Юпитер. Жестокий, злой и водородный

 

Долгое время у большинства исследователей Солнечной системы о Юпитере было очень благоприятное мнение. Связано оно было с тем, что Юпитеру постоянно приписывалась своеобразная роль защитника Земли и других планет от массированного обстрела астероидами. Астрономы считали, что газовый гигант Юпитер благодаря мощным силам гравитации захватывает многочисленную армаду космических тел, которые, залетев в пределы Солнечной системы из далеких просторов Вселенной, нередко могут серьезно угрожать другим планетам.

И вдруг отношение к Юпитеру‑защитнику резко изменилось. И случилось это благодаря детальному компьютерному анализу поведения малых небесных скитальцев в пределах планеты‑гиганта.

Исследовав траектории 40 тысяч астероидов, комет и других космических тел, в силу разных причин оказавшихся во владениях Солнечной системы, ученые обнаружили, что поведение Юпитера не столь благородно, как считалось ранее.

До появления в Солнечной системе эти тела обычно двигались по круговым орбитам. И, «обитая» где‑то на периферии Солнечной системы, какой‑либо реальной опасности для внутренних планет они не представляли.

Но как только они оказывались в сфере влияния внешних планет, особенно Юпитера, их поведение резко менялось: и в первую очередь это проявлялось в том, что эти «мелкие» небесные скитальцы неожиданно изменяли траектории своего движения. Их орбиты начинали сильно вытягиваться, и в конце концов это приводило к тому, что они, подобно гигантским ядрам, устремлялись в центральные районы Солнечной системы.

 

 

Исследования Юпитера показали, что в большинстве случаев он несет главную ответственность за падающие на Землю астероиды

 

Ученые, которые установили этот факт, впоследствии заявили: «Наши исследования Юпитера показали, что в большинстве случаев он несет главную ответственность за падающие на Землю астероиды. То есть он не защищает нашу планету, а организовывает по ней настоящий и к тому же беспорядочный обстрел».

Таким образом, вместо «благородного рыцаря», Юпитер предстал в обличье злого и коварного разбойника.

Установили ученые и еще один любопытный факт, связанный с Юпитером. Правда, его жестокого характера он не касается. Оказывается, на этой планете, как и на Земле, тоже есть свой Мировой, правда, юпитерианский океан. Но вместо воды находится в нем главный элемент планеты – водород. А океаном он называется потому, что при том колоссальном давлении, под которым находится поверхность Юпитера, водород превращается в жидкость. Именно по этой причине вся поверхность Юпитера, укрытая слоем атмосферы, представляет собой огромный океан сжиженного молекулярного водорода.

И конечно же этот океан, существование которого для жителя Земли кажется абсолютно невозможным, имеет массу удивительных особенностей. Так, на нем разгоняет волны сверхплотный ветер, достигающий скорости 100 и более метров в секунду. И при этом вся поверхность юпитерианского океана, если говорить земным языком, напоминает «кипение» обычной воды. Кстати, когда в 1994 году в это водородное море упала комета, возникли гигантские волны, высота которых достигала нескольких километров.

Этот водородный океан имеет и много других особенностей, трудно укладывающихся в те представления, к которым привык живущий на Земле человек. Например, в юпитерианском океане по мере погружения в него очень быстро растут давление и температура. Так, на глубине в 46 тысяч километров от поверхности планеты давление достигает 3 миллионов атмосфер, а температура – около 11 тысяч градусов. (А это, между прочим, почти в два раза выше температуры на поверхности Солнца.) Находясь под таким фантастическим давлением, водород переходит в жидкое металлическое состояние, похожее на ртуть.

Впрочем, сегодня ни один специалист не может даже приблизительно описать те качественные характеристики, которые присущи жидкому водороду. И причина этого одна: он никогда не воспроизводился в лабораторных условиях.

 

Родимые пятна Юпитера

 

Оно было замечено еще в 1665 году. И впервые увидел его астроном Джованни Кассини. Речь в данном случае идет о Большом Красном Пятне (БКП) на Юпитере.

Впрочем, претендовать на звание первооткрывателя БКП может и Роберт Гук, который в 1664 году в своих записях указал на наличие некоего пятна на Юпитере. Скорее всего это и было знаменитое «родимое пятно» этой планеты.

