атомы и молекулы. Особенно много было водорода, значительно меньше гелия, а тяжёлые элементы присутствовали в ничтожных количествах. Давление солнечных лучей вытеснило водород и гелий из ближайших окрестностей Солнца, как это сейчас происходит с частицами кометных хвостов. В результате этого протопланетное облако вблизи Солнца потеряло основную массу и в процентном отношении обогатилось более тяжёлыми элементами (Fe, Si, O и другие). Здесь возникли планеты земной группы - не очень массивные, зато плотные [Садил, Пешек, 1967].

Вдали от Солнца солнечные лучи поглощались первичной туманностью и не влияли на атомы и молекулы лёгких элементов. Поэтому планеты-гиганты оказались такими массивными и содержащими преимущественно водород и гелий [Садил, Пешек, 1967]. Кроме того, эти массивные планеты смогли удержать водород и гелий в условиях относительно низких температур. Если к Земле, например, добавить эти элементы до уравнения их концентрации с солнечной, то Земля окажется массой с Юпитер [Блэк, 1991].

На ещё больших расстояниях от Солнца в результате гравитационного "слипания" мелких частиц возникло кометное облако. В условиях крайне низких температур здесь могли существовать свободные радикалы вроде CH, CN, CO, OH и т.п. В кометных ядрах мелкие твёрдые пылинки соединены в одно целое замёрзшими газами, которые начинают испаряться, если комета приближается к Солнцу.

В планетах земной группы вскоре после их образования началось нагревание за счёт радиоактивного распада некоторых тяжёлых элементов (в основном, урана, тория и радиоактивного калия) и за счёт тепла, выделяющегося при соединении свободных радикалов. Недра планет расплавились, и тяжёлые элементы (прежде всего - железо) опускались вглубь, формируя железные ядра, а оксиды кремния и другие относительно лёгкие вещества всплывали на поверхность, формируя мантию, верхний переостывший слой которой образовал тонкую кору. Аналогичные процессы шли и в недрах планет-гигантов, но их изначальный состав был другим.

Особенно плотным (для сравнительно малой массы) оказался Меркурий. У него самый большой относительный размер железного ядра и за счёт этого имеется слабое магнитное поле, хотя планета вращается медленно. У Венеры и Земли относительные размеры железных ядер меньше, ещё меньше - у Марса, причём, если у Земли и Венеры имеется слой жидкого железа на поверхности ядра, то у Марса такого жидкого слоя нет. Поэтому у Земли есть магнитное поле, а у Марса - нет. У Венеры тоже нет магнитного поля, но по другой причине - она уж очень медленно вращается вокруг оси.

Особенно малы относительные размеры ядер у планет-гигантов, причём это, вероятнее всего, не железные, а каменистые ядра. У Юпитера и Сатурна эти ядра окружены слоем металлического водорода (за счёт чего в сочетании с быстрым вращением имеются мощные магнитные поля). Уран и Нептун несколько менее массивны, и такого слоя у них нет. Магнитное поле Урана имеет иную природу: связано с раствором аммиака в воде (есть носители заряда - ионы аммония и гидроксила).

Источники энергии в Солнечной системе

1. Солнце - основной источник энергии на поверхности тел Солнечной системы.
2. Энергия планетных недр - для температурного баланса на поверхности тел имеет весьма ограниченное и, как правило, локальное значение (вблизи вулканов в моменты извержений), но приводит в движение механизм тектоники плит и потому преобразует облик Земли; имеет также значение для Юпитера, Сатурна, Нептуна, Венеры и, возможно, для некоторых других крупных небесных тел.
3. Энергия вращения планет в сочетании с солнечной энергией приводит в движение атмосферу, создаёт магнитное поле и, возможно, корректирует тектонику плит; особенно большое значение имеет для планет-гигантов.
4. Энергия приливов - имеет существенное значение для крупных и близких спутников Юпитера, вызывая вулканизм (Ио) или менее значительный разогрев недр (Европа). Энергия приливов обусловлена вращением небесных тел или их орбитальным движением, а потому не самостоятельна.
5. Энергия столкновений небесных тел (энергия их орбитального движения) - основная энергия, меняющая облик поверхности большинства мелких и среднеразмерных тел Солнечной системы (Меркурий, Марс, Плутон, Луна и многие другие спутники планет, а также астероиды и кометные ядра).

Климат на планетах и непрерывно обитаемая зона

Не только расстояние от планеты до Солнца, но и особенности обмена углекислым газом между атмосферой и сушей объясняют, почему Венера лишилась воды и раскалилась, Марс замёрз, а Земля осталась пригодной для жизни [Кастинг и др., 1988].

Для земной атмосферы характерен буферный эффект, регулирующий её температуру. Обратная связь обеспечивается карбонатно-силикатным геохимическим циклом (см. главу о Земле), отвечающим за 80% обмена углекислым газом. 20% обмена обеспечены растениями (фотосинтез забирает углекислый газ, а при дыхании и гниении он выделяется). Если бы не живые организмы, усваивающие известь в океане, известь бы осаждалась на дне сама, но при чуть большей концентрации углекислого газа в атмосфере и извести в океане. Температура атмосферы была бы на 10% выше, но катастрофы бы не было. Итак, не жизнь главное, а силикатно-карбонатный цикл!

