44. Откуда произошла Солнечная система?
В начале были холод (-260 °C), темное межзвездное облако из газа и пыли и чернильное пятно на звездном фоне.
Облако, вероятно, висело бы там всегда, ничего не делая, если бы не толчок, возможно, от ударной волны взорвавшейся звезды (сверхновой).
Приблизительно 4,55 млрд лет назад облако начало уменьшаться в объеме под действием собственной гравитации; его газ сжимался и становился более плотным.
Когда газ сжимают, он нагревается. Направленная наружу сила, действующая со стороны нагретого газа, должна остановить сжатие газа на его пути.
Но молекулярный водород, угарный газ и т. д. теряют тепло в виде света (микроволны), который улетучивается из облака, крадя у него способность противостоять гравитации.
Первоначально облако вращалось с маленькой скоростью (так же медленно вращается Млечный путь). Но, как только оно сжалось, вращение ускорилось. Это было подобно фигуристу на льду, сложившему руки.
Облако сжималось быстрее между полюсами, чем вокруг талии, где против силы тяжести действовала внешняя «центробежная» сила. Оно стало плоским вращающимся блином.
В центре облака — газ, сжатый и нагретый до миллионов градусов. Были запущены ядерные реакции, генерирующие солнечный свет. Солнце родилось.
В осколках диска, вращающихся вокруг новорожденного Солнца, частицы пыли ударялись и слипались, создавая более крупные «планетоподобные» частицы километровых размеров.
На последних бурных стадиях рождения Солнечной системы планетоподобные объекты неоднократно сталкивались, постепенно образуя планеты, включая Землю.
Моделирование часто показывает, что сформировалось 10 тел с массой Земли. Столкновения с гигантскими эмбриональными планетами забросили собратьев Земли в межзвездное пространство.
Но Солнечная система родилась не одна. В другом месте в необъятной звездной колыбели также родились облака, из которых образовались другие звезды и планеты.
Из-за взрывов сверхновых соседних массивных звезд (короткоживущих) сотрясалась молодая Солнечная система. Ядерные осколки сверхновой найдены в метеоритах.
45. Что такое планета?
Это слово происходит от греческого planetes, что означает «блуждающая». Планеты — небесные тела, которые движутся на фоне звезд.
В древности были известны семь планет: Солнце, Луна, Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн. Землю не считали планетой.
В «гелиоцентрическом» мировоззрении Николая Коперника (1543), планеты — объекты, вращающиеся вокруг Солнца: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер и Сатурн.
Различие между звездой и планетой в том, что звезда, большая и горячая, излучает свет и тепло; планета, небольшая и холодная, получает свет и тепло от звезды.
В ночном небе они тоже выглядят по-разному: планеты обычно кажутся более яркими, не мерцают, как звезды, и медленно изменяют положение между звездами.
Но не все небесные тела, которые вращаются вокруг Солнца, считаются планетами. Заметными исключениями являются кометы и астероиды, также известные как малые планеты.
С открытием многих подобных Плутону ледяных тел в «поясе Койпера», вне орбиты Нептуна, стало необходимым уточнить определение «планеты».
Были выделены три особенности этих небесных тел. 1. Планета должна вращаться вокруг Солнца. 2. Она должна быть сферической из-за собственной силы гравитации. 3. Планета должна иметь орбиту, чистую от мусора.
Только восемь тел в Солнечной системе удовлетворяют этим критериям: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун.
Несколько тел удовлетворяют только критериям 1 и 2. Такие объекты, прежде всего астероид Церера и Плутон (объект пояса Койпера), получили название карликовых планет.
Возможен еще критерий 4: планеты должны быть меньше, чем ~14 масс Юпитера. Более массивные объекты называются коричневыми карликами, что указывает на возможность ядерного синтеза.
Некоторые астрономы предложили критерий 5: планета должна быть сформирована путем объединения вещества обломков в диске, закрученном вокруг новорожденной звезды.
В то время как в нашей Солнечной системе известны только восемь планет, было обнаружено более чем 500 «экзопланет», вращающихся вокруг других звезд.
46. Почему планеты круглые?
Сила тяжести — универсальная сила притяжения между всеми массами, так что каждый фрагмент большого тела пытается притянуть к себе любой другой фрагмент.
Если материал может течь, тело образует сферу. Эта форма гарантирует, что каждый составляющий кусок максимально близок к любому другому.
Гигантские планеты, такие как Юпитер и Сатурн, образованы из газа (и жидкости глубоко внутри, она находится там, где газ сжат), который течет. Поэтому они круглые.
Фактически у Юпитера и Сатурна выпуклые талии. Поскольку они вращаются быстро, газ на их экваторах имеет тенденцию оттесняться вовне.
Каменистые и ледяные тела имеют другую форму. Сила тяжести не может настолько сжать внутреннюю часть, чтобы та текла. Поэтому они имеют неправильную форму, подобную картофелинам.
Но чем массивнее тело, тем больше сила тяжести, объединяющая и сжимающая его вещество.
При определенном размере тела сила тяжести достаточна, чтобы сделать текучей его сердцевину. Для каменистых тел пороговый размер ~400 км; для ледяных ~600 км.
Соответственно, в Солнечной системе все каменистые тела больше ~400 км в диаметре, а все ледяные тела более ~600 км.
Таким образом, это борьба между тяготением, которое сдавливает материю, и электромагнитной (ЭМ) силой, которая делает материю жесткой и противодействует силе тяжести.
ЭМ сила, благодаря которой электроны соседних атомов отталкивают друг друга, более чем в 1000 трлн трлн триллионов раз превышает силу тяжести…
Итак, необходимо, чтобы огромное число атомов объединилось вместе, т. е. чтобы астрономическое тело было большим для победы гравитации.
Конечно, если масса достаточная, то гравитация является подавляющей силой и ничто во Вселенной не может бросить ей вызов. Результат: черная дыра. Но это уже другая история!
47. Какая планета самая маленькая?
Самая маленькая планета в нашей Солнечной системе это Меркурий. Ее диаметр всего 4880 км, что только на 40 % больше нашей Луны.
