Остальные спутники Сатурна не столь крупны, как галилеевы спутники Юпитера. Выделяются Рея, Тефия, Диона и Япет с диаметрами 1530, юбо, 1120 и 1440 км соответственно. Низкая плотность этих тел говорит о присутствии огромного количества водяного льда. Шестой по величине спутник Сатурна Энцелад — рекордсмен по альбедо в Солнечной системе — интересен криовулканизмом. Его ледяная поверхность покрыта сетью многочисленных разломов, образно названных «тигровыми полосами». Из этих разломов часто происходят извержения пара и ледяных частиц. Внешние края разломов покрыты обширными отложениями этого ледяного крошева. 11 августа 2008 года аппарат «Кассини» прошел всего в 50 км от поверхности Энцелада. Траектория зонда пролегала сквозь облака ледяных частиц, выбрасываемых гейзерами в южной полярной области спутника.
82
— Ближайшие окрестности —
Мы знаем земные гейзеры, выбрасывающие кипящую воду и перегретый пар, но ледяные гейзеры — это нечто совершенно уникальное. Причина гейзерной активности Энцелада, несомненно, связана опять-таки с действующими на спутник приливными силами.
Из других спутников Сатурна выделяется Мимас, имеющий огромный ударный кратер Гершель, названный в честь Уильяма Гершеля, что открыл Мимас в 1789 году, и занимающий почти треть диаметра планеты. Удивительно, что Мимас не раскололся после такого удара. Небольшие спутники, как и у Юпитера, имеют неправильную форму.
Но что же сама планета? Сатурн меньше Юпитера, однако и он выделяет больше тепла, чем получает от Солнца. Как и Юпитер, он покрыт полосами, но более широкими и менее четко обозначенными. АМС «Кассини-Гюйгенс» сфотографировала необычную атмосферную структуру на северном полюсе Сатурна — шестиугольный шторм. В принципе шестиугольные структуры могут образовываться при некоторых видах упорядоченной конвекции, но найти такую структуру на Сатурне оказалось полной неожиданностью.
Внутреннее строение Сатурна напоминает строение Юпитера, лишь водорода в нем несколько меньше. Сатурн вращается медленнее Юпитера, зато сильнее сплюснут. Это вполне объяснимо, если учесть, что Сатурн имеет меньшую массу и меньшую плотность (а значит, больший радиус, чем «следовало бы»): тяготению труднее бороться с центробежными силами.
Уран и Нептун по физическим характеристикам похожи друг на друга (Нептун немного массивнее). Основное различие кроется не в строении этих планет, а в особенностях вращения. Если Нептун с наклоном его экватора к плоскости орбиты в 28 градусов вполне «добропорядочен», то у Урана этот угол составляет почти 98 градусов! Планета вращается практически «лежа на боку», да еще и в обратную сторону, подобно Венере. Вряд ли можно объяснить эту странность «сбежавшим» спутником Урана — скорее дело в том, что ядро конденсации, из которого когда-то воз
Вз
ник Уран, с самого начала обладало таким вращением. Почему? Этого мы пока не знаем.
Внутреннее строение Урана и Нептуна в общем такое же, как у Юпитера и Сатурна, но водорода в них еще меньше, отсюда и большая средняя плотность. Внутренние источники тепла у обеих планет слабы, что тоже понятно, учитывая их меньшую, чем у Юпитера и Сатурна, массу. Сплюснутость планет незначительна, что отчасти объясняется сравнительно небольшой толщиной атмосфер. Зато что творится в тех атмосферах!..
В 1989 году «Вояджер-2» передал на Землю очень подробные снимки Нептуна. Было обнаружено большое темное пятно, представляющее собой, по-видимому, атмосферный вихрь (возможный аналог Большого Красного пятна на Юпитере), и скопление клочковатых белых облачков, быстро перемещающихся из одних широт в другие. Скорость атмосферных течений Нептуна превышает все, чем могут похвастать другие планеты, и способна достигать фантастического значения 500 м/с. При самых разрушительных земных ураганах скорость ветра едва превышает одну десятую этой величины. Учитывая к тому же весьма низкую температуру атмосферы Нептуна, вряд ли ее можно считать комфортным местом...
И Уран, и Нептун имеют узкие кольца, ничуть не похожие на роскошное обрамление Сатурна. Кольца Урана на редкость темные; они были открыты в 1977 году во время наблюдения покрытия диском Урана слабой звезды SAO 158687. Наблюдения покрытий одних небесных тел другими подчас преподносят сюрпризы — так вышло и в тот раз. Незадолго до покрытия звезда пятикратно «исчезала» на несколько секунд и вновь появлялась. То же повторилось после появления звезды из-за диска Урана. Не чем иным, кроме как системой темных колец, объяснить это явление было нельзя. Позднее были открыты еще 4 кольца Урана, и теперь их известно 9.
Нептун имеет 4 очень узких кольца, открытых во время пролета мимо планеты АМС «Вояджер-2». Теперь считается, что наличие колец — нормальный атрибут планеты-гиганта, и было бы странно, если бы кольца у Нептуна отсутствовали.
