Материалы по истории астрономии

Юпитер — неудавшееся Солнце

Юпитер — самая крупная планета Солнечной системы. Его экваториальный диаметр примерно в одиннадцать раз больше земного и равен 140 000 километров. Масса в 318 раз больше массы Земли. Из кома вещества объемом с Юпитер можно слепить больше 1300 шаров размерами с Землю. Внимательный читатель сразу должен усмотреть несоответствие в написанном. Как же так: 1300 земных шаров будут весить лишь в 318 раз больше Земли? И все-таки это именно так. Плотность планеты-гиганта всего в 1,33 раза больше плотности воды. Не значит ли это, что всю планету нужно представлять себе в виде огромной капли жидкости, путешествующей в пространстве?

Давайте «взрежем» мысленно Юпитер, как арбуз, и посмотрим, пользуясь данными современной науки, как он устроен.

Начнем с атмосферы. Глубина ее точно не известна, но по некоторым соображениям никак не меньше 10—20 тысяч километров. Все более и более густые облака наслаиваются друг на друга, ярус за ярусом по мере нашего проникновения вглубь. Мы еще не прошли и десятой доли пути, а они уже стали такими плотными, как тяжелые грозовые тучи на Земле. Растет с глубиной и давление. Только миновали слои полужидкого газа, пошла область водородной трясины. На глубине 11 000 километров давление достигает чудовищной цифры в 700 000 атмосфер. Этого не выдерживает даже легкий водород. Газ переходит из жидкого в «металлическое» состояние. Постепенно густая, тягучая, но все еще жидкая масса уступает место хаосу твердого вещества — льдам замерзших океанов метана и аммиака. И лишь в самом центре гигантской газово-жидкостно-твердой оболочки, предполагают астрофизики, лежит небольшое железо-каменное ядро.

Холодно на Юпитере. Температура видимой поверхности облаков примерно минус 100°—120° С. Довольно долго существовало предположение, что и в глубине атмосферы и даже на поверхности Юпитера температура остается примерно такой же. Но в 1961 году американский астроном Карл Саган поставил любопытный эксперимент. Наполнив сосуд охлажденной смесью водорода с гелием, аммиаком и метаном в пропорциях, соответствующих атмосфере Юпитера, Саган подверг смесь сильному сжатию. Затем пропустил через нее ультрафиолетовые лучи. И что бы вы думали, газы, подобно венерианской атмосфере, проявили способность к «парниковому эффекту» — не выпускать тепло в окружающее пространство. Это опрокидывало все прежние предположения. «Конечно, — рассуждал Саган, — поверхность Юпитера получает в 25 раз меньше тепла, чем Земля. И все-таки лучи Солнца должны нагревать ее. Это тепло, накапливаясь, непременно растопит льды, породит моря и озера настоящей воды, поднимет вверх настоящие тучи, которые прольются настоящим дождем с молниями и громом. Температура 20°C + ультрафиолетовое излучение + электрические разряды =?..

«Атмосфера Юпитера очень похожа на первичную атмосферу Земли, в которой зародилась жизнь!» — так заявил Саган в 1961 году. Вывод буквально ошеломляющий, даже в наш, привыкший к сенсациям, век. Не все астрономы согласились с доводами Сагана. Многие склонны считать, что на Юпитере все-таки холоднее и вода может существовать только в виде льда. «Но тогда, — говорит английский астроном Фирсов — член Британского королевского астрономического общества, — тогда океаны Юпитера заполнятся жидким аммиаком. А чем аммиак хуже воды?»

Аммиак ядовит для земных организмов. Но он же является прекрасным растворителем! И, как вода на земле, может служить на Юпитере основой аммиачной жизни. Тогда жители Юпитера — карлики с короткими и толстыми мускулистыми руками и ногами, дышат азотом, как мы дышим кислородом воздуха, утоляют жажду аммиаком. Карлики на Юпитере и великаны на Меркурии и Марсе — это кажется парадоксом. И все же чем больше сила притяжения планеты, тем мельче должны быть ее обитатели. Впрочем, астрономы вовсе не настаивают на том, что на гигантской планете непременно существует жизнь. Нет! Они просто хотят доказать, что прежние представления о Юпитере как о закованном в ледяную броню мертвом гиганте ошибочны и нужны новые исследования, новые факты, новые гипотезы, новые теории.

Разрешить загадку Юпитера помогут, конечно, полеты межпланетных автоматических станций. Для космонавтов — людей в скафандрах — Юпитер пока недостижим. Во-первых, ускорение силы тяжести на его поверхности в 2,67 раза больше, чем на Земле. Это значит, что путешественник будет весить почти в 3 раза больше своего привычного веса. Во-вторых, чудовищные давления тысячекилометровой атмосферы раздавят смельчака, как букашку, еще задолго до того, как он приблизится к поверхности планеты.

Даже автоматической станции нелегко будет посетить Юпитер. Давайте на минутку предположим, что нам удалось соорудить такой сверхпрочный корабль, который, выдержав 700 000 атмосфер, «приюпитерился» на поверхности гипотетического ядра планеты. А как взлететь снова? Чтобы преодолеть притяжение силы тяжести, двигатели должны развить тягу в пять раз большую, чем на Земле. Ведь вторая космическая скорость на Юпитере равна 60 км/час.

Существует и другая теоретическая модель Юпитера, рассчитанная советскими учеными В. Жарковым, В. Трубицыным и А. Макалкиным.

От «края» разреженной атмосферы на глубину примерно 15 тысяч километров — газ, постепенно сгущающаяся газовая оболочка Юпитера. Дальше следует ожидать твердого ядра? Ничуть не бывало! Просто в условиях чудовищных давлений, царствующих на этих глубинах, газообразный водород, имеющий плотность примерно воды, переходит в то самое «металлическое» состояние, о котором мы уже говорили. Этот-то «металлический» водород и составляет всю остальную часть планеты. Словно гигантская капля жидкого раскаленного «металла», окруженная мощной газовой водородной оболочкой, висит в пустоте... Вот вам и холодный, мертвый гигант!

Первой проверкой этой гипотезы будет первая же автоматическая межпланетная станция, которая выйдет на орбиту вокруг Юпитера. Уже по характеру ее движения ученые смогут проверить реальность своих предположений.

В 1972 году в длительный полет к Юпитеру отправилась первая американская автоматическая межпланетная станция. Почти шестьсот суток продолжается путь от Земли до Юпитера. Ученые многое предусмотрели. Например, чтобы избежать повреждения бортовой научной аппаратуры излучением пояса радиации, который, по-видимому, окружает Юпитер, космический аппарат должен пролететь мимо царя планет на расстоянии не менее ста пятидесяти тысяч километров. Программа исследований обширна. Автоматы измерят магнитное поле гигантской планеты, температуру и направление потока плазмы, радиоизлучение. Астрофизики мечтают получить снимки Юпитера в видимых лучах, определить глубину водородного океана и выяснить температуру ночной стороны. Вот уже почти триста лет наблюдатели видят на боку планеты меняющееся по размерам красное пятно. Что оно собой представляет? А совсем недавно астрономы обнаружили, что Юпитер отдает тепла больше, чем получает его от Солнца. Почему? Загадок не счесть. Сейчас их гораздо больше, чем тогда, когда впервые глаз человека различил в телескоп полосатый, мерцающий золотом диск величайшей планеты нашей системы.

7 января 1610 года Галилей, направив свою трубу на Юпитер, обнаружил возле него четыре маленькие звездочки. Сначала он не обратил на них особого внимания. Но скоро заметил, что звездочки движутся. Они поочередно то приближались к Юпитеру, то удалялись от него. Проходили по диску планеты и «подныривали» под диск. Галилей сразу понял, что это не звезды, а небесные тела, вращающиеся вокруг Юпитера по разным орбитам. А так как плоскости их орбит совпадают с эклиптикой, то создается впечатление, что спутники Юпитера шмыгают взад-вперед около планеты.

Замечательное открытие Галилея еще раз подтвердило учение Коперника о центральном положении Солнца. Люди впервые увидели словно модель Коперниковой системы, и навсегда поняли значение телескопа для астрономических наблюдений.

Не все коллеги Галилея поверили в существование спутников. Одни выступали с утверждением, что спутники — оптический обман. Другие, вроде ученого монаха и философа Либри, жившего в Пизе, публично обвиняли Галилея в мошенничестве. Сам Либри неожиданно, в самый разгар спора о спутниках, умер, так и не решившись заглянуть в трубу. Галилей, узнав об этом, проговорил: «Ну что же, он не желал их видеть на Земле, надеюсь, он увидит их на небе...»

