Кольца вокруг планет

Сатурн

Среди всеобщего энтузиазма, охватившего ученых начала XVII века в связи с потрясающими открытиями Галилея, одно из них прошло почти незамеченным. В 1610 году Кеплер получил от своего великого итальянского коллеги анаграмму, которая гласила: «Самую удаленную планету тройной наблюдаю…». В конце 1610 г. Галилей писал одному из своих корреспондентов: «Я нашел целый двор у Юпитера и двух прислужников у Старика (Сатурна); они его поддерживают в шествии и не отходят от его боков». И вдруг эти спутники… исчезли, во всяком случае, из поля зрения телескопа. Изумленный Галилей снова и снова смотрел на небо, но не видел их. Только Гюйгенсу в Гааге, через 45 лет после первых наблюдений Галилея, удалось в какой-то степени понять тайну Сатурна. Сопоставляя свои и чужие наблюдения, он пришел к заключению, что «спутники», открытые Галилеем, являлись просто ушками тонкого, плоского кольца, почти сплошного, наклоненного к плоскости эклиптики.

Поэтому видно оно с Земли может быть по-разному. Дважды за сатурнианский год кольцо может располагаться так, что его плоскость становится параллельной лучу зрения. С ребра кольцо не видно, оно очень тонкое.

Кольцо Сатурна является замечательным объектом для наблюдений даже в небольшие телескопы. Его полные раскрытия или исчезновения повторяются через 14—16 лет. Открытие этого необычайного явления не привлекло, однако, особого внимания ученых. То был период великих революционных событий в астрономии. Факт открытия странного кольца вокруг Сатурна потонул среди них.

Некоторые астрономы XVIII и начала XIX столетий допускали, что кольцо может быть сплошным и твердым или состоять из ряда тонких сплошных колец, твердых или жидких. Но уже к пятидесятым годам XIX столетия для астрономов, наблюдавших кольцо, стало ясно, что оно не могло быть твердым телом, а должно состоять из отдельных частиц — пылинок или камней, каждая из которых как независимый спутник обращается вокруг Сатурна.

В семидесятых годах XIX столетия наиболее полное исследование строения и устойчивости кольца было проведено знаменитой русской женщиной-математиком Софьей Ковалевской. Ее выводы вскоре блестяще подтвердились спектроскопическими наблюдениями. Кольцо, действительно, оказалось состоящим из множества независимых спутников. Но откуда взялось это кольцо у Сатурна?

Астрономы XIX столетия и многие ученые нашего времени, считая кольцо устойчивым, объявляли его остатком первичного материала (из которого образовалась планета), либо результатом распада одного из спутников Сатурна, вошедшего в опасную зону вблизи планеты, где могучие приливообразующие силы могли разорвать его на части. Интересно вспомнить: у древних греков был миф о том, что Сатурн пожирал своих детей.

С 50-х годов прошлого столетия астрономические обсерватории, вооруженные все более совершенными телескопами, стали отмечать многочисленные изменения в структуре кольца. Отдельные его части то становились яркими, то были еле заметны. Тогда же Отто Струве в Пулковской обсерватории заподозрил постепенное расширение кольца и приближение его внутреннего края к поверхности планеты. Сопоставив точные измерения размеров колец, сделанные учеными на протяжении 200 лет, он нашел, что за два века внутренний край кольца приблизился к планете на 18 тысяч километров. Современные наблюдения как будто бы подтверждают расширение кольца, хотя цифры получаются несколько иными.

Сатурн

Новые сведения о природе колец Сатурна принесло использование могучих средств астрофизики. Еще в конце XIX столетия А. А. Белопольский (Пулковская обсерватория) отметил, что распределение яркости в спектре кольца не такое, как в спектре самой планеты. На замечательных фотографиях, полученных Г. А. Тиховым в 1909 году с помощью гигантского 30-дюймового пулковского телескопа, ясно видно, что кольцо значительно «голубее» планеты. В тридцатых годах этот вопрос детально исследовал Г. А. Шайн на Симеизской обсерватории. Результаты этих исследований и ряд более поздних работ привели астрономов к убеждению, что в отдельных частях кольца, помимо твердых частиц и тел метеоритной природы, находится лед и некоторое количество газа.

