Айзек Азимов - О времени, пространстве и других вещах. От египетских календарей до квантовой физики
Юпитер явно не стремится удержать свои внешние спутники во что бы то ни стало.
У Марса два спутника — Фобос и Деймос оба имеют небольшие размеры и располагаются очень близко к планете. Они вращаются в плоскости марсианского экватора и являются настоящими спутниками. «Коэффициент каната» для них имеет следующие значения:
Фобос 195
Деймос 32
Таким образом я выполнил расчеты для 30 спутников, из которых 21 считается настоящим, а 9 рассматриваются как захваченные астероиды. Я пока ничего не говорю о 31-м спутнике, которым является наша Луна, но обязательно вернусь к этому вопросу. Подведем итоги.
Маловероятно, что будут еще обнаружены настоящие спутники (хотя кто знает: Миранда была открыта в 1948 году), но что касается захваченных астероидов, они могут появляться в неограниченном количестве.
Давайте проанализируем величины «коэффициента каната» спутников. Среди настоящих спутников наиболее низок он у Деймоса — 32. С другой стороны, среди девяти спутников, считающихся захваченными астероидами, самый высокий коэффициент у Нереиды — 34.
Будем считать цифру 30 минимальным значением для настоящего спутника. Тогда все спутники, имеющие меньшие значения коэффициента, вероятнее всего, являются захваченными астероидами и могут быть временными членами семьи планет.
Зная массу планеты и ее расстояние от Солнца, можно подсчитать расстояние от центра планеты, на котором будет действовать этот коэффициент. Для этой цели воспользуемся формулой 4, приняв отношение fp/fs равным 30. Подставив известные величины mр, ms и ds, вычислим dp. Получим максимальное расстояние, на котором можно обнаружить настоящий спутник. Единственная планета, для которой нельзя выполнить такие вычисления, — Плутон, масса которой не определена. Ну и что? Пропустим Плутон!
Также мы можем установить минимальное расстояние, на котором еще можно обнаружить настоящий спутник. Доказано, что если спутник подойдет к планете ближе некоторого минимального расстояния, то не сохранит устойчивость на орбите. Это расстояние называется «пределом Роша» по имени французского астронома Э. Роша, подсчитавшего его в 1849 году. Предел Роша — это расстояние от центра планеты, равное 2,44 ее радиуса.
Я выполнил расчеты для четырех внешних планет и свел результаты в таблицу.
Как видите, каждая из этих планет, имеющих большую массу и расположенных на значительном удалении от Солнца, имеет достаточно свободного пространства для сложной системы спутников. Поэтому па эти четыре планеты и приходится подавляющее большинство спутников — 21.
Сатурн удерживает около себя кольцевую систему, которая нарушает границу предела Роша. Край кольцевой системы находится в 85 000 миль от центра планеты. Очевидно, вещество колец вполне могло стать спутником, если бы не находилось так близко к планете.
Мы видим только планеты нашей Солнечной системы. В связи со спутниками есть смысл говорить только о четырех самых крупных планетах.
Из них Сатурн имеет систему колец, а Юпитер ею едва не обзавелся. Самый близкий к планете спутник, Амалфея, расположен в 110 000 милях от ее центра, а предел Роша составляет 106 000 миль. Всего несколько тысяч миль — и у Юпитера тоже появились бы кольца. Мне представляется, что когда мы начнем изучать другие звездные системы, то непременно обнаружим, что больше половины больших планет будут обладать кольцами, как Сатурн.
Теперь давайте попробуем выполнить аналогичные расчеты для внутренних планет. Поскольку все они обладают гораздо меньшими габаритами и расположены намного ближе к Солнцу — своему основному сопернику, можно предположить, что диапазон расстояний, доступных для движения спутников, будет более ограниченным. И это действительно так и есть. Я выполнил соответствующие расчеты и свел их в таблицу.
Таким образом, вы можете сами убедиться, что если вокруг внешних планет спутники могут вращаться в диапазоне двух миллионов миль и больше, то у внутренних планет пространство для них куда более ограниченно. Марс и Венера приберегли для них лишь по 10 000 миль, у Земли спутники могут чувствовать себя более вольготно: на расстоянии до 20 000 миль.
Меркурий представляется наиболее интересным случаем. Максимальное расстояние, на котором может оказаться естественный спутник, в условиях неравного состязания с находящимся поблизости с Солнцем, уже попадает в границы предела Роша. Из этого следует, что Меркурий не может иметь естественных спутников.
