Как планеты стали карликами

Если не ошибаюсь, впервые «карлики» появились в астрономическом жаргоне вместе с диаграммой Герцшпрунга — Рассела, представляющей распределение звезд по температуре их поверхности (спектральному классу) и мощности излучения (светимости). На этой диаграмме, впервые построенной в 1910 г., звезды невысокой температуры, имеющие вследствие этого красноватый цвет поверхности, разделились на две группы: с очень высокой и очень низкой светимостью. Поскольку это ясно указывало на различие размеров звезд, их вполне естественно стали величать «гигантами» и «карликами». Именно так впервые назвал их Эйнар Герцшпрунг и окончательно закрепил Генри Рассел в своей заметке «"Giant" and "Dwarf" Stars», опубликованной в 1913 г. в журнале Observatory. Так в астрономии появились красные карлики (red dwarf).

А через несколько лет астрономов поразили спектры едва заметных спутников двух ярких звезд — Сириуса и 40 Эридана. Оказалось, что их едва различимые спутники — Sirius В и 40 Eridani В — имеют нормальную для звезды массу, весьма горячую белую поверхность, но при этом очень низкую светимость! Хотя астрономы-наблюдатели обнаружили их еще в XIX в., но только законы физики, открытые в XX в., помогли понять, что у этих спутников необычайно малый размер и фантастическая плотность. В 1922 г. американский астроном Биллем Лёйтен предложил называть этих звездных гномов белыми карликами (white dwarf). С этого момента «карлики» прочно обосновались в астрономии: в семействе звезд появились желтые карлики (в их числе и наше Солнце) и голубые карлики, в семействе звездных систем — карликовые галактики, а с недавних пор, как мы знаем, родилось и семейство планет-карликов.

В отношении звезд этот набор терминов трудно назвать удачным. Представляя себе «карликов», мы ожидаем некоторого сходства между ними хотя бы в размерах. Но белые карлики меньше красных карликов в десятки раз и меньше желтых карликов в сотни раз! Да и по своим свойствам они имеют мало общего: если вспомнить, что по определению звезды — это объекты, в недрах которых протекают термоядерные реакции, то белые карлики вообще не звезды, а вырожденные остатки проэволюционировавших звезд. То же и с галактиками: карликовые галактики значительно ближе к звездным скоплениям, чем к нормальным галактикам. Учитывая эти неудачи с «карликовыми» терминами, резонно спросить: а может быть, астрономы попали впросак и с планетами-карликами?

Изучив табл. 7.3, мы увидим, что семейство астероидов так разнообразно и неоднородно, что идея их деления на несколько подклассов напрашивается сама собой. По некоторым параметрам это деление уже давно выполнено. Есть спектральные типы астероидов, различающиеся веществом на их поверхности. Есть семейства астероидов, объединенные по характеру их орбитального движения. Но, учитывая колоссальную разницу в размерах и массах астероидов, естественно хочется поделить их на группы «мертвых» и «живых». Эти образы неожиданно пришли мне на ум, обычно астрономы так не говорят. Под мертвыми я имею в виду небольшие астероиды — камни, булыжники или льдистые глыбы, не обладающие существенными внутренними источниками тепла и достаточной гравитацией, чтобы их недра могли самостоятельно изменяться. Они испытывают удары соседей и нагрев солнечными лучами; их форма и состав поверхности изменяются, но все эти процессы — не более чем эволюция гальки под напором морской волны. Значительно более сложная эволюция, затрагивающая весь объем тела и меняющая его исходную структуру и состав до неузнаваемости, протекает только у достаточно крупных тел, и их в геологическом смысле можно считать живыми; астрономы называют их планетами.

