Далее следует Титан, о нем мы уже говорили, а за ним – странный Гиперион (рис. 60). Это довольно темное по сравнению с другими спутниками Сатурна тело при размерах 360 на 226 км все-таки не имеет шарообразной формы. Если оно состояло сплошь из каменных пород, то, вероятно, стало бы шаром, но так как оно, по-видимому, состоит преимущественно изо льда, то массы тела не хватило для этого процесса. Так ли это, или неправильная форма спутника имеет иную природу, пока неясно, как непонятны и причины сравнительно темного цвета Гипериона. На фото видно, что поверхность Гипериона крайне изрыта и несколько напоминает губку. Под действием приливных сил со стороны других спутников Сатурна положение оси вращения Гипериона постоянно меняется.
Рис. 6о. Гиперион
За Гиперионом следует Япет (1440 км) – крупное тело, тоже во многом сходное с Тефией, но с резко различной яркостью огромных, практически равных целому полушарию участков поверхности (рис. 61). Объяснить это явление криовулканизмом довольно трудно: Япет почти втрое дальше от Сатурна, чем Титан, так что, вероятно, одно из полушарий обязано своему высокому альбедо метеоритной бомбардировке. Еще одна уникальная особенность Япета – длиннейший горный хребет, опоясывающий экватор спутника. Высота хребта достигает 13 км. Его происхождение – пока еще загадка.
Рис. 61. Япет
И наконец, Феба – очень маленький шарик, удаленный от Сатурна почти на 13 млн км. Как и у дальних спутников Юпитера, у него огромное наклонение плоскости орбиты к плоскости экватора Сатурна, тогда как у других перечисленных выше спутников, за исключением Япета, – меньше двух градусов. Такой наклон плюс значительный эксцентриситет орбиты (0,1633) говорят скорее всего о том, что Феба не образовалась вблизи Сатурна, а была им захвачена.
Кроме перечисленных спутников вокруг Сатурна обращается еще несколько десятков меньших тел; часть их – на внешних орбитах, как Феба, а часть – на внутренних, где они «отвечают» именно за тот вид колец гигантской планеты, который мы и наблюдаем. Конечно, у Сатурна (как и у других газовых планет) открыты еще не все мелкие спутники.
Система Урана в целом похожа на систему Сатурна, но несколько скромнее. Лишь пять спутников Урана можно назвать крупными телами: это Миранда (472 км), Ариэль (ибо км), Умбриэль (1190 км), Титания (1578 км) и Оберон (1530 км). Среди меньших тел опять-таки имеются внутренние спутники, «регулирующие» положение колец, и внешние, начиная от удаленного на 7 млн км Калибана и кончая Сетебосом, чья большая полуось орбиты простирается аж на 18,2 млн км. Как обычно, орбиты внешних спутников имеют большие эксцентриситеты и наклоны к экватору планеты. Трудно предположить, что Уран и эти спутники образовались в результате одного процесса, скорее, имел место захват. Много мелких спутников Урана были открыты в 1986 году «Вояджером-2», и нет сомнений: открыты еще не все спутники этой планеты. На сегодня их известно 27. Все крупные спутники Урана состоят из смеси льда и горных пород, за исключением Миранды, состоящей, как полагают, преимущественно изо льда. Предполагается, что Титания и Оберон могут иметь внутренний океан из жидкой воды на границе ядра и мантии.
Среди спутников Нептуна выделяется крупный Тритон (2700 км), обращающийся практически по круговой орбите почему-то в обратную сторону (см. главу о больших планетах), а также Протей (420 км) и Нереида (340 км) с очень сильно эксцентричной орбитой (е = 0,7512). Любопытно, что Нереида была открыта в 1949 году наземными средствами наблюдения, а более крупный Протей – лишь в 1989 году «Вояджером-2». Правда, Нереида ярче тусклого Протея и гораздо дальше отходит на небе от диска планеты, который, будучи несравнимо более ярким, чем спутник, конечно же, мешает наблюдениям. Снимки поверхности Тритона (рис. 62), сделанные «Вояджером-2», выявили мало ударных кратеров, но много кратеров, связанных с геологической активностью. Похоже, это тело нельзя назвать геологически мертвым!
Рис. 62. Поверхность Тритона
На сегодня известно 13 спутников Нептуна, самые далекие из них обращаются вокруг планеты за 26 лет.
Поговорить о спутниках Урана и Нептуна более подробно было бы уместно, если бы на их орбитах годами работали бы аппараты вроде «Галилео» и «Кассини», но так как дело ограничилось лишь пролетом «Вояджера-2», наши знания о спутниках этих планет (да и о самих планетах) пока еще скудны.
Возможно, вам уже бросилось в глаза резкое отличие планет от спутников планет: спутники планет не имеют собственных спутников (временные кольца Реи не в счет). А почему, собственно?
Виновны в этом взаимные возмущения в системе «спутник спутника – спутник – планета – Солнце». Численные расчеты показывают: рано или поздно одно из тел будет выброшено из системы, причем скорее всего эта участь уготована самому маломассивному телу, то есть как раз спутнику спутника. Если он не врежется в спутник или планету, то покинет систему с большой скоростью, но «отомстит» спутнику искажением его орбиты – конечно, если масса «убежавшего» тела не слишком мала. И даже в системе, где мелкое космическое тело является не спутником спутника, а спутником планеты, ему далеко не всегда удается просуществовать в этом качестве достаточно долго.
