Карл Саган - Космос

• Название: Космос
• Автор: Карл Саган
• Жанр: Физика

---

134

нии с планетами — старожилами внутренних областей Солнечной системы — кометы здесь новички. Почему орбиты планет почти круговые и значительно отстоят одна от другой? Будь их орбиты сильно вытянутыми, пути планет пересекались бы и рано или поздно произошло бы столкновение. В ранний период истории Солнечной системы, вероятно, было множество планет, пребывающих на стадии формирования. Те, что двигались по эллиптическим пересекающимся орбитам, имели предрасположенность к столкновениям и саморазрушению. Тем же, чьи орбиты приближались к круговым, выпадало больше шансов вырасти и уцелеть. Орбиты современных планет — это пути выживших в коллизионном естественном отборе, спокойная зрелость Солнечной системы, одержавшей победу в эпоху катастрофических столкновений.

На самых окраинах Солнечной системы, во мраке далеко за пределами планетных орбит, расположено громадное сферическое облако из триллионов кометных ядер, которое обращается вокруг Солнца не быстрее участников автомобильной гонки «Индианаполис-500»*. Типичные кометы выглядят как гигантские кувыркающиеся

* Земля удалена от Солнца на расстояние r, равное 1 астрономической единице (150 000 000 км). Протяженность ее почти круговой орбиты составляет 2πr ≈ 109 км. Каждый год наша планета проходит этот путь, совершая один оборот по орбите. Один год равен 3•107 с. Таким образом, орбитальная скорость Земли составляет 109 км/(3107 с) ≈ 30 км/с. Теперь рассмотрим сферическое облако комет, которые, по убеждению многих астрономов, обращаются вокруг Солнца на расстоянии около 100 000 астрономических единиц — это почти полпути до ближайшей звезды. Из третьего закона Кеплера (см. с. 106-107} следует, что период обращения любой такой кометы вокруг Солнца составляет около (105)3/2 = 107,5 ≈ 3•107 с, или 30 млн. лет. Для внешних областей Солнечной системы один оборот вокруг Солнца — это порядочное время. Длина кометной орбиты составляет 2 πr = 2π • 105 • 1,5 ≈ 108 км ≈ 10" км, а скорость ее движения не превосходит 1014 км/1015 с - 0,1 км/с ≈ 360 км/ч. — Авт.

138

в пространстве снежки поперечником около одного километра. Большинство из них никогда не нарушают условную границу, проведенную по орбите Плутона. Но иногда проходящая мимо звезда производит в кометном облаке гравитационные возмущения, и некоторые кометы оказываются на очень вытянутых эллиптических орбитах, ведущих в сторону Солнца. После сближения с Юпитером или Сатурном путь такой кометы может вновь измениться под воздействием их тяготения, и она станет возвращаться во внутренние области Солнечной системы примерно раз в столетие. Где-то между орбитами Юпитера и Марса комета нагревается и начинает испаряться. Вещество, истекающее из солнечной атмосферы — солнечный ветер, — уносит частицы пыли и льда прочь от кометы, начиная формировать ее хвост. Если бы Юпитер имел в поперечнике один метр, наша комета была бы меньше пылинки, однако хвост ее, когда он полностью разворачивается, сравним по размерам с расстоянием между планетами. Показываясь на земном небосводе, комета всякий раз сеет суеверный ужас в душах землян. Но в конце концов жителям Земли удалось понять, что это небесное тело, обретающееся далеко за пределами атмосферы, среди планет. Они вычислили его орбиту, и, возможно, уже недалек тот день, когда будет запущен небольшой космический аппарат для исследования гостьи, прибывшей к нам из царства звезд.

Рано или поздно кометы сталкиваются с планетами. Земля и ее спутница Луна должны подвергаться бомбардировке кометами и небольшими астероидами — мусором, оставшимся со времен образования Солнечной системы. Поскольку мелких объектов больше, вероятность столкновения с ними выше. Падение на Землю небольшого фрагмента кометы, подобного Тунгусскому

136

метеориту, должно случаться примерно раз в тысячу лет. А вот столкновение с таким большим объектом, как комета Галлея, ядро которой, вероятно, достигает в поперечнике около двадцати километров*, может произойти примерно раз в миллиард лет.

Когда небольшой ледяной обломок сталкивается с планетой или спутником, он не оставляет на поверхности крупных рубцов. Но если падающий объект относительно велик или состоит преимущественно из камня, то при столкновении происходит взрыв, после которого на поверхности возникает полусферическая воронка, называемая ударным кратером. При отсутствии процессов, стирающих или заносящих такие кратеры, они могут сохраняться миллиарды лет. На Луне практически нет эрозии, и поэтому мы видим, что ударных кратеров на ней гораздо больше, чем можно было бы ожидать, судя по немногочисленным остаткам кометно-астероидного населения, заполняющим в наши дни внутреннюю часть Солнечной системы. Лунная поверхность красноречиво свидетельствует об эпохе разрушения миров, закончившейся миллиарды лет назад.

