Меняются все времена в смятеньи:
Вдруг падает седоголовый иней
К пунцовой розе в свежие объятья,
Зато к короне ледяной зимы
Венок душистый из бутонов летних
В насмешку прикреплен. Весна и лето,
Рождающее осень, и зима
Меняются нарядом. И не может
Мир изумленный различить времен.
УИЛЬЯМ ШЕКСПИР
Уран в древнегреческой мифологии - бог неба. Он следил за строгим порядком звезд на небосклоне вместе со своей лучшей помощницей Селеной - Царицей ночи. Правда, его правнучке Урании не нравилась столь идеальная картина. И она разбросала звезды по небу, создав из них созвездия, которые мы наблюдаем и сейчас ясными безоблачными ночами. Его сын Крон, стремясь к мировому господству, убил отца и захватил трон. О судьбе Крона-Сатурна мы рассказали в предыдущем топике.
Вспомним, однако, историю открытия седьмой планеты Солнечной системы. 13 марта 1781 года король Англии Георг III стоял у широкого окна Виндзорского дворца и всматривался в небо. Весна еще не захватила свои права на хорошую погоду, но в этот день к вечеру тучи рассеялись и солнечный закат был бесцветным и быстрым. Все обещало ясную ночь. Король приказал подать карету. В редкие для туманного Альбиона ясные ночи он любил навещать поместье Гершелей. Их связывало общее хобби - увлеченность тайнами неба. Правда, у короля было гораздо меньше сво-бодного времени, чем у его дворцового музыканта: после долгих неурядиц в Англии воцарился хрупкий мир, и его укрепление было главной обязанностью владельцев Виндзора. Впрочем, страсть смотреть в "трубу Гершеля" сохранялась, и Георг пользовался любым поводом, чтобы посетить приятеля.
Дирижер его духового оркестра Уильям Гершель уже более десяти лет проводил все безоблачные ночи за наблюдениями звезд. Его мысли поглощала сумасшедшая идея - сосчитать все звезды на небе. Профессиональные астрономы относились к затее этого выскочки весьма скептически. Во-первых, очень трудно разделить небо на участки так, чтобы звезды не повторялись при счете. Во-вторых, было очевидно, что количество звезд зависит от качества телескопа: хороший телескоп "видит" больше звезд. Но Гершеля не смущали эти обстоятельства. Прежде всего он построил мастерскую, где вместе с младшим братом Александром вырезал и шлифовал металлические зеркала. Его телескопы были лучшими в Европе, а звезды он считал, нанося их на большие карты. Для облегчения работы он пользовался методом "черпаков", то есть наблюдал их на небольших перекрывающих друг друга участках неба. Когда сто лет спустя появилась фотография, для составления каталогов звезды стали фотографировать на астрографах, слегка перекрывая соседние области, как это делал Гершель. Уильям вместе с сестрой Каролиной рисовал звездные карты с учетом блеска каждой звезды. В конце концов его идея оказалась реализованной. Благодаря титаническому труду, он оставил после себя отличный каталог звезд, оригинальный каталог туманностей и модель Галактики.
В день, о котором пойдет речь, король Георг застал Гершелей за работой. Уильям был чем-то очень озабочен и показывал Каролине звезду, которую они накануне, по-видимому, пропустили. Георг заглянул в трубу и посмотрел на указанное пятнышко. Вблизи довольно яркой звезды в созвездии Близнецы была видна более слабая звездочка, как бы окутанная туманом. Так как у "звездочки", несомненно, был различим диск, Каролина сразу предположила, что это - приближающаяся комета. Король долго ее рассматривал, чувствуя, что присутствует при моменте какого-то открытия. Он давно не считал Гершеля дилетантом в изучении неба, скрупулезность и бесконечно строгое отношение к наблюдениям его друга были беспрецедентными.
Через несколько дней туманная звезда изменила свое положение, но ее вид остался неизменным. Это означало, что она не была кометой, хотя и двигалась среди звезд. Дальнейшая история этой звезды, дорогой читатель, тебе известна по первой книге: Гершель нашел новую блуждающую звезду! Петербургский академик Андрей Лексель вычислил ее орбиту. Она оказалась круговой. Ее радиус в 19 раз превосходил расстояние от Земли до Солнца. Со времен же Галлея было известно, что комета бывает видна только тогда, когда находится уже вблизи Солнца, и ее орбита является эллипсом. Кроме того, она распускает "хвост", который быстро вытягивается в сторону, противоположную светилу. Сомнений больше не было: новое светило не было кометой. Так впервые за последние несколько тысяч лет была найдена новая планета, седьмая по счету, а объем Солнечной системы в одночасье увеличивался вдвое.
Научный мир с восторгом принял это известие. Такое событие можно было сравнить разве что с открытием Колумбом Нового Света! Я думаю, что это явление такого же масштаба как и выход человека в космос. Во всяком случае, достаточно было бы его одного, чтобы имя Гершеля навсегда осталось в истории астрономии. Однако этот замечательный человек не был тщеславным. Более того, он ценил дружбу и участие своего короля и потому решил подарить планете его имя. Георг тоже не остался в долгу. Гершелю был пожалован рыцарский титул сэра и звание Королевского астронома, которое получали только директора Гринвичской обсерватории. Неподалеку от Виндзорского дворца в местечке Слоу король подарил Гершелям землю для строительства новой обсерватории. Уильяму было положено жалованье в 2 000 фунтов стерлингов, а Каролине - 50, и она официально стала Помощником Королевского астронома.
В течение года в научных кругах не утихали споры о названии новой планеты. В конце концов официальная астрономическая общественность настояла на том, чтобы согласиться с предложением немецкого астронома Иоганна Боде сохранить "неприкосновенность генеалогического древа" древнегреческих богов. Планету назвали Ураном в честь бога неба, дедушки Зевса и прадедушки музы астрономии Урании!
Через 6 лет после открытия Урана Гершель нашел у своей планеты два спутника, а в 1789 году наблюдал ее кольцо. В его дневнике появилась запись: "Вчера видел кольцо у Урана. Оно короткое и слабенькое, не такое, как у Сатурна, но хорошо заметно". Этого кольца никто из астрономов больше не видел. Ученые до сих пор считают, что, скорее всего, Гершель видел не реальное кольцо, а какой-то оптический дефект. Правда, после официального обнаружения аппаратурой "Вояджера" колец Урана их находят и с помощью наземных телескопов в определенных точках орбиты планеты. Точнее, наблюдатель видит ослабление блеска звезд над экваториальной областью лимба Урана - кольцо покрывает звезду, уменьшая ее яркость.
Согласно новым данным, кольца расположены довольно близко к планете: в пределах 25,5 тысяч километров над облачным слоем атмосферы Урана. Они действительно совсем не похожи ни на кольца Сатурна, ни на недавно открытые кольца Юпитера. Прежде всего, они очень узкие и разделены широким интервалом. Их общей массы едва хватило бы на самый крошечный спутник. Скажем, у Сатурна масса колец больше примерно в 1 000 раз. Согласно данным "Вояджера", у планеты всего девять колец, и еще несколько диффузных слоев, менее выраженных, чем кольца, но имеющих ту же природу. Они темнее, чем сажа, практически не отражают свет и потому их трудно увидеть.
Кольца состоят из темных камней разных размеров - от 1 до 6 километров и мельче. Они покрыты пленкой, которая практически не отражает свет и делает их абсолютно черными. Если считать, что Гершель видел все-таки кольца, то можно предположить следующее событие. В не-большой спутник планеты врезался астероид и разбил его. Пыль и мелкие фрагменты разлетелись в разные стороны. Часть камней осталась в кольцах, пыль осела на камнях, вследствие чего они потемнели. Так что, увы! - их натуральный, более яркий цвет успел увидеть только великий ученый. Кольца обозначают первыми буквами греческого алфавита в порядке их удаления от диска планеты. Ученые, похоже, утвердились в мысли, что все четыре газовые планеты имеют кольца, ведь их нашли и у Нептуна!
Уран занимает первое место среди планет по количеству небесно-механических загадок. Его трудно наблюдать не столько по причине малой яркости из-за удаления от Солнца (по блеску он слабее Юпитера 400 раз), но и вследствие его весьма необычного положения на орбите. Этот далекий "братик" планет ломает идиллически стройную картину их происхождения из единого протопланетного облака. Ось его кругового суточного вращения не только не перпендикулярна плоскости эклиптики, она наклонена к ней под очень малым углом. Так что орбитальное движение Уран совершает как бы "лежа на боку"!
Уран вращается вокруг оси, делая полный оборот за 17 часов 14 минут. Но так как он практически "лежит" на плоскости орбиты, то создается впечатление, что он перекатывается с боку на бок, как круглый колобок, тогда как Юпитер и Сатурн вертятся относительно перпендикуляра к плоскости эклиптики, как детский волчок. Этот тип вращения создает специфический ритм смены дня и ночи, за исключением приполярных областей, где ночь и день длятся по полгода.