Два спутника Марса – Фобос и Деймос – не мешают друг другу: очень уж они малы, их взаимное гравитационное влияние ничтожно. Иное дело, если у планеты имеется спутник массой с Луну.
Почему Земля за миллиарды лет своего существования не захватила в свой гравитационный плен никакой астероид, пусть небольшой? Нет никаких причин, почему это не могло бы случиться, ведь принятая в астрономии условная сфера притяжения Земли довольно велика: миллион километров. Однако почему же в пределах лунной орбиты не обнаружено никаких естественных тел крупнее 5 м, да и на большем отдалении вокруг Земли не обращается ничего заметного?
Причина, как легко догадаться, в Луне, а также в Солнце и планетах. Система «Луна – Земля – Солнце» относительно стабильна, хотя и в ней происходит медленный дрейф орбит; добавление же в систему еще одного тела не приведет ни к чему хорошему. Если бы Земля находилась далеко от Солнца, это стало бы возможным: орбита «лишнего» тела могла бы понемногу эволюционировать, пока не вошла бы с Луной в орбитальный резонанс, обретя тем самым устойчивость. Но гравитационное влияние Солнца и планет гасит эти попытки в зародыше.
Например, среди околоземных астероидов (речь о них пойдет ниже) существует тело с обозначением 2002 АА20, которое описывает вокруг Солнца почти точный круг с радиусом, равным среднему радиусу земной орбиты. К счастью, плоскость его орбиты наклонена относительно эклиптики на 10°. В 2003 году это тело подошло к Земле на 4,5 млн км со стороны, опережающей наше орбитальное движение. Затем оно с каждым витком вокруг Солнца начало удаляться от нас, чтобы через 95 лет догнать Землю с противоположной стороны, ускориться ее притяжением и двинуться в обратном направлении.
Расчеты показали, что в определенных условиях этот астероид все-таки может приблизиться к Земле настолько, что станет ее спутником, правда, очень ненадолго. Лет через 50 он будет выброшен из сферы притяжения Земли и вновь начнет свой странный орбитальный танец. Возможно, подобные «захваты» уже имели место, а ближайшее подобное событие может произойти (но не обязательно произойдет) примерно через 600 лет.
Такие танцы – лишь одно из проявлений орбитальных резонансов в Солнечной системе. Их множество. В данном случае речь шла скорее о квазирезонансном явлении, но существуют и совершенно четкие резонансы. Простейший из них наблюдается, например, в системе «Плутон – Харон», когда спутник не просто повернут к Плутону одной стороной, но и период его обращения в точности равен периоду вращения главного тела системы, то есть оба тела движутся как бы связанные жестким стержнем. До такого состояния тела доходят постепенно, начиная с синхронизации вращения спутника. Такова наша Луна, стремящаяся к резонансу и пока не достигшая его, но уже повернутая к Земле одной стороной. Таковы же Фобос, Титан, Энцелад и ряд других спутников.
Но к резонансам стремятся и движения внутренних планет!
Выше было сказано, что период вращения и период обращения Меркурия связаны строгим соотношением 2:3. Это тоже резонанс. Хорошо известно, что прохождение Меркурия по диску Солнца случается через 7 и 13 лет, а иногда через 33 года. Именно эти числа, никаких других. Прохождения же Венеры по солнечному диску чередуются через 8 и 235 лет. Предыдущее прохождение было 8 июля 2004 года, ближайшее случится 5 июня 2012 года, после чего придется ждать аж 235 лет. Легко видеть, что движения по меньшей мере трех планет (Меркурия, Венеры и Земли) в некоторой степени синхронизированы. При малости гравитационного влияния внутренних планет друг на друга до достижения такого «гармоничного» результата должно было пройти не просто много, а очень много времени.
Конечно, это еще не настоящие резонансные орбиты. Настоящие резонансы демонстрируют некоторые астероиды и некоторые спутники гигантских планет.
Одно лишь перечисление резонансов может занять много страниц. К примеру, спутники Юпитера Ио, Европа и Ганимед находятся в резонансе 1:2:4. Кстати, все галилеевы спутники повернуты к Юпитеру одной стороной.
Спутники Плутона находятся в резонансе 2:3:12.
Некоторые резонансные явления вызывают неустойчивость. Так, например, деление Кассини в кольце Сатурна обязано своему существованию орбитальному резонансу с Мимасом.
Юпитер и Сатурн находятся почти в точном резонансе 2:5.
Бывает и так, что два мелких спутника большой планеты обращаются вокруг нее по одной орбите, при этом находясь строго в противоположных ее точках. Такое явление отмечено, например, в системе Сатурна. Иначе, чем резонансом, такое явление объяснить нельзя. В противном случае было бы достаточно сколь угодно малого изменения орбитальной скорости одного из спутников, чтобы вся эта идиллическая гармония разрушилась.