Видимо, чисто практические соображения подсказали Галилею назвать открытые спутники Юпитера в честь своего покровителя герцога Медичи Медицейскими звездами. Однако это название испытания временем не выдержало. Герцогов было много, а Галилей один. И сегодня четыре самых крупных спутника Юпитера, получив, как полагается, собственные имена из греческой мифологии, все вместе именуются Галилеевыми спутниками. Впрочем, на них состав свиты Юпитера не кончается. К сегодняшнему дню астрономы открыли у гигантской планеты уже 12 спутников. Причем компания их настолько разнообразна, что невольно дает повод для размышлений.

Галилеевы луны — громадны. Периоды их вращения и обращения вокруг Юпитера одинаковы, потому они всегда повернуты к Юпитеру одной стороной, как Луна к Земле.

Ближайшая из них — Ио — облетает планету на расстоянии 422 тысячи километров. Это чуть-чуть больше расстояния от Земли до Луны. По массе и по диаметру это небесное тело тоже очень похоже на наш спутник. Названо оно по имени дочери древнегреческого речного бога Инаха — Ио. Согласно мифам Ио была жрицей в храме царицы богов Геры. Восхищенный красотой юной жрицы, Зевс полюбил Ио. И тогда его мстительная супруга заколдовала девушку, превратив ее в корову. А зная любвеобильный характер своего мужа, Гера приставила тысячеглазого великана Аргуса стеречь бывшую жрицу. Тогда-то Зевс и приказал жуликоватому Гермесу, посланцу богов и покровителю мошенников, усыпить Аргуса и дать возможность Ио бежать. Гермес повиновался. Но Гера не дремала. Она наслала на Ио страшного овода, который так стал кусать корову, что несчастная бежала без оглядки из Греции на Север. Спасаясь от укусов, Ио перебралась через пролив, соединяющий Черное море с Мраморным (с тех пор этот пролив стал называться Босфором, что означает «коровий брод»), и оказалась в Азии. Но и здесь не было ей покоя. Лишь добравшись кружным путем до Египта, она освободилась от овода и снова приняла человеческий облик. За это время легкомысленный Зевс успел позабыть о ней.

Имя другой его возлюбленной — Европы — носит следующая «Галилеева луна». Европа отстоит от Юпитера на 250 000 километров дальше, чем Ио. Она почти вдвое меньше нашей Луны. Обращается Европа вокруг Юпитера за трое с половиной земных суток. По древнегреческим мифам, прекрасная Европа была дочерью финикийского царя Агенора. Однажды, когда красавица царевна играла со своими подругами на берегу моря, перед нею появился огромный белый бык. Закинув испуганную девушку себе на спину, бык бросился в волны и поплыл на остров Крит. Там он принял облик прекрасного юноши и объяснился Европе в любви. Вы, конечно, уже догадались, что это проделки все того же Зевса — Юпитера.

Третий по порядку спутник Юпитера — Ганимед. Это имя носил, по преданию, необыкновенно красивый сын царя Трои. Зевс, восхищенный красотой мальчика, послал орла, чтобы тот похитил царевича и доставил на Олимп. Здесь Ганимед получил бессмертие и сделался любимцем и виночерпием Зевса.

Ганимед — самый большой из всех спутников, известных в Солнечной системе. Это настоящая планета, вдвое превышающая объем Меркурия и равная примерно двум третям объема Марса. Плотность Ганимеда почти вдвое меньше плотности воды. Он так ярко сияет, отражая солнечные лучи, что астрономы представляют Ганимед огромным снежным и ледяным комом с крохотным каменным ядром. Не исключено даже, что у него есть небольшая атмосфера. Впрочем, атмосфера, по-видимому, есть на всех больших спутниках Юпитера. Об этом говорят спектограммы, полученные пулковским астрономом А. Калиняком для Ио, Европы и Ганимеда.

Надо думать, что если человечество предпримет когда-нибудь экспедицию в район Юпитера, то базой для космонавтов имеет смысл выбрать именно Ганимед.

Четвертый крупный спутник Юпитера — Каллисто — по своим размерам и физическим свойствам очень похож на Ганимед. А его название тоже связано с древнегреческим мифом.

