Спутники
У каждой гигантской планеты есть семейство спутников. Особенно богаты ими Юпитер и Сатурн. На сегодняшний день у Юпитера их известно 79, а у Сатурна — 62, и регулярно обнаруживаются новые. Нижняя граница массы и размера для спутников формально не установлена, поэтому для Сатурна это число условное: если вблизи планеты обнаруживается объект размером 20–30 метров, то что это — спутник планеты или частица ее кольца?
Рис. 6.24. Крупнейшие спутники Сатурна (не в масштабе).
В любом многочисленном семействе космических тел мелких всегда больше, чем крупных. Спутники планет — не исключение. Мелкие спутники — это, как правило, глыбы неправильной формы, в основном состоящие изо льда. Имея размер менее 500 км, они не в состоянии своей гравитацией придать себе сфероидальную форму. Внешне они очень похожи на астероиды и ядра комет. Вероятно, многие из них таковыми и являются, поскольку движутся вдали от планеты по весьма хаотическим орбитам. Планета могла захватить их, а через некоторое время может потерять.
Рис. 6.25. Фобос. Фото зонда Mars Reconaissance Orbiter (NASA)
С малыми астероидоподобными спутниками мы пока знакомы не очень близко. Детальнее других исследованы такие объекты у Марса — два его небольших спутника, Фобос и Деймос. Особенно пристальное внимание было привлечено к Фобосу; на его поверхность даже хотели отправить зонд, но пока не получилось. Чем внимательнее присматриваешься к любому космическому телу, тем больше в нем загадок. Фобос — не исключение. Посмотрите, какие странные структуры идут вдоль его поверхности. Эти линии из мелких провалов и борозд похожи на меридианы. Существует уже несколько физических теорий, пытающихся объяснить их образование, но пока никто не предложил исчерпывающей.
Рис. 6.26. Наиболее крупные спутники планет Солнечной системы в одном масштабе с Землей и Меркурием. Они ничем не уступают Меркурию, а по своей природе порой даже более интересны.
Все мелкие спутники несут на себе многочисленные следы ударов. Время от времени они сталкиваются друг с другом и с приходящими издалека телами, дробятся на отдельные части, а могут и объединяться, поэтому восстановить их далекое прошлое и происхождение будет нелегко. Но среди спутников есть и те, что генетически связаны с планетой, поскольку движутся рядом с ней в плоскости ее экватора и, скорее всего, имеют общее с ней происхождение.
Особый интерес представляют крупные планетоподобные спутники. У Юпитера их четыре; это так называемые «галилеевы» спутники — Ио, Европа, Ганимед и Каллисто. У Сатурна выделяется своим размером и массой могучий Титан. Эти спутники по своим внутренним параметрам почти неотличимы от планет. Просто их движение вокруг Солнца контролируется еще более массивными телами — материнскими планетами.
Вот перед нами Земля и Луна, а рядом в масштабе спутник Сатурна Титан. Замечательная маленькая планета с плотной атмосферой, с жидкими большими «морями» из метана, этана и пропана на поверхности. Моря из сжиженного газа, который при температуре поверхности Титана (–180 °C) находится в жидком виде. Очень привлекательная планета, потому что на ней будет легко и интересно работать — атмосфера плотная, надежно защищает от космических лучей и по составу близка к земной атмосфере, поскольку тоже в основном состоит из азота, хотя и лишена кислорода. Вакуумные скафандры там не нужны, поскольку атмосферное давление почти как на Земле, даже чуть больше. Тепло оделись, баллончик с кислородом за спину — и вы легко будете работать на Титане. Кстати, это единственный (кроме Луны) спутник, на поверхность которого удалось посадить космический аппарат. Это был «Гюйгенс», доставленный туда на борту «Кассини» (NASA, ESA), и посадка была довольно удачной.
Рис. 6.27. Снимок поверхности Титана, сделанный зондом «Гюйгенс» с высоты нескольких километров при спуске на парашюте 14 января 2005 г. Видны русло реки и дно озера, в которое впадает река, в настоящий момент сухие, но еще недавно в них была жидкость — вероятно, метан.
Вот единственный снимок, сделанный на поверхности Титана (рис. 6.28). Температура низкая, поэтому глыбы — это очень холодный водяной лед. Мы в этом уверены, потому что Титан вообще по большей части состоит из водяного льда. Цвет красновато-рыжеватый; он естественный и связан с тем, что в атмосфере Титана под действием солнечного ультрафиолета синтезируются довольно сложные органические вещества под общим названием «толины». Дымка из этих веществ пропускает к поверхности в основном оранжевый и красный цвет, довольно сильно его рассеивая. Поэтому изучать из космоса географию Титана довольно сложно. Помогает радиолокация. В этом смысле ситуация напоминает Венеру. Кстати, и циркуляция атмосферы на Титане тоже венерианского типа: по одному мощному циклону в каждом из полушарий.
Рис. 6.28. Поверхность Титана. Снимок зонда «Гюйгенс».
