Феликс Зигель - Вселенная полна загадок
Эта однородно серая вуаль, двигаясь значительно быстрее красного пятна, примерно каждые два года приходит с ним в соприкосновение. Но удивительное дело, своеобразное соперничество двух загадочных образований всегда заканчивается в пользу красного пятна. Темное вещество вуали никогда не проходит над пятном, оно всегда разделяется на два потока, охватывающих пятно с севера и с юга. Обойдя таким образом неуязвимое красное пятно, вуаль снова превращается в сплошной серый покров и продолжает как ни в чем не бывало прежнее движение.
Справедливость требует, однако, заметить, что, обтекая пятно, вуаль несколько изменяет скорость его движения. При этом к югу и к северу от пятна она принимает хаотические очертания, и на ее фоне появляются какие-то маленькие черные пятнышки, иногда объединенные в цепочки.
Бывали случаи, когда в атмосфере Юпитера возникали и другие загадочные образования. В частности, 24 февраля 1956 года чехословацкие астрономы заметили в южном тропическом поясе Юпитера новое огромное серое пятно, которое внешне напоминает красное пятно. Будущие наблюдения покажут, обладает ли новое пятно тем постоянством и теми удивительными свойствами, которые характерны для его красного предшественника.
На поверхностях других гигантских планет деталей видно значительно меньше. Правда, на Сатурне неоднократно наблюдались полосы и пятна, сходные с теми, которые видны на Юпитере. Но обнаружить их труднее, видны они хуже.
В 1933 году на поверхности Сатурна неожиданно возникло колоссальное белое пятно, растянувшееся через год в белую экваториальную полосу. По-видимому, атмосферные явления на Юпитере и на Сатурне различаются лишь по масштабам, но не по существу.
То же можно сказать и о еще более далеких Уране и Нептуне. На поверхности Урана уже давно были замечены слабые полосы, параллельные его экватору. Что же касается Нептуна, то его видимая поверхность долгое время казалась почти лишенной каких-либо подробностей. Только несколько лет назад удалось отчетливо рассмотреть сероватые полосы, тянущиеся параллельно экватору наиболее далекой из гигантских планет.
Астрономы, изучающие большие планеты, находятся в незавидном положении. Они вынуждены выступать пока главным образом в роли регистраторов фактов, коллекционеров разнообразных, подчас загадочных явлений.
Теории, которая бы полностью объясняла все странности планет-гигантов, не существует. Однако благодаря недавним работам советских астрономов В. Г. Фесенкова, А. Г. Масевич и других мы теперь в общих чертах можем представить себе природу и строение этих тел солнечной системы.
Схема строения Юпитера.
Давно сложилось мнение, что планеты-гиганты представляют собой неостывшие тела. Трудно было иначе понять, почему в их атмосферах происходят необычайно сложные процессы. Воображение рисовало огненно-жидкую поверхность неостывшей планеты или, скорее, полусолнца, над которой в стремительном вихре мчатся облака раскаленных газов. Эта волнующая наши чувства картина была хладнокровно разрушена еще в 1914 году, когда непосредственные измерения температуры атмосферы Юпитера привели к выводу, что последняя близка к минус 140 градусам по Цельсию. Дальнейшие измерения только подтвердили это заключение. Представление о планетах-гигантах как об «огнедышащих» планетах перешло в область истории. Факты надо было объяснить как-то иначе.
С тех пор предпринимались неоднократные попытки построить теоретические схемы или модели больших планет. В последнее время наибольшей популярностью пользовалась гипотеза уже известного нам Вильдта.
По его расчетам, планеты имеют сравнительно небольшие твердые ядра, покрытые сплошными ледяными слоями затвердевших газов, над которыми простирается газообразная атмосфера.
Как показали исследования А. Г. Масевич, модели Вильдта явно ошибочны. При своих расчетах Вильдт не учитывал тех колоссальных давлений в недрах больших планет, которые неизбежно должны сказаться на состоянии заключенных в них веществ. Картина получится совершенно иная, если учесть эти давления, которые, по расчетам Н. А. Козырева, достигают в центре Юпитера чудовищно большой величины — 70 миллионов атмосфер.
До недавнего времени было неясно, как ведет себя вещество при таких сверхвысоких давлениях. Однако в последние годы были в лабораторной обстановке получены давления в сотни тысяч атмосфер. Результаты этих опытов сильно помогли в тех теоретических расчетах, которые произвела А. Г. Масевич.
