Коллектив авторов - Космос. От Солнца до границ неизвестного

• Название: Космос. От Солнца до границ неизвестного
• Автор: Коллектив авторов
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 2020
• ISBN: 978-5-17-117850-5

Что случилось с Венерой? Как Сатурн стал властелином колец? Где искать Девятую планету? Почему мы не видим облако Оорта? Что мы знаем о самой большой звезде? Как живут звезды после смерти? Как галактики воруют друг у друга? Как сфотографировать черную дыру? Какая галактика самая большая? Эта книга отправит вас в космическое путешествием вместе с экспертами журнала New Scientist. Стартуя от Солнца, мы посетим планеты земной группы, газовые гиганты и их спутники, пересечем облако Оорта и выйдем за границы Млечного Пути.

---

Как правило, кометы спокойно облетают Солнце, чтобы затеряться в глубинах космоса. Но если случится так, что большая комета вонзится прямо в Солнце, порядочной шумихи не избежать.

Космический аппарат SOHO (Solar and Heliospheric Observatory – Обсерватория Солнца и гелиосферы) под эгидой НАСА в неделю фиксирует не менее трех небольших комет, проходящих очень близко от Солнца. Совсем маленьким околосолнечным кометам обычно не удается уйти далеко. И дело даже не в солнечной короне, чья температура достигает миллионов градусов Кельвина; она слишком разрежена и не может расплавить комету своим теплом (вернее сказать – жарой). Здесь работает процесс сублимации: ледышки-кометы непосредственно переходят в газ, который рассеивается в космическом пространстве. Кометы могут расколоться на части. Но некоторым из них удается уцелеть. Комета Лавджоя в 2011 году, хоть и пообтрепалась, продираясь сквозь солнечную корону, но все-таки выстояла в борьбе за космическое выживание. А вот комете ISON, встретившейся с Солнцем в 2014 году, выжить не удалось – она распалась на части.

Итак, что же случится, если комета и Солнце ударятся лбами? Ответ на этот вопрос дала группа ученых, которой руководит Джон Браун, королевский астроном Шотландии.

Расчеты астрономов показали следующее. Если комета подлетит достаточно близко к Солнцу, поле притяжения центрального светила увлечет ее в крутое пике. Ее скорость превысит 600 км/с. При такой скорости силы сопротивления со стороны нижних слоев атмосферы Солнца расплющат комету, и она станет плоской как блин. Сверхзвуковой снежок, попавший прямо в ад, – так описывает ситуацию сам Браун.

В конце концов комета взорвется и вспыхнет. В результате взрыва выделится ультрафиолетовое и рентгеновское излучение, которое мы можем наблюдать с помощью современных приборов. Энергии при этом освободится столько же, сколько и при вспышке на Солнце, или при корональном выбросе массы, но пространственный масштаб явления будет намного меньше. Приобретенный кометой импульс может заставить Солнце звенеть как колокол, а по атмосфере Солнца начнет распространяться эхо от солнцетрясения.

Результаты расчетов можно распространить и на другие солнечные системы, в которых молодые звезды подвергаются более интенсивным кометным бомбардировкам, чем наше Солнце.

2 Миры из железа и камня

Внутри Солнечной системы, под самым боком у Солнца, приютились четыре небольших планетки. На чернильно-выжженной поверхности Меркурия только недавно удалось разглядеть отдельные детали и нанести их на карту; ядовитые испарения в атмосфере Венеры показались бы адом каждому, кому не посчастливилось бы там оказаться – да будет это уроком для Земли! И только на одной из четырех планет, на Марсе, столь любимом и воспеваемом нами, могут быть обнаружены следы живых организмов. Третья по счету от Солнца, столь многострадальная наша планета, не затрагивается в этой книге; вместо нее мы «прилунимся» на нашем естественном спутнике, претендующем на роль единственного небесного тела (помимо Земли, конечно), на который ступала нога человека.

Мир из золы и пепла

Меркурий трудно отнести к заурядным планетам. Это планета, населенная химерами. За фасадом ее, под стать Луне испещренным кратерами, скрывается сердце из металла. И какое большое сердце! Таким не может похвастаться даже Марс. На металлическое ядро Меркурия приходится 70 % от общей массы планеты. Поверхность Меркурия необычайно темна, а магнитное поле своими характеристиками приводит в изумление. Все остальные планеты ведут себя вполне благопристойно и вращаются вокруг Солнца в одной и той же плоскости, чего не скажешь о Меркурии: он прокладывает свой путь под залихватским креном к остальным. Если Земля вращается почти по кругу, то Меркурий предпочитает эллипс.

Из всех планет земной группы Меркурий наименее изучен и вызывает больше всего вопросов. Зонд «Мессенджер», посланный агентством НАСА к Меркурию, был первым космическим аппаратом, облетевшим планету. Проработав 4 года (2011–2015), он получил 300 000 изображений Меркурия и провел миллионы измерений самых различных его характеристик: от радиоактивности до химического состава атмосферы. Лазерный высотометр, установленный на межпланетной станции «Мессенджер», измерил высоту холмов и глубину кратеров, и теперь все они нанесены на карту. Эти и другие данные помогают исследователям добраться до некоторых из секретов Меркурия.