Но лед в свободном состоянии не может длительно существовать даже на таком громадном расстоянии от Солнца, на котором движется Сатурн (9,5 астрономических единиц). Вплоть до 11 астрономических единиц, т. е. до расстояния в 1,7 миллиарда километров, солнечные лучи должны испарять льды, выбрасывая образующиеся газовые частицы из солнечной системы. Такой процесс мы наблюдаем в кометах, в которых бурно испаряющиеся замороженные газы образуют голову и хвост кометы.

Но если кольцо все время теряет вещество, то оно должно откуда-то получать и пополнение. Снаружи, извне системы Сатурна? Это невозможно! Пополнение вещества кольца и, следовательно, образование самого кольца можно объяснить только выбросами из системы Сатурна, могучими процессами извержений как на поверхности спутников Сатурна, так, возможно, и на самой планете.

Вывод о мощной вулканической активности в системе Сатурна вполне соответствует тому, что отмечали неоднократно наблюдатели на самой поверхности планеты. Не одноразово там наблюдалось появление ярких белых пятен, существовавших иногда в течение месяцев. И позже я пришел к мысли о гигантских выбросах вещества с Сатурна на основании совершенно других соображений. К этому выводу меня привело изучение… комет.

Ученые определили к сегодняшнему дню орбиты 573 комет. 442 кометы имеют периоды обращения больше 1000 лет, причем характер движения некоторых из них говорит о том, что они навсегда покидают солнечную систему. 75 комет движутся по эллиптическим орбитам небольших размеров с периодом обращения меньше 15 лет. Это так называемые кометы семейства Юпитера. И остальные 56 комет обладают периодами обращения от 15 до 1000 лет. К ним относятся, в частности, кометные семейства Сатурна, Урана и Нептуна.

Преобладание комет с очень вытянутыми параболическими орбитами привело было к мысли о том, что кометы приходят из межзвездных пространств, причем большинство из них только проходит через Солнечную систему. Эту гипотезу высказал и математически разработал более двух столетий назад, французский ученый Лаплас.

Но она не выдержала последующих экзаменов, которые ей устроили многие астрономы и математики. Если бы кометы были телами межзвездной природы, мы должны были бы наблюдать резко гиперболические орбиты, а этого нет.

Если вы любите шахматы, то встречались, наверное, с задачами на ретроградный анализ. Смысл их в том, что по позиции на доске надо восстановить серию ходов, которая к ней привела. Похожая задача была решена астрономами. Для многих комет, у которых был отмечен слабо-гиперболический характер движения, были вычислены все возмущения со стороны планет, чтобы выяснить, какой была орбита до вступления в область планетного воздействия. Во всех случаях начальная орбита оказывалась эллиптической, говорящей о принадлежности комет к Солнечной системе.

Точные астрофизические исследования и применение методов фотометрии и спектрального анализа позволили выяснить состав комет. Светящиеся головы и хвосты комет состоят из чрезвычайно разреженных газов (главным образом углеводородов, циана, окиси углерода, молекулярного азота и т. п.), преимущественно в виде ионизированных атомов и молекул. Кометные газы, несомненно, являются продуктами распада более сложных родительских молекул под действием солнечной радиации. Ядра комет должны состоять из твердых частиц. В последнее время было доказано, что газы в кометах находятся в замороженном состоянии, в виде льда, часто «загрязненного» включением мельчайшей пыли.

Был также установлен исключительной важности факт: кометы быстро слабеют. От появления к появлению они становятся все менее яркими и за 10—20 появлений ослабевают в десятки и сотни раз!

Стало ясно, что кометы быстро истощают запасы газообразующих материалов, из которых возникают туманные головы и хвосты комет. Следовательно, кометы совсем недавно должны были появиться в области планет. Астрономы определили возраст многих комет. Он оказался очень невелик: каких-нибудь несколько сотен, а иногда даже десятков лет. Но как же объяснить существование большого числа короткопериодических комет?

Лаплас считал, что они просто «пленники» больших планет, особенно Юпитера, перехвативших их по дороге и заставивших сменить орбиты, которые до этого были параболическими. Но многие особенности движения комет говорили против Лапласа. Наоборот, похоже, что кометы сейчас, в наше время, рождаются в солнечной системе и что они имеют определенное отношение к системе Юпитера, так как все короткопериодические кометы тесно связаны с этой планетой. Вначале было сделано предположение о том, что они выбрасываются, извергаются непосредственно с поверхности Юпитера и других больших планет. Но затем оказалось, что еще лучше отвечает наблюдениям предположение о выбросе комет с поверхности спутников Юпитера.

