О новых открытиях в своей лекции рассказывает Виталий Егоров — популяризатор науки о космосе, создатель проекта «Открытый космос», автор книги «Делай космос!». Публикуем основные тезисы.
Структура Солнечной системы
Как нам известно на сегодня, Солнечная система состоит из восьми планет и пяти карликовых планет, к которым относятся Плутон, Эрида, Хаумеа, Макемаке и Церера. Последняя долгое время считалась астероидом — самым большим и массивным в Главном поясе астероидов, но в 2006 году, на XXVI Генеральной ассамблее Международного астрономического союза, ее признали планетой, потому что она имеет сферическую форму. Собственно, в том же 2006-м статуса «полноценной» планеты лишили Плутон. От астероида карликовая планета отличается своей сферической формой, а от обычной планеты — наличием на орбите других крупных космических тел.
При этом планеты являются лишь очень маленькой частью Солнечной системы, ее ядром. И конечно, планетами она заканчивается: за орбитой самой дальней из них, Нептуна, на расстоянии около 55 астрономических единиц от Солнца, находится пояс Эджворта — Койпера. Хотя внешне он и похож на пояс астероидов, состоит он из тел, по своему составу больше соответствующих кометам. К тому же, он примерно в 20 раз шире и в 200 раз массивнее. Самым крупным из известных объектов пояса Койпера является Плутон.
Но и поясом Койпера Солнечная система не заканчивается, далее располагается рассеянный диск — регион, слабо заселенный малыми телами, в основном состоящими изо льда. Область рассеянного диска частично пересекается с поясом Койпера, но его внешний край располагается гораздо дальше от Солнца: некоторые объекты рассеянного диска удалены от Солнца на более чем сто астрономических единиц.
Еще дальше находится гипотетическое облако Оорта. Его никогда не наблюдали, но считается, что именно оттуда к нам прилетают все кометы. Орбиты у комет очень разные: у некоторых, как у кометы Галлея, период обращения составляет 75-76 лет, у других, например, кометы Энке — всего лишь три года, а у кометы Хейла — Боппа 2,5 тысячи лет. Это говорит нам о невероятной удаленности источника этих объектов от Солнца и Земли: предполагаемое расстояние до внешних границ облака Оорта — от 50 тысяч до 100 тысяч астрономических единиц, полет до него длился бы примерно один световой год.
Еще один объект, о котором стоит поговорить, это гелиосфера. Выглядит она как пузырь газа и разогретой плазмы, который формирует среду вокруг ядра Солнечной системы — дальше только межзвездное пространство. Именно туда в 1977 году были отправлены «Вояджер-1» и «Вояджер-2», оба они уже преодолели границу гелиосферы, но то, что они покинули Солнечную систему, как утверждается в некоторых СМИ, конечно, неправда. До облака Оорта им лететь еще десятки тысяч лет. Последние данные были получены с «Вояджера-2» в ноябре 2018 года, а на сайте NASA есть возможность наблюдать статус «Вояджера -1» в режиме реального времени.
Ученые спорят о том, как выглядит гелиосфера: часто ее изображают как вытянутый пузырь (ведь Солнце движется вокруг ядра Галактики), но это лишь предположение. Как наша система на самом деле выглядит со стороны ― мы посмотреть не можем, но можем примерно представить, посмотрев на другие звезды со снимков телескопа Хаббл.
Новые данные о планетах
Меркурий — одна из самых неисследованных планет, не считая Уран и Нептун. Это связано с тем, что до него очень сложно добраться: кажется, что он так близко, но существуют определенные баллистические проблемы, затрудняющие подлет и вхождение в атмосферу планеты.
И все же два аппарата к Меркурию летали, и последний — «Мессенджер» — в 2011 году составил подробную его картографию. Внешне планета выглядит как Луна, из интересных объектов — Равнина Жары, один из крупнейших кратеров Солнечной системы, его диаметр составляет 1550 километров (треть диаметра всей планеты). Самым интересным открытием стало наличие на Меркурии воды в виде льда, что достаточно странно, учитывая близость планеты к Солнцу.
Венере раньше уделяли очень много внимания, особенно в советской космонавтике. Это действительно довольно интересный объект, например, из-за своей атмосферы — она плотнее земной в 95 раз. Из-за того, что Венера очень медленно вращается вокруг своей оси, разогретая солнцем атмосфера на ней находится в состоянии «супер-ротации», то есть проворачивается вокруг планеты несколько раз. Из-за этого на Венере дуют вечные очень мощные ветра, всегда односторонние.
Из-за плотности облаков поверхность планеты можно наблюдать только с помощью радара — именно так была составлена картография Венеры аппаратом «Магеллан» в 1990-1992 годах. На Венеру продолжают довольно часто отправлять космические аппараты, европейским аппаратом «Венера-экспресс» в 2006-2015 годах была проведена тепловая съемка поверхности планеты, в ходе которой обнаружилось множество действующих вулканов. Именно они интенсивно пополняют атмосферу Венеры, которую та теряет из-за близости к Солнцу. Некоторые ученые даже сравнивают Венеру с кометой, ведь за ней можно наблюдать яркий шлейф улетучивающейся атмосферы.
