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

Постояв среди тех, кто, подобно мне, проделал сегодня путь через всю Унтер-ден-Линден или только собирался это сделать, я вышел на площадь и прошел через Бранденбургские ворота. Свободно.

Григорий Козлов | Фото Константина Кокошкина

Планетарий:

Сердце морского гиганта

Если считать время по нептунскому календарю, то с момента открытия этой планеты еще не прошло и года. Ведь один оборот вокруг Солнца – нептунский год – длится целых 165 лет, а со времени его обнаружения пронеслось только 159. Выполнив несложное арифметическое действие, можно узнать, что ровно через шесть лет этот небесный тихоход вновь окажется в той же точке своей орбиты, где его впервые увидел в телескоп астроном Берлинской обсерватории Иоганн Галле 23 сентября 1846 года.

Нептун находится чрезвычайно далеко – в 4,5 млрд. км от Солнца, что в 30 раз дальше, чем Земля. Поэтому мы знаем о его строении крайне мало, и пока до него добрался только один посланец с нашей планеты. В августе 1989 года рядом с Нептуном пролетела автоматическая станция «Вояджер-2». Она покинула Землю 20 августа 1977 года, стартовав с космодрома на мысе Канаверал, и провела в пути к Нептуну ровно 12 лет, пролетев мимо остальных трех планет-гигантов – Юпитера, Сатурна и Урана – в 1979, 1981 и 1986 годах. Каждая из этих планет гравитационным воздействием изменяла курс станции и придавала ей дополнительную скорость. За время, когда станция находилась в окрестностях Нептуна, было получено огромное количество абсолютно новых сведений об этой планете. Были впервые обнаружены магнитное поле и система колец Нептуна, шесть его небольших спутников, достоверно установлено, что один оборот вокруг оси планета делает за 16 часов. На снимках крупнейшего спутника – Тритона выявлена совершенно необычная поверхность с участками азотного льда и полярной шапкой из азотного инея. Но самым неожиданным было открытие на Тритоне азотных гейзеров – газовых фонтанов, бьющих из недр спутника на 8 км вверх. Все измерения в окрестностях Нептуна, включая телевизионную съемку и самой планеты, и спутников, были выполнены автоматически, по заранее заложенной программе. Вмешательства человека на этом участке полета не предполагалось – ведь радиосигнал от Земли достигнет Нептуна лишь через 4 часа 10 минут! За это время станция пролетит почти 200 000 км и полученная команда окажется уже бесполезной. Все снимки и результаты измерений научных приборов были записаны на цифровой магнитофон и переданы по радио на Землю постепенно, когда «Вояджер» уже значительно удалился от Нептуна. Поступавший со станции сигнал из-за далекого расстояния и небольшой мощности передатчика был очень слабым, поэтому данные передавались медленно, чтобы их было легче выделить из «радиошумов».

Смена времен года на Нептуне, как и на Земле, происходит по мере движения планеты вдоль орбиты, потому как ось вращения Нептуна отклонена от вертикального положения на 30°, что напоминает наклон земной оси (23,5°). Только вот продолжительность каждого сезона там гораздо длиннее – 41 год! Когда в сторону Солнца обращено южное полушарие Нептуна, то над районом южного полюса 41 год длится полярный день, и в южном полушарии все это время – лето. Оно началось там как раз в этом году и продлится до 2046 года. В этот период вокруг северного полюса Нептуна будет царить полярная ночь. С приходом лета в южное полушарие изменились и атмосферные процессы на Нептуне – возникло несколько крупных вихрей, которые меняют свою форму и даже исчезают совсем. Эти изменения наблюдаются с помощью космического телескопа «Хаббл», расположенного на орбите вокруг Земли, поскольку в обычные телескопы атмосферные образования на Нептуне разглядеть трудно.

В областях планеты, удаленных от полюсов, Солнце восходит и заходит с обычной частотой, соответствующей времени оборота Нептуна вокруг своей оси. Вот в этом он оказался намного проворнее Земли – сутки на нем длятся всего лишь 16 часов 7 минут. Поэтому за свой год Нептун успевает сделать 89 630 оборотов вокруг оси, то есть именно столько нептунских дней в его году! Таким образом, каждый из сезонов длится примерно по 22 400 нептунских суток.