84
— Ближайшие окрестности —
Любопытно, что атмосферы Урана и Нептуна относительно тоньше атмосфер Юпитера и Сатурна. Согласно гипотезе американского планетолога Алана Босса, первоначальные газовые оболочки Урана и Нептуна были испарены ультрафиолетовым излучением близких звезд. Поскольку звезды обычно рождаются группами и лишь потом расходятся в пространстве, вполне можно предположить, что у новорожденной Солнечной системы действительно были близкие соседи, среди которых могли оказаться и массивные звезды с мощным излучением. Объяснить, почему их излучение не действовало на Сатурн и Юпитер, можно так: образование планет-гигантов завершилось, когда внешняя часть протосолнечного диска, в которой находились Уран и Нептун, уже успела рассеяться в пространстве под действием того же УФ-излучения, а более плотная внутренняя часть диска защитила Юпитер и Сатурн. Так это или нет, пока неясно, но во всяком случае эта гипотеза не хуже других. Между прочим, на рассеивание внешних частей диска, как и на формирование планет-гигантов, по-видимому, не потребовалось много времени: есть выкладки, согласно которым из-за развития гравитационной неустойчивости в первоначально однородном протопла- нетном диске уже через 150 лет появляются спиральные ветви, а еще через 50 лет они распадаются на протопланетные сгустки. Довольно неожиданный результат, учитывая расхожие представления о медленной, в течение миллионов лет, эволюции космических объектов!
Загадкой является обратное движение крупного спутника Нептуна — Тритона. Не исключено, что весьма давно Тритон, будучи в те времена самостоятельной планеткой — плутоидом, испытал тесное сближение с Нептуном и был захвачен его притяжением. Моделирование показало, что для выхода на почти круговую ретроградную орбиту Тритон должен был иметь крупный спутник, который при сближении с Нептуном был выброшен в самые внешние области Солнечной системы и, возможно, даже покинул ее. Это предположение не кажется надуманным — ведь спутники у плутоидов не такая уж редкость.
«Это добром не кончится», — говаривал персонаж популярного мультфильма. Если Луна под действием приливных сил постепенно переходит на все более высокую орбиту, то как поведет себя Тритон, обращающийся вокруг Нептуна в «неправильную» сторону? Эволюция орбиты Тритона в точности противоположна эволюции орбиты Луны. Приливные возмущения со стороны Нептуна уменьшают кинетическую энергию спутника и снижают его орбиту. Кончится тем, что Тритон подойдет к Нептуну слишком близко и разрушится, образовав кольцо намного более мощное, чем у Сатурна. Правда, произойдет это нескоро — примерно через 2,5 млрд лет...
Интересно бы знать: какие разумные существа смогут любоваться этим кольцом?
Вера в гармонию и целесообразность мироздания и надежда найти закономерности, позволяющие эту гармонию выявить, — вот характерная черта астрономов прошлого. Еще Кеплер, увлеченный «гармонией сфер», нашел соответствие между орбитами пяти известных на то время планет и геометрическими фигурами. Оказалось, что в сферы, построенные вокруг планетных орбит, можно вписать пять правильных многогранников: тетраэдр, куб, октаэдр, додекаэдр и икосаэдр. Он же отметил, что между орбитами Марса и Юпитера слишком большой промежуток, где могла бы находиться орбита еще одной планеты. Правда, сам Кеплер позднее открыл, что планетные орбиты суть эллипсы, а не окружности, так что его мысль насчет многогранников оказалась лишь красивой математической спекуляцией. Тем не менее прямо-таки напрашивалась мысль поискать между Марсом и Юпитером еще одну — неизвестную — планету.
В конце XVIII века Иоганн Тициус эмпирически нашел, а Иоганн Боде широко распропагандировал правило, связывающее порядковый номер планеты с ее расстоянием от Солнца: юАп=з х 2(п-1) + 4, где .Ап — расстояние планеты от Солнца, выраженное в а.е., п — номер планеты, начиная от Венеры (для Меркурия первый член справа равен нулю). И действительно: для всех известных на то время планет, включая Уран, правило Тициуса-Боде выполняется с точностью в несколько процентов. (Впоследствии выяснилось, что Нептун никоим образом не укладывается в названное правило, а следовательно, никакого правила в действительности не существует, но в конце XVIII столетия правило Тициуса-Боде почиталось за истину.)
Одно только не лезло ни в какие ворота: отсутствовала планета с п = 4, теоретически обязанная находиться дальше Марса, но ближе Юпитера. Могло ли случиться странное: эту планету не заметили ни древнегреческие, ни арабские астрономы?
8 7
Могло, если планета мала и/или имеет низкое альбедо. К тому же открытие Гершелем Урана ясно показало: Солнечная система еще может преподнести крупные сюрпризы. Оптимизм астрономов подстегивался как «математическим обоснованием» в виде правила Тициуса-Боде, в каковое правило укладывался и Уран, так и очевидным соображением: телескоп поможет увидеть то, чего не видели древние.
Орбиты всех известных на то время планет располагались вблизи эклиптики. Естественно было предположить, что планету- невидимку также следует искать в довольно узкой околоэклип- тикальной полосе. В1800 году немецкий астроном Цах предпринял попытку скооперировать усилия 24 европейских астрономов с целью «выловить»-таки неизвестную планету. Каждый из согласившихся на эту работу астрономов получил свой участок неба, в пределах которого ему предстояла кропотливая работа: измерить точные координаты множества звезд, затем спустя несколько дней (или недель, как получится) измерить их заново и сравнить результаты. Перемещение по небу одной из звездочек указало бы на планету. В те времена не существовало более прогрессивных методов...