Тем временем выяснились и другие замечательные особенности комет. По своему составу кометные льды оказались чрезвычайно близкими к газам планетных атмосфер и, в частности, атмосфер, открытых на спутниках Сатурна и Нептуна — Титане и Тритоне. Ряд данных говорил о том, что большие спутники Юпитера покрыты слоем замерзшей атмосферы, т. е. льдом.

Многие кометы сопровождаются метеорными потоками. Эти два явления связаны, по крайней мере, общим происхождением. А исследование метеоритов в лабораториях, изучение их структуры и химического состава приводит к заключению о том, что они являются обломками коры планетных тел. Крупнейший русский вулканолог и специалист по метеоритам А. Н. Заварицкий нашел, что большинство каменных метеоритов весьма близко по структуре к туфовым породам вулканических районов Земли. Еще ранее другой выдающийся минеролог В. Н. Лодочников приходил к заключению о возможности образования метеоритов и потоков метеорных тел при гигантских земных извержениях.

Время жизни метеорных потоков тоже оказывается не более нескольких сот или тысяч лет. Характер орбит говорит о том, что метеорные частицы принадлежат солнечной системе и, несомненно, образовались внутри нее. Значит, те потоки метеоров, которые мы сейчас наблюдаем, должны иметь совсем недавнее происхождение.

Связь метеорных потоков с кометами является дальнейшим подтверждением вулканического или взрывного происхождения малых тел солнечной системы. Всякое извержение должно сопровождаться выбросом громадных количеств пепла и песка, которые будут образовывать метеорные потоки в солнечной системе.

Таковы были основания, которые легли в основу предположения о том, что кольцо Сатурна имеет кометно-метеоритную природу. Но почему только в одном частном случае с Сатурном природа не поскупилась на кольцо для планеты? Это не так. Вокруг Юпитера также должны обращаться облака, состоящие из комет и метеоритных тел, то есть камней и частиц пепла. Извержение на спутнике Юпитера должно придать веществу скорость в 5—7 километров в секунду, чтобы образовалась новая комета. Но значительно больше камней и частиц будут иметь при этом меньшие скорости, Юпитер удержит их своим притяжением и соберет вокруг себя в виде кольца.

Где же оно? Ведь у Юпитера мы не наблюдаем такого яркого и заметного образования, каким является кольцо Сатурна. Здесь нужно иметь в виду, что, даже если бы у Юпитера имелось такое же массивное кольцо, как Сатурново, мы не могли бы видеть ничего похожего на то, что наблюдается у Сатурна. Дело заключается в том, что плоскость экватора Сатурна наклонена к эклиптике (т. е. плоскости движения планеты) на 28°, отчего мы и можем видеть кольцо «раскрытым», а у Юпитера наклон составляет всего 3° и, следовательно, юпитерово кольцо мы всегда видим с ребра, (так же как это бывает в периоды «исчезновения» кольца Сатурна). Когда в результате движения Сатурна и Земли мы оказываемся вблизи плоскости кольца, оно пропадает; ушки не видны, а на диске планеты вдоль экватора выступает темная полоса — «тень кольца».

Продолжение следует.

Автор: С. К. Всехсвятский

P. S. О чем еще думают британские ученные: о том, что, рано или поздно, но людям таки удастся колонизировать другие планеты нашей солнечной системы. И тогда на поверхности Сатурна или Юпитера какая-нибудь станция обезжелезивания воды будет вполне обычным явлением. Но пока все это звучит как научная фантастика.

2 comments

  • Петр Плеханов

    Новости Российской науки: Получен механизм образования группы из четырех планет. Планеты в Солнечной системе образовались только группами и наблюдаются группами. До открытия Плутона планеты тоже наблюдались только группами (по четыре планеты в группе). Кольца планет — гигантов имеют не катастрофическое происхождение. Кольца формировались как остаточный продукт от процесса образования группы планет — гигантов.

  • Вполне возможно, что высказанная вами теория правильная, а что касается Плутона, то некоторые астрономы и вовсе его не считают планетой, споры на этот счет до сих пор ведутся.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *