Вниз по иерархической лестнице

В мире гравитации царствует иерархия: большинство космических тел объединено в связанные системы различного масштаба. Их члены находятся в постоянном движении, но при этом никогда — или очень долго — не покидают областей, границы которых определены энергией их движения. Давайте окинем взглядом «древо» гравитационно-связанных систем, переходя от самых больших масштабов Вселенной к меньшим. На высшей ступени этой иерархии мы встречаем скопления галактик, поскольку объединяющие их сверхскопления не являются связанными системами: они почти свободно расширяются по закону Хаббла. Следующая ступень — малонаселенные группы, нередко обитающие на периферии скоплений и состоящие из нескольких звездных систем. В одну из таких групп, Местную группу, входит и наша Галактика, но доминирует в ней Туманность Андромеды. Гравитация этих двух гигантов управляет движением остальных членов группы, причем каждый из гигантов удерживает свою свиту, а это уже следующая ступень иерархии.

Опустимся еще на одну, ступень — внутрь Галактики, где звезды образуют различные структуры. Наиболее крупные из них, такие как спиральные рукава и бары дисковых галактик, — это фазовые агрегаты, волны, бегущие по «звездному морю». Ни одна звезда не задерживается в них надолго, а рисунок на теле галактики сохраняется лишь благодаря согласованному движению миллиардов звезд. На нашей «лестнице» этим структурам нет места. Галактика безжалостно перемалывает слишком рыхлые звездные агрегаты, остатки которых — звездные ассоциации, движущиеся скопления — иногда обнаруживаются в потоках звезд. Но достаточно плотные звездные коллективы все же способны противостоять разрушающим силам Галактики: это звездные скопления — непременные жители любой крупной звездной системы. Некоторые звездные скопления — шаровые — содержат сотни тысяч и даже миллионы звезд, другие же, рассеянные, — от нескольких десятков до нескольких десятков тысяч светил.

Рис. 8.1. Одна из высших ступеней космической иерархии — скопление галактик. Слева — центральная часть известного скопления в созвездии Персей, в котором доминирует активная галактика NGC 1275 (левее центра). Следующая ступень иерархии — отдельные галактики и их кратные системы. Справа — одиночная галактика NGC 7320 (левее центра) и группа галактик из так называемого Квинтета Стефана (NGC 7317-19). Фото: HST, NASA, ESO, CFHI

На первый взгляд, в звездных скоплениях царит полный хаос. Но это не так. Выбрав наугад звезду и приблизившись к ней (хотя бы с помощью телескопа), мы заметим, что иерархическая лестница не оборвалась: оказывается, внутри скоплений звезды редко живут поодиночке, многие из них объединены в двойные системы. А вне скоплений, где не так тесно, есть и тройные, и четырехкратные, и еще более сложные звездные семьи. При этом большинство их них тоже иерархично: даже простейшая тройная система содержит два уровня иерархии — плотная пара плюс удаленный спутник (см. рис. 6.10). В более населенных системах может быть еще больше уровней иерархии. Разумеется, существуют и «одиночные» звезды, рядом с которыми мы не видим светил сравнимой яркости. Однако даже те звезды, которые не имеют рядом с собой ярких спутников, часто сопровождаются небольшими тусклыми телами — коричневыми карликами, или же вообще не самосветящимися телами — планетами; хотя их нельзя считать совершенно холодными, но все же это не звезды (см. главу 6).

Рис. 8.2. В галактиках часть звезд объединена в звездные скопления, похожие на Плеяды (слева). В бедных скоплениях, содержащих до дюжины звезд, их движение носит регулярный характер: относительное расположение соседей сохраняется. В крупных скоплениях звезды движутся хаотически, но при этом они часто объединены в пары и иногда могут обмениваться веществом, как это наблюдается у гигантской звезды Мира в созвездии Кита и ее соседа — белого карлика (справа).

Итак, спускаясь по иерархической лестнице, мы достигли уровня планетных систем. Казалось бы, это последняя ступень, ибо в планетной системе есть «главный дирижер и оркестр»: вокруг доминирующей по массе звезды обращается скопище значительно меньших тел — планет, астероидов, комет. Звезда полностью подчиняет себе их движение, и любая «самодеятельность» здесь кажется невозможной. Однако это не так! У гравитации есть два важнейших свойства: она ничем не экранируется и сильно зависит от расстояния. Поэтому каждый достаточно уединенный объект способен контролировать вокруг себя некоторую область. Такая область влияния есть вокруг любой планеты, и в ней могут удерживаться еще менее массивные тела — спутники.

Мы так долго спускались по иерархической лестнице гравитационно связанных систем, что уже невольно ожидаем встретить на ней и следующие ступени. Но их нет! Выясняется, что у спутников планет нет своих естественных спутников. Во всяком случае, до сих пор они не были обнаружены. Похоже, что планета и ее спутник или спутники — это самая нижняя ступень космической иерархии.

Впрочем, не будем торопиться. В астрономии действует правило: никогда не говори «этого не существует». Лет 20 назад астрономы очень удивились бы, узнав, что спутники есть... у астероидов. Но в 1993 г. стало известно, что они действительно есть. Причем не только одиночные, такие как Дактиль у астероида Ида (243 Ida) или «Маленький принц» у астероида Евгения (45 Eugenia). Очень скоро обнаружились и системы спутников: например, у астероида Сильвия (87 Sylvia) их два — Ромул и Рем. По сравнению с самой Сильвией размером 385×265×230 км они крохи: Ромул в поперечнике 18 км, а Рем — 7 км. Кстати, недавно и у Евгении нашелся второй спутник, вдвое меньший «Маленького принца»; название для него пока не придумали, я бы назвал его «Барашком». Сегодня число астероидов со спутниками уже далеко перевалило за сотню. В большинстве случаев размер орбиты спутника всего лишь в несколько раз больше размера материнского астероида.

Рис. 8.3. Астероид Ида (243 Ida) размером 54×24×15 км и его спутник Дактиль (Dactyl) размером около 1,5 км, сфотографированные в 1993 г. в момент пролета мимо них межпланетного зонда «Галилео» (NASA), направлявшегося к Юпитеру. Общий снимок получен с расстояния 10 500 км, а снимок Дактиля (на врезке) с расстояния 3900 км. Фото: NASA, JPL, USGS.

Кроме маленьких спутников, сопровождающих большие астероиды, в последние годы были открыты и двойные астероиды с компонентами примерно одинакового размера. Например, астероид Антиопа (90 Antiope) на самом деле представляет собой два 110-километровых близнеца, обращающихся по круговой орбите на расстоянии 170 км друг от друга; минимальное расстояние между их поверхностями около 60 км (см. с. 14 цветной вкладки). Астероид Патрокл (617 Patroclus), относящийся к юпитерианским троянцам, тоже состоит из двух почти одинаковых тел размерами 122 и 113 км, разделенных расстоянием около 690 км. Кроме того, обнаружились спутники и у карликовых планет, и у сравнительно небольших объектов пояса Койпера. Поэтому не станем делать поспешных выводов: не исключено, что и у спутников планет когда-нибудь будут открыты свои спутники.