Солнечная система (Астрономия и астрофизика) - Сурдин Владимир Георгиевич - Страница 69

В определенном смысле спутниками планет являются также их кольца. Долгое время считалось, что кольца Сатурна — это уникальное явление в Солнечной системе. Однако в 1970-е и 80-е гг. были открыты разреженные кольца Юпитера, Урана и Нептуна. Для сравнения: полная масса колец Урана равна массе маленького спутника диаметром 15 км., тогда как масса колец Сатурна в 1000 раз больше, и для их «изготовления» пришлось бы разрушить спутник диаметром 150 км. А кольца Нептуна вообще не замкнуты и напоминают по своему внешнему виду арки.

Каждая новая экспедиция к планетам-гигантам приносит неожиданные данные об их кольцах. Теперь ясно, что система спутников, как и система колец — неотъемлемый признак планеты-гиганта. Но пока не ясно, связано ли между собой происхождение спутников и колец. И почему кольца Сатурна значительно ярче, чем кольца остальных планет-гигантов? Один французский астроном сказал, что кольца планет подобны духам: малое количество вещества создает сильные эмоции… Действительно, физика планетных колец относится к наиболее интересным областям современной планетологии.

Заключение

Мы познакомились со спутниками планет. Сделаем некоторые выводы о свойствах этих небесных тел. Очевидно, что внешний вид спутника, его внутреннее строение и история зависят от его массы, размера и расстояний как от Солнца, так и от своей планеты. Если поперечник спутника не превышает нескольких сотен километров, то обычно он имеет неправильную форму. История таких небольших тел целиком определяется метеоритной бомбардировкой их поверхности. По мере увеличения размеров спутников возрастает роль внутренних процессов в формировании их облика. Спутники размером с Луну обладают ярко выраженной индивидуальностью: сравните, например, Ио, Луну и Европу. Чем больше размер спутника, тем сложнее, как правило, его внутреннее строение.

По мере увеличения расстояния от Солнца температура поверхности спутников становится меньше; это отражается на химическом составе грунта. Например, на Луне днем температура достигает +130°С, поэтому в лунном грунте летучие соединения почти отсутствуют. А на спутниках Юпитера и Сатурна водяной лед и оксид серы испаряются довольно медленно, поэтому там они лежат на поверхности. На окраине Солнечной системы, на спутниках Нептуна и Плутона, стабилен не только водяной лед, но и льды из метана и молекулярного азота.

Спутники планет недостаточно массивны для того, чтобы удерживать мощную атмосферу, как у Земли или Венеры. Но чем дальше от Солнца, тем меньше тепловая скорость молекул газа и тем легче небольшому небесному телу сохранить свою атмосферу. Поэтому на близкой к Солнцу Луне практически нет атмосферы, а спутник далекого Сатурна Титан обладает мощной атмосферой, по плотности сравнимой с земной. Кроме того, разреженная газовая оболочка обнаружена у галилеевых спутников Юпитера и у Тритона.

В исследовании планет и их спутников в последние десятилетия основную роль играли космические зонды. Создание телескопов нового поколения отчасти возвращает утерянный приоритет наземной астрономии. Совместное использование астрономической и космической техники сулит еще много замечательных открытий в Солнечной системе. Сейчас разрабатываются космические аппараты для мягкой посадки на поверхности Европы и Фобоса, а Сатурн и его спутники продолжает исследовать зонд «Кассини» с приборами для изучения Титана. Интересы планетологии сейчас направлены на спутники планет не меньше, чем на сами планеты. Вспомним кстати, что спутники есть не только у крупных планет, но и у астероидов и, возможно, даже у ядер комет. В целом, спутники сейчас кажутся весьма притягательным объектом исследования, а возможно, и будущей колонизации.

Литература

Бурба Г.В. Номенклатура деталей рельефа галилеевых спутников Юпитера. М.: Наука, 1984.

Ксанфомалити Л.B. Спутники внешних планет и Плутон. М.: Знание, 1987.

Марков Ю. Курс на Марс. М.: Машиностроение, 1989.

Силкин Б.И. В мире множества лун. М.: Наука, 1982.

Тейфель В.Г. Планеты-гиганты. М.: Наука, 1964.

Спутники Юпитера. Под ред. Д. Моррисона. М.: Мир, 1986.