На Марсе круговорот углекислоты был нарушен, и вся известь оказалась в горных породах. Марс замёрз в первую очередь не из-за удалённости от Солнца, а из-за своего маленького размера. Именно из-за этого не было тектоники плит, и углекислый газ не выделялся в атмосферу. Значит, не было и парникового эффекта. Марс теоретически может оживать лишь на какое-то время после ударов гигантских метеоритов или извержений вулканов (когда в атмосферу поступает сразу много углекислого газа). Если бы Марс был массивней, то был бы обитаем. Он мог быть обитаем и в далёком прошлом, когда ещё не остыл. В далёком будущем он тоже на какое-то время сможет "ожить" из-за увеличения светимости Солнца.

На Венере из-за близости к Солнцу (из-за фотодиссоциации воды) улетучился водород, не стало воды, углекислый газ перестал с дождями вымываться и весь скопился в атмосфере. Без углекислого газа Венера была бы холоднее Земли. Не исключено, что на ранних этапах своего развития (до полной фотодиссоциации воды) Венера была пригодной для жизни.

Непрерывно обитаемая зона в Солнечной системе расположена от 0,95 до 1,5 а.е.; в ней - Земля и Марс [Кастинг и др., 1988].

Обитаемы могут оказаться и некоторые спутники планет (например, Европа, где под слоем льда в океане могут обитать хемосинтетики) - за счёт разогрева недр приливными силами.

Светимость Солнца возрастает на 1% каждые 100 миллионов лет, и через 1 миллиард лет с Земли начнёт исчезать вода. Разогрев планеты будет отсрочен карбонатно-силикатным циклом, но лишь на какое-то время.

Как уже говорилось, недавно делались заявления об "открытии" следов живых организмов в метеоритах и широком распространении жизни на планетах Солнечной системы в прошлом [Жмур и др., 1997]. Таким образом, существуют две принципиально различные крайние точки зрения на жизнь во Вселенной.

Во-первых, иногда считается, что жизнь - очень редкое явление, для её возникновения и поддержания требуется уникальная комбинация условий: жидкая вода, изначальный концентрированный раствор органических веществ абиогенного происхождения, умеренный приток солнечной и т.п. энергии, атмосфера с озоном, умеренным количеством углекислого газа и т.п., тектоника плит, силикатно-карбонатный цикл, длительное существование стабильных условий и т.п. Согласно этой точки зрения, жизнь не может переноситься с планеты на планету (иначе как на космических кораблях, то есть при наличии разума). Земля - это уникальная планета и в Солнечной системе, и в ближайшем звёздном окружении Солнца, и, возможно, в Нашей Галактике, а то и во Вселенной...

Сторонники противоположной точки зрения готовы видеть жизнь везде: на Венере в прошлом, на Марсе (на поверхности в полосе таяния полярных шапок, в глубине грунта в других местах, а также везде на поверхности в прошлом), подо льдом на Европе - спутнике Юпитера. Есть представления, что воду при низких температурах может заменить другой растворитель (жидкий аммиак, сера и т.п.), а вместо углеродных цепочек могут быть кремниевые или какого-то иного состава химические цепи. Жизнь на иной химической базе может развиваться и в концентрированных газах. Тогда населены могут быть атмосферы планет-гигантов и некоторые их спутники, а также исходное газово-пылевое облако вокруг Солнца... Споры, семена и т.п. образования могут якобы переноситься с планеты на планету и в результате давления света, и в метеоритах, вышибленных с планет во время столкновений со значительными небесными телами.

Пока полёты автоматических аппаратов на Венеру и Марс не порадовали сторонников второй точки зрения. Марс, однако, в этом отношении не исчерпан, и большие надежды возлагаются на полёт человека в первом-втором десятилетии XXI века. Важен также сам факт существования в течение нескольких дней разумной жизни на Луне. Значит, благодаря разуму, жизнь может переноситься с одного небесного тела на другое. Кстати, американские космонавты, осматривая обшивку ранее запущенного на Луну автомата, обнаружили занесённую с земли колонию бактерий. Бактерии питались этой обшивкой и уцелели под жёсткими космическими лучами солнечного и галактического происхождения.

Другие планетные системы

Планета Плутон находится в нашей Солнечной системе, но видна в виде точки и лишь в самые мощные телескопы. Другие планетные системы, даже ближайшие к нам, расположены в десятки тысяч раз дальше. Поэтому рассмотреть их невозможно. На таком расстоянии видны только звёзды, да и те - в виде точек. Поэтому о наличии планет у этих звёзд мы можем судить только по влиянию этих планет на звёзды. Крупные планеты, проходя по диску звезды, могут на какие-то доли процента ослаблять яркость звезды (но это должны быть очень крупные планеты и крутиться они должны вблизи звезды и в строго определённой плоскости). Планеты могут своим тяготением слегка оттягивать звёзды то к нам, то от нас. Тогда периодически (с периодом вращения этой планеты вокруг звезды) должна меняться скорость звезды относительно нас, а это мы можем понять, изучая звёздный спектр. Увы, такое смещение звёзд могут вызвать опять-таки лишь самые крупные и близкие к звезде планеты. Косвенно о наличии планетной системы можно судить по наличию щели между звездой и облаком Оорта (щель образовалась, так как вещество пошло на образование планет). Газово-пылевые диски открыты у ряда молодых звёзд [Блэк, 1991].