Расположенный в 30 раз дальше от Солнца, чем Земля, Нептун не виден невооруженным глазом, поэтому он долгое время и оставался неизвестным. С его открытием наука получила очень важное звено для понимания того, как сформировались планеты Солнечной системы. В сравнительной планетологии, науке о геологическом строении планет, Нептун, как и его «близнец» Уран, занимает промежуточное положение между планетами земной группы и газовыми гигантами – Юпитером и Сатурном, которые иногда даже называют несформировавшимися звездами. При образовании Солнечной системы наименее летучие химические элементы остались в нагретых окрестностях Солнца, и из них создались Меркурий, Венера, Земля, Луна и Марс – планеты с большой плотностью, среди которых есть даже имеющие железное ядро. Летучие, легкие химические элементы были вынесены во внешнюю область Солнечной системы, где из них возникли газовые планеты-гиганты – Юпитер и Сатурн. А на наиболее холодной окраине сконденсировались газово-ледяные Уран и Нептун, которые тоже называют планетами-гигантами, хотя они по диаметру в 2—3 раза меньше Юпитера и Сатурна, но все-таки в 4 раза больше Земли.

Толщина газовой оболочки вокруг Нептуна достигает нескольких тысяч километров – от пяти до восьми, по разным расчетам. В ее составе 80% водорода, 19% гелия и 1% метана. Метан хорошо рассеивает синие лучи, что придает Нептуну цвет, вполне соответствующий его «морскому» названию – синий со слабым зеленоватым оттенком. Динамика атмосферы Нептуна весьма активная, несмотря на то что планета расположена очень далеко от Солнца и получает от светила в 900 раз меньше энергии на единицу площади, чем Земля. Температура на внешней поверхности облаков чрезвычайно низкая – всего лишь –214°С. Однако Нептун излучает в пространство энергии в 2,5 раза больше, чем ему достается от Солнца. Это свидетельствует о том, что внутри планеты происходит выделение энергии. О причине такого процесса четкого суждения нет – это может быть либо естественный радиоактивный распад в породах каменного ядра Нептуна, либо высвобождение гравитационной энергии, если его недра все еще сжимаются в продолжающемся процессе формирования планеты. В любом случае атмосфера нагревается изнутри и находится в постоянном движении. Ветры дуют с запада на восток, перенося воздух в направлении, параллельном экватору. Вблизи полюсов их скорость намного больше, чем около экватора. Удивительно, что у планеты, атмосфера которой с наружной стороны самая холодная в Солнечной системе, скорости ветров – самые большие. Не последнюю роль в этом играют и низкие температуры, уменьшающие вязкость газов, образующих атмосферу, а также быстрое вращение самой планеты. На Нептуне ветры достигают ураганной силы, перемещаясь со скоростью до 2 000 км/ч (560 м/с). На Земле ураганом считается ветер, скорость которого превышает 30 м/с. Такие ветры оказались большим сюрпризом для ученых, предполагавших до полета «Вояджера», что холодная атмосфера Нептуна представляет собой малоподвижное «сонное царство», а вместо этого обнаружился бушующий мир ураганов. Наиболее крупные атмосферные вихри на Нептуне достигают нескольких тысяч километров в поперечнике. На общем светло-синем фоне планеты эти образования имеют вид овалов очень темного, густо-синего цвета, за что получили название «темных пятен». Они возникают в атмосфере на определенное время, иногда достаточно длительное – несколько месяцев или даже лет, а затем постепенно рассасываются и исчезают. Самый крупный из наблюдавшихся до сих пор ураганов, названный Большим Темным пятном, располагался в южном полушарии Нептуна в 1989 году, когда около планеты пролетала станция «Вояджер-2». Диаметр этого вихря превышал диаметр нашей Земли. На снимках хорошо видны детали строения громадного урагана – темная центральная часть и окаймляющее ее светлое кольцо облаков, постоянно движущихся по кругу с гигантской скоростью. Это был огромный вихрь, в центре которого виднелись глубинные, более темные слои атмосферы Нептуна. Пять лет спустя на снимках, сделанных с околоземной орбиты космическим телескопом «Хаббл», Большого Темного пятна обнаружено не было: этот ураган либо затих, либо оказался закрыт сверху сплошной облачной пеленой. Для всех темных пятен в атмосфере Нептуна характерна яркая белая кайма с приполярной стороны. Это, скорее всего, метановый иней на наиболее холодных участках облаков.

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