Впрочем, открытие объекта для астрономов лишь, как говорится, начало большого пути. И на этой дистанции их могут ожидать самые невероятные сюрпризы. Так, до полета американских космических аппаратов «Вояджер» большинство ученых считало, что пятно представляет собой некое плотное образование. Но после многочисленных наблюдений и фотоснимков этой марсианской метки оказалось, что это – гигантский ураган‑антициклон, имеющий огромнейшие размеры: по крайней мере согласно последним измерениям, его длина колеблется от 24 до 40, а ширина – от 12 до 14 тысяч километров. При этом, как установили многочисленные наблюдения, площадь пятна постепенно уменьшается. Например, в начале XX века оно примерно в 2 раза было больше, чем в настоящее время.

Что же касается характеристик БКП, то, во‑первых, расположено оно примерно на 22‑м градусе южной широты где‑то на 8‑километровой высоте от верхней кромки окружающих облаков, и, во‑вторых, перемещается это пятно параллельно экватору планеты. Газ в этой юпитерианской «родинке» полный оборот совершает почти за 6 земных суток, и при этом движется против часовой стрелки. Скорость же воздушных потоков внутри БКП превышает 500 километров в час.

Располагая столь точными топографическими данными юпитерианского пятна, ученые тем не менее объяснить его насыщенный красный цвет пока не могут, хотя и предполагают, что не последнюю роль в этом играют химические соединения, в состав которых входит фосфор.

 

 

Роберт Гук в 1664 году в своих записях указал на наличие некоего пятна на Юпитере

 

Кроме Большого пятна, есть на Юпитере и другие вихревые отметины, правда, меньших размеров, которые оставляют после себя мощные ураганы. При этом эти области разбушевавшихся стихий могут быть белыми, коричневыми или красными. И продолжительность их жизни исчисляется не неделями или месяцами, а десятками, а, возможно, и сотнями лет. Следует также отметить, что «родинки» в атмосфере Юпитера отмечены в обоих полушариях. Правда, те, которые существуют продолжительное время, зафиксированы лишь в Южном полушарии.

Как и в атмосфере Земли, в атмосфере планеты‑гиганта тоже происходят столкновения ураганов. И связано это и в том и в другом случае с разными скоростями движения атмосферных потоков. Такое явление было отмечено земными наблюдателями в 1975 году. В результате этого «поцелуя» БКП на несколько лет потускнела. Почему? Астрономы пока находятся в недоумении.

Вообще, биография БКП насыщена разными приключениями. Так, астрономы предполагали, что в июле 2006 года БКП столкнется с крупным красным телом Oval BA. Однако этого не произошло.

Через два года телескоп «Хаббл» зафиксировал факт поглощения Большим пятном скромного пятнышка красного цвета, появившегося в 2006 году.

Кстати, многие астрофизики полагают, что поглощением таких пятнышек‑лилипутов Большое красное пятно подпитывает себя энергией. И, возможно, длит свой невероятно долгий век.

Чуть выше уже упоминалось об еще одном пятне на поверхности планеты‑Геркулеса. Астрономы назвали его Oval BA. Образовалось оно, согласно различным точкам зрения, между 1998 и 2000 годами. И случилось это после того, как три небольших овальных тела, за которыми астрономы наблюдали в течение 60 лет, слились в одно.

Вначале новая «родинка» на Юпитере имела белый цвет. Но в феврале 2006 года она неожиданно «перекрасилась» в красно‑коричневый.

Почему меняется цвет, сказать пока трудно. Но, согласно одной из гипотез, причина этого явления кроется в следующем: пока мощные ураганные ветры дуют над верхним краем поверхности атмосферы, пятно имеет белый цвет. Когда же сила ветра возрастает, вихрь поднимается выше общего слоя облаков. И уже в этой атмосферной области ультрафиолетовый участок спектра солнечного излучения в результате химических процессов меняет цвет облака, придавая ему красный оттенок.

Кстати, следует отметить, что гигантские «пятна‑ураганы» характерны не только для Юпитера, но и других газовых планет. В частности, Большим темным пятном может «похвастать» и Нептун.