Эта планета действительно не имеет спутников, но, насколько я знаю, никто это не потрудился объяснить. Этот факт принимается как эмпирический. Если кто-то из моих великодушных читателей, обладающих более обширными знаниями в области астрономии, укажет на мои ошибки, я отнесусь к этому с философским смирением. В конце концов, я не профессионал и занимаюсь исследованиями и расчетами ради собственного удовольствия.
У Венеры, Земли и Марса все-таки есть немного места для спутников. Правда, его очень мало и шансы собрать достаточно вещества даже для маленького спутника невелики.
Так случилось, что ни у Венеры, ни у Земли в обозначенных границах спутников нет, а у Марса их два, по оба имеют такие маленькие размеры (один в диаметре 12 миль, другой — 6), что их и спутниками можно назвать с большой натяжкой.
С чувством глубокого удовлетворения могу отметить, что все мои соображения, приведенные выше, блестяще подтверждаются на практике существующими спутниковыми системами различных планет. И мне немного стыдно, что до сей поры я обходил молчанием одну небольшую деталь, можно сказать, крошечный пустячок…
Какое место в выстроенной мной стройной, изящной системе занимает наша Луна?
Если следовать моим выводам, — а мне они очень нравятся, чтобы легко от них отказаться, — она слишком далеко от Земли, чтобы быть ее настоящим спутником. Но она слишком велика, чтобы быть захваченной гравитационным полем Земли. Шансы на это представляются ничтожными.
Существуют теории, что когда-то Луна находилась намного ближе к Земле (в границах, отведенных мною для настоящих спутников), но постепенно удалилась. У меня на это есть возражение. Если Луна когда-то была настоящим спутником, первоначально кружившим вокруг Земли на расстоянии, к примеру, 20 000 миль, она почти наверняка вращалась бы в плоскости земного экватора. Однако она этого не делает!
Тогда возникает закономерный вопрос: если Луна не является ни настоящим спутником, ни захваченным, что же это такое? Вероятно, вы удивитесь, но ответ у меня есть. Для наглядности давайте вернемся к моим вычислениям «коэффициента перетягивания каната». Для одного спутника я этот коэффициент не вычислил. Давайте сделаем это сейчас.
Среднее расстояние от Земли до Луны — 237 000 миль, а среднее расстояние от Лупы до Солнца — 93 000 000 миль. Отношение расстояний — 392. Если это число возвести в квадрат, получится 154 000. Отношение массы Земли к массе Солнца было приведено ранее в этой главе и составляет 0,0000030. Умножив это число на 154 000, получим искомый коэффициент — 0,46.
Иными словами, Луна занимает среди остальных спутников Солнечной системы совершенно особое положение. Она уникальна тем, что ее родная планета — Земля — проиграла соревнование с Солнцем по «перетягиванию каната». Солнце притягивает Луну в два раза сильнее, чем Земля.
Таким образом, мы можем рассматривать Луну не как настоящий или захваченный в гравитационное поле спутник, а как самостоятельную планету, которая движется вокруг Солнца «в ногу» с Землей. Если вы изобразите в масштабе орбиты Земли и Луны вокруг Солнца, то увидите, что лунная орбита постоянно вогнута в сторону Солнца. Она всегда «падает» к Солнцу. Все остальные спутники, причем без единого исключения, «падают» в противоположную сторону.
Не забывайте, что Луна вращается вокруг Земли вовсе не в плоскости земного экватора, как этого следовало ожидать от спутника. Плоскость ее орбиты подходит достаточно близко к эклиптике, то есть к плоскости, в которой планеты обычно вращаются вокруг Солнца. Именно так и должна вести себя планета!
Представляется возможным, что существует некое промежуточное состояние между тяжелой планетой, расположенной далеко от Солнца и представляющей собой ядро с многочисленными спутниками вокруг, и маленькой планетой недалеко от Солнца, которая также является ядром но уже без спутников. Разве не могут создаться условия, при которых произойдет сгущение вещества, и из двух ядер образуется, так сказать, двойная планета?
Возможно, Земля лишь подошла к границе допустимой массы и расстояния, она оказалась немного меньше и чуть ближе, чем нужно. Быть может, если бы мы были немного иначе расположены, две половинки двойной планеты оказались бы больше похожи? На обеих могла быть атмосфера, океаны, а главное — жизнь. Нельзя исключить, что в иных звездных системах двойные планеты — обычное дело.