Меркурий установил множество планетарных рекордов: самая маленькая, самая глубокая, самая быстрая, самая плотная планета. Она имеет самый большой диапазон температур, является самой вытянутой и имеет самую перекошенную орбиту.
Расположенный так близко к Солнцу (58 млн км), Меркурий виден чуть выше горизонта на закате или рассвете. Его нельзя наблюдать, если есть здания или деревья.
Обследование поверхности, сделанное с помощью телескопа, казалось, приводило к предположению, что Меркурий сохраняет одну сторону постоянно обращенной к Солнцу.
Но радиолокационные наблюдения в 1960-х выявили, что Меркурий совершает оборот раз в 59 дней, что составляет 2/3 от 88 дней, требуемых для его обращения вокруг Солнца.
Подобно Луне, Меркурий покрыт кратерами: его поверхность подвергалась ударам. Когда-то на нем была вулканическая активность, но она прекратилась несколько млрд лет назад.
Из-за высокой температуры и слабой гравитации (37 % от земной) Меркурий не имеет атмосферы. Температура на нем +450 °C (днем) и -185 °C (ночью).
Фактически доказано наличие льда на Меркурии. Ось планеты не наклонена, как у Земли. Значит, дно глубоких кратеров на полю всегда в тени.
Железное/никелевое ядро Меркурия огромно в сравнении с планетой. Если оно частично расплавленное, с циркулирующими токами, то это может объяснить магнетизм планеты.
Железное ядро может быть большим, потому что в далеком прошлом сам Меркурий был гораздо больше. Гигантские удары могли сжечь большую часть каменной мантии планеты.
Первым космическим кораблем, направленным к Меркурию, был Маринер 10: в ходе трех облетов в 1974 и 1975 была составлена карта половины планеты. Большинство кратеров были названы в честь художников.
В марте 2011 на орбиту прибыл космический аппарат НАСА Мессенжер. Он исследовал состав поверхности, магнитное поле и внутреннюю структуру Меркурия.
48. Почему Венера ближе всего к аду из всех других известных нам мест?
Венера — самый яркий объект в небе после Солнца и Луны. Она названа в честь римской богини любви из-за ее красивейшего, прелестного появления.
Поскольку Венера ближе к Солнцу, чем Земля (на 108 млн км), она может быть видна только после заката (вечерняя звезда) или перед восходом солнца (утренняя звезда).
Венера имеет диаметр 12 103 км, т. е. она немного меньше Земли. Ее внутренняя структура, состоящая из железного ядра, скалистой мантии, вероятно, очень похожа на земную.
Кажется, что у Венеры нет движущихся «плит», как у Земли. Но поверхность молода, возможно, из-за глобального вулканизма или другого геологического процесса.
Венера крутится назад, как будто планета перевернута. Кроме того, ее день (243 земных дня) длиннее, чем ее год (225 дней). Почему — непонятно.
Супервысокая температура поверхности, 500 °C, зафиксирована в 1962 Маринером 2 — первым межпланетным космическим кораблем. Причина в сильном парниковом эффекте.
Венера имеет плотную атмосферу (в основном из диоксида углерода): давление на поверхности этой планеты в 90 раз больше земного. Поверхность скрыта от глаз густыми облаками, содержащими серную кислоту.
С температурой, достаточной для плавления свинца, разрушающим поверхность давлением, кислотными облаками и сильными молниями, Венера — это ад.
В 1970-х советский аппарат Венера спустился вниз через облаку и сфотографировал поверхность. Враждебная среда быстро уничтожила его.
В 1990–94 космический орбитальный аппарат НАСА Магеллан находился на орбите планеты и произвел картографирование поверхности радаром, проникающим через облака. Так ему удалось «увидеть» холмистые равнины, кратеры, вулканы.
С апреля 2006 европейский Венера-экспресс находится на орбите и изучает атмосферу с климатом, а также ищет активные вулканы с помощью термодатчиков.
Все особенности рельефа на Венере были названы в честь женщин (за исключением гор Максвелла, названных в честь жившего в XIX в. шотландского ученого, чьи работы сделали возможным создание радара).
49. Почему Марс красный?
Марс был назван в честь римского бога войны из-за своего яркого красного цвета. Он обращается вокруг Солнца за 1,88 года.
Марс, который находится в 228 млн км от Солнца, вращается за пределами орбиты Земли. Когда Земля обгоняет его (каждые 26 месяцев), Марс виден всю ночь.
В телескоп Марс кажется похожим на Землю: темная окраска поверхности, полярные шапки, наклонная ось вращения, сутки — 24,6 часа.
Главное отличие: Марс гораздо меньше (6794 км). Гравитация на его поверхности составляет только 38 % земной. Марс может удерживать только очень тонкую атмосферу, состоящую в основном из CO2.
В то время как Меркурий и Венера не имеют естественных спутников, а у Земли он один, Марс имеет два: Фобос (27 км) и Деймос (15 км), открытые в 1877.
В 1972 Маринер-9 создавал карту Марса с орбиты, открывая огромные каньоны, гигантские вулканы, сухие русла рек, отливные каналы и поля дюн.
Долины Маринера (длиной 4000 км, 6 км глубиной) — крупнейший в Солнечной системе каньон. Гора Олимп (500 км в поперечнике и 25 км в высоту) является самой высокой горой.
Температура поверхности Марса колеблется между +10 и -80 °С. Большая часть планеты — каменистая пустыня, холодная и сухая, захлестываемая глобальными пыльными бурями.
Красный цвет Марс имеет из-за ржавчины (оксида железа). Первые цветные изображения поверхности были получены двумя спускаемыми аппаратами Викинг в 1976.
Многие орбитальные аппараты изучали Красную планету. Некоторые работают до сих пор: Орбитальный аппарат разведки Марса (Mars Reconnaissance Orbiter), Марс Одиссей (Mars Odyssey) (оба НАСА) и Марс Экспресс (Mars Express) (EKA).