 

Загадочные спутники Юпитера

 

На многих небесных телах – планетах и спутниках – происходят извержения вулканов. И в общем‑то ничего удивительного в этом нет. Казалось бы, то же самое можно было бы сказать и об Ио – спутнике Юпитера, на котором также отмечена вулканическая деятельность. Однако как выяснилось, механизм извержений на этом спутнике особенный и к тому же весьма удивительный.

На Земле, как известно, извержения вулканов происходят в результате разогрева коры под воздействием тепла, которое излучается при радиоактивном распаде элементов. Но размеры Ио небольшие, поэтому ученые уверены, что такой механизм вулканической деятельности на спутнике функционировать не может. А извержения тем не менее происходят.

Оказывается, энергию для внутреннего разогрева Ио получает из нескольких источников: приливных воздействий второго юпитерианского спутника – Европы, самого Юпитера и в незначительном количестве от третьего спутника – Ганимеда.

Как только Ио приближается к определенной точке относительно Европы и Ганимеда, их влияние начинает искажать орбиту Ио. При этом за один оборот спутник два раза меняет траекторию движения, перемещаясь на 10 километров «вверх» и на такое же расстояние – «вниз». В результате этих «прыжков» круглая форма орбиты меняется.

А поскольку Ио имеет значительный приливный горб, то во время движения по орбите ее сильно качает. В результате всех этих воздействий литосфера Ио периодически меняет свою форму и положение и при этом, подобно многократно изгибаемой проволоке, разогревается.

Такие приливные воздействия приводят к тому, что в центре Ио выделяется колоссальная энергия – 60–80 миллионов МВт. При этом большая ее часть поступает в приповерхностные слои спутника, разогревая литосферу.

 

 

Галилеевы спутники Юпитера. Слева направо, в порядке удаления от Юпитера: Ио, Европа, Ганимед, Каллисто

 

Выдвинутая гипотеза на удивление оказалась очень верной. Дело в том, что на основании анализа взаимных возмущений юпитерианских спутников были предсказаны извержения на Ио. Этот прогноз был опубликован в печати незадолго до сближения со спутником автоматической станции «Вояджер». Оказалось, что мощность, рассеиваемая в приливных возмущениях Ио, достигает 2 Вт на метр квадратный, что в 30 раз больше тепла, которое излучает поверхность Земли.

Измерения температуры спутника, проведенные «Вояджером», показали, что около 2 % его поверхности занимают активные горячие пятна. Их более 10. Размеры пятен колеблются от 75 до 250 километров, а температура в них достигает 310, 400 и даже 600 градусов Цельсия. «Вояджер‑1» обнаружил 8 гигантских извержений, которые происходили как раз в горячих пятнах.

Когда уже «Вояджер‑2» через 4 месяца оказался рядом с Ио, то было отмечено, что 7 вулканов все еще действуют. «Потух» лишь один из наиболее крупных вулканов, получивший название Пеле.

В 1979 году в точке, которая оказалась вулканической кальдерой Пеле, была зарегистрирована наивысшая температура – 600 градусов Цельсия…

Информацию о спутнике Юпитера – Европе, как и о любом другом далеком космическом объекте, астрономы получают из снимков, которые отправляют на Землю искусственные космические аппараты.

Судя по тому рельефу, который ученые увидели на фотографиях с космических аппаратов, оболочка одного из спутников Юпитера – Европы представляла собой сплошной ледяной панцирь, броней окутывающий его тело.

Но для ученых был интересен даже не сам ледяной «костюм» Европы, а обнаруженная на ее поверхности густая сеть искривленных пересекающихся линий. Причем вся она напоминала структуры, которые ранее были обнаружены на снимках Северного Ледовитого океана, сделанных с искусственных спутников Земли.

Сначала странную аналогию астрономы посчитали ошибкой в измерениях, потом ее связали с недостатками в фотоаппаратуре. Но когда был проанализирован спектральный состав полученных изображений, всякие сомнения отпали: на поверхности Европы находится лед.

Причем согласно первым расчетам, толщина ледяного «одеяла» Европы должна была составлять около 100 километров. Правда, впоследствии более точные измерения дали совсем другие, более скромные результаты.

