Удивительная Солнечная система
Шрифт:
В наиболее плотных породах на поверхности Земли – базальтах – эта скорость составляет чуть менее и км/с, то есть меньше скорости убегания у поверхности Земли (11,2 км/с). Учтем тормозящее действие атмосферы и поймем, что даже выход на околоземную орбиту для осколков Земли очень проблематичен.
В образцах «марсианских» метеоритов были найдены весьма мелкие гранулы округлой формы, в целом напоминающие окаменевшие колонии земных бактерий. Разница в том, что марсианские гранулы куда меньше размером – впрочем, это различие не кажется принципиальным. Куда существеннее другой вопрос: имеют ли марсианские микрогранулы хоть какое-то отношение к жизни или они образовались небиологическим путем? А если речь все-таки идет об окаменевших бактериях, то где гарантия того, что это бактерии с Марса? Антарктида, конечно, довольно чистый (в смысле биологических загрязнений) континент, но все же не стерильный, а что до некоторого морфологического различия между окаменелостями в метеоритах и существующими ныне земными бактериями, то далеко не все земные бактерии уже открыты
Словом, воз и ныне там. Научные конференции, где различные группы ученых обмениваются результатами своих исследований и соображениями, пока не привели научный мир к консенсусу в этом вопросе. Некоторые ученые, в том числе весьма уважаемые, убеждены в том, что марсианские микрогранулы – заведомо остатки простейших, причем не только прокариотных (то есть безъядерных, вроде наших бактерий и синезеленых водорослей), но и эукариотных (имеющих ядро). Другие придерживаются прямо противоположных убеждений, предлагая высокотемпературные механизмы образования микрогранул, напрочь исключающие их биологическое происхождение, третьи занимают осторожную выжидательную позицию – и она кажется мне наиболее разумной для того, кто не биолог и не может внести серьезную лепту в разрешение этого вопроса. Верить, конечно, никому не возбраняется (а равно и не верить), но куда лучше знать. Очень может быть, что нам не придется долго ждать разгадки.
8. Гиганты
Если бы мы были небелковыми существами, живущими в атмосфере Юпитера или Сатурна, то наверняка назвали бы область на расстоянии от 5 до 10 а.е. от Солнца «золотой серединой». Для жизни нам был бы нужен газ, очень много газа, а во внутренних областях Солнечной системы его мало – он был вытеснен оттуда излучением Протосолнца. С другой стороны, этот газ не мог быть вытеснен на самые дальние границы Солнечной системы – для этого просто не хватило мощности излучения центрального светила. Получилось следующее: далеко за орбитой Марса в протопланетном диске газ резко преобладал над пылью, причем наибольшая плотность газа была достигнута как раз на расстоянии 5-10 а.е. от Солнца.
Как следствие, самые большие планеты образовались именно там. Как следствие номер два, это – газовые планеты.
Конечно, в них присутствует и твердое вещество, но главный компонент – все же газ. Их вещество – по сути первичное, поскольку влияние Солнца на таких расстояниях сказывается уже слабо, а о ядерных реакциях в недрах газовых планет можно забыть сразу – для них требуются куда более значительные температуры, чем те, что могут «предложить» планеты.
Можно считать, что в первом приближении процесс формирования больших планет подобен процессу формирования звезд, особенно тех небольших звезд, которые являются спутниками более массивных соседок. Точно так же происходит конденсация вещества вокруг случайной флюктуации плотности, вот только таких центров конденсации в протопланетном диске первоначально может быть несколько, причем на пересекающихся орбитах, из-за чего конденсации сливаются, наращивая массу. Строго говоря, нет четкой границы между маломассивными звездами и большими планетами. Казалось бы, звезда отличается от планеты тем, что в ее недрах идут ядерные реакции. Но несколько десятилетий назад были открыты тусклые звезды, названные коричневыми карликами. Уже из того факта, что несколько коричневых карликов обнаружены в сравнительной близости от Солнца, следует, что это весьма распространенный класс звезд. Их массы меньше предела Кумара (0,075 массы Солнца), ниже которого невозможны ядерные реакции на водороде. И действительно, при температуре, скажем, 2 млн К протон-протонная реакция просто не пойдет, не говоря уже об углеродно-азотном цикле и тем более тройной гелиевой реакции. Возможны лишь реакции на легких ядрах (дейтерий, литий), но этих ядер мало, и они могут обеспечить собственную светимость объекта лишь на каком-то этапе, после чего закончатся. Что же обеспечивает светимость коричневого карлика?
Сжатие. То самое медленное сжатие, которое предлагал Гельмгольц в качестве объяснения причины светимости Солнца. И если насчет Солнца он ошибся, то коричневые карлики полностью «ложатся» в его теорию. Для маломассивных и крайне слабых коричневых карликов процесс сжатия, конечно, крайне медлителен и совершенно незаметен, но он есть. И тут возникает терминологическая путаница: считать ли коричневые карлики звездами? С одной стороны, звездами мы называем тела, светящие в оптическом диапазоне собственным, а не отраженным светом. С другой стороны, ядерные-то реакции в таких звездах не идут. Как быть?
Астрономам пришлось принимать «волевое решение». Звездами были «назначены» те красные карлики, чьи массы превышают 0,013 масс Солнца, а менее массивные объекты были причислены к планетам. Граница эта, конечно, чисто условна, как условна та граница количества предметов, с которой начинается куча. Как договорились, так и будет – до тех пор, пока проведенная граница не перестанет удовлетворять слишком многих. Но пока удовлетворяет.