На Уране все "не как у людей"! Если бы планета была обитаема, у ее жителей календарь был бы более замысловатым, чем у землян и имел бы свои неповторимые особенности. Его год составляет 84 земных года, так что продолжительность зимы, весны, лета и осени одинакова и равна 21 году. При этом в разгар лета в северном полушарии непрерывный день длится весь сезон, а в южном столько же времени стоит ночь, и солнечные лучи не заглядывают за линию экватора. Зато весной и осенью происходят ежесуточные восходы и заходы далекого бледного Солнца. В определенном смысле, можно сказать, что времена года на Уране неуловимым образом смешаны.
По мере продвижения Урана вдоль орбиты картина меняется, точнее, в том же порядке повторяется смена сезонов для южного полушария. На экваторе же планеты год составляют две зимы и два лета, чередующиеся с промежутком в 21 год, а на полюсе - одна зима и одно лето, но длящиеся по 42 земных года. При наблюдении с Земли астроном видит в течение 42 лет одно полушарие планеты, например северное, а следующие 42 года планета демонстрирует свое южное полушарие и при этом никогда не перестает покачиваться.
Все сегодняшние сведения об этой необычной планете были получены аппаратурой космического зонда "Вояджер-2". Запущенный в 1977 году, он побывал практически у всех планет. Его встреча с Ураном состоялась в строго назначенное время - 24 января 1986 года. Разделяющее его с Землей расстояние он преодолел не за 30 расчетных лет, а за 8,5 года благодаря дважды примененному методу гравитационной пращи - у Юпитера и у Сатурна, в результате чего он приобрел гораздо более высокую скорость без дополнительных энергетических затрат.
Первые же кадры, присланные с "Вояджера-2", показали, что Уран имеет мощную газовую атмосферу толщиной до 7 000 километров. Основной ее составляющей является водород, на который приходится 84%, гелию принадлежат 14%, а метану 2%. Среди мелких добавок найдены ацетилен, цианиды и окись углерода. Верхние слои газа прозрачны, а голубовато-зеленоватая окраска диска планеты объясняется поглощением красных лучей молекулами метана, содержание которого увеличивается с глубиной. Над атмосферой располагается слой метанового инея.
Вид поверхности Урана достаточно однородный: нет никаких деталей, которые позволили бы судить о характере атмосферной циркуляции. Согласно данным зонда, перенос газа происходит в направлении вращения планеты, а главные газовые потоки движутся параллельно экватору.
Озадачивает и то, что температуры освещенной Солнцем стороны и неосвещенной одинаковы и равны -210°С, или 60 К. Стало быть, и у этого газового титана есть собственный нагревательный "котел", вырабатывающий внутреннюю энергию, хоть и менее эффективно, чем у Сатурна. Правда, частично выравнивание температуры можно отнести на счет ветров, которые обдувают планету более чем со штормовыми скоростями, величина которых меняется от 140 до 580 километров в час.
Несмотря на довольно короткое время пролета "Вояджера" вблизи Урана, с помощью его приборов были уточнены основные характеристики планеты. Если по сравнению с Землей его объем в 60, а масса в 14 раз больше, то оценка плотности дает цифру 1 300 кг/м, что не намного больше плотности воды или льда. Ученые склоняются к мысли, что Уран имеет каменное ядро, состоящее главным образом из силикатов, причем его размер всего в 1,5 раза больше размеров земного шара. Ядро окружено мантией, представленной толстым слоем льда с вкраплениями тех же силикатных фрагментов. Выше располагается океан жидкого электропроводящего водорода, а над ним собственно и простирается плотная атмосфера.
У физиков есть прием - описывать излучение тел с помощью некоей теоретической модели - абсолютно черного тела, поглощающая способность которого составляет 100%. Полученное при таком приближении значение температуры называют равновесным, то есть теплообмен в обоих направлениях одинаков. Попробуем сравнить равновесные температуры для Урана и Нептуна. Если два черных шара произвольных размеров расположить на орбитах Урана и Нептуна (последний находится в 1,6 раза дальше от Солнца, чем первый), то, с учетом данных "Вояджера", их равновесные температуры оказываются одинаковыми и равными 56-58 К. Это может означать только одно: в отличие от Нептуна, Уран не имеет эффективного внутреннего источника тепла и излучает его столько же, сколько получает от Солнца. Такое низкое тепловое излучение Урана даже по сравнению с Нептуном требует объяснения.
В условиях колоссальных давлений, которые создаются на больших глубинах газовых планет, при фазовых переходах водород-гелий первый становится нерастворимым, или металлизированным. Он оседает глубже и сосредотачивается в ядре, выделяя значительную энергию. Найти причину, по которой этот механизм не работает эффективно в недрах Урана, пока не удается. У ученых есть мнение, что он все-таки действует, но мощный теплоизоляционный слой, расположенный на границе мантии и атмосферы (?), не дает теплу уходить наружу. Впрочем, оставшись в недрах, оно и греет планету, расположенную в царстве Снежной королевы.