В настоящее время экзопланеты, то есть планеты вне Солнечной системы, открыты у некоторых ближайших к Солнцу звёзд. По одному из источников, примерно к 1997 г. были открыты планеты у 8 звёзд, но все эти планеты либо больше Юпитера, либо ближе Меркурия к звезде, либо имеют крайне вытянутые орбиты, а нам хотелось бы найти что-то похожее на Землю ["Нормальна" ли Солнечная система? 1997]. Впрочем, мы нашли планеты всех тех параметров, которые могли найти. Планету же с земными параметрами пока просто нельзя уловить (мала и далека от звезды, а потому мало влияет на неё). По заметке 1987-го года [Планеты наконец открыты?], из 16 близких к нам изученных звёзд планеты есть у 10. В заметке 1999-го года [В поисках планет, подобных Земле] говорится, что открыто 12 - 15 таких планет массой с Юпитер, а в статье В.Г.Сурдина [1999б] упоминается об открытии около 20 планетных систем, в следующей - 29 [Сурдин, 2000а]. В заметке 2000 г. добавлены ещё 19 систем, а число открытых планет достигло 49 [Вибе, 2000]. Одна из недавно открытых планет по массе меньше Сатурна. Найдена также планета с рекордно долгим "годом" - 7 земных лет. Кроме того, теперь известны две многопланетные системы у обычных звёзд. Ясно, что число известных планетных систем будет стремительно расти с каждым годом и что при совершенствовании методов поиска будут открываться всё более "землепоподобные" тела. Рассмотрим некоторые примеры подобных открытий недавнего прошлого.

Первое открытие юпитероподобной планеты сделано в 1995 г. (М.Майор и Д.Квелоц, Женевская обсерватория). 142 близкие к нам солнцеподобные звезды были изучены оптическим спектрометром, и оказалось, что звезда 51 Пегаса слегка "покачивается" под влиянием планеты размером с Юпитер. Планета делает оборот за 4,23 суток, носясь в такой близости от звезды, что та закрывает треть неба. Расстояние от звезды до планеты в 20 раз меньше, чем от нас до Солнца. Поверхность небесного тела должна быть раскалена до 1000 градусов Кельвина [Планета почти касается звезды? 1996; Сурдин, 1999].

У звезды эпсилон Эридана есть планета массой от 2 до 5 Юпитеров. Звезда составляет 3/4 Солнца по массе и 1/3 Солнца по светимости, то есть это тоже жёлтый карлик, как и наше Солнце. До звезды 11 световых лет, то есть это одна из наших ближайших соседок [Планеты наконец открыты? 1988].

У звезды гамма Цефея обнаружен спутник массой 1,7 Юпитера. Звезда в 8 раз ярче Солнца и расположена в 48 световых годах от нас [Планеты наконец открыты? 1988].

У звезды йота Часов в 1997 г. открыт спутник в 2,26 раз массивней Юпитера, который находится на орбите вроде земной, хотя и более вытянутой (в перигелии, как Венера, а в афелии, как Земля). Звезда похожа на Солнце и отстоит от нас на 56 световых лет [Сурдин, 1999].

Планетная система открыта также у Летящей звезды Барнарда (близкая к нам звезда, которая ощутимо перемещается по небу на фоне "неподвижных" далёких звёзд). Есть указание, что на её траекторию влияют две планеты, сравнимые по массе с Юпитером и Сатурном [Купер, Хенбест, 1998].

У красного карлика Gliese 876 (в 15 св. годах) есть два "юпитера" с периодами обращения 61,0 и 30,1 день - орбитальный резонанс! [Две необычные планетные системы, 2001].

Многопланетная система достоверно известна также у "обычной" звезды - ипсилон Андромеды: три планеты минимально возможными массами 0,71; 2,11 и 4,61 от массы Юпитера [Сурдин, 2000а].

Есть сообщения об открытии экзопланет значительно меньшего размера, причём некоторые из них сделаны до 1995 г., но, по-видимому, подобная информация не всем казалась достоверной. Кроме того, предполагалось наличие планет вблизи звёзд, которые не похожи на Солнце. Например, с 1994 г. в США велись наблюдения звезды СМ созвездия Дракона сетью из 10 телескопов на разных континентах. Зарегистрировано несколько еле заметных снижений яркости звезды, что может объясняться только прохождением планеты по её диску. Диаметр планеты должен быть всего 1,5-3 земных, то есть эта планета хоть и гораздо больше Земли, но гораздо меньше Юпитера [В поисках планет, подобных Земле, 1999].

В 1991 г. была открыта система из трёх-четырёх экзопланет также у очень далёкой звезды - у пульсара (PSR B1257+12), причём речь идёт о планетах меньше Юпитера! Открытие совершил польский радиоастроном А.Вольцшан, работающий в США. Пульсары легко изучаются из-за того, что периодически посылают к Земле радиоволны. Достоверно обнаружены 2 спутника. Один из них массой в 3,4 Земли делает оборот за 67 дней и находится на таком же расстоянии от звезды, как Меркурий от Солнца. Вторая планета массой в 2,8 земной совершает оборот за 98 дней. Планеты находятся в резонансе 2/3, как Нептун и Плутон, что должно привести к изменению эксцентриситета их орбит и может наблюдаться в скором будущем. Предположительно есть и третья планета с периодом равным земному году, но она не столь сильно влияет на звезду, чтоб мы были уверены в её существовании [Планетная система пульсара, 1992; Сурдин, 1999б]. Период её вращения - 25 суток, а предположительная масса - 0,02 земной, т.е. она близка Луне [Сурдин, 2000а]. Возможно, имеется и планета примерно в 100 раз массивнее Земли, которая делает оборот вокруг звезды примерно за 170 лет.

После этого открытия начался активный поиск планет у других радиопульсаров, но успеха он не имел [Сурдин, 1999б].

Из 16 изученных близких звёзд у звезды Бета Живописца открыт аналог облака Оорта (газово-пылевой диск). "Безоблачная" щель тянется от звезды на такое же расстояние, на каком в Солнечной системе находится Плутон. Имеется не менее одной планеты. До звезды 50 световых лет [Там скрывается планета? 1995; Планета у Беты Живописца? 1996].

