Лев Шильник - Космос и хаос. Что должен знать современный человек о прошлом, настоящем и будущем Вселенной
На основе данных, полученных космическими зондами, и теоретических расчетов построены математические модели облачного покрова Юпитера и уточнены представления о его внутреннем строении. В несколько упрощенном виде Юпитер можно представить в виде оболочек с плотностью, возрастающей по направлению к центру планеты. На дне атмосферы толщиной 1500 км, плотность которой быстро растет с глубиной, находится слой газо-жидкого водорода толщиной около 7000 км. На уровне 0,9 радиуса планеты, где давление составляет 0,7 Мбар (то есть в 700 000 раз больше земного. – Л. Ш.), а температура около 6500 К, водород переходит в жидко-молекулярное состояние, а еще через 8000 км – в жидкое металлическое состояние. Наряду с водородом и гелием в состав слоев входит небольшое количество тяжелых элементов. Внутреннее ядро диаметром 25 000 км – металлосиликатное, включающее также воду, аммиак и метан. Температура в центре составляет 23 000 К, а давление – 50 Мбар. Похожее строение имеет и Сатурн.
Ясно: Юпитер – это мир, так отличающийся от нашего, что было бы чересчур опрометчиво с порога отвергать возможность существования необычных форм жизни в недрах огромной планеты. В атмосфере Юпитера обнаружены кислород, азот и углерод, причем содержание кислорода, по некоторым оценкам, может в 5 – 10 раз превышать солнечное. И хотя поиски воды дают самые противоречивые результаты, вопрос о присутствии водяных паров в атмосфере пятой планеты окончательно не решен. Во всяком случае, наличие короткоживущих кучевых облаков в окрестностях Большого красного пятна заставляет о многом задуматься.
Ничуть не менее интересны и большие спутники Юпитера, которые принято называть галилеевыми, в честь открывшего их в начале XVII века итальянского физика и астронома Галилео Галилея. Их четыре – Ио, Европа, Ганимед и Каллисто, причем Ганимед – самый большой спутник в Солнечной системе; он превосходит по размерам даже Меркурий. Однако в настоящее время пристальное внимание большинства ученых привлекает второй из галилеевых спутников – Европа, как возможный кандидат на роль колыбели простейших форм жизни. Дело в том, что поверхность этой небольшой планеты (ее диаметр чуть меньше лунного) покрыта мощной ледяной корой стокилометровой толщины, а под ней лениво катит волны сплошной океан жидкой воды, глубина которого может достигать 50 километров. Подледный океан представляет собой своего рода мантию Европы, причем вполне вероятно, что вода в нем теплая, поскольку подогревается поступающим из недр планеты теплом. Таким образом, второй спутник Юпитера – единственное, кроме Земли, небесное тело Солнечной системы, не испытывающее нехватки животворной влаги.
Средняя плотность Европы приближается к плотности планет земной группы и составляет около 3 г/см3. Следовательно, 80 % ее массы приходятся на силикатные породы, слагающие разогретое ядро, а 20 % – на водяной лед (жидкая водно-ледяная мантия плюс ледовая кора). Ледовый панцирь планеты покрыт густой сетью трещин и разломов, что говорит об активных тектонических процессах, протекающих в недрах Европы. Крупные трещины простираются на тысячи километров, а их ширина колеблется от 20 до 200 километров. Не исключено, что в теплом подпанцирном океане второго спутника Юпитера могут существовать простейшие формы жизни. Некоторые ученые полагают, что наиболее благоприятные условия должны складываться не в океанских глубинах, а в области тектонических разломов на поверхности планеты. Дело в том, что из-за приливного эффекта Юпитера трещины периодически сужаются и расширяются. В последнем случае вода поднимается почти до самой поверхности, и тогда ее толщу начинает проникать солнечный свет, необходимый для поддержания жизни.
Другой спутник Юпитера – Ио – немного больше Луны и примечателен активным вулканизмом, который стимулируется приливным воздействием материнской планеты и гравитационными возмущениями его ближайших соседей – Европы и Ганимеда. Но почти целиком состоит из горных пород, а десятки действующих вулканов выбрасывают пары серы и сернистый газ на высоту в сотни километров со скоростью 1 километр в секунду. Поэтому при весьма низких средних значениях температуры на поверхности Но (минус 140 градусов по Цельсию) там можно обнаружить горячие пятна размером от 75 до 250 километров, температура которых достигает 100–300 °C. Самые крупные спутники Юпитера – Каллисто и Ганимед – наполовину состоят изо льда. Диаметр Каллисто почти равен диаметру Меркурия, а Ганимед превосходит его по размерам.
