Дмитрий Брашнов - Удивительная астрономия

• Название: Удивительная астрономия
• Автор: Дмитрий Брашнов
• Жанр: Прочая научная литература

Книга посвящена чрезвычайно увлекательному предмету, который, к сожалению, с недавних пор исключен из школьной программы, – астрономии. Читатель получит представление о природе Вселенной, о звездных и планетных системах, о ледяных карликах и огненных гигантах, о туманностях, звездной пыли и других удивительных объектах, узнает множество интереснейших фактов и, возможно, научится мыслить космическими масштабами. Книга адресована всем, кто любит ясной ночью разглядывать звездное небо.

---

Живые существа, обитающие на Земле, жестко зависят друг от друга. Отдельные виды действительно хорошо приспособлены к экстремальным условиям: большим давлениям, нехватке или отсутствию кислорода для дыхания, высоким температурам и т. д. Но что если изолировать этот отдельный вид от прочих организмов? Он наверняка вымрет, потому что живое поддерживает себя лишь как целое. Поэтому ученые выделяют на нашей планете особую оболочку – биосферу . Так называется всепланетная экосистема, в которой объединены сложными отношениями растения, животные и микробы. Виды объединяют пищевые отношения, отношения взаимопомощи и многие другие. Малейшие изменения в одной части биосферы рано или поздно сказываются во всех остальных ее частях. Прочная связь объединяет обитателей морских пучин, лесных дебрей, скалистых высокогорий, подземных озер. Поэтому биологи убеждены: если на планете нет биосферы – значит, нет и жизни.

Следовательно, астрономам при поиске обитаемых миров нужно ориентироваться на нашу планету. То есть искать надлежит очень плотное и вместе с тем небольшое космическое тело, укутанное кислородной атмосферой и достаточно богатое углеродом, который, как известно, является главным химическим элементом живой клетки.

В 1989 году к Юпитеру была запущена автоматическая межпланетная станция (АМС) «Галилео», которая представляла собой автономного робота, предназначенного для космических исследований в пределах Солнечной системы. Главной задачей «Галилео» было изучение Юпитера и его лун, но кроме того, аппарат выполнял на всем протяжении полета различные замеры и эксперименты, в частности, он приближался к некоторым астероидам, чтобы сфотографировать и обмерить их.

Автоматическая межпланетная станция «Галилео»

В числе таких побочных задач «Галилео» значилось изучение Земли с расстояния более чем 600 млн км. С помощью особого бортового прибора – спектрометра – станция «сфотографировала» солнечный свет, отраженный земной атмосферой. Спектрометр позволил разложить поток излучения на составные части ( спектр ). Точно так же любой человек для развлечения может с помощью хрустального бокала разложить солнечные лучики на разноцветную радугу. Разумеется, «Галилео» получил земной спектр не ради забавы, а с целью выявить в этом спектре следы тех газов, которые содержатся в земной атмосфере.

В земном спектре были обнаружены три характерных следа. Во-первых, признаки избытка кислорода. Если бы Земля была необитаемой, то в ее атмосфере отсутствовал бы кислород в столь больших количествах. Конечно, кислород способен рождаться во многих химических реакциях, но он непременно связывался бы минералами из горных пород, как это произошло на Марсе. Избыток кислорода в земном воздухе объясняется деятельностью растений. Как известно, зеленые растения активно вбирают из воздуха углекислый газ и выделяют кислород. Этот процесс носит название фотосинтеза . Благодаря фотосинтезу все морские и наземные животные вдоволь обеспечены кислородом для дыхания.

Во-вторых, в земной атмосфере заметны следы метана. Метан – не редкость для космоса, он встречается на многих планетах и их лунах. Однако на тех небесных телах нет столько свободного кислорода. Между тем для планеты с кислородной атмосферой метан должен представлять большую редкость. Этот газ состоит из углерода и водорода, которые в земных условиях легко связываются кислородом с образованием углекислого газа и воды. Почему же весь земной метан еще не превратился в углекислый газ и воду? Потому что у нас встречаются болотные бактерии: они-то и поставляют в атмосферу все новые и новые порции метана – совсем немного, но этого хватает, чтобы он не израсходовался полностью.

В-третьих, вода. Животные и растения по меньшей мере на 60–70 % состоят из воды, без которой не могут обходиться. Вода – это источник жизни. На планете, где нет дождей, рек и океанов, невозможно и существование каких-либо организмов. Кроме того, водяной пар помогает воздуху удерживать тепло, полученное от Солнца, что спасает Землю от остывания. То есть следы водяных паров непременно должны присутствовать в спектре обитаемой планеты.

