Солнечная система (Астрономия и астрофизика) - Сурдин Владимир Георгиевич - Страница 71

Столкновительный механизм, созидающий и разрушающий кольца, безусловно, также действует. Так, в системе Урана лишь внешнее плотное колечко ε находится вне аэродинамической опасности. Частицы остальных тонких колец должны были бы выпасть на планету из-за сопротивления протяженной атмосферы. Снимки с «Вояджера-2» показывают шлейф мелкой пыли от ε вниз. Таким образом, все внутренние кольца Урана — это просто зоны, где пыль задерживается на некоторое время, прежде чем выпасть на планету.

Кольцо Е Сатурна — также результат динамического равновесия потоков вещества, поступающего от недавно открытых ледяных фонтанов Энцелада и от метеоритных ударов по поверхностям спутников в этой области и постепенно выпадающего из системы. Вообще большинство колец, как и мы с вами, живет за счет постоянного обновления материи, из которой они состоят. Роль столкновительного механизма пока неясна лишь для главных, наиболее плотных и устойчивых колец из крупных частиц. Часть ученых считают, что главные кольца — реликтовые образования, содержащие частицы многомиллиардолетнего возраста. Другая часть склоняется к тому, что продленный спутниками период полураспада кольца менее миллиарда лет, и мы наблюдаем пылевые комплексы, частицы которых значительно моложе планет и спутников. Кольца Юпитера, Урана, Нептуна — относительно старые равновесные образования; кольцо Сатурна относительно молодо и теряет вещества больше, чем получает извне.

Для решения вопроса желательны и новые экспериментальные данные, и усилия теоретиков. Нужно рассчитать поведение комплекса на 5 млрд. лет. Это гораздо труднее, чем на относительно короткий срок, так как — на первый взгляд — пренебрежимо малые силы могут изменить поведение системы. Вот простой пример. За тысячу лет из-за эффектов теории относительности перигелий Меркурия смещается на 7′, т.е. всего на четверть видимого с Земли диаметра Луны. Но за миллиард лет перигелий совершит 332 лишних оборота вокруг Солнца! Будем надеяться, что в ближайшее время возраст колец будет надежно установлен.

Где кольца внутренних планет?

Теперь ясна и ситуация с внутренними планетами. Меркурий и Венера лишены спутников и могли бы иметь лишь первичные кольца — механизм пополнения отсутствует. Но физические условия во внутренней области Солнечной системы гораздо менее благоприятны для выживания колец. Кольца из льда и инея (как у Сатурна) просто бы испарились. Силикатные или угольные частицы (как у Урана) вплоть до метровых размеров за миллиард лет упали бы на Венеру (на Меркурий гораздо раньше) под действием эффекта Пойнтинга-Робертсона.

Около Земли эффект Пойнтинга-Робертсона действует лишь в два раза слабее, чем у Венеры, и тоже должен разрушить гипотетическое первичное кольцо. Кроме того, сильным разрушителем в первый миллиард лет существования Земли была тяжелая Луна, находившаяся тогда в несколько раз ближе к Земле. Массивность Луны лишает нас и обновляющегося кольца. Как известно из опытов со сверхскоростными столкновениями, падение метеорита на поверхность небесного тела вызывает выброс огромных масс вещества: в 1000 и даже в 10000 раз больше массы ударника. В соответствии с законом сохранения энергии скорость вылетающих осколков раз в сто ниже. Поскольку вторая космическая скорость на поверхности Луны достаточно велика (2,4 км/с), то выброшенное вещество падает обратно на Луну и космос остается чистым. В действительности ситуация несколько сложнее. Осколки вылетают с разными скоростями, и ничтожная их часть все же попадает на геоцентрические орбиты. Поэтому плотность материи в околоземном пространстве чуть выше, чем в межпланетном. И на Земле в коллекциях метеоритов присутствует несколько десятков лунных осколков. Все же настоящего пылевого комплекса вокруг Земли быть не может, по крайней мере пока в Луну не врежется малая планета в десятки километров диаметром. Подобные события случаются раз в сотни миллионов лет, если не реже.