Во время той же экспедиции было обнаружено уникальное явление — «венерианский снег»: сульфид висмута и сульфид свинца, которые выделяются из вулканического газа, оседают на вершине и конденсируются под действием более низкой температуры.
Вообще, это довольно частое явление, когда привычные нам вещи вроде рек, озер, снега повторяются на других планетах с совершенно непривычными нам веществами. Так получается сульфидный снег на Венере, метановые реки на Титане, содовые криовулканы на Церере или пылевые пруды на некоторых астероидах.
Последние открытия на самом изученном сейчас космическом объекте касаются наличия больших залежей водяного льда на полюсах Луны — это установил российский нейтронный детектор LEND в 2008-2009 годах. Самая последняя новость — первая посадка аппарата с луноходом на обратную сторону Луны китайскими учеными в 2019 году. Китай вообще очень заинтересован в изучении спутника: в ближайшее время они планируют отправить экспедицию по добыче грунта из глубин лунных вулканов и доставке его на Землю. Внимание же остальных участников «лунной гонки» — России, Индии, США — приковано именно к полюсам Луны и хранящейся там воде.
Марс до сих пор часто называют «красной планетой», однако грунт на нем мало чем отличается от земного. Собственно, «марсианские» пейзажи можно наблюдать и на Земле. Небо на Марсе тоже совсем не красное, а, скорее, голубое, — это эффект преломления лучей заходящего Солнца в разреженной атмосфере планеты.
Из важных открытий, совершенных в последнее время, можно отметить, конечно, обнаружение льда. Причем, лед на полюсах Марса разный: углекислотный, который нарастает за зиму и тает к весне, и водяной, который формирует ледяную шапку и сохраняет свое состояние и форму. Толщина водяного льда достигает трех с половиной километров на южном полюсе и больше полутора километров на северном. Если их растопить, то весь Марс зальет водой на уровне 20 метров. Впрочем, вода есть не только на полюсах, но и в средних широтах тоже — это результат давних снегопадов, которые происходили несколько десятков миллионов лет назад.
Астероиды в Главном поясе на самом деле открываются практически ежедневно буквально пачками — это происходит благодаря роботам, которые автоматически обрабатывают снимки с телескопов и спутников и каталогизируют объекты. Почти все крупные астероиды, диаметром десять километров, уже обнаружены. Астероиды больше одного километра изучены на 95%. За всеми ними наблюдают для отслеживания угрозы для Земли.
Пояс астероидов кажется нам довольно хаотичным местом, но на самом деле там есть своя структура и классификация. Отдельные скопления астероидов летают по орбите Юпитера, в основном они находятся в точках Лагранжа системы Юпитер-Солнце. У других планет, в том числе и Земли, тоже есть свои скопления астероидов, их называют «греки» и «троянцы», просто у Юпитера из-за его массы таких скоплений больше всего.
Расположение Пояса астероидов раньше объясняли почти мифической теорией о взрыве планеты Фаэтон, которая, конечно, является абсолютно несостоятельной. Ведь суммарная масса всех астероидов составляет около шести процентов массы Луны, что на планету никак не тянет.
Церера — самый крупный объект в Поясе астероидов и самая маленькая карликовая планета, ее диаметр составляет чуть менее тысячи километров. Внешне она похожа на Луну, но по своим характеристикам сильно от нее отличается: в ее составе очень много воды и на ней присутствует такое уникальное явление, как криовулканизм. Причем извергают вулканы не только воду, а еще и соду, которая покрывает поверхность белыми пятнами.
Данные аппарата «Рассвет», который тщательно изучал Цереру в 2016 году, указывают на то, что планета, скорее всего, сформировалась не в том месте, где она находится сейчас (между Марсом и Юпитером), а на миллионы километров дальше от Солнца. Ее состав и форма во многом похожи на те карликовые планеты, которые находятся за Нептуном.
Первые снимки Юпитера и его спутников в высоком разрешении были сделаны еще в 1979 году аппаратами «Вояджер». Прямо сейчас невероятно подробные снимки поверхности планеты делает аппарат «Юнона». Конечно, внимание всех ученых притягивает самое известное образование на Юпитере — Большое Красное Пятно. Это самый большой атмосферный вихрь в Солнечной системе, однако, последние двести лет наблюдений это пятно постоянно уменьшается.
Одно из свежих наблюдений — это юпитерианские полярные тайфуны, на планете их целое множество. Их природа, происхождение и удивительная стабильность до конца не объяснены. Еще на Юпитере наблюдаются полярные сияния: у него очень мощное магнитное поле, мощные радиационные пояса, и заряженные частицы, которые обрушиваются у полюсов Юпитера в его атмосферу, порождают специфическое свечение. Источником этих заряженных частиц являются спутники Юпитера, которые регулярно выбрасывают газы на его поверхность.