Как и любой лед, структура верхнего покрывала Европы стабильностью не обладает и под воздействием различных внутренних и внешних факторов периодически разрушается. Из появившихся на поверхности спутника «ран» выливается вода, которая тут же взаимодействует с веществами, соприкасающимися с поверхностными слоями Европы.

Что же касается сетки линий, то скорее всего это разломы, которые являются следствием серьезных тектонических процессов в массивной ледяной коре. Эти «раны» Европы впечатляют своими размерами: нередко их ширина достигает сотен километров, а протяженность – 3000 и более километров.

При этом сами эти разломы очень быстро заполняются выбрасываемым изнутри спутника раствором, имеющим оранжевый цвет. При этом изливающийся раствор очень быстро закипает и в то же время почти моментально замерзает, выпадая на поверхность спутника в виде снега и инея. Радиус же этих выбросов достигает нескольких сотен километров.

Впрочем, даже не ледяной кожух Европы является точкой основной интриги, связанной с этим спутником. Более важен для астрономов тот слой, который находится под вечными льдами Европы. Дело в том, что существует версия, согласно которой под ледяной корой Европы находится огромное море жидкой воды, объем которой, по некоторым сведениям, может быть намного больше той, что вмещают в себя все океаны Земли. И это предположение, между прочим, подтвердили данные, полученные со спутника «Галилей».

Более того, на некоторых кадрах даже можно заметить значительные куски льда, вмерзшие в другие, более молодые ледяные фрагменты. Многие же участки коры спутника словно состоят из блоков, которые, как предполагают исследователи, могут даже перемещаться.

 

Юпитер‑предсказатель

 

Есть в истории исследования Юпитера два любопытных факта, ставших важными вехами в развитии астрономической науки.

В 1609 году Галилео Галилей сконструировал телескоп, дававший почти 30‑кратное увеличение. С его помощью он предпринял первое телескопическое исследование вселенских просторов, открыв немало нового и любопытного на небе.

А в ночь с 6 на 7 января 1610 года ученый впервые увидел в телескоп рядом с Юпитером четыре яркие точки, которые нельзя было рассмотреть невооруженным глазом.

Не прошло и суток, а эти звездочки уже находились в другом месте, изменив свое положение относительно планеты и друг друга.

Прежде чем делать какие‑то выводы, Галилей за странными «звездами» вел наблюдение в течение нескольких дней. В конце концов он пришел к заключению, что в поле его телескопа находятся спутники Юпитера, которые движутся вокруг него, как планеты вокруг Солнца.

В марте 1610 года из печати вышло сочинение Галилея «Звездный вестник, открывающий великие и в высшей степени удивительные зрелища…». В нем ученый и рассказал о своем открытии новых небесных тел – спутников.

 

 

В 1609 году Галилео Галилей сконструировал телескоп, дававший почти 30 кратное увеличение

 

О своих наблюдениях попутчиков Юпитера Галилей писал следующее: «Хотя я и принял их за неподвижные звезды, меня удивило их расположение в точности на одной прямой линии, параллельной эклиптике… Две звезды располагались к востоку, а одна – к западу… Но когда я по воле Божией повторил наблюдения 8 января, то обнаружил совершенно иное расположение – все три звездочки стояли к западу от Юпитера, ближе к нему и друг к другу… Не может быть сомнения в том, что они совершают свои обороты вокруг Юпитера, а вместе с ним в двенадцать лет – оборот около центра мира… Мы приобретаем прекрасный аргумент против тех, которые, мирясь в системе Коперника с движением планет вокруг Солнца, настолько смущаются годичным обращением Луны вместе с Землей вокруг Солнца, что отвергают эту мировую систему. Но теперь имеется не только одна планета, обращающаяся вокруг другой и вместе с последней – вокруг Солнца, но целых четыре, путешествующих и вокруг Юпитера, и вместе с ним – вокруг Солнца».

Но, как нередко случается, большинство ученых к открытию Галилея отнеслись с явным недоверием. Тогда ученый обратился за поддержкой к Кеплеру, отправив ему экземпляр только что изданной книги.