Таблица 7.3. Параметры некоторых астероидов (Р — период суточного вращения, a и e — большая полуось и эксцентриситет орбиты)

Такое деление мелких тел Солнечной системы напрашивалось давно, и астрономы подходили к нему постепенно. Важную роль здесь сыграл Плутон (см. с. 9 цветной вкладки). Ох, и плут он, этот Плутон! С момента открытия его всегда упоминали как нетипичный объект. Сколько раз он водил астрономов за нос! Начать с того, что его открыли, разыскивая совсем другую, гораздо более массивную планету. Но ее не оказалось, зато нашелся малыш-Плутон. И сразу же начались сюрпризы: он единственный в своем движении вокруг Солнца пересекает орбиту соседней планеты; он единственный то имеет атмосферу, то теряет ее, когда она замерзает и в виде снега падает на поверхность планеты. Этот плут даже регулярно меняет свой порядковый номер, попеременно становясь то восьмой, то девятой планетой от Солнца; у него единственного обнаружился спутник — Харон — размером чуть ли не с саму планету, отчего парочку Плутон — Харон стали называть двойной планетой. Одним словом, Плутон — уникальная планета. Или не планета вовсе?

Рис. 7.4. Оценки массы (черные точки) и размера Плутона первоначально были завышены, поскольку ошибочно предполагалось, что притяжение к Плутону возмущает движение Урана и Нептуна. После неоднократных переоценок в сторону уменьшения массы возникла даже шутка, что если экстраполировать кривую на будущее, то получится, что планета должна совсем исчезнуть в 1980 г.! В итоге анализ орбиты спутника Плутона, Харона, выявил истинную массу этой системы: около 1/400 массы Земли.

В любом учебнике астрономии состав Солнечной системы до недавних пор описывался так: планеты типа Земли (Меркурий, Венера, Земля и Марс), газовые планеты-гиганты (Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун) и Плутон. По мере исследования Плутона оценки его размера и массы становились все меньше (рис. 7.4), отчего он все сильнее отдалялся от коллектива планет и приближался к спутникам и астероидам. Но если бы новых открытий не произошло, то придумывать для Плутона особый класс было бы чересчур щедро. Однако в 1990-е гг. за орбитой Нептуна стали обнаруживаться и другие небольшие планетки типа Плутона, и когда выяснилось, что Плутон даже не самый крупный из них, пришла пора объединить их в самостоятельную подгруппу.

При подготовке Генеральной ассамблеи Международного астрономического союза (МАС) 2006 г. обсуждались разные предложения по поводу нового деления семейства планет. Например, были предложения разделить их все на три равноправные группы:

— каменные планеты типа Земли;

— газовые планеты-гиганты типа Юпитера;

— ледяные планеты-карлики типа Плутона.

С точки зрения внутреннего строения планет, это неплохое деление, хотя и не полное: крупнейшие астероиды типа Цереры, наша Луна и крупные спутники планет-гигантов в физическом смысле тоже планеты-карлики, хотя и не ледяные, а каменные или каменно-ледяные. Но более убедительными оказались те специалисты, которые предлагали при разбиении на типы учитывать не только массу и состав вещества планет, но и характер их взаимодействия с соседями. Так в определении «планеты» появилось требование, чтобы она не была подчиненным телом: не являлась спутником более массивной планеты и не испытывала сильного влияния соседей в своем орбитальном движении вокруг звезды.

Всем этим требованиям отвечают 8 известных планет, которые не стали пока делить на более мелкие подгруппы. А для Плутона и ему подобных организовали «клуб», пропуском в который служит способность тела придать себе сфероидальную форму. По этому критерию в группу Плутона попала и Церера, имеющая выдающуюся для астероида массу (в ней содержится треть всего вещества, заключенного в Поясе астероидов) и по форме близкая к эллипсоиду, что естественно при ее довольно быстром вращении. Из прочих астероидов Главного пояса только Паллада и Веста считаются кандидатами в эту группу. Остальные астероиды настолько малы и угловаты (рис. 7.5), а порой даже состоят из почти не связанных друг с другом частей, что они ни в каком смысле не могут быть названы планетами. В то же время на периферии Солнечной системы обнаружилось несколько тел, близких к Плутону по размеру и массе. Все эти объекты международное сообщество астрономов и решило впредь называть планетами-карликами (dwarf planet).

Наивно было бы думать, что решением даже такого уважаемого собрания ученых, как Генеральная ассамблея МАС, можно разом решить проблему классификации. Природа разнообразнее наших представлений о ней: постоянно обнаруживаются — и не только в астрономии — новые типы объектов, не укладывающиеся в существующую номенклатуру. Мы вынуждены придумывать им новые названия, но при этом нередко используем знакомые нам образы и слова. Вспомнить хотя бы жирафа, латинское имя которого — camelopardalis — означает «верблюдолеопард». И в астрономии таких терминов немало: планетарные туманности не имеют отношения ни к планетам, ни к туману; световой год не служит для измерения времени; звездная величина не имеет отношения к размеру звезды, а нередко — и к самим звездам. То же и с названиями объектов: маленькую галактику мы называем Большим Магеллановым Облаком, хотя ни одно из этих трех слов не имеет к этой звездной системе прямого отношения.