Обратимся к четвертой планете — Марсу. У него два крохотных спутника — Фобос и Деймос. Это, конечно, немного по сравнению с обширными семействами планет-гигантов. И все же описанный механизм запыления околомарсианского пространства должен действовать. По нашим расчетам, вокруг орбит Фобоса и Деймоса должны существовать торообразные рои мелких частиц. Плотность материи в них значительно ниже, чем в кольцах Сатурна, но все же в 10⁴ — 10⁶ раз выше плотности межпланетной среды. Марсианские пылевые комплексы объемны, концентрация к экваториальной плоскости существует, но выражена нерезко. Мы надеемся, что в ближайшем будущем экспедиции к Красной планете обнаружат предсказанные рои метеороидов, связанные с Фобосом и Деймосом, и исследуют их свойства.

Заключение

Роль метеоритной бомбардировки в жизни пылевых комплексов планет-гигантов и, возможно, Марса можно считать достоверно установленной. Петербургский физик Э.М. Дробышевский предложил гипотезу действия и другого механизма поступления вещества в окрестности планет-гигантов. Их крупные спутники богаты водяным льдом. Под действием космических лучей, солнечного ветра и ультрафиолетового излучения молекулы воды диссоциируют на водород и кислород. За миллионы лет ледяная кора насыщается гремучим газом, который пузырьками остается вкрапленным в лед. Падение метеорита или кометы вызывает химический взрыв, энергия которого выбрасывает в космос тонкую верхнюю оболочку спутника. В результате получается плотный тор, быстро эволюционирующий в кольцо. С течением времени кольцо деградирует — до следующего взрыва, возможно на другом спутнике. По Дробышевскому, последний взрыв в системе Сатурна произошел сравнительно недавно, тогда как в системах Юпитера, Урана и Нептуна — достаточно давно.

Заметим, что гипотеза химического взрыва пока не может считаться окончательной. Расчеты же по ударной модели содержат большие неопределенности: плохо известны распределения метеороидов по массам, расстояниям и скоростям. Поэтому необходимы дальнейшие наблюдения с земных обсерваторий и космических аппаратов, чтобы выяснить детали строения и эволюции пылевых околопланетных комплексов — специфических членов семьи Солнца.

Литература

Горькавый Н.Н., Фридман А.М. Физика планетных колец. М. Наука, 1994.

Рускол Е.Л. Происхождение Луны. М. Наука, 1975.

Кривов А.В., Соколов Л.Л., Холшевников К.В., Шор В.А. О существовании роя частиц в окрестности орбиты Фобоса // Астрономический вестник. 1991. Т. 25, №3. С. 317.

Глава XIV

МАЛЫЕ ТЕЛА СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ

Термин «малое тело Солнечной системы» (small Solar system body, SSSB) был принят Международным астрономическим союзом в 2006 г. для обозначения всех объектов Солнечной системы, не являющихся классическими планетами (Меркурий, Нептун) или планетами-карликами (dwarf planet). Таким образом, в число малых тел Солнечной системы попали все кометы; все традиционные астероиды (за исключением Цереры, отнесенной к планетам-карликам); все «кентавры» (centaur), движущиеся между орбитами планет-гигантов; все «троянцы», движущиеся по орбитам планет синхронно с ними, а также почти все объекты за орбитой Нептуна (trans-Neptunian object, TNO), кроме Плутона и Эриды, отнесенных в планетам-карликам. Спутники планет не входят в число малых тел Солнечной системы.

Не исключено, что со временем некоторые крупнейшие из малых тел Солнечной системы перейдут в разряд планет-карликов, если выяснится, что они имеют округлую форму, приобретенную под действием собственной гравитации (т.е. находятся в состоянии гидростатического равновесия). Очевидно, среди спутников планет некоторые входили когда-то в число малых тел Солнечной системы, а позже были захвачены на околопланетные орбиты; прежде всего это относится к иррегулярным внешним спутникам планет-гигантов. Что касается нижней границы масс малых тел Солнечной системы, то формально она не определена, и поэтому в их число можно включать даже мелкие объекты типа метеороидов размером 1—100 м. Поэтому в этой главе рассказано не только об астероидах и кометах, но также о метеорах и метеоритах.