Кеплер проявил к молодому коллеге максимум уважения и вскоре опубликовал ответ, назвав его «Разговор со Звездным вестником». В «Разговоре» Кеплер высказал полную поддержку исследованиям Галилео. Кроме того, «звезды» Юпитера и Луну он предложил называть «спутниками».

Кстати, по четырем спутникам Юпитера – Ио, Европе, Ганимеду и Каллисто – мореплаватели долгое время определяли положение судна в открытом море, то есть использовали их в качестве своеобразных «небесных часов».

Помог Юпитер и его спутники ответить и на вопрос: как распространяется свет – мгновенно или скорость его все же конечна?

Датский астроном Оле Ремер много времени уделял наблюдениям за затмениями спутников Юпитера. При этом он делал предварительные расчеты наступления этих событий. Когда же в 1675 году ученый сравнил реальную картину с расчетной величиной, то обнаружил, что, если Юпитер и Земля находятся по разные стороны от Солнца, наблюдения и вычисления расходятся. В этом случае затмения спутников отличаются от полученных математическим путем примерно на 1000 секунд.

Чтобы объяснить этот факт, Ремер предположил, что 1000 секунд – это как раз то время, которое требуется свету, чтобы пересечь по диаметру орбиту Земли. А так как диаметр земной орбиты равен 300 миллионам километров, то скорость света должна составлять около 300 000 километров в секунду.

 

Сатурн. Окольцованная планета

 

Как мы уже знаем, с именем великого Галилея связано немало астрономических открытий. С помощью телескопа он обнаружил горы на Луне, открыл фазы Венеры, пятна на Солнце, а также звездную природу Млечного Пути.

В 1610 году ученый приступил к тщательным наблюдениям за Сатурном. Именно в это время он и обнаружил кольца этой планеты. Но сначала Галилей не понял, что представляют собой эти странные образования, поэтому в своих дневниках лишь отметил, что Сатурн состоит из частей. В июле того же 1610 года он опубликовал следующее зашифрованное сообщение: «Отдаленнейшую из планет наблюдал тройную». Во времена Галилея «отдаленнейшей из планет» считался Сатурн, а его кольца в телескопе ученого выглядели как два размытые пятна по внешнему краю планеты.

Их он даже сравнил с двумя слугами, «которые поддерживают старика Сатурна (бога времени у древних римлян) в его утомительном пути по небу».

 

 

Автоматическая межпланетная станция «Кассини»

 

Дальнейшие наблюдения за Сатурном принесли еще ряд сюрпризов. Так, в 1612 году вместо тройной планеты Галилей увидел лишь одиночный диск. «Возможно ли, что какой‑то демон‑насмешник обманул меня?» – писал он.

Но на этом «фокусы» Сатурна не прекратились. Через некоторое время Сатурн предстал перед ученым с «парой ручек» по краям. Все эти «иллюзии» далекой планеты Галилео Галилей так и не разгадал. А в 1626 году в связи с потерей зрения он и вовсе прекратил наблюдения за небесными телами.

Кроме Галилея, в свои простенькие телескопы увидели странную свиту Сатурна и некоторые другие астрономы того времени. И, конечно же, им тоже не удалось разобраться с «придатками» Сатурна.

Только когда были изобретены более мощные средства наблюдений за небесными телами, появились и более полные сведения о странных структурах Сатурна. Так, в 1660‑х годах нидерландский математик, физик и астроном Христиан Гюйгенс открыл у Сатурна кольца, а в 1675 году знаменитый французский астроном Кассини установил наличие между кольцами щели…

Кольца Сатурна все время находились в сфере внимания ученых. И такой постоянный к ним интерес дал свои результаты. Так, уже к середине XIX века астрономы обнаружили, что Сатурн находится в окружении десяти колец.

Со временем было обнаружено, что Сатурн обладает целым комплектом разных колец, а 3 основные из них, получившие названия A, B и C, можно увидеть даже с Земли. Более слабые кольца называются D, E, F. В свою очередь эти кольца тоже делятся на более узкие колечки. В результате Сатурн оказывается опоясанным великим множеством колец. Сколько же всего их, сказать сложно. Хотя предполагается, что их от 500 до 1000.

