Вы здесь: Главная > Вселенная > Межпланетные истории

Межпланетные истории

.

Со стороны наша Солнечная система смотрится пусто. Если поместить ее в шар такого размера, чтобы в него вписалась орбита Нептуна, то само Солнце со всеми своими планетами и их лунами займет внутри этого шара чуть больше одной триллионной доли всего пространства. Это если предположить, что межпланетное пространство по сути своей пустое. Однако при более близком рассмотрении оказывается, что между планетами можно найти самые разные предметы — крупные камни, камешки и каменную крошку, ледяные снежки, пыль, потоки заряженных частиц и даже созданные человеком и отправленные им далеко-далеко исследовательские станции. Межпланетное пространство также наполнено невероятно мощным гравитационным воздействием и пронизано магнитными полями, невидимыми в буквальном смысле этого слова, но способными оказывать существенное влияние на объекты в своем окружении.

Такие сравнительно малые объекты и космические силовые поля представляют собой серьезную угрозу для каждого, кто надумает перемещаться с места на место по нашей Солнечной системе. Самые крупные из этих объектов могут угрожать и непосредственно жизни на Земле, если им доведется столкнуться с нашей планетой — что они весьма редко, но все же делают — на скорости, насчитывающей множество миль в секунду.
Локальные регионы космоса настолько «непустые», что Земля, выполняя свое орбитальное путешествие вокруг Солнца со скоростью 30 км/с, вынуждена ежедневно прокладывать себе дорогу сквозь тонны самого разного межпланетного вещества, большая часть которого представлена частицами размером не более песчинки. Почти все это вещество сгорает в верхних слоях атмосферы Земли, врезаясь в воздух с такой силой, что его частицы просто испаряются на месте. Хрупкие земные биологические виды появились и эволюционировали под защитой этого чудесного воздушного одеяла. Предметы размером с мячик для гольфа — космический мусор покрупнее — нагреваются очень быстро, но неравномерно; они часто разлетаются на более мелкие куски, прежде чем испариться. Еще более крупные объекты, будучи опаленными снаружи, как минимум частично прокладывают-таки себе путь дальше — в направлении Земли. Казалось бы, к сегодняшнему дню, после 4,6 миллиарда оборотов вокруг Солнца, Земля должна была бы уже расправиться со всем возможным межпланетным веществом, что только могло встретиться у нее на пути за все эти годы. Не сомневайтесь: здесь налицо явный прогресс — ведь когда-то все было еще хуже. В течение первого полумиллиарда лет после образования Солнца и его планет на Землю непрестанно падало столько всякого мусора, что суммарной энергии этих столкновений хватило на то, чтобы хорошенько разогреть атмосферу нашей планеты и стерилизовать ее поверхность.
Один ломоть космического мусора оказался столь огромным, что столкновение с ним привело к образованию Луны. Неожиданная скудность железа и других элементов с высокой массой на Луне, обнаруженная благодаря анализу образцов лунного камня, доставленного астронавтами корабля «Аполлон» на Землю, показывает: Луна с большой вероятностью состоит из вещества, выплеснутого с поверхности Земли (в составе коры которой довольно мало железа) и частично зачерпнутого из ее мантии в результате косого столкновения нашей планеты со сбившейся с пути протопланетой размером с Марс. Некоторая часть отброшенных на орбиту обломков, оставшихся после этой космической аварии, сгруппировалась, чтобы образовать собой наш замечательный и не очень плотный спутник. Возможно, это наиболее достойное газетных передовиц происшествие из тех, что состоялись около 4,5 миллиарда лет назад. При этом в тот период основательной бомбардировки, который пришлось пережить Земле в годы своего младенчества, через подобное испытание прошли и все остальные планеты, а также другие крупные объекты нашей Солнечной системы. Всем им был нанесен ущерб; поверхности Луны и Меркурия, из-за отсутствия воздуха не подверженные естественной эрозии, все еще сохранили большинство особенностей рельефа, образовавшихся в те времена.