До сих пор мы встречали планетарные магнитные поля разной напряженности, но одинаковые по форме-, магнитосферы имели форму диполя. На Уране нас ждут новые неожиданности: "Вояджер" обнаружил четыре магнитных полюса у планеты. Ось магнитосферы отклонена от оси вращения планеты на 60°. Магнитная стрелка компаса на поверхности Урана будет направлена не на северный полюс, а в точку на широте 30°. На Земле это были бы Канарские острова. Магнитные силовые линии, по правилу, выходят из северного полюса и входят в южный. Но на Уране полярности обратные, а полюсов четыре. В результате этого, магнитосфера, оставаясь приплюснутой из-за солнечного ветра, дующего от Солнца, имеет не просто "шлейф" силовых линий, а гигантский жгут, в котором последние переплетены слож-ным образом. Этот жгут прослеживается вплоть до Нептуна. Еще раз напомним, что наличие глобальных магнитных полей у планет обусловлено планетарными токами, которые всегда текут в металлизированном слое водорода.
Наше описание планеты будет неполным, если мы не отметим еще один его рекорд. Он является наиболее богатым отцом гигантского семейства спутников: их у него насчитывается 26! Плоскости орбит спутников почти совпадают с плоскостью экватора планеты. Как вы помните, Уран вращается "лежа на боку", значит, плоскости их орбит перпендикулярны плоскости эклиптики. Такой нонсенс требует оригинального объяснения, поскольку ни на одной из планет не встречается столь неординарная ситуация.
Наименее консервативные ученые пытаются смоделировать оригинальный сценарий произошедших когда-то событий, в результате которых возник феномен Урана. Возможно, на ранних стадиях существования Солнечной системы в сформировавшуюся планету врезался очень крупный астероид. Прежде всего, произошел кардинальный разворот оси суточного вращения планеты: Уран был опрокинут на бок! Были отколоты куски его ядра, создавшие самые крупные сателлиты. Один из них мог даже улететь в пространство, чтобы стать самостоятельным небесным телом. Более мелкие камни создали кольцо Урана, а пыль со временем осела и на камни, и на поверхности спутников, ведь практически они все очень темные. Расскажем о самых интересных спутниках Урана.
Оберон вдвое меньше Луны. На снимках его поверхности видны светлые пятна вокруг ударных кратеров, которые оказались выбросами водяного льда, а также инеем и снегом. Светлые участки контрастируют с древней очень темной поверхностью Оберона. Через все южное полушарие проходит широкая долина, возникшая, скорее всего, от крупного тектонического явления в древние времена. Кратеры видны по всей поверхности спутника. Один из них очень глубокий и темный. Так как температура на поверхности Оберона не превышает 60 К, грязный лед, выбрасываемый при разломах коры, минерализуется и сохраняется в таком виде миллионы лет. Поверхность Оберона отражает не более 20% света, поэтому он довольно темный.
Титания имеет более светлую поверхность, которая способна отражать около 40% падающего света. Многие из ее кратеров уже разрушены, поэтому на снимках видны многочисленные системы рифтовых долин с обрывистыми краями. Протяженность некоторых из них 1 000 и более километров. Поверхность Титании выстлана пористыми материалами. Это - водяной иней, осевший после конденсации паров, выброшенных из трещин на поверхность. Возможно, в раннюю эпоху произошел разогрев ее поверхности, и в процессе активной вулканической деятельности старый рельеф был заменен на новый.
Самый яркий из сателлитов носит имя светлого духа воздуха Ариэля. Его поверхность отражает более 40% падающего света. А его антипод - самый темный спутник, имеющий коэффициент отражения меньше 20%, был назван Умбриэль, как дух тьмы в популярной поэме Попа "Похищение локона".
Орбита Ариэля располагается близко к поверхности планеты. Он совершает один оборот за 2,5 суток. Как и все спутники Урана, он всегда обращен к патрону одной стороной, то есть время его облета планеты равно периоду вращения вокруг оси. Снимки поверхности свидетельствуют о ее сравнительной молодости. Рифтовые долины достигают ширины 30 километров. Их дно сохраняет следы какого-то движения пород, как в случае марсианских каналов. Возможно, метеоритные удары и собственная тектоника все еще вызывают перестройку коры. Из трещин вырываются пары воды, насыщенные аммиаком и метаном. Все быстро замерзает, а массы льда со временем могут приходить в движение под действием вновь выброшенной субстанции. Светлый тон поверхности Ариэля придает метановый иней.