Исследования проводили и марсоходы. Воодушевление (Spirit) и Возможность (Opportunity) сели на Марс в начале 2004. Воодушевление по-прежнему работает. Они обнаружили доказательства существования океанов и рек на этой планете в прошлом.
Люди на Марсе — это несбыточная мечта. Более скромные цели: доставить породы с Марса на Землю, где они могут быть исследованы на наличие ископаемых микроорганизмов.
50. Почему Венера, Земля и Марс так различны?
Венера ближе к Солнцу, чем Земля; Марс — дальше и меньше Венеры. Но, с точки зрения геологии, эти три планеты не слишком различаются между собой.
Сразу после возникновения все они, вероятно, имели мягкие температуры, поверхностную воду и довольно толстый слой атмосферы с метаном и аммиаком.
Сегодня Венера, Земля и Марс очень отличаются. Венера — кипящая и сухая. Марс замерз. Одна только Земля осталась пригодной для жизни.
Вулканическая деятельность молодой Венеры произвела CO2. Поверхностная температура поднялась из-за удерживающего тепло парникового эффекта; океаны начали испаряться.
Водяной пар усилил парниковый эффект. Вся жидкость выкипела. УФ излучение Солнца разрушило молекулы воды в атмосфере.
Выделившийся водород улетучился в космос — кислород оказался связанным с твердой поверхностью. Из-за отсутствия круговорота вода ушла, продолжилось накопление CO2 в атмосфере.
Если бы у Венеры была тектоника плит, как у Земли, то содержащие углерод скалы частично переработали бы его. Таким образом, нарастание CO2 могло бы замедлиться.
Однако отсутствие смазывающей воды, возможно, остановило тектонику плит на Венере. Это, а также близость к Солнцу, обусловило адскую судьбу планеты.
По контрасту, Марс, будучи меньше Земли, потерял свое тепло быстрее. Как только его внутренность затвердела, он умер геологически, и его поверхность замерзла.
Не имеющая вулканов, выбрасывающих парниковый газ CO2, планета потеряла свое покрывало, удерживающее тепло. Температура упала. Вода замерзла.
Не имеющая защитного магнитного поля и удерживаемая только слабой гравитацией тонкая атмосфера Марса была унесена солнечным ветром.
Если бы Марс был больше (горячее, с более сильной гравитацией) или имел орбиту ближе к Солнцу, он мог бы избежать своей холодной судьбы.
Если бы Земля была ближе к Солнцу, она могла бы вскипеть и высохнуть, как Венера. Если бы Земля была намного меньше, она бы замерзла и потеряла атмосферу, как Марс.
На примере Венеры мы видим, что избыток CO2 делает планету очень горячей. Марс показывает, что слишком малое количеств CO2 делает его очень холодным. Обе планеты как будто предупреждают нас.
На Земле все «в самый раз» для существования воды и жизни. Нам, в самом деле, повезло жить на «планете Златовласке».
51. Есть ли вода на Марсе?
Ее много. Но она вся замерзшая. Большая часть воды запасена в подземных льдах в высоких широтах. Полярные шапки также содержат большое количество льда.
В конце XIX в. Джованни Скиапарелли обнаружил прямые линии на Марсе. Их назвали по-итальянски canali, что значит каналы, или channels (англ.). Впоследствии это слово трансформировалось в canals.
Персиваль Лоуэлл думал, что это были искусственные водные пути, построенные марсианами для орошения сухих экваториальных областей водой из полярных шапок.
Марсианские каналы — это зрительная иллюзия. Тем не менее позже космические зонды нашли сухие стоки и оттоки каналов, указывающие на существование в древности воды на Марсе.
Орбитальный аппарат НАСА Викинг подтвердил существование воды на Марсе. Полярные шапки в основном состоят из замерзшего CO2, но они также содержат значительное количество замерзшей воды.
Подземные льды, возможно, являющиеся вечной мерзлотой, были обнаружены на Марсе Одиссеем (данные нейтронного спектрометра) и Марс Экспрессом (измерения с помощью радаров).
Посадочный модуль Феникс обнаружил подповерхностный лед, приземлившись в арктическом регионе. Остается вопрос: была ли на Марсе когда-нибудь жидкая вода?
Каналы и другие связанные с реками особенности поверхности Марса говорят нам о том, что это было несколько млрд лет назад, когда атмосфера была толще и планета теплее.
На самом деле, минералы, сформировавшиеся в воде и найденные вездеходом Возможность (Opportunity), подтверждают, что в далеком прошлом на Марсе были озера и моря.
Когда-то Марс был водный, с обширным океаном, покрывающим большую часть низменностей северного полушария. Это могло выглядеть так, как на Земле.
Обводненности оврагов на внутренних склонах кратеров свидетельствуют о том, что даже сегодня подповерхностный лед иногда может таять и течь по поверхности.
К сожалению, атмосферное давление Марса составляет лишь 0,7 % земного, поэтому любая вода, появившаяся на поверхности, будет мгновенно испаряться.
52. Было ли Марсианское лицо
[7]
построено инопланетными цивилизациями?
Вы можете также спросить, был ли Айерс-Рок (Ayer’s Rock) (Австралия) построен инопланетянами. «Марсианское лицо» выглядит необычно, но это всего лишь природное образование.
Обнаруженное на зернистой фотографии орбитального аппарата Викинг Марсианское лицо — это изолированный холм, смутно напоминающий человеческое лицо со ртом, глазами и ноздрями.
Иллюзия создается с помощью света и теней, а также картины дефектов. Позже более четкие снимки показали, что Марсианское лицо является мезообразованием (столовой горой).
Тем не менее некоторые полагают, что НАСА скрывает доказательства существования потерянной цивилизации Марса. И их невозможно переубедить.
Разумные существа на Марсе — часто зеленые и скользкие — это главная тема научной фантастики. Возьмем, к примеру, Войну Миров Г. Д. Уэллса.
До 1960-х астрономы предполагали, что на Марсе есть лишайники или другие простейшие растения. До недавнего времени Артур Кларк даже верил в существование марсианских деревьев баньянов.
