Александр Волков - 100 великих загадок астрономии

• Название: 100 великих загадок астрономии
• Автор: Александр Волков
• Жанр: Прочая научная литература

С той знаменитой январской ночи 1610 года, когда Галилей навёл свой телескоп на небо и открыл спутники Юпитера, многие учёные и энтузиасты последовали его примеру и открыли немало планет и звёзд, существование которых в настоящее время не подтверждается. И задолго до Галилея необъяснимые явления в космосе ставили в тупик мыслителей и будоражили умы обывателей. Сегодня – в XXI веке, несмотря на то, что современная наука продвинулась далеко вперёд, в астрономии накопилось множество открытий и наблюдений, которые требуют для своего объяснения новых теоретических построений. Все они, на первый взгляд, кажутся чрезвычайно сложными, но, учитывая опыт прошлого, ученые не спешат отступать.

О самых волнующих загадках современной астрономии рассказывает очередная книга серии.

---

Загадка большого красного пятна

Самым памятным из атмосферных явлений, наблюдаемых на Юпитере, остается так называемое Большое Красное Пятно. Вот уже несколько столетий в южном полушарии этой крупнейшей планеты Солнечной системы красуется огромное красно-коричневое пятно. Его можно увидеть даже в телескоп средних размеров. В XVII веке оно привлекало внимание таких ученых, как Роберт Гук (он открыл его в 1664 году) и Джованни Доменико Кассини. Ориентируясь по нему, они определяли период суточного вращения Юпитера.

Это пятно напоминает огромный багровый глаз, коим Юпитер взирает на окружающий мир. Оно простирается на 25 тысяч километров. В нем утонет пара таких планет, как наша. Однако размеры пятна не постоянны. Оно живет своей загадочной жизнью. Оно то растекается по планете, то снова сжимается. В 1878 году, когда его впервые подробно описали, оно было в два раза больше, чем сейчас.

Когда-то Юпитер считали такой же твердой планетой, как Земля. Красное пятно казалось ученым громадным озером раскаленной лавы, растекшимся по поверхности планеты. Воздушные токи, исходящие от него, разгоняли облака, и сквозь их завесу нам открывались очертания этого пятна. Другие полагали, что посреди океана, разлитого по всему Юпитеру, раскинулся материк, окрашенный в кирпично-красные тона.

Теперь мы знаем, что это овальное пятно – вовсе не озеро лавы и не пылающий континент. Это – гигантский антициклон, самый грандиозный вихрь, бушующий в Солнечной системе. Скорость ветра в центральной части пятна достигает почти 400 километров в час. Перед ним меркнут самые страшные ураганы, проносившиеся когда-либо над Землей. Вот уже много веков этот вихрь буйствует над Юпитером и никак не стихнет. На нашей планете подобные атмосферные образования рассеиваются в течение нескольких недель.

Здесь же, на Юпитере, это пятно четко ограничено соседними воздушными потоками. С севера его обтекает ветер, дующий в западном направлении, а с юга – в восточном направлении. Заключенное между ними Большое Красное Пятно вот уже который век удерживается в этой оправе, словно, сказали бы в старину, звездочка, пришпиленная к небесному своду. Правда, понемногу оно перемещается в широтном направлении (восток – запад), а значит, буря обрушивает свой удар на новые районы Юпитера.

Большое Красное Пятно напоминает огромный багровый глаз, коим Юпитер взирает на окружающий мир

В последние десятилетия на Юпитере были замечены и другие пятна, меньших размеров (но даже эти «малыши» оказываются под стать Земле).

Так, в 2006 году Космический телескоп имени Хаббла зафиксировал, что «Белый овал» (буря, бушующая на Юпитере, начиная с 1998 года) в течение полугода изменил свою расцветку. В ноябре 2005 года он все еще был белого цвета, месяцем позже стали проступать коричневатые тона, а к июлю 2006 года он был уже окрашен точно в такие же цвета, как и Большое Красное Пятно. Возможно, мы являемся свидетелями появления на этой планете «Малого Красного Пятна».

В мае 2008 года было открыто еще одно, третье, красное пятно. Оно также образовалось на месте небольшого вихря, выглядевшего ранее как белый овал. Очевидно, и в этом случае изменение его цвета указывает на то, что облака поднялись на ту же высоту, где располагается Большое Красное Пятно. В середине июля 2008 года пятно-гигант и поглотило этот небольшой вихрь, как засвидетельствовал телескоп «Хаббл». Возможно, его судьба объясняет, почему так живуче Большое Красное Пятно – оно постоянно вбирает в себя вихревые образования, возникающие в атмосфере Юпитера.

Что породило Большое Красное Пятно? Какова его структура? В начале 2010 года с помощью Very Large Telescope («Очень большого телескопа») Европейской южной обсерватории впервые удалось заглянуть в глубь Большого Красного Пятна. Вплоть до этого времени считалось, что воздушные массы, его составляющие, непрестанно вращаются против часовой стрелки. Новые фотографии, сделанные с невиданной прежде четкостью, показывают не известные прежде особенности пятна. Воздушные массы движутся здесь не только в одном направлении. Центральная часть пятна вращается, наоборот, по часовой стрелке, в то время как все остальные его области – против часовой.

«Раньше мы полагали, что Большое Красное Пятно – это простой вихрь овальной формы, но результаты новых исследований показывают, что речь идет об очень сложном объекте», – отмечает американский астроном Гленн Ортон. Это пятно – своего рода «полюс холода» в атмосфере Юпитера. Его температура составляет –160 °C. При этом на сделанных недавно инфракрасных снимках видно, что расположенный посредине участок, окрашенный в яркий красный цвет, на 3–4 градуса теплее соседних областей. Так что впервые удалось выявить связь между окраской Большого Красного Пятна и его температурой. По краям пятна на этих фотографиях даже проступили темные полосы. Ученые полагают, что это нисходящие потоки холодного газа.