Вокруг молодой голубой Веги, самой яркой звезды северного неба, по данным инфракрасного спутника "IRAS", в настоящее время идёт образование планетной системы ["IRAS" - великий первооткрыватель, 1996].

Существует проект на далёкую перспективу - установить для наблюдения далёких планетных систем два спаренных телескопа вне "пыльного" пояса астероидов на орбите вокруг Юпитера [Поиск неизвестных планет и жизни на них продолжается, 1996].

Как читатель уже понял, планетные системы обычны во Вселенной. Примечательно, что они открыты, в основном, у солнцеподобных звёзд [Миронов, 1998]. И, тем не менее, они могут быть совсем другими, чем наша, и существовать далеко не у всех звёзд. На примере нашей системы мы видим, как массивный Юпитер помешал образованию планеты на месте пояса астероидов и уменьшил размер Марса. Но второе тело системы может быть ещё массивнее, быть звездой. Когда были изучены спектры 166 похожих на Солнце жёлтых карликов, то выяснилось, что 65% из них имеют звезду-спутник массой 10% главной звезды, а у половины остальных звёзд есть спутник массой от 10 до 1% - тоже звезда, а не планета. Значит, одиночных звёзд не более одной пятой от числа всех [Звёзды не любят одиночества, 1991].

Совсем другие аналоги Солнечной системы

Текст, который предлагается читателю ниже, - это, скорее, поэзия, чем физика. Поэтому ему и предшествует так много стихотворных эпиграфов. Рассматривается модель Вселенной, которую трудно доказать, но столь же трудно и опровергнуть.

Из глубокой древности в наши дни пришла идея, что Вселенная состоит из разномасштабных структур, которые, тем не менее, похожи одна на другую. Демокрит и другие атомисты (Эпикур, Лукреций) доказывали существование атомов множеством способов и в том числе раздельностью крупных тел - звёзд, людей, песчинок, указывая на некоторое их подобие [Вавилов, 1947]. Ещё последовательнее был древнегреческий натурфилософ Анаксагор, живший примерно с 500-го по 428-ой годы до нашей эры. Он учил, что Вселенная построена из гомеомерий - подобных одна другой, но разномасштабных частиц, или структур. Эти частицы делимы до бесконечности, а весь наш видимый мир - это одна из таких частиц, которая входит в состав частицы ещё большего масштаба. Если выражаться современным языком, то атом подобен Солнечной системе, а Солнечная система - Галактике и т.д. Анаксагор был первым, кто издал книгу с чертежами, но тексты Анаксагора не дошли до наших дней, и мы знаем о взглядах этого изгнанного из Афин философа только по краткому рассказу Диогена Лаэртского [1979] и насмешкам его критиков [Лукреций, 1947].

Как Анаксагор объяснял устойчивость тех или иных гомеомерий? Почему в реальном мире, окружающем нас, гомеомерии относительно стабильны и не распадаются на бесконечно мелкие частицы? Видимо, он полагал, что чем меньше структура, тем больше усилий нужно затратить на её разрушение. Ведь плотность гомеомерий увеличивается с уменьшением их размера. Если выражаться современным языком, то видимые нами предметы можно раздробить на молекулы обычными физическими способами, молекулы на атомы - только в ходе химических реакций, атомы на более мелкие частицы - только при ядерном взрыве и других особенно мощных физических воздействиях...

Хотя система Анаксагора выглядит логичной, она трудна для восприятия, так как связана с бесконечностью масштабов - с понятием о бесконечно малом и бесконечно большом. Так случилось, что взгляды Анаксагора на долгое время уступили место атомизму Демокрита (около 460 - около 370 до нашей эры), считавшему, что Вселенная состоит из элементарных частиц и пустоты. Элементарные частицы различны по форме и размеру, но все они неделимы и обладают абсолютной плотностью. Демокрит называл элементарные частицы атомами, но сейчас это слово имеет другое значение. Атомизм Демокрита оказался удивительно плодотворным учением и привёл к современной химии и современной физике.

В то же время понятие об элементарной частице за прошедшие два с лишним тысячелетия и особенно за последние несколько веков претерпело значительные изменения. Элементарные частицы Демокрита - это, в основном, молекулы (мельчайшие количества вещества), хотя иногда под ними понимались и атомы в современном смысле этого слова. В общем, понятия "атом" и "молекула" в их современных значениях Демокрит не различал.

Различать их стали гораздо позднее - во времена Ломоносова и Дальтона (в период со второй половины XVIII по первую половину XIX века). Атом - мельчайшая и неделимая частица химического элемента, по сути - элементарная частица. Молекула - мельчайшая и физически неделимая частица вещества, которая может состоять из нескольких атомов.

Во времена Эрнеста Резерфорда (1871 - 1937) выяснилось, что атом имеет сложное строение. Он химически неделим, но может распадаться самопроизвольно и в результате мощного физического воздействия. Атом оказался сложной частицей, состоящей из ядра и электронов. Возникла знаменитая планетарная модель атома: массивное атомное ядро находится в центре атома и подобно Солнцу, а вокруг него по круговым или эллиптическим орбитам вращаются электроны, которые подобны планетам Солнечной системы. Разумеется, такая модель привела к воскрешению взглядов Анаксагора, хотя самого Анаксагора с его гомеомериями при этом не вспоминали.