В ходе биологического эксперимента НАСА в 1976, проведенного аппаратом Викинг, были обнаружены почвы необычного химического состава. Постановщик эксперимента по-прежнему утверждает, что обнаружил марсианские микробы.
Теплое влажное прошлое Марса могло привести к возникновению жизни в далекие времена. В будущем экспедиции на Красную планету будут искать доказательства существования марсианских микробов.
Некоторые микроорганизмы, возможно, даже сохранились до наших дней в подповерхностных карманах с водой, защищенных от смертельных космических лучей и ультрафиолетового солнечного излучения.
Характерным признаком жизни является метан. И этот газ, как ни удивительно, был обнаружен на Марсе, что может указывать на наличие там жизни сегодня.
Если жизнь действительно возникла на Марсе в далеком прошлом, микробы могли путешествовать к Земле внутри марсианских метеоритов, выброшенных в космическое пространство.
Если это так, то жизнь на Земле, возможно, зародилась на Марсе. В таком случае лучшая возможность для вас увидеть реальное лицо Марса может состоять в том, чтобы посмотреться в зеркало.
53. Насколько опасен полет через пояс астероидов?
Известно более полумиллиона астероидов. Большинство из них располагается вокруг Солнца, между орбитами Марса и Юпитера. Звучит так, как будто это место опасное и перенаселенное.
Но не верьте научно-фантастическим фильмам. Средняя дистанция между астероидами сравнима с расстоянием Земля — Луна. Пояс астероидов — это, в основном, пустое пространство.
Кроме того, большинство астероидов малы. Только 200 из них имеют более 100 км в поперечнике. Общая масса всех астероидов составляет всего 4 % от массы Луны.
Тем не менее столкновения в поясе астероидов происходят и создают семейства мелких объектов с подобными орбитами и одинаковым составом.
С 1973 несколько космических аппаратов без проблем пролетали через пояс астероидов. Некоторые даже были направлены к самим астероидам.
Первый астероид, Церера, был открыт Джузеппе Пиацци в 1801. Он был назван «недостающей планетой», которую ожидали найти между Марсом и Юпитером.
Но в течение нескольких лет еще 3 больших «планеты» были обнаружены в той же области: Паллада, Юнона, Веста. В 1840-х количество планет в Солнечной системе достигло 11.
Вскоре были обнаружены сотни тел. Астрономы поняли, что Церера — просто самый большой представитель нового класса: астероидов или малых планет.
Церера, 975 км в поперечнике, является единственным астероидом, который достаточно велик, чтобы приобрести сферическую форму из-за собственной гравитации. Он официально считается «карликовой планетой».
Большинство астероидов — это куски камней или пористые конгломераты из камешков и грязи. Некоторые из них бинарные. Многие имеют одну или даже две маленькие луны.
Космические корабли посетили астероиды: Гаспра (Gaspra), Ида (Ida) со своей луной Дактиль (Dactyl), Матильда (Mathilde), Брайль (Braille), Эрос (Eros), Аннафранк (Annefrank), Итокава (Itokawa), Штейне (Steins), Веста (Vesta) и Лютеция (Lutetia).
Космический аппарат НАСА Рассвет (Dawn), запущенный в сентябре 2007 года, вышел на орбиту вокруг Весты в июле 2011. Потом он был перенаправлен к Церере и прибудет туда в 2015.
Астероиды являются остатками от формирования Солнечной системы. Они сопоставимы с планетезималями (от англ. planet — планета и infinitesimal — бесконечно малая) и протопланетами, из которых сформированы планеты земной группы.
54. Действительно ли астероид-убийца уничтожил динозавров?
большинство астероидов, которые вращаются вокруг Солнца, находятся в поясе астероидов между орбитами Марса и Юпитера. Такие небесные тела «главного пояса» не представляют угрозы для Земли.
Тем не менее из-за столкновений и/или гравитационного воздействия со стороны Юпитера некоторые астероиды входят во внутреннюю часть Солнечной системы и могут пересекать орбиту Земли.
Эти околоземные объекты (near-Earth objects, или NEOs), которые также включают кометы, могут поразить Землю, вызывая глобальные разрушения. Это уже происходило и будет повторяться.
Тунгусский взрыв в Сибири в 1908 повалил 2000 квадратных километров леса. Причиной этому послужил фрагмент кометы размером с пару домов (30 м).
Метеоритный кратер в Аризоне, более километра в поперечнике, образовался под воздействием железного метеорита размером в несколько домов (50 м).
Большие столкновения случаются гораздо реже: 1-км астероиды поражают Землю каждые 500 000 лет или около того; 10-км и более сталкиваются с Землей раз в 100 млн лет.
Динозавры и многие другие виды вымерли 65 млн лет назад. Примерно в то же время Земля была поражена кометой или астероидом 10 км в поперечнике.
Но вымирание необязательно вызвано их воздействием. Оно может быть связано с экстремальным извержением вулканическое лавы, которое создало «Траппы Декан» в Индии.
Тем не менее NEOs представляют реальную опасность. Они могут приводить к глобальным пожарам/цунами. Пыль в стратосферу может экранировать солнечный свет долгие годы.
Выделенные для исследования телескопы сканируют небо на потенциально опасные объекты (potentially hazardous objects — PHOs). Цель — выявить до 2020 самые опасные PHOs размером больше 140 м.
При обнаружении астероида-убийцы его орбита может быть изменена с помощью мощной ракеты, близкого ядерного взрыва или гравитационного воздействия массивного космического корабля.
Но нет худа без добра. Вымерев, динозавры оставили млекопитающим обильные ниши для заполнения. Без астероида-убийцы нас, вероятно, не было бы здесь.
55. Действительно ли Юпитер — неудавшееся солнце?
В фильме «2010, Одиссея 2» инопланетяне превращают Юпитер во второе солнце, чтобы подать руку помощи жизни, возникающей на Европе, ледяной луне Юпитера.
Но действительно ли Юпитер является неудавшимся солнцем? Как близко он подошел к возникновению ядерных реакций, генерирующих подобный солнечному свет, пылающий в небесах Земли?