Вдобавок к беспорядку, оставшемуся в космосе после этой эпохи формирования, в межпланетном пространстве также имеются камни и обломки самых разных размеров, прилетевшие с Марса, Луны и, возможно, Земли в результате смещений вещества, вызванных воздействием интенсивной внешней нагрузки. Компьютерные симуляции метеоритных дождей приводят нас к заточению, что в таких случаях некоторые из камней, расположенные на поверхности объекта у самого эпицентра взрыва, в момент падения на него метеорита взмывают вверх со скоростью, достаточной для того, чтобы преодолеть силу притяжения. Изучив метеоритные дожди марсианского происхождения, выпадающие на Землю, мы можем заключить, что ежегодно на нашу планету в виде такого дождя прибывает примерно тысяча тонн каменных осадков с Марса. Возможно, примерно столько же вещества прилетает к нам и с Луны. Получается, было вовсе не обязательно летать на Луну, чтобы заполучить несколько кусков лунного камня — ведь десятки их сами прибыли к нам на Землю; правда, это сильно сузило бы наши возможности выбрать самый симпатичный камень исследований, да и в любом случае — во время реализации программы «Аполлон» мы об этом еще и не подозревали.
Существовала ли когда-нибудь жизнь на Марсе? Если да, то, скорее всего, это было очень давно — несколько миллиардов лет назад, когда по поверхности планеты еще свободно текли воды; тогда ничего не подозревающие бактерии, надежно упрятанные в полостях и трещинах (особенно трещинах) выброшенных с Марса камней, вполне могли добраться до нашей Земли «зайцами». Мы уже знаем, что определенные типы бактерий могут выживать в течение долгих периодов гибернации, а также способны переносить высокие дозы радиоактивного облучения, которое было бы неизбежно на пути от Марса к Земле. Космическая доставка бактерий с одной планеты на другую не является ни безумной идеей, ни выдумкой писателей-фантастов. У этого понятия даже есть очень важно звучащее название: панспермия. Если на Марсе жизнь образовалась раньше, чем на Земле, и если простейшие формы жизни проследовали с Марса на Землю, оседлав блудные марсианские камни, и оплодотворили ее, тогда все мы можем считать себя потомками марсиан. Кто-то может даже сказать: раз такое дело, то и не стоит больше волноваться за экологию планеты каждый раз, когда кто-нибудь из астронавтов случайно чихнет прямо на поверхность Марса, распространяя вокруг микробы и бактерии. Ну а если серьезно, то если все мы по происхождению марсиане — ученые многое отдали бы за то, чтобы отследить маршрут, которым жизнь прибыла с Марса на Землю. Так что и к чихающим астронавтам надо продолжать относиться строго.
Большинство астероидов Солнечной системы проживают и работают в «основном поясе» — относительно плоском регионе, окружающем Солнце где-то между орбитами Марса и Юпитера. По традиции открыватели астероидов могут называть их как им заблагорассудится. Художники нередко изображают пояс астероидов в виде захламленного каменистого региона в плоскости Солнечной системы, однако на самом деле каждый из них расположен в миллионах миль друг от друга и на самом разном расстоянии от Солнца; так или иначе, суммарная масса объектов астероидного пояса составляет менее 5 % массы Луны, которая, в свою очередь, с трудом переваливает за 1 % от массы Земли. На первый взгляд все это ничего не значит, однако астероиды тихо и ненавязчиво представляют собой настоящую космическую угрозу нашей планете в долгосрочной перспективе. Накапливающиеся смещения их орбит постоянно образуют опасные совокупности астероидов — возможно, из нескольких тысяч объектов, — чьи вытянутые по форме маршруты проходят достаточно близко к Солнцу для того, чтобы рано поздно они могли пересечься с земной орбитой, и тогда возникнет возможность столкновения. Ряд простейших подсчетов демонстрирует, что большая часть этих астероидов действительно упадет на Землю в ближайшие несколько сотен миллионов лет. Объекты крупнее мили от края до края обладают достаточной энергией для того, чтобы дестабилизировать экосистему Земли и отправить большую часть ее обитателей на грань вымирания. Как-то не очень хорошо получается.
В то же время астероиды — далеко не единственные космические объекты, которые представляют собой потенциальную угрозу Земле. Голландский астроном Ян Оорт первым догадался, что в холодной глубине межзвездного пространства, намного дальше от Солнца, чем любая из его планет, целые группы замороженных останков более ранних стадий формирования Солнечной системы все еще вращаются вокруг нашей звезды. Это облако Оорта, состоящее из мириад комет, простирается навстречу другим звездам, в тысячи раз превышая размеры планетной системы Солнца, — в некоторых местах его внешняя граница оказывается практически на полпути к ближайшим из этих звезд.