Рис. 7.5. Некоторые из астероидов, с которыми к середине 2010 г. сближались космические зонды. Все снимки в одном масштабе. Фото: NASA, ESA.

На мой взгляд, не стоит давать объектам нового типа названия, сконструированные из старых слов. Лучше сразу придумывать новые термины. Даже не очень удачные, они успешно закрепляются и хорошо служат: в астрономии — квазары, пульсары, магнитары; в химии — фуллерены; в физике — кварки (самое нелепое из когда-либо введенных в науку слов, но ведь прижилось!). Здесь можно вспомнить великого футуриста Айзека Азимова (1920—1992), который еще до открытия объектов пояса Койпера почувствовал особый статус Плутона и возможность обнаружения множества подобных ему тел. Азимов предложил называть их мезопланетами (греч. mesos — средний, промежуточный), включив в эту группу все объекты меньше Меркурия, но крупнее Цереры. Однако новый термин не обрел популярности, ведь Азимов был не астроном, а биохимик и к тому же писатель-фантаст. Но мне это слово кажется более удобным, чем «карликовая планета»: ведь все остальные подобные термины — планета, астероид, комета, кентавр и др. — однословные, и только «планета-карлик» состоит из двух слов.

Впрочем, можно понять и тех, кто считает, что не стоит злоупотреблять новыми терминами. Назвав объекты типа Плутона карликовыми планетами, астрономы пошли традиционным путем: если среди звезд есть гиганты и карлики, то пусть будут и среди планет. Согласимся, что этот термин весьма точно передает физические свойства маленьких планет, и его введение выглядит как естественное развитие номенклатуры.

Разумеется, журналисты преподнесли решение Ассамблеи МАС как изгнание Плутона из семейства полноценных планет: «Астрономы обещали найти десятую планету, а вместо этого лишили нас девятой!» Под влиянием подобных сообщений публика возбудилась: осенью 2006 г. были даже шуточные демонстрации протеста с лозунгами «Верните нам Плутон!». Раздавались и нешуточные призывы учредить День планеты Плутон и отдать астрономов под суд за «научную ересь». Появился даже неологизм «плутонуть» (to pluto), что-то вроде «задвинуть, разжаловать, понизить в должности».

Ну что тут скажешь? Действительно, Плутон уже не фигурирует в таблицах планет; теперь в справочниках он проходит под простым астероидным номером — 134340 Pluto. Но на самом деле Плутон не перестал быть планетой, и само семейство планет не обеднело, а лишь приросло новыми членами. Просто Плутон и его братья оказались иной весовой категории, и это стало последней каплей, вызвавшей необходимость деления семейства планет на классы. Как известно, классификация — важный шаг в любом научном исследовании.

Любопытно, что некоторые комментаторы увидели в истории с Плутоном даже национально-политический момент: мол, больше всех этим решением огорчены американцы, которые Плутон открыли, которые к нему зонд «New Horizons» послали... И вот — нате вам: отправляли аппарат к последней неизученной планете Солнечной системы, а за время пути планета «исчезла»! Разумеется, это недоразумение. Американцы в 1930 г. не просто открыли очередную планету, а обнаружили планету нового типа, ставшую родоначальником, прототипом нового класса планет, хотя и карликовых, но от этого не менее интересных (спросите у биологов, кто интереснее — слон или муравей). Зонд «New Horizons» летит теперь не к последней планете Солнечной системы, а к первой планете пояса Койпера — гигантской неисследованной области Солнечной системы. Эта область носит имя американского астронома, населяющие ее объекты были открыты (Плутон) и продолжают открываться (Квавар, Эрида, Седна и др.) американскими астрономами, таким образом их национальная гордость должна быть удовлетворена. Впрочем, у самих астрономов национальная гордость развита слабо. Астрономия — наука глубоко интернациональная.