Внутреннее строение планеты можно узнать, если известны величина ее сплюснутости (то есть ее форма) и скорость вращения вокруг оси. Эти данные, как и величину массы планеты, можно сравнительно легко получить из наблюдений.
Оказывается, чем однороднее планета, тем более сплющенной она должна быть. Иначе говоря, наблюдения могут указать на степень неоднородности данной планеты. Кроме того, наблюдая, каким образом атмосфера Юпитера при движении по небу планеты постепенно закрывает какую-нибудь из звезд, можно вычислить средний молекулярный вес газов этой атмосферы.
С помощью спектрального анализа уже давно установлено, что в атмосферах больших планет в изобилии встречаются метан (СН4) и аммиак (NH3). Значит, большие планеты очень богаты водородом, который должен существовать там не только в соединениях с другими химическими элементами, но и в чистом, свободном состоянии. Действительно, в самое последнее время в спектрах Урана и Нептуна удалось обнаружить полосы свободного водорода. В спектрах Юпитера и Сатурна этих полос не найдено, что, возможно, объясняется маскирующим действием атомов гелия. Как показывают опыты, если к чистому водороду примешать гелий в количестве втрое большем, то характерные для водорода полосы в его спектре очень сильно ослабляются.
Средняя плотность планет-гигантов, получаемая делением массы планеты на ее объем, оказывается очень небольшой. У Юпитера она равна 1,34, у Сатурна 0,71, у Урана 1,47 и у Нептуна 1,58 (плотность воды принимается за единицу). Иначе говоря, средняя плотность этих странных планет близка к плотности воды, а у Сатурна она даже меньше единицы. Если бы существовал исполинский водный бассейн, куда можно было бы бросить Сатурн, то эта наименее плотная из планет не пошла ко дну, а стала бы плавать, как наполненный воздухом резиновый мяч!
Таким образом, информация, получаемая нами из самых различных источников, приводит к единому выводу— планеты-гиганты должны в основном состоять из наиболее легкого химического элемента — водорода.
Мы не будем описывать весь ход исследования, проведенного А. Г. Масевич. Математические методы, ею примененные, не могут быть изложены в простой и доступной форме. Укажем только на те результаты, к которым пришла советская исследовательница планет.
Юпитер почти полностью состоит из водорода, количество которого составляет 85 процентов его массы. Остальные 15 процентов приходятся на долю гелия и других, более тяжелых элементов.
Проникая с поверхности Юпитера в глубь планеты, мы сначала пройдем через атмосферу, состоящую преимущественно из молекулярного водорода. Эта область занимает по протяжению 0,14 радиуса Юпитера.
На глубине около 10 тысяч километров совершается резкий скачок плотности. Благодаря колоссальному давлению вышележащих слоев, достигающему на этой глубине 700 тысяч атмосфер, электроны покидают свои атомы и водород из молекулярного превращается в атомарный. Смесь протонов и электронов при этом образует так называемую металлическую фазу водорода. Металлический водород вдвое плотнее обычного, молекулярного водорода.
Продвигаясь дальше в глубины планеты, мы заметим, что плотность вещества непрерывно возрастает и на глубине около 50 тысяч километров наступает новый, второй скачок плотности. Мы вступаем здесь в область центрального ядра планеты, которое должно состоять из смеси водорода с более тяжелыми элементами.
Есть ли у Юпитера твердое ядро, подобное ядру Земли или других похожих на нее планет? В этом можно сомневаться. Давление в центральных частях Юпитера так велико, а процентное содержание тяжелых элементов так мало, что скорее всего Юпитер полностью состоит из газов. Правда, в центре Юпитера плотность этого газа в семнадцать раз больше плотности воды и в два с лишним раза больше плотности железа. Но ведь давно известны целиком газообразные звезды — «белые карлики», плотность вещества которых еще больше.
Если бы масса Юпитера стала раз в пять большей, то Юпитер превратился бы в обычную звезду с весьма длительно «работающими» источниками атомной энергии. Солнечная система представляла бы тогда систему двух звезд — Солнца и Юпитера.
Однако и при той массе, которой он обладает, Юпитер, возможно, имеет в центре весьма высокую температуру. По подсчетам Н. А. Козырева, она может быть близка к 150 тысячам градусов.