Современник Оорта, ученый голландско-американского происхождения Джерард Койпер, высказал предположение, что часть этих ледяных объектов когда-то входила в состав того диска вещества, из которого образовались планеты, и что теперь они вращаются вокруг Солнца на расстояниях, значительно превышающих расстояние от Солнца до Нептуна, но основательно не дотягивающих до исключительно далеких комет облака Оорта. Все вместе эти объекты образуют так называемый пояс Койпера. Он представляет собой широчайшую полосу, усыпанную кометами, которая начинается чуть далее внешней границы орбиты Нептуна, включает в себя Плутон и уходит еще дальше на расстояние, в несколько раз превышающее расстояние от Нептуна до Солнца. Самый удаленный из известных нам объектов пояса Койпера называется Седна (в честь эскимосского божества) и насчитывает в диаметре примерно две трети диаметра Плутона. Так как поблизости от них нет больших планет, которые оказывали бы на них какое-либо воздействие, большинство комет пояса Койпера будут сохранять свои орбиты на протяжении многих миллиардов лет. Как и в астероидном поясе, определенные группы объектов пояса Койпера движутся по довольно эксцентричным орбитам, перебегающим иногда дорогу другим планетам. Так, орбита Плутона, который следует воспринимать как исключительно крупную комету, а также орбиты его младших братьев и сестер, которые все вместе называются плутино, пересекаются с орбитой, совершаемой Нептуном вокруг Солнца. Другие объекты пояса Койпера, смещенные со своих привычно широких орбит, иногда ныряют в самую глубину Солнечной системы, с нескрываемым азартом пересекая орбиты других планет. В эту группу шалунов входит среди прочих и комета Галлея — самая известная из них.
Облако Оорта отвечает за содержание так называемых долго периодических комет — тех, что совершают свой полный оборот вокруг Солнца гораздо дольше, чем в среднем живет человек. В отличие от комет пояса Койпера кометы из облака Оорта могут проливаться ледяным дождем на внутренние области Солнечной системы под любым углом и в любом направлении. Самая яркая за последние 30 лет комета Хякутакэ в 1996 году прилетела из облака Оорта и пролетела высоко над плоскостью Солнечной системы. В ближайшее время она никоим образом не вернется в наши космические окрестности.
Если бы наши глаза могли видеть магнитные поля, Юпитер казался бы нам в десять раз крупнее полной Луны. Космические корабли, предназначенные посещений Юпитера, должны быть построены таким образом, чтобы достойно противостоять его мощному магнитному излучению. Как обнаружили в 1831 году английский химик и физик Майкл Фарадей, если провести проволокой внутри магнитного поля, вдоль всей ее длины образуется разница в напряжении тока. Именно поэтому быстро движущиеся космические исследовательские станции, сделанные из металла, способны генерировать электрический ток внутри самих себя. Эти электротоки взаимодействуют с локальным магнитным полем, заме, скорость движения станции. Этим наверняка можно объяснить таинственное замедление двух кораблей «Пионер» в момент покидания ими Солнечной системы. Запущенные в 1970-х годах корабли «Пионер-10» и «Пионер-11» ушли не так далеко в космос, как должны были согласно прогнозам наших динамических моделей их путешествий. Приняв в расчет и воздействие космической пыли, с которой они встретились на своем пути, и сбои в работе кораблей в связи с подтекающими топливными баками, концепцию магнитного взаимодействия в нашем случае со стороны Солнца все же сочли наилучшим объяснением замедления движения обоих «Пионеров».
Усовершенствованные методы обнаружения и космические зонды увеличили количество известных нам планетных лун так быстро, что подсчитывать луны во Вселенной стало практически немодным и бессмысленным: кажется, они множатся даже сейчас, пока мы с вами тут общаемся. Но что важнее всего сегодня, так это понять: есть ли среди них такие луны, которые было бы действительно интересно посетить и изучить. В чем-то луны Солнечной системы даже интереснее планет, вокруг которых они вращаются. Две луны Марса, Фобос и Деймос, встречаются, к примеру (правда, под другими именами), в классическом романе Джонатана Свифта «Путешествия Гулливера», написанном в 1726 году. Правда, эти две маленькие луны был впервые обнаружены более века спустя; если только он не обладал телепатическими способностями, Свифт, вероятно, решил взять некое промежуточное число лун между одной уже известной земной и четырьмя известными тогда лунами Юпитера.
