Когда происходит циркуляция воздуха в земной атмосфере, это почти всегда круговые движения. Вы когда-нибудь видели треугольный ураган? Или квадратный? Или шестиугольный? Наверняка нет. Но, оказывается, на северном полюсе Сатурна происходят вещи, невозможные с нашей, земной точки зрения.
В 2007 году космический зонд «Кассини», запущенный NASA, пролетел над Сатурном и сфотографировал очень странную конфигурацию облаков в виде шестиугольника, вращающуюся вокруг полюса планеты. Этот шестиугольник по своим размерам в два раза превосходит диаметр Земли. На южном полюсе Сатурна аналогичная фигура отсутствует; там наблюдаются лишь облака, циркулирующие вокруг глаза полярного циклона: эти движения облаков напоминают циркуляцию облаков на Земле, над Антарктикой.
Полярный шестиугольник над Сатурном был впервые замечен, когда космические зонды NASA «Вояджер-1» и «Вояджер-2» пролетали мимо планеты четверть века назад. Очевидно, некая ячеистая структура, формирующая погодную систему на Сатурне, очень стабильна и долговечна.
Полярный шестиугольник на Сатурне – удивительно устойчивое атмосферное образование. Он был впервые замечен космическими зондами «Вояджер», запущенными NASA более четверти века назад.
Шестиугольник на северном полюсе Сатурна (NASA, JPL–Caltech, Space Science Institute).
Загадку происхождения полярного шестиугольника удалось разгадать с помощью лабораторных экспериментов, в которых быстро закручивалось ведро с налитой в него жидкостью. Исследователи обнаружили, что при определенных условиях вращающаяся жидкость приобретает очертания многоугольника с тремя, четырьмя, пятью или шестью сторонами[72]. Жидкость, отскакивая от стен ведра, образует устойчивые стоячие волны. Конечно, однозначно экстраполировать эту ситуацию на Сатурн не совсем правомерно, ведь атмосфера на северном полюсе планеты не находится в ведре.
Этот шестиугольник вращается, и вращение его синхронно с глубинными слоями атмосферы Сатурна. Предполагается, что причина его появления аналогична образованию струйных течений в атмосфере Земли. Но на Сатурне скорость струйного течения по крайней мере в четыре раза превышает земную. Струйное течение – это узкая зона сильного ветра в верхних слоях атмосферы планеты. Точная модель поведения шестиугольного урагана на Сатурне до сих пор не построена. Тем не менее Рауль Моралес Хубериас, сотрудник института горного дела и технологий в Нью-Мексико, и его коллеги утверждают, что построили модель, которая наилучшим образом соответствует тому, что мы видим[73]. Ученые создали модель струи, циркулирующей вокруг полюса Сатурна. Когда они начали подвергать струю возмущениям, слегка покачивая ее, она изогнулась, приняла шестиугольную форму и начала вращаться почти с тем же периодом, что и ураган на Сатурне.
Удалось ли окончательно разгадать эту загадку? Никто еще не придумал объяснение, которое получило бы всеобщее признание. Нам придется подождать и посмотреть.
22. Карта невидимого мираПланету Уран вначале назвали… Георгом
Я заглянул в космос дальше, чем кто-либо до меня.
Уран был открыт в 1781 году. Это открытие было сделано в саду на заднем дворе дома, расположенного в английском городе Бат. И совершил его немецкий астроном-любитель Уильям Гершель, по совместительству – музыкант.
Когда Гершелю исполнилось девятнадцать лет, он вместе со своей сестрой Каролиной переехал из Ганновера в курортный английский городок Бат, известный со времен древних римлян своими горячими источниками. Там он устроился на работу органистом в местной церкви. Музыкой он зарабатывал себе на жизнь, но астрономия стала предметом его истинного увлечения. И в Бате он сконструировал несколько телескопов, которые были самыми мощными для того времени. Именно с помощью одного из этих приборов ночью 13 марта 1781 года он заметил туманную звездочку. Вначале он подумал, что это комета. Но в последующие ночи он увидел, что эта звездочка перемещается на фоне неподвижных звезд, причем ее путь явно не соответствовал сильно вытянутой орбите кометы. Звездочка двигалась по почти круговой орбите, свойственной для планет.
Так в эпоху телескопов была открыта доселе неизвестная планета. Древние люди ее наблюдать не могли из-за ее малой яркости.
Самой дальней планетой до тех пор считался Сатурн, но новая планета кружилась в бездонных глубинах космоса по гораздо более удаленой от Солнца орбите. Буквально за одну ночь размеры солнечной системы увеличились вдвое.
Гершель в то время жил в Англии на правах эмигранта, но имел большое желание стать полноправным гражданином этой страны. Поэтому он назвал новую планету «Георг» в честь английского короля Георга III[74]. Если бы это название прижилось, сегодня у нас были бы следующие планеты, в порядке удаления от Солнца: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн… и Георг!
