Солнечная система (Астрономия и астрофизика)

Итак, угадать количество спутников Марса Свифту помог Кеплер. Но каким образом Свифт мог так точно предсказать размеры орбит спутников Марса? Когда спустя полтора столетия их действительно открыли, выяснилось, что расстояние Фобоса от центра Марса составляет 1,4 диаметра планеты, а Деймоса — 3,5. Свифт почти не ошибся! До сих пор эта «загадка Гулливера» не дает астрономам спать спокойно.

Быть может, именно благодаря Свифту и Вольтеру, каждый период противостояния Марса астрономы использовали для поиска у него спутников. Но удача долго никому не улыбалась. Наконец, в августе 1877 г. наблюдатель Морской обсерватории в Вашингтоне Асаф Холл (1829—1907), пользуясь в то время крупнейшим в мире 66-см рефрактором фирмы «Альван Кларк и сыновья», обнаружил два крохотных светила, следующие за Марсом в его движении среди звезд. Это оказались долгожданные спутники красной планеты! Любопытно, что Холл провел в их поисках много безуспешных ночей. Когда его охватило отчаяние, и он уже готов был прекратить наблюдения, лишь настойчивость его жены Хлои заставила астронома вернуться к телескопу. В память об этой удивительной женщине крупнейший кратер на Фобосе носит ее девичью фамилию — Стикни. Не забыт и Кеплер: его имя присвоено огромному разлому на Фобосе. А догадливые писатели — Свифт и Вольтер — удостоились кратеров на Деймосе.

Третья история случилась в XX в. Исследуя движение Фобоса, коллеги Холла по Морской обсерватории еще в 1929 г. заподозрили, что период его орбитального движения постепенно укорачивается. Это окончательно доказал в 1945 г. астроном Морской обсерватории Беван Персиваль Шарплесс (1904—1950), сделавший однозначный вывод — спутник медленно приближается к планете. Расчеты показали, что совсем скоро, через 15 млн. лет, произойдет космическая катастрофа — столкновение Фобоса с Марсом. Но в чем причина падения спутника?

Московский астрофизик И.С. Шкловский (1916—1985) обратил внимание, что Фобос и Деймос уникальны тем, что это самые маленькие (известные тогда) спутники планет. Особенно необычен Фобос. В первом издании своей популярнейшей книги «Вселенная, жизнь, разум» (1962) Шкловский писал о Фобосе: «Это единственный случай в Солнечной системе (если не считать искусственных спутников Земли), когда период обращения спутника вокруг планеты меньше периода вращения последней вокруг своей оси».

Рассмотрев возможные варианты, Шкловский решил, что причиной торможения Фобоса служит атмосфера Марса. Но крайне разреженная на такой высоте, она может эффективно тормозить спутник только в том случае, если его средняя плотность значительно ниже, чем у любого естественного тела. В 1959 г. Шкловский предложил «сумасшедшую идею»: Фобос — пустотелое сооружение, искусственный спутник Марса! Эта гипотеза вызвала взрыв энтузиазма среди сторонников существования жизни на Красной планете.

Увы, дальнейшие наблюдения за движением Фобоса показали, что Шарплес преувеличил эффект: Фобос приближается к Марсу довольно медленно, и его падение произойдет примерно через 100 млн. лет. Вероятно, это удастся объяснить обычным приливным влиянием планеты, подобным тому, которое вынуждает Луну удаляться от Земли. Вопрос для любознательных: почему приливный эффект вынуждает Луну удаляться от Земли, а Фобос — приближаться к Марсу?

После работы автоматических станций вблизи Марса ни у кого не осталось сомнения, что его спутники — естественные тела, весьма похожие на астероиды. Фотографии поверхности Фобоса и Деймоса передали на Землю американские «Викинги» и советские «Фобосы», специально посланные для исследования большей луны Марса. Хотя их программа не была выполнена полностью, но данных о Фобосе прибавилось. Взгляните на рис.: поражает обилие кратеров на столь мелком космическом теле...

Рис. Фобос.

Рис. Деймос.

Вероятно, Фобос и Деймос раньше были обычными астероидами. Случайно сблизившись с Марсом, они оказались захвачены на орбиту вокруг планеты. Один из наиболее продуктивных способов изучения небесных тел — доставка образцов их грунта в земные лаборатории. Астероиды давно интересуют ученых, но с Фобоса или Деймоса вернуть космический корабль намного проще, чем с большинства астероидов. Поэтому сейчас активно разрабатывают проект доставки вещества марсианских спутников на Землю. Впрочем, не исключено, что в наших лабораториях уже есть образцы с Фобоса.