Ключевой факт 1: для запуска реакции синтеза гелия из водорода — источника энергии Солнца — требуется температура ядра более 10 млн градусов.
Ключевой факт 2: гравитация гигантского газового шара сжимает его, что приводит к нагреванию. Чем больше масса шара, тем больше его сжатие и температура, до которой он нагревается.
Для достижения температуры около 10 млн градусов требуется масса, эквивалентная примерно 8 % от массы Солнца, или масса 80 Юпитеров.
Таким образом, Юпитер не имеет достаточно больших запасов, чтобы стать вторым Солнцем. Но есть одна особенность…
Юпитер выделяет вдвое больше тепла, чем получает от Солнца (так как ядро медленно сжимается, преобразуя гравитационную энергию в тепловую).
Таким образом, Юпитер не соответствует строгому определению планеты: тела, которое светится не от собственного света/высокой температуры, а из-за отражения света звезды.
Как же инопланетяне в фильме 2010 делали Юпитер солнцем? Поскольку сила тяжести направлена только внутрь, она должна была сжимать их снаружи.
Юпитер — 5-я по счету планета от Солнца. Она имеет 143 000 км в поперечнике на экваторе. Таким образом, Юпитер — это самая большая планета в Солнечной системе.
Каждые 11,86 лет Юпитер делает полный оборот вокруг Солнца. Несмотря на расстояние в 778,5 млн км от Солнца, это самая яркая планета в ночном небе после Венеры.
56. Изменяется ли внешний вид Юпитера?
Юпитер — это газовая планета. В основном она вся состоит из атмосферы. То, что вы видите снаружи, является структурой облаков. Она очень динамичная и всегда изменяющаяся.
Быстрое вращение планеты стягивает облака в пояса и группы: Юпитер совершает один оборот вокруг своей оси за 9 ч 55 мин, что соответствует 45 300 км/ч на экваторе.
Малый телескоп показывает два темных пояса облаков по обе стороны от экватора. Но даже они непостоянны: в 2010 южный пояс исчез.
Большое Красное Пятно (Great Red Spot — GRS) видно даже в небольшой телескоп. Это гигантская антициклоническая штормовая система, частично входящая в южный экваториальный пояс.
Впервые GRS было описано Робертом Хуком в 1664. Непрерывные наблюдения начались с первой половины XIX в. Размер и цвет GRS изменяются.
Его средние размеры — 30 000 х 13 000 км, что вдвое больше, чем Земля. Цвет GRS обычно оранжево-розоватый, но может изменяться от очень бледного до насыщенного оранжевого/красного.
GRS обращается против часовой стрелки за 6 дней. Вершины облаков в центре холоднее и на ~8 км выше, чем их окружение. Ветры развивают скорость до 450 км/ч.
Почему облака красного цвета, неизвестно. Возможно, это связано с органическим фосфором или серой их в составе, поднимаемыми с нижних слоев атмосферы Юпитера.
Большие телескопы/космические зонды показывают также более мелкие пятна: белые овалы. Некоторые из них сливаются и растут в течение долгого времени. В будущем они могут сформировать новые Красные Пятна.
В июле 1994 фрагменты сгоревшей в атмосфере Юпитера кометы Шумейкера-Леви создали темные пятна, которые исчезли с течением времени.
В последние годы астрономы-любители заметили дополнительные временные темные пятна и внезапные яркие вспышки, вероятно, связанные с космическими воздействиями.
Подводим итог: создавать карту Юпитера бессмысленно, так как планета никогда не выглядит одинаково. Но большинство изменений трудно увидеть в малом телескопе.
Космический корабль НАСА Юнона должен прибыть на Юпитер в июле 2016. Он изучит постоянно изменяющуюся атмосферу подробно.
57. Что особенного в лунах Юпитера?
4 гигантских луны Юпитера видны в малый телескоп. Они были обнаружены Галилео из Падуи в 1610 и названы «Галилеевыми лунами».
Это открытие обнаружило еще одно тело, вокруг которого вращаются другие тела. Тем самым была окончательно разрушена проповедуемая церковью идея, что Земля — центр космоса.
Гигантские луны Юпитера впервые позволили произвести точную оценку скорости света, хотя она в миллион раз больше, чем скорость звука.
В 1676 Оле Кристенсен Рёмер заметил, что луны прошли позади Юпитера на 22 минуты позже, чем когда Земля была за Солнцем по отношению к Юпитеру.
22 минуты — время, необходимое свету для пересечения орбиты Земли. Зная это расстояние, Рёмер получил для скорости света 225 000 км/с. Современное значение 300 000 км/с.
Одна Галилеева луна, Ио, является самым горячим телом в Солнечной системе. Интересно, что она испускает даже больше тепла на единицу объема, чем Солнце.
Если вы будете постоянно сжимать мяч для сквоша, то он станет горячим. По этой же причине Ио такая горячая. Только огромная гравитация Юпитера способна так ее сжимать.
Ио является самым активным телом в Солнечной системе. Ее внутренность расплавлена, а поверхность усеяна вулканами. Ио выбрасывает 10 млрд тонн вещества в космос за год.
На самом деле на Ио есть гейзеры, а не вулканы. Извергающее на сотни километров в космос вещество не является лавой. Это перегретый газ диоксида серы.
Вторая гигантская луна, Европа, является крупнейшим ледяным катком в Солнечной системе. Возможно, самый большой океан в Солнечной системе не на Земле, а подо льдом на Европе.
Европа, как и Ио, сжимается и растягивается под действием силы тяжести Юпитера. Возникающее тепло плавит ее внутренние льды. Под 10-км слоем льда находится океан глубиной 100 км.
Европа является самым удивительным телом в Солнечной системе. Хотя океан под ее льдами совершенно темный, жизнь, как и на Земле, может существовать вокруг вулканических кратеров на дне моря.
Третья Галилеева луна, Ганимед, является крупнейшим спутнике в Солнечной системе. Он имеет 5262 км в поперечнике. Таким о разом, он даже больше, чем планета Меркурий.