Несколько узких колец было обнаружено также и в делении Кассини, хотя ранее считалось, что какие‑либо вещества в нем отсутствуют.

Оказалось также, что щель, обнаруженная Кассини, не единственная. Их теперь насчитывается около полутора десятков. Кстати, в ясные ночи деление Кассини можно увидеть с Земли, впрочем, как и менее заметные щели.

Ширина всех колец Сатурна приблизительно равна 400 тысячам километров. В то же время, как это ни удивительно, их толщина всего несколько десятков метров. Поэтому сквозь них, словно через мелкоячеистую сеть, видны звезды. Правда, их яркость при этом значительно слабее, чем в обычных обстоятельствах.

Используя передовые технические средства, в особенности уникальные возможности космических межпланетных станций, ученые разобрались со многими «анатомическими» особенностями колец Сатурна. Оказалось, что все они состоят из разных по форме и размерам льдин: некоторые из них не больше мельчайших пылинок, другие – достигают нескольких метров в поперечнике.

А, например, при тщательном исследовании кольца С было установлено, что размеры льдин в нем колеблются от 10 сантиметров до 10 метров. При этом на один кусок льда размером 10 метров приходится примерно 1000 кусочков в поперечнике около 1 метра и примерно миллион мельчайших ледяных пылинок.

В основном же кольца, как предполагают ученые, состоят из частиц метровых размеров.

Подчиняясь универсальным законам Кеплера, в зависимости от радиуса кольца они движутся с различными скоростями. При этом чем они ближе к планете, тем их скорость выше.

Следует иметь в виду, что ежегодно кольца меняют свой внешний вид. Связано это с изменением наклона плоскости колец по отношению к плоскости орбиты планеты. Поскольку наклон плоскости колец по отношению к плоскости орбиты составляет 26°, то по этой причине в течение года они имеют максимальную ширину. Однако затем они становятся все б»іже и б»іже, пока спустя примерно 15 лет не превратятся в едва видимую линию.

Очень красочно описал кольца Сатурна физик и астроном Николай Горькавый. Предоставляем ему слово.

«…Если “перепрыгнуть” через полтора миллиарда километров, отделяющих нас от Сатурна, и взглянуть на кольца с расстояния 100–200 тысяч километров, то окажется, что они расслаиваются на тысячи колечек. Среди них есть узкие потоки, отклоняющиеся от круговой орбиты. Края некоторых колец зазубриваются, а сами они колышутся под гравитационным напором спутников, изгибаясь и образуя волны. Спиральные волны, эллиптичные кольца, странные переплетения узких колечек… все сюрпризы колец трудно перечислить.

Ну, а если приблизиться к кольцам вплотную, то они окончательно потеряют для нас свою монолитность и превратятся в огромное количество отдельных “спутничков” Сатурна – частиц из обычного водяного льда самой разной величины: от мелких пылинок до глыб с поперечником 10–15 метров. Основная масса колец Сатурна заключена в частицах метровых размеров. Но это не цельные куски льда, а снежные комья, такие же рыхлые, как свежевыпавший земной снег (только там вряд ли есть узорчатые снежинки).

Эти снежные тела вращаются вокруг Сатурна со скоростью около 10 км/сек. Их скорости так хорошо уравнены, что соседние частицы кажутся неподвижными по отношению друг к другу. На самом деле они очень медленно перемещаются в разных направлениях – со скоростью 1–2 мм/сек. Примерно с такой скоростью ползают земные улитки.

Время от времени можно наблюдать эффектное зрелище – столкновение двух крупных частиц. Вот две глыбы размером с садовый домик начинают медленно соприкасаться друг с другом, сдвигая с поверхности целые сугробы рыхлого снега. Им не повезло: они не выдержали взаимного давления при ударе и медленно развалились на части. Типичная для колец “катастрофа” при скорости миллиметр в секунду!

Два больших остатка первоначальных тел продолжают движение, а сброшенные с них сугробы снега, комки и снежная пыль неспешно разлетаются в разные стороны, сверкая в лучах далекого Солнца. Через несколько дней “пострадавшие” частицы снова вырастут, поймав и поглотив огромное количество более мелких снежков в кольцах».