Впрочем, главная тайна этого атмосферного вихря так и осталась неразгаданной. Природа коричневато-красной расцветки пятна по-прежнему не ясна. Высказываются разные гипотезы. Возможно, молекулы какого-либо вещества, содержащегося в атмосфере Юпитера, под действием молний или ультрафиолетового излучения разлагаются с выделением фосфора. По другой гипотезе, вихрь втягивает из недр Юпитера некие органические вещества, фосфор или серу; они поднимаются в верхние слои атмосферы и придают Большому Пятну его неповторимую окраску. Ясно только, что цвет пятна время от времени меняется, оно приобретает различные оттенки.

Возможно, загадки Большого Красного Пятна сумеет разгадать новый межпланетный зонд, который должен прибыть к Юпитеру еще в этом десятилетии. Ему есть что изучать. Имеется много неясного в самом происхождении этой гигантской планеты.

По теории, «зародыши» газовых планет, образовавшихся на периферии Солнечной системы, лишь на четверть состояли из горных пород, а на три четверти – изо льда, которым изобиловала эта область протопланетного диска. Когда подобное ядро стало весить примерно в 5—10 раз больше, чем Земля, оно начало усиленно притягивать к себе окружавшие его газовые массы. Оболочка планеты становилась все мощнее. Так возник новый газовый гигант.

Однако в этой теории, как понятно теперь, есть важные неувязки. Расчеты показывают, что формирование такой крупной планеты, как Юпитер, занимает не менее 10 миллионов лет. Но проводимые в последние годы наблюдения за протопланетными дисками, расположенными возле других звезд, напоминающих Солнце, засвидетельствовали, что после того как в недрах молодой звезды вспыхивает термоядерная реакция, запасы водорода, необходимые для строительства планеты-гиганта, быстро иссякают. Тем не менее Юпитер все-таки успел дорасти до своих нынешних размеров. Почему?

И почему у него такое огромное ядро, которое тоже не вписывается в прежние теории? В 2008 году американские астрономы Буркхард Милицер и Уильям Хаббард, проанализировав все известные нам сведения о внутреннем строении Юпитера, построили его новую компьютерную модель. Из их расчетов явствовало, что твердое ядро Юпитера весит примерно в 14–18 раз больше, чем Земля, – то есть оно вдвое крупнее, чем полагается по теории. На долю этого ядра, состоящего из камня, металлов и льда, приходится двадцатая часть всей массы Юпитера. Астрономам еще предстоит объяснить все эти расхождения теории и практики.

Водный мир Европы

Под ледяным панцирем одного из спутников Юпитера – Европы, – очевидно, скрывается самый настоящий океан. Поначалу в это отказывались верить. И все же с каждым витком межпланетного зонда «Галилео», прибывшего к Юпитеру в 1995 году, астрономы убеждались: что-то скрывается под поверхностью Европы.

Диаметр Европы, самой маленькой из четырех больших лун Юпитера, – 3138 километров. Она чуть меньше нашей Луны. Это шестой по величине спутник планет Солнечной системы. Расположена же Европа в пять раз дальше от Солнца, чем Луна. Атмосферы на ней практически нет. Поэтому ее поверхность быстро остывает, не в силах удержать тепло, приносимое солнечными лучами. Температура здесь составляет —150 °C.

Холод хуже, чем в Антарктиде! Вся поверхность Европы выстлана водяным льдом – точно такой же лед покрывает в зимние месяцы наши реки и озера. Но если на реках лед успевает вырасти за зиму на десяток сантиметров, а затем снова тает, то на Европе за миллионы лет его толщина достигла многих километров. Благодаря ледяному покрову Европа является самой яркой из лун Солнечной системы. Ее альбедо равняется 0,64, иными словами, поверхность этого спутника отражает 64 % солнечных лучей, достигших ее. Лишь вмерзшие в лед минеральные вещества придают этой луне характерный красноватый оттенок.

Поверхность Европы покрыта многокилометровым слоем льда

Если бы не близость к Юпитеру – а Европа находится от него в среднем на расстоянии в 670 тысяч километров, – то твердь льда, сковавшая ее, была бы недвижима навеки. Однако сила притяжения Юпитера так велика, что буквально «сминает» соседние луны, разогревая их. По этой причине весь ледяной панцирь, покрывающий Европу, давно пришел в движение. В нем разверзаются многочисленные трещины, напоминающие марсианские каналы, как их рисовали сто лет назад. В этих черточках и полосках – протяженность их порой превышает тысячу километров, а ширина самых крупных достигает 20 километров – для нас проступают очертания трубопроводов, шоссейных и железных дорог. Словно неведомая цивилизация оставила свои следы на этой неприметной, казалось бы, луне. Впрочем, полет фантазии будет немедленно обуздан, стоит лишь вспомнить, что подобным орнаментом покрыты и льды близ нашего Северного полюса. Льдины дрейфуют, надвигаются друг на друга. Очевидно, они плывут, под ними разлита вода – жидкая, теплая вода. Магнитометр зонда «Галилео» зафиксировал в недрах Европы, как и в недрах еще двух спутников Юпитера – Ганимеде и Каллисто – жидкий слой, проводящий электричество. Вероятно, это – соленая вода.

Впервые ученые заподозрили это в 1979 году, когда в окрестности Юпитера побывали межпланетные зонды «Вояджер-1 и -2». На фотографиях, переданных ими на Землю, были видны бескрайние ледяные просторы, изрезанные множеством линий. А вот привычных кратеров почти не было замечено. На Европе обнаружилось очень мало кратеров. Диаметр лишь трех из них превышает 5 километров.