Ударные кратеры встречаются не только на Луне. Во внутренней части Солнечной системы они обнаруживаются повсюду — от Меркурия, ближайшей к Солнцу планеты, до укрытой облаками Венеры и Марса с его крошечными спутниками Фобосом и Деймосом. Это так называемое семейство планет земного типа, более или менее похожих на Землю. У них твердая поверхность, железо-каменные недра, а плотность атмосферы меняется от почти полного вакуума до давления, в девяносто раз большего, чем на Земле. Они теснятся

* По данным космических аппаратов «Бега» и «Джотто», ядро кометы Галлея имеет вытянутую форму и размеры 16x8 км. — Пер.

137

вокруг Солнца, источника света и тепла, как путники, жмущиеся к костру. Все планеты имеют возраст около 4,6 миллиарда лет. Подобно Луне, все они несут на себе следы эпохи катастрофических столкновений, произошедших в ранний период истории Солнечной системы. Выйдя за пределы орбиты Марса, мы попадаем в совершенно иные условия — в царство планет-гигантов или, как их еще называют, планет группы Юпитера. Это огромные миры, состоящие преимущественно из водорода и гелия с небольшими добавками богатых водородом газов, таких как метан, аммиак и водяные пары. Мы не видим у них твердой поверхности — только атмосферу и разноцветные облака. Это серьезные планеты, не шарики вроде Земли. Юпитер мог бы вместить в себя тысячи таких планет, как наша. Если комета или астероид упадет в атмосферу Юпитера, мы не увидим появления кратера — лишь кратковременный разрыв в облаках*. И тем не менее мы знаем, что и во внешних областях Солнечной системы многие миллиарды лет происходили столкновения, поскольку Юпитер имеет более десятка спутников", пять из которых исследовались с близкого расстояния космическими аппаратами «Вояджер». И здесь мы снова находим свидетельства былых катаклизмов. Когда будет изучена вся Солнечная систе-

* В июле 1994 г. комета Шумейкеров-Леви 9 на глазах у астрономов всего мира врезалась в атмосферу Юпитера со скоростью около 60 км/с. Еще до столкновения ядро кометы распалось на два десятка крупных фрагментов размером от 1 до 10 км. К сожалению, обломки кометы входили в атмосферу на невидимой стороне планеты, но спустя 40-50 минут за счет суточного вращения Юпитера места падений становились доступны для наблюдения с Земли. Следы взрывов в виде огромных темных пятен и расходящихся от них кольцевых ударных волн (по диаметру сравнимых с Землей) на фоне юпитерианской атмосферы наблюдались во многих обсерваториях мира. — Пер.

** См. примеч. пер. на с. 100.

138

ма, мы, вероятно, найдем следы катастрофических столкновений во всех мирах, от Меркурия до Плутона, а также на всех спутниках, кометах и астероидах*.

На обращенной к нам стороне Луны в телескоп с Земли видно около 10 000 кратеров. Большинство из них расположены на древних лунных возвышенностях, а значит, возникли, когда подходил к концу период аккреции на Луну межпланетных обломков. В лунных морях — низменностях, которые вскоре после формирования Луны, вероятно, были затоплены лавой, скрывшей ранее существовавшие здесь кратеры, — насчитывается около тысячи кратеров поперечником больше километра. Таким образом, по очень грубой оценке, сейчас кратеры должны образовываться на Луне со скоростью 104 кратеров за 109 лет, то есть 105 лет на кратер — один кратер в сто тысяч лет. Несколько миллиардов лет назад межпланетного мусора могло быть больше, чем теперь. Так что нам, вероятно, придется ждать даже больше ста тысяч лет, чтобы увидеть, как на Луне образуется новый кратер. Поскольку площадь поверхности Земли больше, чем Луны, следует предположить, что столкновения, порождающие на поверхности нашей планеты кратеры диаметром около километра, будут происходить с интервалом около десяти тысяч лет. Возраст метеоритного кратера в Аризоне, имеющего примерно километр в поперечнике, составляет около 20-30 тысяч

* В 2000 г. космический аппарат NEAR Shoemaker впервые вышел на орбиту вокруг астероида Эрос. В течение года он проводил детальные исследования и фотографирование астероида, а в феврале 2001 г. совершил на него управляемую посадку (хотя и не был спроектирован для этого). Предварительный анализ полученных снимков говорит о том, что большинство обнаруженных на астероиде каменных обломков были выброшены с одного участка его поверхности в результате столкновения с другим космическим объектом. — Пер.