Разведка далеких планет

Можно было бы отнести этот объект к группе кентавров, но возникло немало вопросов. Например, почему эта странная комета имеет только направленный к Солнцу аномальный хвост, состоящий из крупных пылинок, нечувствительных к давлению солнечных лучей. Где же обычный для комет газовый хвост, повернутый от Солнца? И что представляют собой другие астероиды, движущиеся по вытянутым орбитам: быть может, при рассмотрении в мощные телескопы у них тоже обнаружатся хвостики и кома? До сих пор неясными остаются строение и эволюционный статус «комето-астероидов»: особые ли это тела, или под поверхностью многих астероидов находятся залежи льда, который при сильном нагревании или соударении с другим астероидом имитирует кометное поведение?

Тайна «комето-астероидов» стала приоткрываться только в октябре 2009 г., когда на поверхности астероида 24 Фемида с помощью ИК-телескопа NASA (Мауна-Кеа, о. Гавайи) американские астрономы Эндрю Ривкин, Джошуа Эмери, Умберто Кампинс и их коллеги обнаружили снег, в котором довольно много органического вещества, включая полициклические ароматические углеводороды (ПАУ). Фемида – крупное тело диаметром около 200 км, она движется в диапазоне от 2,7 до 3,5 а. е. от Солнца. Температура ее поверхности – около -114 °C. Учитывая расстояние от Солнца, это довольно высокая температура; она объясняется темной поверхностью Фемиды, которая отражает менее 7 % света, напоминая своей чернотой поверхность Луны или свеженакатанный асфальт. Удивительно, как при таком поглощении тепла Фемида смогла сохранить на поверхности водяной лед. Однако наблюдения показывают, что слой замерзшей воды покрывает всю поверхность астероида. Толщина этого слоя неизвестна. Он может испаряться и постоянно подпитываться из недр; тогда запасы воды велики. Но, возможно, обнаруженная вода «синтезируется» в тонком поверхностном слое из бомбардирующих его протонов солнечного ветра и атомов кислорода, входящих в состав окислов грунта. Авторы открытия считают, что льда на астероиде много и что он не единственный такой. Льдистым астероидам уже придумали название – кометы Главного пояса (main-belt comets, MBCs). Возможно, члены именно этого семейства занесли когда-то на Землю воду и органику. Нужны новые наблюдения и новые открытия.

Это относится и к планетам-карликам. Их исследования продвигаются медленно, поскольку требуются гигантские телескопы с фантастическим качеством изображений. Новое поколение телескопов диаметром 20:50 м сможет разрешить многие проблемы, над которыми бьются сейчас астрономы. Внешняя граница пояса Койпера располагается на расстоянии около 50 а. е., где существует орбитальный резонанс 2:1 с Нептуном; далее число объектов резко уменьшается, в основном там присутствуют члены рассеянного диска, имеющие вытянутые и сильно наклоненные орбиты.

Объекты за Нептуном пока трудно отнести к какому-либо классу – к каменистым астероидам или к ледяным ядрам комет. Новооткрытые тела в большинстве своем имеют темную красноватую поверхность, что указывает на ее древний состав и возможное присутствие органических соединений. С помощью гигантских телескопов можно будет детально изучить спектры этих тел, выяснить их состав и, может быть, даже получить четкие изображения поверхности. К наиболее интересным из них нужно будет отправлять зонды.

Однако пояс Койпера, рассеянный диск и группа обособленных объектов с большими перигелиями (detached objects) – это еще не последние рубежи Солнечной системы. Далеко за ними на основе изучения комет предполагается существование объектов облака Хилса (Hills cloud objects) и еще более далеких объектов облака Оорта (Oort cloud objects), о которых почти ничего не известно. Так что для разведчиков далеких планет еще осталось много белых пятен даже в пределах нашей родной Солнечной системы.

8. Планеты-спутники

«Семья Солнца» – так в русском переводе называется книга известного американского астронома Фреда Уипла, имеющая подзаголовок «Планеты и спутники Солнечной системы» (М.: Мир, 1984). Сегодня, окидывая взглядом это множество космических «родственников», хочется назвать их не семьей, а племенем, в котором несколько семей совместно живут в одной деревне под руководством верховного вождя. Разумеется, вождь – это Солнце; в его лучах греются окружающие: лучше других согреваются приближенные, но и далеким кое-что достается. Гравитация Солнца поддерживает общий порядок и сплоченность племени, не вмешиваясь, однако, с мелочной опекой в семейные дела. А семьи, как вы поняли, – это планеты с их спутниками. Среди них нет двух одинаковых, хотя у них есть нечто общее – иерархия.

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.

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, CFHT.

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.

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 из 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.