Графитовая кора

Поверхность Меркурия отражает гораздо меньше солнечного света, чем наша Луна, и поэтому выглядит крайне темной. До полета к Меркурию считалось, что ответственными за излишнее поглощение являются железо и титан, но зонд «Мессенджер» не выявил достаточного количества ни одного из этих элементов. Тщательный анализ данных, полученных зондом непосредственно над самыми темными участками поверхности, помог установить истину. Патрик Пепловски с коллегами из лаборатории прикладной физики в Университете Джона Хопкинса (Мэриленд, США), применив метод инфракрасной спектрометрии вместе с анализом количества нейтронов в космических лучах, установили, что темное вещество на поверхности Меркурия – это углерод в форме графита.

Происхождение графита, по-видимому, связано с самым начальным этапом формирования Меркурия, когда по всей поверхности планеты плавала магма. Если предположить, что химический состав Меркурия за время его существования не менялся, то почти все минералы, образовавшиеся в вязком океане магмы, должны были упасть на дно. И только графит продолжал плавать на поверхности. Графитовая оболочка километровой толщины могла покрыть весь Меркурий.

Позднее лавовые потоки погребли под собой темный графитовый слой. Но в кратерах, в которых мы видим обнаженной первоначальную поверхность Меркурия, это темное вещество сохранилось. К такому выводу и пришли Пепловски с коллегами. Однако есть и альтернативная теория, а именно – что кометы при ударах о Меркурий «испачкали» его своей углеродной пылью.

Загадочное ядро

Наличие у Меркурия огромного металлического ядра не согласуется с общепринятыми моделями образования планет. Такое ядро могло бы остаться у планеты после массивного столкновения с другим небесным телом, содравшим с Меркурия основную часть его скалистой мантии. Еще одна версия – внешние слои планеты испарились в жарких лучах близкого Солнца. Но зонд «Мессенджер» нашел в коре планеты летучие элементы, такие как калий. Таких элементов не осталось бы, если бы когда-то произошло крупное столкновение или имело место испарение.

Вместе с тем наблюдения планет в других звездных системах показали, что строение Меркурия не является уникальным. У двух самых маленьких экзопланет, Kepler-10 b и COROT-7 b, измерили плотность. Они оказались гораздо плотнее, чем можно было ожидать. Значит, у них большие сердцевины, как и у Меркурия. Вдобавок они также располагаются неподалеку от своих солнц.

В 2013 году в Университете Дуйсбурга – Эссена (Германия) высказали гипотезу, позволяющую объяснить наличие большого ядра у планет такого рода. Герхард Вурм с коллегами предложили следующий механизм. Излучение от звезды нагревает крупинки пыли, которые затем сталкиваются с молекулами газа и отдают им часть своего тепла. Молекулы газа будут отскакивать от пылевых гранул быстрее, чем приближались к ним, сообщая пылинкам небольшой импульс. Расчеты Вурма с коллегами показали, как эта сила, названная фотофоретической, заставляет крупинки пыли кружиться вокруг звезды.

Так как металлические гранулы обладают хорошей теплопроводностью, у них у всех будет одинаковая температура. Такие металлические гранулы будут испытывать толчки со всех сторон и не смогут улететь от звезды далеко. Другие гранулы, из которых впоследствии образуются скальные породы, такие как силикаты, являются диэлектриками. Со стороны, обращенной к Солнцу, улетающие молекулы газа будут толкать их сильнее, чем с противоположной стороны. Этот эффект отсортирует гранулы металлов от неметаллических гранул при рождении Солнечной системы: плотные металлы останутся на небольших расстояниях от звезды, а легкие силикаты будут вышвырнуты прочь. Этот процесс может объяснить большую плотность таких ближайших к своим солнцам планет, как Меркурий, Kepler-10 b и COROT-7 b.

Следующую экспедицию к Меркурию, «БепиКоломбо», организовали в рамках совместной миссии Европейского космического агентства (ЕКА) и Японского агентства аэрокосмических исследований. Модуль с двумя орбитальными станциями должен приблизиться к Меркурию в конце 2025 года, тогда и смогут ученые ответить на эти и другие вопросы, заданные железной планетой.

Что случилось с Венерой?

Иногда Венеру называют близняшкой Земли, но по сути наша родная планета и ее ближайшая соседка по планетарной семье больше похожи на доктора Джекила и мистера Хайда[3]. Размеры и химический состав Венеры примерно такие же, как у Земли; освещенность ее Солнцем лишь ненамного превышает земную. В принципе, Венера находится в так называемом поясе жизни Солнечной системы, в котором вода может существовать в жидком состоянии. Возможно, когда-то Венера была покрыта океанами, и в них была жизнь. Почему же она стала такой негостеприимной?