Глава XIII

ПЫЛЕВЫЕ ОКОЛОПЛАНЕТНЫЕ КОМПЛЕКСЫ

Единственным известным пылевым комплексом в Солнечной системе долго оставалось кольцо Сатурна. Позднее к нему был добавлен пояс малых планет, зодиакальный свет, кольца всех планет-гигантов, гипотетический рой частиц вокруг орбит спутников Марса. Лавина наблюдательных данных, полученных земными обсерваториями и космическими аппаратами, позволяет, по крайней мере частично, понять строение, происхождение и жизнь комплексов, о чем и идет речь в статье.

Введение

Во времена И. Ньютона Солнечная система представлялась совершенной пустотой, в безбрежных просторах которой плавали планеты с их немногочисленными спутниками. Уникальным и странным образованием на краю системы маячил Сатурн с его кольцом непонятной природы. Позднее математики (среди них такие корифеи, как П. Лаплас, Дж. Максвелл, С.В. Ковалевская, П.Г. Боль) доказали, что сплошным твердым телом кольцо быть не может. Если даже оно сделано из идеального сверхпрочного материала, выдерживающего приливные и центробежные нагрузки, из-за неустойчивости своего движения оно должно за короткое время врезаться в центральную планету. В действительности же оно должно рассыпаться на множество осколков. Теперь известно, что кольцо Сатурна представляет собой практически плоский рой частиц — от пылинок до декаметровых глыб. Первое экспериментальное подтверждение этого факта принадлежит пулковскому астроному А.А. Белопольскому, определившему по доплеровскому смещению спектральных линий лучевые скорости частиц. Оказалось, что угловая скорость тем выше, чем ближе частица к планете в согласии со вторым законом Кеплера.

В системе Сатурна благодаря его большой сплюснутости выделенное положение занимает экваториальная плоскость. Теоретики быстро выяснили, что плотный рой частиц вблизи сжатой планеты просто обязан быть плоским экваториальным. Частые неупругие столкновения гасят поперечные и радиальные колебания и выравнивают трансверсальные скорости в соответствии с законом площадей, так что частицы, первоначально заполнявшие торообразную область, быстро переходят на круговые орбиты в экваториальной плоскости.

Возвращаясь в прошлое, отметим, что кольцо Сатурна стало первым известным в Солнечной системе пылевым комплексом — так будем называть собрание твердых частиц размерами от микрометра до километра. Позднее выяснилось, что в известном смысле вся Солнечная система представляет собой подобный комплекс. В поясе малых планет из-за постоянных столкновений образуется множество все более мелких частиц. К такому же результату приводит дезинтеграция комет. Указанные частицы мы регистрируем как метеоры и метеориты. Мелкая фракция проявляет себя как зодиакальный свет, перемещаясь к Солнцу благодаря эффекту Пойнтинга-Робертсона. Последний означает торможение солнечным излучением: даже падающие перпендикулярно траектории солнечные фотоны имеют относительно движущейся частицы компоненту скорости, направленную против движения, т.е. тормозящую, подобно тому как вертикально идущий в безветренную погоду дождь бьет бегущему всегда в лицо. Гелиоцентрические пылевые пояса обладают интереснейшими свойствами, но нельзя объять необъятное, и дальше мы будем говорить лишь о планетоцентрических комплексах, упомянув об околосолнечном лишь ради общей картины.

Вплоть до недавнего времени кольцо Сатурна считалось уникальным, не имеющим аналогов и потому с величайшим трудом поддающимся исследованию. Даже два основных вопроса оставались без ответа. Во-первых, откуда кольцо взялось? Во-вторых, почему оно не исчезло? Обсуждалась гипотеза образования кольца разрушением спутника приливными силами. Но обоснованность гипотезы едва превышала уровень знаменитого «а почему бы и нет!» С ответом на второй вопрос было еще хуже. Кольцо из камушков и песчинок несравненно устойчивее сплошного. Но и оно за миллиарды лет существования Солнечной системы должно было по существовавшим в небесной механике представлениям разрушиться. Время от времени столкновения частиц друг с другом все же происходят. Орбитальная энергия в результате этих процессов перераспределяется и в среднем уменьшается. Небольшая часть метеороидов кольца покидает систему Сатурна, большая выпадает на его поверхность. За космогоническое время кольцо должно если не исчезнуть, то истончиться и перестать быть видимым с Земли даже в крупные телескопы. Логика подсказывает три возможных решения парадокса видимости мощного кольца.