Внешняя большая луна, Каллисто, единственный из спутников, расположенных вне смертельных радиационных поясов Юпитера. Если люди захотят изучать систему Юпитера, это будет идеальной базой.
58. Может ли Сатурн плавать в воде?
Подобно Юпитеру, Сатурн является гигантской газовой планетой, но меньшего размера: 120 500 км. Сатурн обращается вокруг Солнца за 29,5 лет, находясь от него на расстоянии 1,4 млрд км.
В древние времена Сатурн был самой отдаленной из известных планет с медленным движением. Он был назван в честь римского бога, сына Земли и Неба, отца Юпитера.
Сатурн более всего известен своей потрясающей системой колец, наблюдаемой даже в небольшой телескоп. Эти кольца впервые были обнаружены (но не признаны таковыми) Галилеем, 1610.
Истинная природа колец была установлена в 1655 голландским ученым Христианом Гюйгенсом, который также обнаружил крупнейшую луну Сатурна, Титан.
Сатурн, в отличие от Юпитера, имеет наклонную ось (27°) и времена года. Тень от кольца в зимнем полушарии усиливает сезонные вариации температур.
Сатурн расположен дальше от Солнца, чем Юпитер. Поэтому он холоднее. Из-за этого облака образуются глубже в атмосфере и менее заметны, что делает планету безликой.
Исключения: в 1933 г. английский комик/астрономом-любитель Уилл Хэй (Will Hay) увидел Большое Белое Пятно; совсем недавно на Сатурне была обнаружена гигантская буря (в декабре 2010).
На северном полюсе Сатурна наблюдается таинственный, шири ной 25 000 км, гексагональной формы «ураган». Он был обнаружен космическим аппаратом Кассини, который находится на орбите с 2004.
Быстрое вращение Сатурна — один оборот за 10 ч 39 мин — делает его «талию» выпуклой. Полярный диаметр Сатурна составляет 90 % от экваториального. Ветры на этой планете такие быстрые, что достигают 1800 км/ч.
Сатурн в основном состоит из легких газов: водорода/гелия. Планета весит в 95 раз больше Земли. Ее средняя плотность составляет всего 0,69 г/см3.
Плотность сравнима с таковой для древесины вяза. Таким образом, если вы сможете найти достаточно большой водоем, Сатурн будет плавать в нем.
59. Насколько тонки кольца Сатурна?
Ответ: они невероятно тонкие. Кольца Сатурна, несмотря на протяженность более чем 100 000 км от внутреннего к внешнему краю, могут иметь толщину всего 20 м.
Другими словами, если кольца сократить до 1 км в диаметре, они будут тоньше, чем острое лезвие бритвы.
Галилей был гигантом в истории науки. Он говорил, что одна и та же причина объясняет регулярные колебания маятника и падение всех тел. Но неудача в его научной карьере случилась…
…когда в 1610 он направил новомодный телескоп на Сатурн и заявил, что это была… «планета с ушами».
В следующем году Галилей решил, что у Сатурна две больших луны: по одной с каждой стороны. Но позже луны исчезли. Галилей умер, сбитый с толку.
Тайна была раскрыта только в 1655, когда Христиан Гюйгенс рассмотрел Сатурн в большой телескоп и заключил, что планета опоясана системой колец.
Когда Сатурн вращается вокруг Солнца, мы видим с Земли кольца изменяющими ориентацию: будучи повернуты ребром, они исчезают. Когда находятся под углом, они действительно похожи на уши.
В 1858 Джеймс Клерк Максвелл доказал, что если кольца твердые или жидкие, они не могут быть стабильными. Должно быть множество независимых частиц на орбите.
Частицы на 99 % состоят из водяного льда, что объясняет яркость колец. Несмотря на типичный размер в 1 см, размеры частиц колеблются от величины зернышка пыли до размера дома.
Полагают, что кольцам около 400 млн лет и они образовались, когда 250-км ледяная луна подошла слишком близко к Сатурну и была разрушена.
В начале 1980-х космический корабль НАСА Вояджер обнаружил, что кольца Сатурна на самом деле состоят из тысяч и тысяч узки) колечек.
В реальности Сатурн не имеет колец вообще — у него есть не сколько спиралей, подобных канавкам на старых виниловых пластинках.
Колебания обломков обусловливают «спиральные волны плотности», движущиеся наружу. При прохождении сжатых частиц они создают «временные» колечки.
Спиральные волны плотности также создают «спиральные рукава» Млечного Пути. Удивительно, что кольца Сатурна являются просто уменьшенной версией спиральной галактики.
60. Мог бы я плавать на Титане?
Титан, открытый Христианом Гюйгенсом в 1655, является крупнейшим спутником Сатурна и вторым по величине спутником в Солнечной системе. Он больше, чем планета Меркурий.
В 1944 Джерард Купер обнаружил на Титане метан. Это, определенно, является доказательством наличия атмосферы. Титан — единственная планетарная луна с реальной атмосферой.
Космический корабль Вояджер обнаружил, что атмосфера этой планеты очень плотная. Главный ее элемент — азот. Слои тумана, состоящего из органических молекул, закрывают поверхность от наблюдателя.
Атмосфера титана напоминает атмосферу древней Земли. Давление на поверхности в 1,45 раз больше земного. Однако температура на Титане намного ниже: -180 °C.
14 января 2005 европейский зонд Гюйгенс совершил мягкую посадку на Титан. Он обнаружил, что лед играет роль твердой породы, а жидкий метан — роль воды.
Космический корабль Кассини с использованием радара создал карту значительной части Титана. Были найдены озера жидкого метана и этана и доказательства бурь с метановыми дождями.
В Солнечной системе только Титан и Земля обладают жидкой поверхностью. Поэтому да: вы можете плавать там. Однако это было бы не очень полезно для здоровья.
Интересен также небольшой ледяной спутник Сатурна Энцелад; (500 км). Он имеет водные гейзеры, лед и пыль, что указывает на наличие подповерхностного океана.
Маленькие внутренние спутники с помощью своей гравитации создают систему колец Сатурна. Лучший пример: щель Кассини шириной 4700 км, образовавшаяся под действием гравитации Мимаса.