К этому времени давно устоялись представления о сходстве систем планет-гигантов с Солнечной системой (и планеты-гиганты, и Солнце обладают многочисленными спутниками, масса сконцентрирована в центре системы, а движение - в спутниках). Кроме того, люди уже знали о принадлежности Солнечной системы к Нашей Галактике и о вращении Солнца и других звёзд вокруг центра этой Галактики. Были известны другие галактики, а также скопления галактик. Всё это вместе взятое возрождало иерархическую модель Вселенной ("миры в мирах").

В это же время и чуть позднее были сделаны и другие открытия, которые, казалось бы, должны укрепить подобные натурфилософские взгляды: ядро оказалось состоящим из протонов и нейтронов, а протоны и нейтроны - из кварков. В мощные современные телескопы недавно удалось разглядеть ещё одну крупномасштабную структуру - сверхскопления галактик, состоящие из множества их скоплений [Бернс, 1986; Дресслер, 1987; Сурдин, 1996]. Вслед за этим в центрах некоторых галактик и в том числе в центре Нашей Галактики были открыты сгустки массы - "чёрные дыры", напоминающий сгусток массы в центре атома и в центре Солнечной системы [Таунс, Гензел, 1990; Рис, 1991; В центре Млечного Пути..., 1999]. Такие же "чёрные дыры" открыты и в других галактиках [Чёрная дыра в Галактике? 1992; Чёрная дыра в галактике..., 1998]. Как несколько атомов могут быть объединены в молекулу, или несколько звёзд образовывать кратную звёздную систему [Звёзды не любят одиночества, 1991], так и несколько близких галактик могут взаимодействовать гравитационно. Спутниками Нашей Галактики, возможно, являются Большое и Малое Магеллановы Облака [Мэтьюсн, 1985].

Тем не менее, развитие современной физики пошло по другому пути, так как многие факты не уложились в "иерархическую" модель.

Таких фактов имеется две группы:
1. атом и другие частицы микромира по многим параметрам принципиально не похожи на Солнечную систему и другие крупные гомеомерии;
2. Вселенная в целом (видимая область Вселенной) развивается по своим специфическим законам, которые не похожи на законы развития Солнечной системы и т.п. гомеомерий.

Ниже эти две группы фактов рассматриваются в первом приближении, а также приводятся замечания автора о том, как можно вернуться в русло иерархической модели. Суть замечаний сводится к тому, что мы сравниваем не то и не с тем, а, кроме того, производя эти сравнения, неправильно представляем Солнечную систему.

Чем именно атом не похож на Солнечную систему? Во-первых, строгой обязательностью своего строения и поведения составляющих его частиц: электроны обладают не любой, а строго определённой и одинаковой массой покоя; электроны могут двигаться не по любым, а по строго определённым орбитам, образующим вокруг атома строго определённое количество электронных слоёв; электроны теряют энергию не постепенно (как искусственные спутники Земли, трущиеся о воздух), а строго определёнными порциями (квантами); электроны движутся не по стабильным круговым или же эллиптическим орбитам, как планеты, а постоянно меняют траекторию, образуя объёмное электронное облако строго определённой формы (орбиталь); одну и ту же орбиталь могут занимать одновременно два разноспиновых электрона, что для планетного мира не характерно; электроны и другие объекты микромира одновременно являются частицами и волнами (разрешённые орбитали выводятся из волновой природы электрона), а для макромира такая двойственность не характерна; атомные ядра могут иметь не любые, а строго определённые массу и заряд; атомы одного и того же элемента тождественны один другому, что трудно представить себе для планетных и т.п. систем. Атомные ядра изучены хуже, чем электронные оболочки атомов, но и там, по-видимому, существуют чёткие правила послойного расположения протонов и нейтронов. Сами эти частицы имеют строго определённую и к тому же одинаковую массу, как и составляющие их кварки. Таким образом, микромир отличается от макромира принципиально, и главные из этих отличий - квантованность и двойственность объектов (частица и волна одновременно).

Да, конечно, Солнечная система - это не просто увеличенная копия атома. Она другая. Но давайте повнимательней всмотримся в неё. Нет ли и в ней хотя бы каких-то признаков квантованности и двойственности объектов? Уже несколько веков известна так называемая закономерность Боде: каждая следующая планета в среднем в 1,7 раза дальше предыдущей. Только на этих орбитах "зародыши" будущих планет оказались устойчивыми и смогли сформировать из протопланетного облака современную планетную систему. Остальные были выбиты с орбит в самом начале своего существования и поглощены более удачливыми "собратьями". Согласно современным представлениям, планеты "слипаются" за несколько миллионов лет, то есть довольно быстро по сравнению с общим сроком существования планетной системы, уже составляющим около 5 миллиардов лет [Блэк, 1991]. Второй пример квантованности - это разрешённые и неразрешённые орбиты астероидов между орбитами Марса и Юпитера. Группировки астероидов, находящихся на разрешённых орбитах, отделены от других таких группировок "люками" Кирквуда - зазорами, которые соответствуют орбитам, кратным периоду обращения Юпитера: 4:1, 3:1, 5:2, 7:3, 2:1, 5:3, 3:2, 4:3, 1:1 [Бинцель и др., 1991]. В основе этой закономерности лежат резонансные явления, то есть планеты демонстрируют нам свои волновые качества. Напомню, что единая планета не смогла возникнуть между Марсом и Юпитером именно из-за резонансных явлений. Третий пример - неразрешённые орбиты в поясе Койпера [Новый транснептунианский..., 1995].