Спутники Юпитера

«Сперва я принял их за неподвижные звезды, — пишет Галилей в «Звездном вестнике». — Однако они привлекли мое внимание тем, что лежали на прямой линии, параллельно эклиптике, и сверкали ярче, чем иные звезды. Две из них были к востоку от Юпитера, одна — к западу. Однако, когда я на следующий день взглянул на них, я обнаружил, что они сгруппировались по-другому…». Открытые Галилеем в январе 1610 г., спутники Юпитера привлекли не только его внимание: в том же году их независимо открыл немецкий астроном Симон Марий (1573—1624) и предложил назвать их именами из древнегреческих мифов. Ио — возлюбленная Юпитера/Зевса, которую, спасая от гнева своей жены Геры, он превратил в белоснежную телку. А нимфу Каллисто Зевс по той же причине превратил в медведицу, а позже поместил на небо в виде Большой Медведицы. Прекрасную финикянку Европу Зевс похитил, приняв облик могучего быка. Юноша Ганимед прислуживал Громовержцу на пирах. А все вместе эти четыре ярких спутника Юпитера обычно называют «галилеевыми» в честь первооткрывателя.

Люди с острым зрением при отличных условиях наблюдения замечают галилеевы спутники без оптических приборов в виде «отростков» Юпитера, напоминающих поля шляпы. А бинокль дает каждому возможность увидеть их. Вооружившись небольшим телескопом типа «Мицар», можно наблюдать явления в системе Юпитера: то спутники входят в тень планеты, то тень от спутника падает на диск Юпитера, то спутники проходят на фоне диска планеты. Наблюдать эти события очень интересно! Моменты наступления этих явлений вычислены заранее и опубликованы в Астрономическом календаре на текущий год. Иногда в системе Юпитера происходят еще более захватывающие события, которые называют взаимными явлениями в системе спутников. Это когда тень от одного спутника падает на другой спутник, или наблюдается покрытие одного спутника другим. Точно фиксировать моменты наступления этих событий важно для улучшения теории движения спутников Юпитера. Здесь даже любительские наблюдения могут быть полезны для науки.

Размеры галилеевых спутников столь велики, что уже в телескоп с 200-кратным увеличением можно заметить их диски. Каждый из них крупнее и массивнее маленькой планеты Плутон, три превосходят Луну, а самый крупный — Ганимед — даже превосходит (размером, но не массой) настоящую планету Меркурий. Исследования с Земли дали мало информации о системе Юпитера: издалека все спутники казались похожими друг на друга. Но пролеты вблизи Юпитера американских зондов «Вояджер-1 и -2» (1979 г.) открыли удивительный мир галилеевых спутников, каждый из которых оказался оригинальной и ни на что не похожей маленькой планетой. Однако их систематическое исследование началось лишь с декабря 1995 г., когда в систему Юпитера прибыл его первый искусственный спутник «Галилео». Он передал подробные изображения поверхности галилеевых спутников, на которых различимы детали размером в несколько метров. Изучение этих снимков открыло новую главу в планетологии.

Взаимное влияние галилеевых спутников друг на друга и на пролетающие мимо них аппараты позволило определить массы спутников и вычислить их среднюю плотность. Оказалось, что плотность спутников уменьшается по мере удаления от Юпитера: плотность Ио составляет 3,6 г/см³; Европы — 3,0; Ганимеда — 1,9 и Каллисто — 1,8. Как известно, средняя плотность планет также уменьшается с удалением от Солнца. Это наводит на мысль, что система спутников Юпитера представляет миниатюрную копию Солнечной системы. Вероятно, процессы их формирования были в чем-то сходны. Поскольку других аналогов Солнечной системы мы пока не знаем или, во всяком случае, не можем изучать так детально, как систему Юпитера, планетологи исследуют ее с большим энтузиазмом.

Различие в плотностях спутников свидетельствует о различной доле льда в их недрах. У Ганимеда и Каллисто доля водяного льда не менее 50% по массе. Немало воды и на Европе: вся ее поверхность покрыта толстым слоем льда. А вот на поверхности Ио воды не обнаружено совсем. Таким образом, чем ближе спутник к Юпитеру, тем больше в его составе тугоплавких и меньше летучих элементов. Планетологи объясняют эту закономерность тем, что молодой Юпитер был весьма горяч. Как маленькое солнышко он разогрел окрестности и лишил ближайшие спутники летучих элементов.

Ио

Ио — самый экзотический спутник в свите Юпитера. «Вояджеры» первыми обнаружили на ее поверхности десятки действующих вулканов, мощные извержения которых заметно меняют внешний вид поверхности Ио буквально за считанные месяцы. Это подтвердили и многолетние наблюдения с борта «Галилео», который обнаружил на Ио 74 новых вулкана, так что их общее число достигло 120. После того, как в конце 2002 г. «Галилео» прекратил свое существование, нырнув в атмосферу Юпитера, наблюдения за вулканической активностью Ио продолжились при помощи 10-метровых телескопов «Кек» с системой адаптивной оптики.