Давно-давно нимфа Каллисто за свою удивительную красоту была посвящена богине-охотнице Артемиде. Весело странствовала юная нимфа в свите богини, участвовала в охотах и пирах, водила хороводы, даже поднималась на Олимп, сопровождая Артемиду. Там-то ее и увидел Зевс. Верховный бог и громовержец без памяти влюбился в спутницу своей дочери и, похитив ее, сбежал на уединенный остров. Скоро у Каллисто родился сын Аркад, который вырос и стал царем страны, названной по его имени — Аркадией. Но ревнивая и мстительная супруга Зевса — богиня Гера — заколдовала Каллисто, превратив ее в огромную медведицу. Однажды, возвращаясь с охоты, Аркад встретил возле дома страшного зверя и затравил ее собаками. Так бы и погибла красавица нимфа, если бы в трагедию не вмешался Зевс, который дал Каллисто бессмертие, превратив ее в созвездие Большой Медведицы.

Галилеевы луны хорошо послужили человечеству. Датский астроном Олаф Рёмер, наблюдая в 1675 году затмение спутников Юпитера, впервые определил скорость света. Величина получилась у него если и не совсем точная, то, во всяком случае, не абсурдная с современной точки зрения, а ведь это происходило триста лет назад. И хотя наблюдать спутники Юпитера нелегко (очень уж далеки они от нашей Земли, да и невелики по размерам), французские наблюдатели составили карты самых крупных из них. На картах много темных и светлых пятен, полос и черточек. По аналогии с похожими образованиями на Луне и Марсе их называют «морями», «проливами» и «каналами». А советский планетолог Э.И. Нестерович дал многим деталям названия, заимствованные из древней мифологии и из истории астрономии.

Конечно, пока говорить наверняка о природе всех этих деталей трудно. Темные пятна, которые мы сегодня считаем впадинами — «морями», могут оказаться бесснежными вершинами гор, выступающими из толщи векового льда, а светлые пятна — океанами льда. Решение этой проблемы следует отложить, если не до результатов полета первой межпланетной автоматической станции к Юпитеру, то хотя бы до постройки орбитальной станции-обсерватории. Потому что рассмотреть подробности на поверхности спутников Юпитера с Земли даже в самый большой телескоп невозможно. Мешает наша собственная атмосфера.

Остальные восемь спутников Юпитера очень малы. Их диаметры не больше 20—120 километров. И потому каждый довольствуется номером, который дан ему в порядке очередности открытия. И все-таки отмахиваться от них не стоит, ибо не исключено, что именно благодаря этим малышам Юпитер приобрел славу «захватчика». Дело в том, что самые отдаленные спутники гигантской планеты — VIII, IX, XI и XII — движутся по орбитам в направлении, обратном движению всех остальных. Есть предположение, что некогда они были самостоятельными астероидами. Но, приблизившись неосторожно к орбите великана, оказались захвачены его полем притяжения и навеки остались в плену нести караульную службу на дальних рубежах «государства царя планет».

При этом восьмой спутник движется так далеко от Юпитера, что его орбита даже не очень устойчива. В некоторые моменты кажется, что Солнце может более громко заявить на него свои права. И тогда прощай сателлит!..

Чтобы закончить описание Юпитерова семейства, надо вспомнить и еще о двух группах маленьких планетообразных тел. Одна из них находится на расстоянии дуги в 60° впереди Юпитера, другая — на столько же градусов позади. Обе группы состоят из четырнадцати астероидов, названных «троянцами» и «греками». Девять — в первой группе и пять — во второй. Их диаметры не превышают 10—80 километров. Все они, строго говоря, даже не являются спутниками Юпитера, потому что обращаются не вокруг него самого, а только летят по Юпитеровой орбите. Но нельзя считать их и самостоятельными планетами. Больше ста лет назад, когда о «троянцах» и «греках» никто еще ничего и не подозревал, Лагранж доказал, что при обращении Юпитера вокруг Солнца впереди и позади планеты должны существовать нейтральные точки. То есть такие зоны, в которых притяжение Солнца и Юпитера уравновешивается. Стоит небесному телу попасть в эту область пространства, как оно может там оставаться бесконечно долго, не меняя своего положения. По-видимому, некогда блуждающие астероиды, легкомысленно проникшие слишком глубоко в сферу притяжения Юпитера, стали его вечными спутниками, а хитрые «троянцы» и «греки» ускользнули в нейтральные зоны. Свободные же «гуляки» — астероиды Эрос, Гермес, Икар, Гидальго и другие, — обладавшие более далекими орбитами, оказались объектами жестокой борьбы двух гигантов — Солнца и Юпитера. Со временем эти астероиды приобрели эксцентрические орбиты и стали «вестниками богов» летать по всей Солнечной системе.