Значит, мы поначалу не заметили некоторые сходные черты атома и Солнечной системы, так как не знали Солнечную систему. Знаем ли мы её сейчас? И корректны ли наши сравнения? Ведь атом мы воспринимаем в динамике (статистически), а планетную систему видим почти застывшей в один определённый момент времени. Поясню эту мысль. Сколько оборотов вокруг Солнца успела сделать наша Земля со времени своего возникновения? Примерно 5 миллиардов (Солнце и Земля по современным представлениям существуют чуть менее 5 миллиардов лет, но Солнце раньше было чуть-чуть массивнее, и Земля вращалась вокруг него чуть быстрее, а потому для приблизительных расчётов можно выбрать именно эту цифру). А за какое время электрон делает вокруг атомного ядра эти 5 миллиардов оборотов? Разумеется, электроны и атомные ядра бывают разными (ядра отличаются по заряду, а электроны могут быть в разных слоях и на разных орбиталях в пределах слоя - s, p, f, g), но ведь разными бывают и планеты. Поэтому правильней всего было бы выбрать 2s-электрон фтора (у фтора тоже 9 "планет", а его 2s-электрон - аналог "Земли"). Но "под рукой" оказались данные по невозбуждённому атому водорода. Его диаметр - 0,00000001 см [Орир, 1969]. Длина орбиты его электрона - это произведение числа "пи" и диаметра (0,0000000314 см). Скорость электрона составляет 1/137 часть скорости света, то есть 30 000 000 000 см/с, делённое на 137, или примерно 220 000 000 см/с. Один оборот электрон совершает за 1,42727272727*10^-16 секунды. 5 миллиардов оборотов он совершит за 0,0000007 секунды. Значит, наша Солнечная система по "единым часам" от момента своего возникновения просуществовала всего семь десятимиллионных частей секунды! А сколько всего с ней успело случиться! В ничтожные мгновения (практически мгновенно) возникли Солнце и все планеты; за последующие доли секунды Солнце потеряло часть массы, и планеты отодвинулись от него; некоторые из них успели повернуться одной стороной к своим спутникам (Плутон) или заметно затормозить (Земля); многие спутники тоже "застыли" и заметно отодвинулись от своих планет (Луна и другие), а некоторые разорвались, превратившись в кольца планет-гигантов; многократно с более или менее определённой частотой поменялись магнитные полюса планет... Есть также предположения, что много раз циклически изменились орбиты Земли и планет [Рич и др., 1997]. А что будет с планетной системой через 1 секунду по "единому времени", то есть через 7 000 000 миллиардов земных лет? Во-первых, она может не дожить до этих "дней". Всего через 10 миллиардов земных лет (примерно 1 миллионная секунды по "единым" масштабам времени) Солнце, став перед этим красным гигантом, сбросит свою оболочку и испарит часть планет, и, как знать, что будет через эту самую "универсальную секунду"! В общем, наша Солнечная система по "универсальным" понятиям - это нестабильная короткоживущая частица. Она имеет некоторое сходство с обычным устойчивым атомом (масса сосредоточена в ядре, движение - в электронах, орбиты квантованы и определяются волновыми законами), но скоро погибнет, и её полные аналоги нужно искать где-нибудь в пекле ядерного взрыва, где тоже рождаются нестабильные атомы и другие, меньших размеров, короткоживущие частицы. Да и как вообще можно сравнивать стабильные атомы с Нашим Макромиром, если он сейчас претерпевает Большой взрыв! Именно этот взрыв породил современные галактики и прочие макроструктуры. Потом же из них могут возникнуть устоявшиеся объекты, которые не будут "попусту" излучать энергию, приобретут оптимальные и стандартные размеры. Как знать, не примет ли участие в этой стабилизации разум? Ведь за такое почти бесконечно долгое время, как "универсальная секунда", разумные существа, возникшие в различных уголках Нашего Мира, успеют объединиться и полностью подчинить себе ближайшие по масштабу гомеомерии. Вот мы и возвращаемся к Анаксагору, считавшему, что двигателем и организатором мироздания на всех уровнях является разум ("нус") - неотъемлемое свойство тонко организованной материи.

Можно представить себе и такую картину. "Угомонившийся" тёмный остаток Солнца удерживает на минимально возможных в энергетическом отношении устойчивых орбитах планеты, причём они стандартны по размеру и для экономии пространства укомплектованы на каждой орбите по две (с разных сторон от Солнца). Возможность такой модели допускал ещё Пифагор, считавший, что для достижения симметрии и гармонии на земной орбите по другую сторону от Солнца должна быть Противоземля [Порфирий, 1979]. Отсюда и пошла идея антимира. Устойчивость орбит определяется взаимной кратностью периодов обращения по ним, как в атоме. Вовсе не обязательно, что самые устойчивые орбиты должны быть в какой-то единой плоскости. Ведь такой порядок вещей унаследован от единого протопланетного облака или даже от единого облака, из которого возникли Солнце и планеты. Если нет какого-то одного слишком массивного "юпитера", который "повелевает" другим планетам вращаться в его плоскости, то может существовать математическая модель устойчивой системы, которая занимает не плоскость, а весь объём пространства вокруг "солнца". Интересно, что орбиты не обязательно должны быть круговыми (s-орбиты). Они могут быть вытянуты и существовать в различных плоскостях (p-орбиты), чтобы не мешать одна другой. Движение по таким орбитам может быть очень сложным. Примерно так движутся вокруг общего центра масс звёзды в шаровых скоплениях [Кинг, 1985]. Не исключено, что вещество в процессе длительной эволюции может само прийти к такой устойчивой структуре, но в подобной "оптимизации" может принять участие и разум. И в одном, и в другом случае планетная система окажется подобна атому.