Многие еще меньшие кольцевые структуры, такие как узкие F-кольца и небольшие щели, возникли из-за гравитации малых соседних спутников или собственных лун.
Япет — странный двуликий Янус с темным и светлым полушариями. Гигантский экваториальный хребет, возможно, образовало под влиянием вещества колец.
Маленькая Феба (230 км), вероятно, является «кентавром»: объектом пояса Койпера, захваченным гравитацией Сатурна за пределами орбиты Нептуна.
Гиперион (328 км) — это странный, очень пористый объект, состоящий в основном из замерзшей воды. Он напоминает губку: пустое пространство составляет около 40 % его объема.
61. Почему Уран лежит на боку?
Так как все планеты родились из диска, вращающегося вокруг новорожденного Солнца, они должны вращаться вокруг вертикальной оси с экваторами, совпадающими с плоскостями их орбит.
Но есть два исключения: перевернутая Венера, вращающаяся в противоположном направлении по отношению к орбитальному движению, и Уран, который вращается, «лежа на боку».
Уран обращается вокруг Солнца за 84,3 года: он повернут северным полюсом к Солнцу и 42 года получает солнечный свет; затем полюса меняются, и наступают 42 года темноты.
Вопрос: почему Уран походит на упавшее сверху тело? Ответ: возможно, он был опрокинут столкновением с большим телом (Луна Земли появилась в результате подобного удара).
Проблема теории: спутники Урана, вращаясь вокруг его экватора, наклонены вместе с планетой. Трудно представить себе воздействие, которое наклонило бы и Уран, и его спутники.
В 2009 Гвенэл Буэ (Gwenael Boué) и Жак Ласкар (Jacques Laskar) из Парижской обсерватории предложили альтернативную теорию.
Гравитация обломков диска, циркулирующих вокруг новорожденного Солнца, могла вызвать колебания при вращении новорожденного Урана или прецессию, как у вращающегося волчка.
Если у планеты когда-то была гигантская луна с массой, составляющей 0,1 % от массы планеты, колебания, в итоге, могли стать настолько сильными, что это опрокинуло бы планету на бок.
Но где же эта гигантская луна? Буэ и Ласкар предполагают, что она была похищена! Точнее, эти ученые говорят о трении между протопланетным диском и Ураном….
…вызвавшем «мигрирование» планеты через диск. Если это было так, то Уран прошел вблизи другой планеты-гиганта, чья гравитация захватила его луну.
Эта теория может показаться неправдоподобной. Однако для астрономов долгое время оставалось загадкой то, что только Уран — одна из четырех гигантских планет Солнечной системы — не имеет большой луны.
Кстати, Уран — самая близкая от нас планета, которая не была известна древним. Уильям Гершель обнаружил ее, находясь в собственном саду, Бат, Англия, 1781.
Гершель, немецкий иммигрант, назвал планету «Звездой Георга» в честь короля Георга III. Французы возразили. Немцы предложили название «Уран».
Открытие Гершеля удвоило известный размер Солнечной системы. У Урана, который в диаметре в 4 раза больше Земли, орбита приблизительно в 20 раз дальше от Солнца, чем у Земли.
Уран, несмотря на его положение на боку, довольно уныл и невыразителен. Большинство астрономов назвали его «самой скучной планетой».
62. Всегда ли Нептун был самой удаленной планетой?
Фактически Нептун был открыт и описан Галилео Галилеем в 1612. Он обнаружил его близко к Юпитеру, но ошибочно принял за звезду.
Существование планеты предполагали из-за необычной орбиты Урана. Она была вытянута невидимой планетой. Местоположение было рассчитано из законов тяготения Ньютона.
Вычисления выполнили в середине 1840-х Джон Куч Адамс в Англии (приближенно) и Урбен Леверье во Франции (более точно).
23 сентября 1846 Йохан Галле в Берлине обнаружил недостающую планету близко к тому положению, которое предсказал Леверье. Она была названа Нептуном в честь римского бога моря.
Первым (и единственным) космическим кораблем, посетившим Нептун, был Вояджер 2 от НАСА, 25 августа 1989. Он обнаружил новые луны и темные узкие кольца вокруг планеты.
Нептун, как и Земля, имеет голубой цвет. Такая окраска возникла из-за атмосферного метана. На планете бушуют сильные ветры, гигантские штормы, а облака тонкие, подобные перистым.
Нептун, имеющий 49 530 км в поперечнике, является самым маленьким из 4 гигантских планет. Он обращается вокруг своей оси за 16 ч 07 мин. Нептун находится в 4,48 млрд км от Солнца и совершает оборот вокруг него за ~165 лет.
Самая большая луна Нептуна — Тритон — найдена Ласселлом в 1846. Ее орбитальное движение противоположно направлению вращения Нептуна. Вероятно, этот объект, подобный Плутону, был захвачен из пояса Койпера.
Нептун в настоящее время — наиболее удаленная планета в Солнечной системе. Однако так было не всегда — по трем причинам…
1. В древности Сатурн был самой отдаленной из известных планет.
2. До августа 2006 Плутон, находящийся дальше всего от Солнца, считался планетой (Плутон был открыт в 1930).
3. Компьютерное моделирование показывает, что притяжение «мигрирующего» Юпитера, возможно, заставило Уран и Нептун поменяться местами после рождения Солнечной системы.
63. Почему Плутон больше не рассматривается как планета?
Американский астроном Персиваль Лоуэлл начал поиск 9-й планеты, так как, если принимать во внимание только притяжение Нептуна, движение Урана не укладывалось в расчеты.
После смерти Лоуэлла его обсерватория наняла на ферме в Канзасе юношу Клайда Томбо, который должен был выставлять и исследовать фотографические пластинки для «Планеты X».
18 февраля 1930 наступил триумф Томбо. Был найден новый объект на фотопластинках, выставленных несколькими неделями ранее. Об открытии Планеты X было объявлено 13 марта 1930.
Имя «Плутон» предложила 11-летняя Венеция Бёрни из Оксфорда, Англия. Это римский бог подземного мира. Две первые буквы — инициалы Персиваля Лоуэлла.