По теории Лагранжа такие «нейтральные карманы» должны быть у каждой планеты. Значит, у Меркурия и Венеры, у Земли и даже у Луны могут быть свои «греки» и свои «троянцы», о которых мы пока ничего не знаем. Один такой «сопровождающий» был предсказан в 1956 году для Луны. И в 1961 году польскому астроному Кордылевскому удалось, вроде бы, сфотографировать некий объект, движущийся за Луною по ее орбите. Но это небесное тело настолько мало, что, прежде чем окончательно признать его «троянцем», требуются дальнейшие исследования. Существует мнение, что этот спутник представляет собой скорее пылевое облако, чем твердое тело. Но пока все это — предположения...

В 1878 году голландский наблюдатель Нистен из Брюсселя заметил на поверхности Юпитера огромное розовое пятно. Размеры пятна были так велики, что на нем, как на подносе, могли поместиться четыре земных шара. В России наблюдениями пятна занялся Федор Александрович Бредихин.

Пятно становилось все ярче и ярче. Год спустя его цвет перешел в кирпично-красный. Словно яркий фонарь сияло оно на белом фоне экваториальной зоны, облетая Юпитер за 9 часов 55 минут земного времени.

Разгорелся спор. Одни астрономы считали большое красное пятно облаком, другие — дыркой в облаках, сквозь которую просвечивает «раскаленная поверхность планеты». Пока наблюдатели спорили, примерно на той же широте появилось еще одно большое пятно, только белого цвета. Белое пятно, или, как его тогда назвали, Южное Тропическое Возмущение, облетало планету на пять с половиной минут быстрее красного, и все ждали, что произойдет, когда оба непонятных образования столкнутся.

Каких только предположений не строили!.. Астрономы ночи напролет не вылезали из башен, чтобы не пропустить интересное событие. И вот настал день!.. Приблизившись к большому красному пятну, Южное Тропическое Возмущение ускорило свой бег, словно собираясь протаранить противника. Но не тут-то было! Большое красное пятно не торопясь отодвинулось на несколько тысяч километров в сторону и пропустило Южное Возмущение мимо себя. Потом красное пятно вернулось на место, а белое, сбавив скорость, продолжало двигаться в выбранном направлении. Астрономы были разочарованы. Ничего не случилось, а главное, ничто не прояснилось...

Примерно через три года красное пятно стало угасать. И угасает до сего дня. В наше время от него остался лишь слабый след. Примерно так же угасли и надежды астрономов понять суть наблюдавшегося явления. Что это было? Увы, средства наблюдения столетие назад были слишком слабыми. И приходится ждать новой вспышки пятна. Но когда она произойдет?.. Впрочем, несколько лет тому назад в душах астрономов вспыхнула было надежда. Но об этом лучше рассказать поподробнее.

В 1959 году американские астрономы Бэрк и Франклин из института Карнеги в Вашингтоне настраивали новый радиотелескоп. Работа эта кропотливая и нелегкая. Чтобы разобраться в сигналах, записанных на бумажную ленту самописцем, и выделить из них что-то определенное, нужно иметь «каиново терпение». Бэрк и Франклин им обладали. Среди миллиона зубчиков, оставленных на ленте случайными радиошумами, они отыскали любопытный сигнал неизвестного радиоисточника, который регистрировался в течение нескольких минут, а потом пропадал. На лентах следующего дня картина повторилась. Причем интервал между сеансами оказался больше звездных суток. Астрономы задумались. Это давало прямое указание на то, что «небесная радиостанция» находилась не на звездах (тогда она появилась бы ровно через сутки), а двигалась в ту же сторону, что и Земля. Движущимися же объектами являются планеты. К счастью, в это время года один лишь Юпитер пересекал участок неба, зондируемый радиотелескопом. Австралиец Шейн, раскапывая старые записи радиосигналов, тоже отыскал регистрограммы Юпитера, записанные еще до 1951 года. Они оказались очень похожими на американские записи.