Юпитер имеет массу в тысячу раз меньше массы Солнца, а значит, он очень сильно – в 13 раз – легче той границы масс, за которой объект считается звездой (хотя и «неполноценной»). Однако это все же в 317,8 раз больше массы Земли. Юпитер, конечно, планета. Кто-нибудь может сказать: стоило, мол, огород городить, чтобы доказать то, что и так всем известно? Не будем, однако, поспешны. Да, Юпитер не излучает собственный свет в видимом диапазоне, светя лишь
Юпитер – самая яркая планета на небе после Венеры. Его видимый поперечник достигает (в противостоянии) 50 секунд дуги. Кроме того, он, как всякая внешняя по отношению к Земле планета, может отходить от Солнца на любое угловое расстояние и довольно медленно перемещается по небу. Это и неудивительно, учитывая период обращения планеты вокруг Солнца: 11,87 года. (Поскольку зодиакальных созвездий как раз 12, можно считать, что каждый год Юпитер переходит в следующее созвездие, что очень удобно для астрологов.) Диск планеты заметно сплюснут с полюсов (1:15), что объясняется высокой скоростью вращения планеты. Как и на Солнце, вращение зональное. Внешние слои атмосферы делают один оборот за 9 ч 50,5 мин., высокоширотные – за 9 ч 55,7 мин. Естественно, газовый шар, вращающийся с такой скоростью, будет сплюснутым.
На 82 % Юпитер состоит из водорода, на 17 % из гелия, а на долю всех оставшихся элементов приходится жалкий 1%. Ничего общего с составом Земли, зато очень похоже на Солнце! Присутствуют метан, этан, аммиак, кристаллики водяного льда, бисульфида аммония и т. д. Наружные слои атмосферы состоят преимущественно из водорода в молекулярном состоянии. Присутствуют и примеси. Первое, что бросается в глаза при взгляде в телескоп на Юпитер: он полосатый. Само собой, полосы параллельны экватору. Особенно ярко выражены две широкие полосы в «тропических» широтах гигантской планеты. И эти, и другие полосы маркируют собой зоны с различными скоростями вращения. На границах зон возникают завихрения, легко различимые даже в сравнительно небольшой телескоп в виде округлых пятен или фестонов (рис. 37 на цветной вклейке). И неудивительно: скорости движения газа в двух соседних зонах могут отличаться на 300 км/с. Ну как тут не возникнуть завихрениям?
Один вихрь получил всемирную известность: это Большое Красное Пятно (рис. 38 на цветной вклейке) размером 48 на 12 тыс. км (для масштаба: экваториальный радиус планеты 71 492 км). Сколько времени оно существует, сказать трудно. Астрономам оно известно с XVII века. Правда, в последние десятилетия яркость Красного Пятна ослабла, и очень похоже на то, что оно понемногу сойдет на нет. Что ж, рано или поздно возникнет новое! Хотя, конечно, Большое Красное Пятно – образование во всех отношениях выдающееся. Меньшие же по размеру вихри возникают на Юпитере достаточно регулярно. Некоторые из них живут всего-то несколько недель или месяцев, другие остаются на годы. Вихри возникают, сливаются друг с другом, исчезают – словом, ведут себя примерно так же, как циклоны и ураганы на Земле. Например, в марте 2007 года были зафиксированы два атмосферных шторма размером по 4000 км. Нет особых сомнений в том, что причина этих и других гигантских вихрей кроется в собственном энерговыделении планеты и неизбежной конвекции. Согласно результатам моделирования, оба шторма образованы струями нагретого водорода, вырывающимися из-под облачного слоя с глубины в несколько десятков километров, куда не проникают лучи Солнца. Нагреть этот водород мог только сам Юпитер. Частички водяного и аммиачного льда, подхваченные вихрями с порядочной глубины, придали им белый цвет и сформировали нечто вроде «наковальни» грозовых облаков, формирующихся над Землей. Такие образования на Юпитере называются плюмами. Основная разница здесь в масштабах явления: полная высота юпитерианского шторма от подножия до верхушки плюма достигает 120 км – вдесятеро больше, чем на Земле.
Сравнение с земными грозами не случайно: в атмосфере Юпитера молнии не просто замечены, а представляют собой самое обычное явление. Причем длина юпитерианских молний может достигать 1000 км! (На Земле не зафиксированы молнии длиннее 50 км.)
В 1995 году от АМС «Галилео» отделился зонд Galileo Probe и проник под облачный покров планеты. Зонд перестал работать на глубине 140 км, где давление юпитерианской атмосферы составляет примерно 1 бар, что соответствует атмосферному давлению на Земле на уровне моря. Конечно, хотелось бы большего, и к тому же спуск зонда проходил в безоблачном регионе Юпитера, поэтому многие детали облачного покрова планеты не были изучены непосредственно. Вспоминаются перипетии космолета «Тахмасиб» из повести «Путь на Амальтею» братьев Стругацких, провалившегося в Юпитер на большую глубину и сумевшего выбраться. Естественно, никто не пошлет пилотируемый космический корабль внутрь газовой планеты уже потому, что он не батискаф, однако крайне жаль, что миссия Galileo Probe не была повторена другим, более защищенным аппаратом. Возможно, эти исследования не считаются очень уж актуальными (поскольку строение наружных слоев Юпитера более-менее понятно, а в более глубокие слои, где царят высокие давления и температуры, не заберется никакой работоспособный аппарат), и все же остаются сожаление и чувство неудовлетворенности. Хотя вряд ли когда-нибудь будет создан зонд, способный проникнуть в такие глубокие слои Юпитера, где давление газа превышает давление в центра Земли, а температура выше, чем на поверхности Солнца.