Поверхность Умбриэля не изобилует кратерами. По-видимому, он не прошел стадию разогрева и не испытал последствий бурной вулканической деятельности. Поверхность покрыта первобытными льдами, которые со временем покрылись толстым слоем темного конденсата.
При подлете к Урану "Вояджер-2" прошел через экваториальную плоскость планеты, содержащую спутники, как стрела через экран тира, не имея возможности отклониться от пути, чтобы облететь вокруг самых интересных из них. Мелкие спутники оказались расположенными внутри орбиты Миранды, из крупных спутников самого близкого к планете. Все они были открыты при обработке снимков "Вояджера" 1985-1986 годов. Зонд должен был пройти ближе всего к Миранде, оказавшейся на его пути.
Пак имеет идеально шарообразную форму, но его поверхность черна, как будто покрыта сажей. Примерно одновременно с Паком на таком же расстоянии от поверхности Урана был открыт и его каменный пояс, который создан своего рода кольцами вокруг планеты. Мы о нем уже рассказали. Камни кольца так же черны, как поверхность Пака. Поскольку и Пак и кольцо находятся еще в плазмосфере Урана, продолжающей его атмосферу, есть предположение, что сажа на них образуется в результате освобождения углерода при бомбардировке молекул атмосферного метана мелкими частицами. Данные о других новых спутниках помещены в таблице. Какие-то из них еще не имеют имени и числятся под номерами, цифры которых содержат год открытия, литер Урана и порядковый номер обнаружения.
Каждый раз, когда "Вояджер" подлетал к какой-нибудь планете, в Космическом центре приема информации Технологического института в Пассадене (пригород Лос-Анджелеса) собиралось большое количество гостей. Обычно это были ученые из других стран, которые участвовали в подготовке проекта, журналисты и телекорреспонденты. Встреча зонда с Ураном собрала огромное количество гостей. "Звездой телеэкрана" должна была стать Миранда. Это имя любимой героини Шекспира из пьесы "Буря" было присвоено маленькой луне Урана, открытой Койпером в 1948 году. Диаметр Миранды равен 480 километрам, а плотность приближается к плотности льда.
В окрестностях Урана и, значит, Миранды в 400 раз меньше света, чем у Земли. Естественная освещенность сценических интерьеров по этой причине была плохой, но ввиду быстрого движения зонда длинные экспозиции были невозможны. Инженеры, следящие за съемками Миранды, тем не менее смогли обеспечить увеличение экспозиции. Чтобы скомпенсировать размазывание изображений, они использовали необычный прием: заставили зонд не-прерывно вращаться в течение съемок спутника. Поэтому непосредственной трансляции этой единственной и неповторимой встречи в дальнем космосе не было. Соответствующие кадры после обработки на бортовом компьютере показали в записи только на следующий день, когда зонд летел уже к Нептуну. Кстати сказать, для его очередной разгонки у Урана снова был реализован эффект гравитационной пращи.
На фотографиях видна только освещенная часть поверхности Миранды. Как у всех небесных тел, она испещрена ударными кратерами. Снимки показывают несколько интересных деталей. Равнинная область, которая видна как правильный прямоугольник, получила название Ciri maximi, что в переводе с древнеримского означает Стадион. Слева внизу виден большой каньон - Шеврон, размеры которого приблизительно равны 140 х 200 квадратных километров. Он составлен из множества параллельных гряд, которые сходятся с похожей системой под прямым углом, напоминая борозды Ганимеда.
Поражает глубина каньона - 20 километров. Каньоны такой глубины мы видели только на Марсе, но в отличие от последнего, спектроскопические результаты подтвердили догадки ученых: горы, обрывы и трещины на Миранде образованы льдом. По выражению геологов, Миранда представила коллекцию всех геологических форм, какие только встречаются в Солнечной системе.
Чтобы объяснить природу поверхности видимой части Миранды, выдвинуто множество гипотез. Согласно одной из них, неравномерный разогрев недр сателлита (источник надо поискать) вызвал локальное плавление коры в отдельных участках. В результате были обнажены плиты, которые обладали плавучестью. Они и создали описанные области диска. Отсутствие кратеров на площади Стадиона и Шеврона свидетельствует о том, что катаклизмы имели место сравнительно недавно.
Напомним, что столь плодотворное и информативное путешествие "Вояджера" было обеспечено двумя природными факторами - парадом планет, который бывает один раз в 175 лет, и удачным использованием небесно-механических законов - эффекта гравитационной пращи.
С. И. Дубкова. Чудесное семейство планет
| << Назад | Вперёд >> |