Диаметр нашей Луны составляет примерно 1/400 диаметра Солнца, но и расстояние до нее от Земли равно примерно 1/400 расстояния от нас до Солнца; потому-то Луна и Солнце и выглядят в небе одинаковыми по размеру — такого совпадения у других планет и их лун в нашей Солнечной системе больше не встречается, а ведь в результате его земляне могут, помимо прочего, наслаждаться исключительно зрелищными полными солнечными затмениями. Земля также синхронизировала период вращения Луны, приравняв его к периоду одного полного оборота Луны вокруг самой Земли Это произошло вследствие гравитационного воздействия Земли на Луну: оно с большей силой воздействует на более плотные части недр Луны, заставляя ее все время оборачиваться ими в сторону Земли и нейтрализуя ее собственное вращение. Когда бы и где бы это ни происходило — а с четырьмя крупными лунами Юпитера дела обстоят именно таким образом, — синхронизированная луна всегда смотрит на свою планету-хозяйку одной и той же стороной.
Астрономы были потрясены системой лун Юпитера, когда им впервые довелось ее хорошенько рассмотреть. Ио, крупная луна, расположенная ближе всего к Юпитеру, подверглась приливной синхронизации и структурному стрессу вследствие своих гравитационных взаимодействий с Юпитером и другими крупными лунами; эти взаимодействия накачали Ио достаточным количеством энергии (по размеру она примерно соответствует нашей Луне), чтобы ее каменистое нутро частично расплавилось. Из-за этого она является сегодня самым вулканически активным объектом Солнечной системы. Вторая по размеру крупная луна Юпитера — Европа — содержит в своем составе достаточно H2O, чтобы ее внутреннее тепло, рождающееся вследствие тех же взаимодействий, что оказывают влияние и на Ио, растопило ее приповерхностный слой льда: из-за этого ее поверхность представляет собой плотную ледяную корку, под которой плещется океан.
Масштабные изображения поверхности Миранды, одной из лун Урана, демонстрируют рваные и несимметричные узоры, словно эту несчастную луну в свое время разорвали на части, а потом наспех склеили обратно. Происхождение этих экзотических свойств луны покрыто тайной, хотя в целом оно может быть результатом чего-то довольно простого — например, неравномерного вздымания ледяных пластин.
Одинокая луна Плутона — Харон — настолько большая по сравнению с ним и настолько близко к нему расположена, что Плутон и Харон синхронизировали свои приливные силы друг с другом: это означает, что у обоих объектов период вращения равен периоду обращения вокруг их общего центра тяжести. Так уж сложилось, что астрономы дают названия лунам планет, выбирая их из числа персонажей древнегреческой мифологии, сыгравших важную роль в жизни того божества, в честь которого названа сама планета (хотя, если быть точными, планеты получают названия по имени древнеримского божества, аналогичного древнегреческому, — вспомним тех же Юпитера и Зевса). Боги классической мифологии вели сложную и многогранную общественную жизнь, поэтому персонажей для их лун всегда оказывается более чем достаточно: выбирай любого!
Сэр Уильям Гершель был первым человеком, обнаружившим планету за пределами тех, что можно разглядеть невооруженным глазом, и он был преисполнен готовности назвать ее в честь короля, который поддерживал его научную деятельность. Если бы сэру Уильяму повезло, список наших планет тогда выглядел бы так: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн и… Георг. К счастью, светлые умы смогли переубедить его, и еще через несколько лет новая планета получила свое классическое имя Уран. Однако оригинальное предложение Гершеля называть луны этой планеты в честь персонажей пьес Шекспира и поэмы Александра Поупа «Похищение локона» было принято — и этой традиции придерживаются и сегодня. Среди 17 лун Урана у нас уже есть Ариэль, Корделия, Дездемона, Джульетта, Офелия, Порция, Пак и Умбриэль, а еще две новые луны — Калибан и Сикоракса — были открыты относительно недавно — в 1997 году.
Солнце теряет материал со своей поверхности со скоростью около 200 миллионов тонн в секунду (что, так уж вышло, практически соответствует скорости, с которой вода пересекает Амазонский бассейн). Он покидает Солнце в форме солнечных ветров, которые состоят из высокоэнергичных заряженных частиц. Путешествуя со скоростью до 1000 миль в секунду[48], эти частицы текут сквозь межпланетное пространство, где многие из них постепенно отклоняются от курса под воздействием магнитных полей планет. Соответственно, такие частицы входят в штопор и устремляются к северному и южному магнитным полюсам планеты, сталкиваясь с молекулами атмосферного газа и вызывая красочное авроральное свечение (или, попросту говоря, полярное сияние). Космический телескоп Хаббла обнаружил такое свечение в районе полюсов Сатурна и Юпитера. На Земле северное и южное полярное сияние служат нам периодическим напоминанием о том, как это мило — иметь над головой защищающую тебя от самых разных бед атмосферу.