Шестая планета Солнечной системы, известная с глубокой древности, была названа в честь римского бога Сатурна, которого принято отождествлять с греческим Кроносом. Сатурн имел скверную привычку глотать своих новорожденных детей, ибо, по предсказанию Геи, его должен был лишить власти собственный сын. Избежать печальной участи удалось только младшему, Зевсу-Юпитеру, вместо которого Рея, жена Сатурна, подсунула мужу завернутый в пеленку камень. Возмужав, Юпитер учинил дворцовый переворот, а прожорливого родителя сбросил в Тартар. В старину Кронос-Сатурн символизировал неумолимое всепожирающее время. Личность, что и говорить, малоприятная, хотя и сынок с папашей тоже не особенно церемонился. Так что поэт имел полное право написать:
А к полночи восходит на востокеМертвец Сатурн и блещет, как свинец.Поистине зловещи и жестокиТвои дела, Творец!
Подобно Юпитеру, Сатурн представляет собой огромный газовый шар, стремительно вращающийся вокруг оси. Сутки на поверхности Сатурна продолжаются 10 часов 40 минут. Хотя Сатурн не очень сильно уступает Юпитеру в размерах (его диаметр всего на 20 с небольшим тысяч километров меньше, чем у царя планет, и составляет 120 500 километров), он в три с лишним раза легче него, однако в 95 раз массивнее Земли. Это объясняется уникально низкой средней плотностью шестой планеты: она меньше плотности воды и составляет 0,7 г/см3 против 1,33 г/см3у Юпитера, то есть почти вдвое ниже. Сатурн не способен утонуть даже в керосине.
Сатурн удален от Солнца почти на полтора миллиарда километров – вдесятеро дальше Земли, поэтому на единицу площади он получает в 90 раз меньше солнечного тепла, а его температура на границе верхней облачности не превышает минус 120 градусов по Цельсию. Однако тепловое излучение его недр вдвое превосходит поток энергии, получаемый им от Солнца. Сатурн – водородно-гелиевый шар, но в отличие от Юпитера он содержит значительно больше водорода по сравнению с гелием – 94 % и 6 % соответственно (по объему). Орбита этого холодного гиганта представляет собой почти правильную окружность, а полный оборот вокруг Солнца он совершает за 29 с половиной лет.
Знаменитые кольца Сатурна впервые обнаружил голландский физик и астроном Христиан Гюйгенс во второй половине XVII века, а еще четверть века спустя французский астроном итальянского происхождения Дж. Кассини сумел разглядеть темную щель, разделяющую яркое плоское кольцо надвое. Внешнюю часть этого гигантского ожерелья, простирающегося почти на миллион километров, назвали кольцом А, а внутреннюю – кольцом В. Впоследствии удалось выявить еще четыре кольца – С, D, Е и F, a в 1980–1981 годах американские космические зонды «Вояджер-1» и «Вояджер-2» передали на Землю снимки Сатурна и его колец с высоким разрешением. На этих снимках отчетливо видно, что кольца Сатурна состоят из многих тысяч отдельных узких колечек. Система колец, опоясывающая шестую планету, – это мириады каменных и ледяных обломков самой различной величины и формы.
Сатурн столь же полосат, как и Юпитер, но из-за низких температур, вымораживающих пары аммиака с образованием густого тумана, его широтные пояса видны не так отчетливо. Близ северного полюса обнаруживается гигантский атмосферный вихрь овальной формы размером с Землю, получивший название Большого коричневого пятна. В атмосфере Сатурна дуют сильные зональные ветра, скорость которых – от 100 до 500 метров в секунду в зависимости от широты. Подобно Юпитеру, Сатурн обладает мощным магнитным полем, ось которого совпадает с осью вращения планеты.
Из 56 лун Сатурна наибольший интерес представляет его крупнейший спутник – Титан, немного уступающий Ганимеду, но превосходящий по размерам Меркурий. Его диаметр составляет 5150 километров, но разглядеть детали на поверхности планеты не представляется возможным из-за плотной атмосферы, давление которой в полтора раза больше, чем на Земле на уровне моря. Атмосфера Титана почти целиком состоит из азота (98,4 %), а на долю метана приходится всего лишь 1,6 %. Кроме того, в ней обнаруживаются примеси пропана, этана, ацетилена, аргона, гелия, окиси и двуокиси углерода и некоторых других газов. Температура верхних атмосферных слоев приближается к минус 120 градусам по Цельсию, тогда как температура поверхности планеты много ниже и составляет минус 179 градусов, что объясняется своеобразным антипарниковым эффектом (густой туман рассеивает и отражает солнечные лучи). Между прочим, если бы человек каким-то чудом оказался на Титане, он, по всей вероятности, сумел бы запросто парить в его очень плотной атмосфере, прицепив к рукам крылья наподобие греческого Икара, поскольку сила тяжести на поверхности крупнейшей луны Сатурна в семь раз меньше земной.