Фантазировать можно до бесконечности. В нашей Солнечной системе имеется только одна звезда. Но в центре подобных систем бывает несколько звёзд, вращающихся одна вокруг другой [Звёзды не любят одиночества, 1991]. Вот вам и аналог атомного ядра, состоящего из нескольких нуклонов - протонов, нейтронов! Пока человечество не сумело решить даже проблему вращения трёх тел (есть решение лишь частного случая, когда все три тела резко отличаются по масштабу), но это не значит, что подобную задачу нельзя решить вообще. Можно представить себе систему, в которой на большом расстоянии одна от другой имеется несколько звёзд, причём близкие к звёздам планеты не покидают "своих" звёзд, а далёкие (во внешнем планетном слое) движутся по сложным траекториям вокруг нескольких центров одновременно. Вот вам и "молекула" на планетном уровне! Аналог молекулы на галактическом уровне - галактика Андромеды с двумя "чёрными дырами" в центре ["Каннибал" живёт по соседству, 1994].

Кстати, недавно волновые явления были обнаружены на галактическом уровне. Звёздные комплексы (внутригалактические структуры, состоящие из сверхассоциаций, которые соответственно образованы звёздными ассоциациями) располагаются вдоль спиральных рукавов Нашей Галактики с регулярными интервалами, которые соответствуют так называемой "джинсовской длине волны" в теории гравитационной неустойчивости [Ефремов и др., 1998]. Авторы утверждают, что "теперь мы можем быть уверенными в том, что и наша Галактика относится к регулярным спиральным системам, где спиральные ветви имеют волновую природу" (с.12), так как только гравитационным "слипанием" структуру Галактики не объяснить. Сложную комбинацию образуют в Галактике также ударные волны, которые возникают двумя способами: при движении газа через спиральные рукава (самые масштабные) и при взрывах сверхновых и их групп (менее мощны, но тоже вызывают волну звездообразования в газе) [Ефремов и др., 1998].

Недавно открыто поразительно сходство реактивных струй у молодых звёзд и молодых галактик, которые, согласно теории Оуеда, Пудрицы и Стоуна, благодаря этим струям, истекающим с полюсов, избавляются при сжатии от 99,99% исходного углового момента движения газовопылевого облака [Сурдин, 1998а].

Теперь вернёмся к рассмотрению Вселенной как единого целого в принятом в наши дни понимании этого слова. Согласно современным представлениям [Бернс, 1986; Фридман, 1993 и др.], Вселенная возникла примерно 15 миллиардов лет назад в результате Большого взрыва массы, сосредоточенной в точке, и в настоящее время продолжает расширяться с огромной скоростью. Эта скорость - постоянная Хаббла (по имени первооткрывателя разбегания галактик). Вне этой расширяющейся области как бы нет ничего. До Большого взрыва тоже как бы не было ничего, так как само время, возможно, не существовало. Конечно, такая модель Вселенной не имеет сходства ни с Солнечной системой, ни с такой более крупной структурой как Галактика. Ведь и Солнечная система, и Галактика возникли из газово-пылевых облаков под воздействием взаимного гравитационного притяжения частиц [Блэк, 1991 и др.]; обладают массивными центрами [Таунс и др., 1990; Рис, 1991] и вращающимися вокруг этих центров объектами; и Солнечная система, и Галактика не склонны к взрывообразному расширению и т.д. (хотя Солнечная система как раз расширяется из-за постепенного уменьшения массы Солнца).

Но знаем ли мы Вселенную в целом? Мы более или менее представляем наблюдаемую область Вселенной, часть Вселенной и, возможно, ничтожно малую её часть, бесконечно малую. Однако, для нашего "зазнавшегося" времени привычно называть этот фрагмент пространства Вселенной. Из-за смешения понятий "Вселенная в целом" и "Наш мир" (наблюдаемая область Вселенной) возникает много недоразумений. Так, например, разногласия в оценке взглядов Лукреция на эволюцию возникли из-за смешения авторами XX века именно этих понятий. Лукреций же чётко различал эти вещи: для Вселенной он эволюцию не признавал, а все отдельные миры, согласно его взглядам, эволюционируют в направлении усложнения структуры до их гибели [Насимович, 1994]. Миры эти различны. Какие-то из них могут и взрываться в данный момент. Бывают же взрывы структур более близких к нам по масштабу - звёзд, метеоритов, вулканов, газовых скоплений и произведений рук человеческих! Но, если взрывается сверхновая звезда, то это не означает, что все звёзды всегда существуют в состоянии взрыва. Так и с нашей областью Вселенной. Если она взорвалась и продолжает взрывообразно расширяться, то это не означает, что везде во Вселенной происходит взрыв.

Р.Олдершоу (R.Jldershaw, Амхерстский колледж, штат Массачусетс, США) выдвинул гипотезу иерархической космологии, развивающую теорию, которая вышла из моды с появлением представлений о Большом взрыве. Согласно этой теории, при каждом переходе в наблюдательной астрономии ко всё более крупномасштабным объектам за ними обнаруживаются следующая структура. Иначе говоря: кварки - барионы (протоны и нейтроны) - атомы - спутники планет - планеты - звёзды - шаровые скопления - галактики - скопления галактик - сверхскопления галактик... Если признать правильность этой модели, то, согласно Олдершоу, не Большой взрыв был 15 миллиардов лет назад, а локальный "местный" взрыв, в результате которого сформировался облик наблюдаемой части Вселенной.

Эта гипотеза снимает:
1. проблему происхождения Вселенной (она вечна);
2. проблему первоначальной точечности Вселенной (не было этого);
3. проблему "тёмной материи", или "скрытой массы", неизбежную при Большом взрыве ("скрытая" масса может находиться и вне области расширения);
4. проблему звёзд старше Вселенной (залетели в нашу область Вселенной из других областей за 15 миллиардов лет) [Вселенная подобная матрёшке? 1992].