Французы категорически возражали против того, чтобы новая планета была названа в честь английского короля. По собственной инициативе они стали называть ее «Гершель». Немецкий астроном Иоганн Боде предложил компромисс и посоветовал называть новую планету Ураном. По римской мифологии, Уран был отцом бога Сатурна. Это название стало общепринятым.
Немного позднее выяснилось, что впервые Уран был замечен на небе в созвездии Тельца еще раньше, за сто лет до открытия Гершеля, английским астрономом Джоном Флемстидом. Составляя звездный каталог, Флемстид наблюдал эту планету в 1690 году, но придал ей статус звезды и внес ее в каталог под именем 34 Тельца. Итак, поскольку астрономы располагали более ранними наблюдениями Урана, имело смысл проследить его путь в небесах и рассчитать его орбиту вокруг Солнца. К середине XIX века стало ясно – что-то не так с орбитой вновь открытой планеты. Уран не подчинялся закону всемирного тяготения Ньютона и не следовал по эллиптической орбите. Не удавалось рассчитать движение Урана и предсказать, в какой точке он будет находиться спустя то или иное время – любые расчеты оказывались ошибочными.
И тут заявил о себе французский астроном Урбен Леверье. Он высказал предположение, что за Ураном должна находиться еще одна неизвестная массивная планета. Вращаясь по еще более удаленной орбите вокруг Солнца, она влияет своим гравитационным полем на Уран и возмущает его орбиту. Чтобы определить местоположение гипотетической планеты, требовалось провести чрезвычайно сложные и громоздкие расчеты. В результате кропотливого труда Леверье справился с ними. Но директор Парижской обсерватории не поверил Леверье и не захотел направить усилия штатных астрономов на поиски новой планеты. Отчаявшись найти поддержку в родных пенатах, Леверье 18 сентября 1846 года написал письмо Иоганну Галле в Берлинскую обсерваторию.
За год до происходящих событий Галле прислал Леверье на рецензию свою диссертацию, но последний не удосужился даже подтвердить ее получение. К счастью, Галле не был злопамятен. Директор Берлинской обсерватории Иоганн Энке тоже не был склонен испытывать излишний энтузиазм – в этом он был похож на своего французского коллегу – и не хотел отдавать время на телескопе, как он считал, «для поиска ветра в поле». Однако, поскольку Энке праздновал свой пятьдесят пятый день рождения вечером 23 сентября и поэтому не пошел наблюдать, он дал Галле разрешение использовать имеющийся в распоряжении обсерватории рефрактор Фраунгофера с диаметром объектива 22 см.
Под утро 24 сентября 1846 года, в течение часа после начала поисков, Галле со своим помощником – студентом астрономии Генрихом д’Арре – нашли новую планету, причем она оказалась именно там, где должна была быть по расчетам Леверье. Это был поистине изумительный момент в истории науки: он знаменовал собой наступление эры, когда стало возможно предсказывать существование явлений и событий, о которых раньше и не подозревали. Теория всемирного тяготения Ньютона не только объясняла сущность явлений, которые астрономы могли наблюдать в ночном небе; теперь с ее помощью удалось найти то, что они не могли видеть. Эта теория снабдила нас картой невидимого мира.
Новую планету назвали Нептуном. Ее открытие произвело настоящую сенсацию. Леверье приобрел широкую известность в мире науки[75]. Окрыленный успехами, Леверье после этого пустился в настоящую погоню за несбыточным: он начал искать гипотетическую планету «Вулкан», вращающуюся по орбите совсем рядом с Солнцем, еще ближе, чем Меркурий[76].
Следствия из теории всемирного тяготения Ньютона продолжают повергать ученых в изумление. Подобно тому, как открытие Нептуна удивило своих современников, темная материя – вызов ученым сегодняшнего дня. Мы знаем, что темной материи во Вселенной в шесть раз больше, чем обычной – это видно по той силе притяжения, которую она оказывает на звезды и галактики. Но объяснения этому феномену пока еще не найдено.
23. Властелин колецГалилей решил, что у Сатурна есть уши
Какая научная теория мне больше всего нравится? Та, согласно которой кольца Сатурна полностью состоят из багажа, потерянного авиакомпаниями.
Галилео Галилей – поистине исполинская фигура в истории науки. Галилей совершил много открытий, в частности, он вывел закон колебаний маятника и доказал, что все тела падают с одинаковой скоростью под действием тяготения, независимо от их массы. Но, по-видимому, самый большой курьез с ним произошел в 1610 году, когда он направил свой телескоп на Сатурн и провозгласил, что увидел «планету с ушами». В 1611 году мнение Галилея изменилось: теперь он стал считать, что у планеты два спутника, по одному с каждой стороны, и каждый из них примерно в три раза меньше самого Сатурна. И вдруг, к его изумлению, оба спутника исчезли в 1612 году! «Сатурн проглотил своих детей?!» – писал он своему покровителю, великому герцогу Тосканскому. В 1613 году эти «спутники» появились снова, что сбило Галилея с толку еще сильнее.