Технически говоря, атмосфера Земли простирается над ее поверхностью гораздо дальше, чем мы привыкли считать. Спутники на «низких околоземных орбитах» обычно передвигаются на высоте от 100 до 400 миль[49], завершая полноценный оборот вокруг Земли за 90 минут. Хотя дышать на такой высоте невозможно, какое-то количество молекул атмосферы там все же имеется — и его достаточно для того, чтобы медленно поглощать орбитальную энергию ничего не подозревающих спутников. Чтобы противостоять этой утечке энергии, спутники на низких орбитах задействуют системы периодического ускорения; в противном случае они просто упадут обратно на Землю и сгорят в ее атмосфере. Самый разумный способ определить «край» атмосферы — задаться вопросом о том, на каком расстоянии от Земли плотность атмосферных газов падает до уровня плотности молекул газа в разреженном межпланетном пространстве. Исходя из данного принципа получается, что атмосфера Земли простирается ввысь на многие тысячи На гораздо большей высоте — примерно на уровне 23 000 миль[50] над поверхностью Земли (это около одной десятой расстояния от нас до Луны) — вращаются телекоммуникационные спутники, обеспечивающие нас новостями и красивыми картинками «видов сверху». На этой особенной высоте ситнику не только нет дела до атмосферы Земли, но и оказывается, что за счет уменьшившегося земного притяжения его орбитальная скорость падает до уровня, когда ему нужно целых 24 часа того, чтобы завершить каждое вращение вокруг нашей планеты. Описывая орбиты, которые в точности соответствуют скорости вращения Земли, эти спутники, по сути, зависают в одной и той же точке над экватором, что делает их идеальными посредниками для передачи сигналов от одного к другому.
Закон всемирного тяготения Ньютона утверждает, что, несмотря на ослабевание силы притяжения конкретной планеты по мере удаления от нее, нет такого расстояния, на котором сила гравитационного воздействия упала бы до нуля и что объект с огромной массой способен оказывать гравитационное воздействие даже на очень больших расстояниях. Планета Юпитер со своим мощным гравитационным полем обезвреживает множество комет, которые в противном случае бушевали бы во внутренних регионах Солнечной системы, нанося ей материальный ущерб. Таким образом, Юпитер выступает в качестве гравитационного щита для нашей Земли, обеспечивая ей (и нам!) долгие периоды относительного мира и спокойствия (от 50 до 100 миллионов лет). Без защиты Юпитера сложным формам жизни вряд ли удалось бы заделаться такими уж сложными, ведь они постоянно рисковали бы быть уничтоженными каким-то разрушительным воздействием прямо из космоса.
Мы эксплуатируем гравитационные поля планет практически при каждом запуске в космос исследовательского зонда. Например, исследовательская станция «Кассини», отправленная в космос встречи с Сатурном ближе к концу 2004 года, была запущена с Земли 15 октября 1997 года и с тех пор испытала на себе вспомогательное влияние гравитации Венеры дважды, Земли — один раз (на обратном пути) и Юпитера (тоже один раз). Словно бильярдный удар с попаданием сразу в несколько лунок, построение траекторий объектов от одной планеты до другой с использованием таких гравитационных рогаток распространено довольно сильно. В противном случае нашим крошечным и храбрым космическим зондам не хватало бы скорости и энергии того, чтобы добраться до своего пункта назначения.
Один из нас теперь в ответе за кусочек межпланетного вещества нашей Солнечной системы. В ноябре 2000 года астероид 1994KA из основного пояса; обнаруженный Дэвидом Леви и Кэролайн Шумейкер, получил название 13 123 Тайсон. Это, конечно, довольно приятно, но особых причин зазнаваться все же нет; как-никак, огромное количество астероидов зовутся Джоди, Хэрриет Томас. Есть и такие астероиды, которые называются Мерлин, Джеймс Бонд и даже Санта. Переваливая уже за 20 000 штук, список астероидов с устоявшимися орбитами (за что они и получают свои номера и имена) скоро основательно затруднит нам процесс их именования. Дойдет до такого когда-нибудь или нет, неясно, но почему-то особенно приятно знать, что чей-то персональный объект космического хлама не одинок там, наверху, — ведь он изящно захламляет пространство между планетами в компании огромного количества других подобных объектов, получивших свои названия в честь реальных и вымышленных персонажей.
Насколько известно на данный момент, 13 123 Тайсон направляется совсем не в нашу сторону, так что нельзя винить его в том, что он был началом станет концом всей жизни на Земле.

  • Digg
  • Del.icio.us
  • StumbleUpon
  • Reddit
  • Twitter
  • RSS

Комментирование записей временно отключено.