Спутники других планет-гигантов тоже оригинальны. Ио, ближайший спутник Юпитера, находится на таком же расстоянии от планеты, что и Луна от Земли, но Юпитер — гигант, а значит, действует на свой спутник очень сильно. Приливное влияние Юпитера расплавило недра спутника, и мы видим на нем множество действующих вулканов, которые выглядят как черные точки. Видно, что выбросы вокруг вулканов ложатся по баллистическим траекториям. Ведь там практически нет атмосферы, поэтому то, что выброшено из вулкана, летит по параболе (или по эллипсу?). Малая сила тяжести на поверхности Ио создает условия для высоких выбросов: 250–300 км вверх, а то и прямо в космос!
Второй от Юпитера спутник, Европа, покрыт ледяной корой, как наша Антарктида. Под корой, толщина которой оценивается в 25–30 км, — океан жидкой воды. Ледяная поверхность покрыта многочисленными древними трещинами. Под влиянием подледного океана пласты льда медленно перемещаются, напоминая этим дрейф земных материков. Трещины во льду время от времени открываются, и оттуда фонтанами вырывается вода. Теперь мы это знаем точно, поскольку видели фонтаны с помощью космического телескопа «Хаббл». Это открывает перспективу исследовать воду Европы. Кое-что о ней мы уже знаем: это соленая вода, хороший проводник электричества, на что указывает магнитное поле. Ее температура, вероятно, близка к комнатной, но о ее биологическом составе мы пока ничего не знаем. Хотелось бы зачерпнуть и проанализировать эту воду. И экспедиции с этой целью уже готовятся.
Другие крупные спутники планет, включая нашу Луну, не менее интересны. По сути, они представляют самостоятельную группу планет-спутников.
7. Планеты-карлики, астероиды и кометы
Планеты, которые не мешают жить другим
Кроме больших планет с их кольцами и спутниками, в Солнечной системе есть семейство планет-карликов (dwarf planets), учрежденное решением Международного астрономического союза в 2006 г. Пока их всего пять: Плутон, Эрида, Макемаке, Хаумея и бывший крупнейший астероид Церера — его тоже ввели в эту группу, поскольку по своим физическим свойствам он отвечает определению карликовой планеты, т. е. имеет настолько большую массу, чтобы под действием собственной гравитации приобрести сфероидальную форму. При этом масса Цереры не настолько велика, чтобы она была способна своим притяжением расчистить окрестности своей орбиты от соседних тел. В этом и заключается второе важнейшее свойство любой карликовой планеты.
За исключением Цереры, все планеты-карлики движутся вне области орбит больших планет, в основном — в поясе Койпера (от 30 до 50 а. е.). Правда, Плутон из-за большого эксцентриситета своей орбиты иногда заходит в пределы орбиты Нептуна: с 1979 по 1999 гг. Плутон был ближе к Солнцу, чем Нептун. Эрида тоже часть времени проводит за пределами пояса Койпера, удаляясь за его формальную внешнюю границу на 98 а. е. от Солнца. Пока из пяти известных карликовых планет мы близко знакомы лишь с двумя — с Плутоном и Церерой, рядом с которыми побывали межпланетные роботы.
Космический зонд «Рассвет» (Dawn, NASA) вышел на орбиту вокруг Цереры в марте 2015 г. В истории космонавтики это стало первым посещением окрестностей планеты-карлика. В 2018 г. зонд еще функционирует; когда его ресурсы истощатся, он останется вечным спутником Цереры.
Рис. 7.1. Фото Цереры, сделанное зондом «Рассвет» с высоты 385 км. В центре — кратер Оккатор (Occator), имеющий координаты 20° с. ш., 239° в. д. Разрешение 140 м/pix.
Церера была первым открытым астероидом (1801 г.), и в течение двух столетий ее изучали в телескопы, но только космический телескоп «Хаббл» смог разглядеть крупнейшие детали ее поверхности и заметить на ней странные яркие пятна. Теперь на детальных снимках зонда «Рассвет» мы видим, что это свежие выходы водяного льда или отложения солей, вынесенных из недр потоками воды. Судя по средней плотности Цереры (2,16 г/см3), она имеет каменное ядро и толстую ледяную мантию. Поверхность сильно кратерированная и очень темная (альбедо 9 %), как у Луны. Хотя верхний слой Цереры по традиции называют реголитом, он отличается от лунного реголита бóльшим содержанием воды. По-видимому, поверхность Цереры представляет собой глинистый материал с порами, заполненными водяным льдом (около 10 %).
Поскольку наклон экватора Цереры к орбитальной плоскости составляет всего 4°, в ее полярных областях много кратеров, в которые никогда не попадают лучи Солнца. В этих «холодных ловушках» замечен лед. Еще больше льда в глубине Цереры. Например, на дне кратера Оккатор видны отложения льда или солей. Впрочем, почти наверняка это именно лед, поскольку Церера окутана крайне разреженной атмосферой из водяного пара, который, очевидно, образуется при сублимации льда.
Рис. 7.2. Кратер Оккатор диаметром 80 км. На его дне видны отложения льда или солей. Это самое яркое из светлых пятен, замеченных «Хабблом».
Наличие водяного льда под поверхностью делает Цереру в геологическом смысле более живым телом, чем Луна, хотя Церера намного меньше Луны. Кстати, и метеоритных кратеров на поверхности Цереры не так много, как ожидалось, что говорит о действии процессов эрозии, возможно, связанных с активностью недр.