Одним из главных источников газа и плазмы в атмосфере Юпитера является Ио. Это самый вулканически активный объект Солнечной системы, на нем всегда извергаются десятки вулканов, причем высоты извержения достигает 400 и более километров — это объясняется крайне низкой силой притяжения Ио. Источником тепла в недрах Ио является приливная волна: во время обращения вокруг Юпитера это космическое тело то сильно сжимается, то разжимается под действием силы притяжения, что и приводит к постоянному нагреву.
Второй спутник Юпитера, Европа, наоборот, представляет собой гигантский ледяной шар. Толщина слоя льда составляет примерно 20 километров, а под ним находится теплый водяной океан. Раньше казалось, что пробраться через такую колоссальную толщину льда и получить доступ к воде невозможно. Однако недавний спектральный анализ, произведенный телескопом Хаббл, показал, что в некоторых местах этот лед все-таки лопается, высвобождая водяной пар, который вполне можно набрать для дальнейшего анализа в лаборатории и узнать, если там органика и признаки живых организмов. NASA уже разрабатывает аппарат, который полетит собирать эту воду.
Сатурн, пожалуй, самый красивый объект в нашей системе. Газовый гигант окружен эффектными кольцами из ледяной пыли и снега, которые появились, вероятно, в результате разрушения ледяного спутника. В ходе программы «Кассини-Гюйгенс» было сделано множество детальных фотографий Сатурна и его колец, изучена их структура и поведение. На самой же планете был замечен удивительный объект — абсолютно правильный шестиугольник, образованный вихрями на полюсе планеты.
Самый большой и интересный спутник Сатурна — это Титан. У него очень плотная атмосфера (в полтора раза плотнее, чем у Земли) насыщенного желтого цвета. Состоит она по большей части из азота, цвет же ей придает углеводород. В 2005 году на Титан производилась посадка спускаемым аппаратом «Гюйгенс», но из-за очень низкой температуры (минус 180 градусов) он проработал всего час, успев, однако, наснимать множество впечатляющих панорам, взять пробы атмосферы и записать звук ветра.
На снимках видно, что вся поверхность испещрена реками и озерами. На Титане действительно часто идут дожди, но только это не вода, а жидкий метан — вещество, которое мы привыкли считать газом. Вода на Титане тоже есть в избытке — но она формирует как раз «сушу», представляя собой огромные ледяные глыбы. Все это объясняется крайне низкой температурой и повышенным давлением атмосферы, по сравнению с Землей.
Уран и Нептун — планеты-близнецы, которые за последние тридцать лет, с тех пор, как мимо них пролетели «Вояджеры», никак не исследовались. Почему к ним не отправляют аппараты — вопрос, скорее, психологический и, отчасти, политический. Дело в том, что существует негласное правило космических исследований: запуская аппарат, ученые надеются провести исследование до своей смерти. Организовать же полет до таких дальних планет — задача не только трудная, но и крайне долгая. К тому же, ближе к Земле есть более интересные ученым объекты — такие проекты и финансируются гораздо активнее.
Спрашивается, почему же тогда запускали аппарат к Плутону? Тоже чисто политическая история: это единственная планета, открытая американцами (молодым ученым Клайдом Томбо в 1930 году). Они считают ее своей, поэтому исследовать ее было важно для их национальной гордости.
Автоматическая межпланетная станция «Новые горизонты» запустили в 2006 году для изучения как Плутона, так и других объектов пояса Койпера. К Плутону аппарат подлетел только в 2015 году, причем вблизи планеты он провел всего лишь одни земные сутки. Всего же наблюдение за планетой и его спутниками велось девять дней. За это время были сделаны очень детальные снимки, составлена подробная картография Плутона и его спутника Харона, изучена их геология и морфология, исследована атмосфера. Выяснилось, что Плутон наполовину состоит из камня, наполовину — изо льда, причем лед там трех типов: из воды, метана и азота.
1 января 2019 года «Новые горизонты» посетил астероид Аррокот, который неофициально называют Ультима Туле («крайний предел»). Действительно, пока что это самый далекий от Земли объект (6,5 миллиардов километров), посещенный космическим зондом.
Гипотеза о Девятой планете
В настоящее время очень активно обсуждается вероятность открытия новой планеты Солнечной системы — Планеты X. Дело в том, что изучение объектов в поясе Койпера и рассеянном диске показало, что двигаются они вовсе не хаотично, как должны были бы (ведь они находятся на достаточном удалении от Нептуна, чтобы не зависеть от его притяжения), а по определенной орбите.
Ряд ученых выдвинул предположение, что на все эти объекты действует притяжение еще не открытой планеты, с массой примерно в 10 раз больше Земли и в три с половиной большим радиусом. Гипотезу разрабатывают американский ученый русского происхождения Константин Батыгин и Майкл Браун. Они предполагают, что Девятая планета является ядром зарождающегося газового гиганта, который был выброшен со своей первоначальной орбиты Юпитером во время формирования Солнечной системы. Непосредственным поиском занимается телескоп Хаббл, но пока что они не увенчались успехом.