Орбита Плутона необычна. Она сильно наклонена (17°) к плоскостям орбит других планет и очень вытянута: колеблется между 4,4 и 7,4 млрд км от Солнца.
Плутон оказался слабее/меньше/легче, чем ожидали от 9-й планеты. Его масса, определенная с помощью луны Харон, обнаруженной в 1974, составляет менее 18 % от массы нашей Луны.
С 1992 сотни ледяных объектов были найдены вне орбиты Нептуна. Людям стало ясно, что Плутон — это просто очень большой объект пояса Койпера.
Вообще говоря, может быть даже чуть больше Плутона другой объект пояса Койпера (ОПК) — Эрида (Eris). У тела с диаметров 2300 км даже есть луна, Дисномия (Dysnomia).
Некоторые ОПК имеют чрезвычайно широкие/наклонные/вытянутые орбиты. Седна (Sedna), например, обращается вокруг Солнца за 12 000 лет в сравнении с 248 годами Плутона.
ОПК — ледяные остатки от формирования Солнечной системы. По современным оценкам, общее количество астероидов, чьи размеры превышают 100 км в диаметре, составляет приблизительно 100 000.
Статус Плутона изменился на Пражской конференции Международного астрономического союза, август 2006. Плутон был «понижен» с планеты до «карликовой планеты».
К счастью, Клайд Томбо не мог узнать об унизительном понижении в статусе его любимой планеты. Он умер в возрасте 90 лет в 1997.
Зонд НАСА Новые Горизонты, запущенный в январе 2006, пролетит над Плутоном и Хароном в июне 2015 перед тем, как достигнет, по крайней мере, двух других ОПК.
64. Что представляют собой кометы?
В давние времена полагали, что кометы — это звезды с хвостами, или волосатые звезды. Название происходит от латинского «сота» (волосы). Кометы могут быть видны неделями в ночном небе.
Аристотель думал, что кометы — это пары, светящиеся в атмосфере. Тихо Браге понял, что эти небесные тела находятся дальше, чем Луна, и происходят из глубин космоса.
Эдмонд Галлей обнаружил, что комета 1682 года имела ту же самую орбиту, что и кометы 1531 и 1607 годов. Значит, это был один и тот же объект! Галилей предсказал возвращение этой кометы в 1758.
Кометы движутся вокруг Солнца по сильно вытянутым эллиптическим орбитам. Периоды широко варьируются: от нескольких лет до нескольких тысяч лет. Для кометы Галлея он составляет 76 лет.
Кометы — пористые куски льда/грязи, имеющие несколько км в поперечнике. Первичный материал остался с рождения Солнечной системы, что бесценно для науки.
При приближении к Солнцу лед испаряется, частицы пыли теряются. Комета отращивает синеватый газовый хвост и желтоватый хвост пыли, напоминающий надутый солнечным ветром носок.
Хвост, даже очень тоненький, может быть эффектным. Пыль распространяется вдоль орбиты. Кометы входят в атмосферу как метеоры, если Земля пересекает их траекторию.
При формировании Солнечной системы на периферии родились триллионы комет. Многие соединились в ледяные ядра гигантских планет или в объекты пояса Койпера.
Однако соударения с зарождающимися планетами-гигантами отбросили большинство комет в отдаленное «Облако Оорта», источник сегодняшних долгопериодических комет.
Маленькие кометы часто врезались в Солнце или Юпитер, подобно комете Шумейкера-Леви 9 в 1994. Другие разрушились от тепла в результате многократных обращений вокруг Солнца.
В начале формирования Солнечной системы воздействие комет могло привести к перебросу значительной части воды на Землю. Однако эти же воздействия вызвали массовое исчезновение видов.
Несколько комет были изучены подробно и даже исследовались космическим кораблем. Европейский космический аппарат Розетта посадит спускаемый аппарат Филы на комету в 2014.
65. Где границы Солнечной системы?
У Солнечной системы нет четко определенного края. Это как спрашивать: где край Скалистых гор?
Если Солнечную систему определять только как Солнце и планеты, край находится в 4,5 млрд км от Солнца (расстояние до Нептуна). Однако Солнечная система включает намного больше небесных тел.
Малые ледяные тела пояса Койпера простираются на 7 млрд км от Нептуна по направлению от Солнца. Но, несмотря на резкую границу пояса, некоторые путешествуют и дальше.
Например, 1500-км Седна, обнаруженная в 2003, удаляется на 143,7 млрд км от Солнца по своей очень удлиненной орбите.
Облако кометных «ядер» Оорта даже распространяется приблизительно на 1 световой год (9,46 трлн км). Это составляет 25 % от расстояния до самой близкой звезды.
В 1950 голландский астроном Ян Урт из наблюдения за орбитами длиннопериодических комет заключил, что они прибыли из обширного далекого от Солнца источника: облака Оорта.
Облако Оорта может содержать несколько трлн комет размером больше 1 км. Несмотря на то, что их огромное число, среднее расстояние между ними составляет не менее 1 млрд км.
Облако Оорта более или менее определяет внешний край сферы влияния силы тяжести Солнца. Оно общепризнанно считается частью Солнечной системы.
Если комету подталкивает гравитация другой кометы/проходящей звезды, это может привести к переходу первой на орбиту, попадающую в сферу влияния Солнца, в качестве длиннопериодической кометы.
Гравитация гигантской планеты, подобной Юпитеру, может заманить длиннопериодическую комету в ловушку внутри Солнечной системы и превратить ее в короткопериодическую комету, подобную комете Галлея.
Другой тип края Солнечной системы, ~ в 15 млрд км от Солнца, называется краем «гелиосферы»: это предел влияния магнитной сферы Солнца.
Большинство частиц прибывает в гелиосферу с солнечным ветром, который вызван магнитным полем Солнца. Вне гелиосферы располагается межзвездное пространство.
Гелиосфера имеет форму слезы из-за движения Солнца через Галактику. Космический корабль Вояджер, как ожидают, покинет гелиосферу приблизительно в 2014.