В космологическом отношении в гипотезе Олдершоу нет каких-либо противоречий, но не хватает и доказательств правильности подобных взглядов. В общем, эти взгляды могут существовать на правах общефилософских и строго не доказанных, как и представление о взрывающейся Вселенной. Есть, правда, ряд конкретных замечаний: возраст и Вселенной, и самых первых звёзд в самое последнее время оценивается не в 15, а в 12 миллиардов лет; проблема скрытой массы имеет и иные решения [Возраст Вселенной..., 1997].

Наша Солнечная система по сравнению с атомом - это молодая структура, не пришедшая ещё к стабильности, "короткоживущая частица". Ещё менее стабильны структуры высшего порядка - галактики, скопления и сверхскопления галактик. По их внутреннему времени от Большого взрыва прошли только самые первые мгновения. В центрах галактик только начали формироваться центральные ядра - "чёрные дыры", а вращающиеся вокруг этих центров многие миллиарды звёзд (пылинки!) ещё не успели сформировать планетоподобные или же электроноподобные образования (тоже, возможно, ничего не излучающие "чёрные дыры", но меньшей массы). В такой ситуации гипотезу тождества гомеомерий трудно доказать, но нельзя и опровергнуть. Может быть, земная разумная жизнь потому и кажется одинокой, что Большой взрыв уничтожил прежнюю тонкую структуру окружающей нас Вселенной, и жизнь стала развиваться "с нуля", ещё не успела овладеть всей окружающей нас "мёртвой" материей и поставить её под контроль Разума?

Обращает на себя внимание различное соотношение случайного и закономерного для гомеомерий разных уровней. Для атома преобладает закономерное, он описывается только статистически. В мире привычных масштабов видны и случайное, и закономерное. Для более крупных структур случайное заметно сразу (Млечный Путь люди знали с древности), а закономерное стало познаваться только недавно и с большим трудом, то есть эволюцию Нашей Галактики мы хотя бы частично поняли, когда смогли рассмотреть в телескоп множество других галактик на различных стадиях развития. Наивысшая из наблюдаемых гомеомерий демонстрирует нам лишь случайное, то есть мы, например, оказались частью взрывающейся области, а могли бы быть частью стабильного уголка, частью живого или неживого объекта, разумного или неразумного.

Литература

Авакян С.В., Ковалёнок В.В. Неопознанные явления - "проделки" плазмы? - Природа. 1992. № 6. С. 72 - 77.

Австралия вступает в космический век. - Природа. 1998. № 11. C. 102 [New Scientist. 1997. V. 155. No. 2093. P. 7 (Великобритания)].

Активные дюны в северной полярной области Марса. - Природа. 1999. № 1. С. 104 [Интернет. http://www.msss].

Альварес У., Азаро Ф. Удар из космоса. - В мире науки. 1990. № 2. С. 32 - 39.

Астапович И.С. Метеоры. - В кн.: Вселенная. М., Госкультпросветиздат, 1955. С.181 - 204.

Астероид - бывшая комета. - Природа. 1997. № 2. С. 112 - 113 [New Scientist. 1996. V. 151. No. 2044. P. 13 (Великобритания)].

Астероид был намного крупнее. - Природа. 1994. № 6. C. 86 [New Scientist. 1993. V. 139. No. 1892. P. 10 (Великобритания)].

Астероид - "дитя" астероида. - Природа. 2000. № 3. С.77 - 78 [Science. 1999. V.285. No. 5430. P.993 (США)].

Астероид упал в Баренцевом море. - Природа. 1997. № 11. С. 120 - 121 [Geology. 1996. V. 24. No. 9. P. 779 (США)].

Астероид упал под острым углом. - Природа. 1997. № 3. С. 108 - 109 [Geology. 1996. V. 24. No. 11 (США); New Scientist. 1996. V. 152. No. 2051. P. 11 (Великобритания)].

Астероид - чемпион вращения. - Природа. 2000. № 11. С. 31.

Астероид Эрос. - Природа. 2000. № 2. С. 78 - 79. [Science. 1999. V. 283. No. 5405. P. 1111 (CША)].

Астероиды "проскакивают" мимо. - Природа. 1994. № 8. С. 112 - 113 [New Scientist. 1993. V. 138. No. 1879. P. 11; 1994. V. 141. No. 1918. P. 6 (Великобритания)].

Астрономы Медынской обсерватории... - Природа. 2001. № 5. С. 18 [Sciences et Avenir. 2000. No. 641. P. 28 (Франция)].

Атмосфера и полярные сияния на Ио. - Природа. 2000. № 5. C. 79 [Science. 1999. V.285. N5429. P.870 (США)].

Афтергуд С., Хейфмейстер Д.У., Прилуцкий О.Ф., Примак Д.Р., Родионов С.Н. Ядерная энергия в космосе. - В мире науки. 1991. № 8. С.6 - 12.

Базальтовые ахондриты с Весты. - Природа. 1998. № 8. С. 105 [Science. 1997. V. 277. No. 5331. P. 1492; Science News. 1997. V. 152. No. 12. P. 184 (CША)].

Базилевский А.Т. "Галилео" фотографирует Ганимед. - Природа. 1996. № 12. С. 78 - 79.

Базилевский А.Т. Первая схема глобальной стратиграфии Венеры. - Природа. 1997а. № 10. С. 21 - 26.

Базилевский А.Т. Космический аппарат NEAR пролетает вблизи Матильды. - Природа. 1997б. № 11. С. 105 - 106.