И вместе с тем атмосфера не должна быть насыщена избыточной влагой. Если в спектре удастся обнаружить избыток воды, то это будет свидетельствовать всего лишь об открытии молодой вулканической планеты, атмосфера которой заполнена водяным паром. В верхних слоях такой атмосферы непременно окажется много кислорода, который будет образовываться из-за разрушения водяных молекул невидимым ультрафиолетовым излучением звезды. Таким образом, создастся иллюзия обитаемого мира, и только избыточность влаги будет указывать на вероятную необитаемость планеты.

В честь кого это назвали?

Кеплеровская скорость. Названа в честь Иоганна Кеплера (1571–1630), великого немецкого астронома, открывшего законы движения планет.

Метод Доплера. Назван в честь Кристиана Доплера (1803–1853), австрийского физика и астронома, обнаружившего особые изменения в лучах от движущихся светил.

Пояс Койпера. Назван в честь Джерарда Койпера (1905–1973), американского астронома, голландца по происхождению, предсказавшего существование ТНО.

«Галилео» . Автоматическая межпланетная станция названа в честь Галилео Галилея (1564–1642), великого итальянского физика и астронома, впервые применившего телескоп для наблюдений за звездным небом и сделавшего множество астрономических открытий.

Самые причудливые планеты

Ледяные карлики

Одному из первооткрывателей экзопланеты 51Peg b , швейцарскому астроному Мишелю Майору, принадлежат слова: «Вселенная – это зоопарк, населенный экзотическими существами. Астрономический зверинец показывает нам творческий потенциал сил природы – сил, которые астрофизики неустанно пытаются объяснить в соответствии с теорией, экспериментом и наблюдением».

Под экзотическим населением «астрономического зверинца» ученый подразумевал разнообразные небесные объекты и в первую очередь – планеты, которые подчас весьма сильно отличаются друг от друга. Сегодня ни у кого не вызывает сомнения то, что из них наиболее многочисленны так называемые малые планеты. В одной только Солнечной системе их насчитываются тысячи и тысячи. Известно несколько групп малых планет, причем наибольшей популярностью пользуются астероиды, хотя они и не особенно многочисленны.

Астероиды (или планетоиды) представляют собой крупные тела неправильной формы, то есть не шаровидные. Настоящие планеты, в отличие от малых, обладают такой крупной массой, что под действием собственной силы тяжести принимают форму, близкую к идеальной сфере. Малые планеты такого себе позволить не могут – их масса и размеры слишком малы. По химическому составу астероиды сложены каменистым веществом или металлами. И при этом состав любого планетоида равномерен, одинаков во всех его частях. У планет состав меняется в зависимости от оболочек.

Ранее уже говорилось, что у Земли, например, есть внутри плотное ядро из железа и никеля, которое окружено расплавленной смесью из соединений кремния, образующей мантию. А снаружи земной шар окружает каменистая кора, состав и строение которой тоже меняются с глубиной. В земной коре выделяются глубочайший базальтовый слой, менее глубокий гранитный слой и лежащий на поверхности слой осадочных пород, главным образом песков и глин.

Пояс астероидов

Ни один астероид не обладает ядром или какими-нибудь слоями. Он сплошной, точно лежащий на дороге камень-валун. Таковы же, кстати, и все остальные малые планеты. Основная доля астероидов сосредоточена на расстоянии 430 млн км от Солнца, между орбитами Марса и Юпитера, где они образуют уже известный нам Пояс астероидов.

Когда-то Пояс астероидов считался скопищем обломков, оставшихся после мощнейшего взрыва неизвестной планеты. Погибшей планете даже заранее присвоили название «Фаэтон». Но сегодня можно смело сказать, что Фаэтон в действительности никогда не существовал. Все малые планеты возникли одинаково – это слипшиеся остатки газопылевого облака (туманности), из которого сложилась Солнечная система. Они захватили слишком мало газа и пыли, чтобы вырасти до размеров настоящей планеты, такой как Марс или хотя бы Меркурий.

Другое крупное скопление астероидов – «кентавры», которые начинают встречаться в пределах от 5 астрономических единиц (750 млн км) от Солнца и дальше, до орбиты Нептуна. Всего на сегодняшний день изучено примерно 6000 различных астероидов.

Гораздо больше в Солнечной системе транснептуновых объектов, которых, напомним, нередко называют «ледяными карликами». По составу они мало похожи на астероиды, поскольку сложены в основном изо льда – водяного, аммиачного, метанового и других видов льда с примесью разнообразных минералов. Иначе говоря, ледяные карлики напоминают грязный весенний снег, который вот-вот растает, но пока еще держится в укромных уголках, покрывшись мутной корочкой льда.