Значит, радиосигналы слал «царь планет». Самой первой причиной сигналов предположили юпитерианскую грозу. Но когда попробовали подсчитать, какую мощность нужно иметь электрическому разряду, чтобы создать похожий радиосигнал, оказалось, что молния на Юпитере должна быть в 100 000 000 000 000 раз мощнее самой крупной молнии на Земле. Это — многовато. Кроме того, характер радиосигналов грозовых разрядов слишком сильно отличался от принятых.

Радиоизлучение Юпитера удивительно походило на сигналы радиопередатчика, возобновляясь раз за разом через каждые 9 часов 55 минут 29 секунд. Но ведь это как раз период вращения Юпитера. Чудесно, решили астрономы, значит, у гиганта все-таки есть твердое ядро, на поверхности которого сидит «таинственная радиостанция». Причем сидит не на экваторе, а ближе к полюсу. Потому что точки экватора оборачиваются вокруг оси быстрее полярных зон — за 9 часов 50 минут 30 секунд. А может быть... Радиоастрономы бросились к картам Юпитера. Может быть, это радиоголос знаменитого красного пятна? Однако никакого пятна в требуемом районе не оказалось.

Некоторые советские специалисты склонны считать, что сигналы Юпитера порождаются мощной раскаленной газовой струей вулкана, взаимодействующей с заряженными облаками в атмосфере планеты. Если это так, то вместо мертвого, скованного льдами мира надо строить модель нового, «живого» в геологическом отношении, Юпитера. Еще раз вместо разгадки одной загадки, радиоастрономия принесла другую загадку. Потом еще и еще...

Оказалось, что в области тени, падающей от II и III спутников, температура поверхности планеты не понижается, как следовало бы ожидать, а повышается. Да еще как — на тридцать градусов! Взбалмошный, неустойчивый характер «царя планет» вызывает много споров среди специалистов. Чем объяснить удивительные феномены гигантской планеты?

Есть, правда, одно подозрение. Юпитер велик. Масса его такова, что еще немного бы, еще чуть-чуть — и в недрах планеты, стиснутых чудовищным давлением, вспыхнул бы термоядерный пожар. Тогда небесное тело из планеты превратилось бы в звезду. Может быть, это «чуть-чуть» и является ключом к буйству и неуживчивости характера Юпитера? Может быть, все дело в неудовлетворенном самолюбии? В том, что «царь планет» просто неудавшееся Солнце?

Недавнее радиоастрономическое прослушивание гиганта на длинных волнах принесло еще одну сенсацию, вроде бы подтверждающую высказанное мнение. Оказалось, что Юпитер излучает примерно втрое больше энергии, чем получает от Солнца. Откуда он ее берет? Может быть, это результат распада радиоактивных элементов в недрах планеты? Но их на Юпитере очень мало. Ведь гигант, в основном, состоит из водорода. Запасы урана на Юпитере должны быть в 100 000 раз больше имеющихся, чтобы обеспечить существующее излучение. Нет, радиоактивность, скорее всего, здесь ни при чем.

Есть еще одна гипотеза. Под действием чудовищного давления год за годом намерзают на железо-каменное ядро планеты слои из водорода, находящегося в «металлическом» состоянии. В связи с этим уменьшается общий объем планеты, освобождается гравитационная энергия... Расчеты показывают, что гиганту Юпитеру достаточно сжиматься всего на полмиллиметра в год, чтобы с лихвой покрыть расходы на излучение...

Ну, а может быть, дело все-таки в термоядерной реакции? Атомы водорода, сливаясь, образуют атомы гелия, освобождая скованную энергию. Так работают топки звезд. Так работает Солнце. А Юпитер... неудавшееся Солнце, которому немного не хватило массы для того, чтобы засиять ярким светом?..

Можно смело сказать, что первые космические корабли, запущенные на орбиту царя планет, ушли с Земли с богатым грузом нерешенных проблем.

Предыдущая страница К оглавлению Следующая страница
«Кабинетъ» — История астрономии. Все права на тексты книг принадлежат их авторам!
При копировании материалов проекта обязательно ставить ссылку