1. Obshee stroenie Solnechnoi sistemy

Central'noe telo nashei planetnoi sistemy – SolnceSolnce (zheltyi karlik) – sosredotochilo v sebe 99,866 % vsei massy Solnechnoi sistemy. Ostavshiesya 0,134 % veshestva predstavleny devyat'yu bol'shimi Planetyplanetami (Merkurii, Venera, Zemlya, Mars, Yupiter, Saturn, Uran, Neptun, Pluton) i neskol'kimi desyatkami sputnikov planet (v nastoyashee vremya ih otkryto bolee 60), malymi planetami – asteroidami ( ~100 tysyach), kometami ( ~10¹¹ ob'ektov), ogromnym kolichestvom melkih fragmentov – meteoroidov, a takzhe kosmicheskoi pyl'yu. Mehanicheski eti ob'ekty ob'edineny v obshuyu sistemu siloi prityazheniya Solnca. Srednyaya plotnost' tel Solnechnoi sistemy izmenyaetsya v predelah ot 0,5 g/sm³ dlya yader komet do 7,7 g/sm³ dlya metallicheskih asteroidov i meteoritov.

Samaya krupnaya iz planet – Yupiter – men'she Solnca po razmeram na poryadok i po masse na tri poryadka. Srednyaya plotnost' Yupitera sostavlyaet 1,32 g/sm³, chto ochen' blizko k srednei plotnosti solnechnogo veshestva (1,41 g/sm³). Osnovnymi elementami, opredelyayushimi himicheskii sostav oboih ob'ektov, yavlyayutsya vodorod i gelii. Saturn po razmeram pochti ne otlichaetsya ot Yupitera, no men'shaya plotnost' veshestva planety (0,686 g/sm³) opredelyaet i neskol'ko men'shee znachenie massy. Sleduyushie dva giganta – Uran i Neptun (s massoi okolo 10²⁹ g) – malo otlichayutsya po srednei plotnosti (1,28 i 1,64 g/sm³ sootvetstvenno) i himicheskomu sostavu. Vse chetyre planety tradicionno vydelyayutsya v gruppu planet-gigantov, otlichitel'noi osobennost'yu kotoryh yavlyayutsya ne tol'ko znachitel'nye razmery i massa, no takzhe i nizkaya srednyaya plotnost', harakternaya dlya gazovogo sostava.

Drugaya gruppa – planety zemnogo tipa – sostoit iz chetyreh planet, v nee vhodyat Zemlya i Venera, kotorye pochti ne otlichayutsya drug ot druga po razmeram, masse i srednei plotnosti (5,52 i 5,24 g/sm³ sootvetstvenno), a takzhe men'shie po razmeram i masse Mars i Merkurii.

Perechen' bol'shih planet Solnechnoi sistemy dopolnyaet neobychnyi ob'ekt – Pluton, kotoryi v moment svoego otkrytiya v 1930 godu zanimal naibolee udalennoe ot Solnca polozhenie, sootvetstvuyushee mestu devyatoi planety Solnechnoi sistemy. No orbita Plutona obladaet znachitel'nym ekscentrisitetom, v 1969 godu on peresek orbitu Neptuna, prevrativshis' v vos'muyu po udalennosti ot Solnca planetu. V etom statuse Pluton budet prebyvat' do 2009 goda. A pervyi posle svoego otkrytiya polnyi oborot vokrug Solnca Pluton zavershit lish' v 2178 godu.

Planety zemnoi gruppy sostavlyayut vnutrennyuyu chast' Solnechnoi sistemy. Planety-giganty obrazuyut ee vneshnyuyu chast'. Promezhutochnoe polozhenie zanimaet poyas asteroidov, v kotorom sosredotochena bol'shaya chast' malyh planet.

Na okrainah Solnechnoi sistemy, po-vidimomu, sosredotocheny oblaka gigantskih po razmeram i massam komet, kotorye mogli poseshat' okrestnosti Solnca zadolgo do poyavleniya zhizni na Zemle. Ob etom svidetel'stvuyut sledy na poverhnosti takih bezatmosfernyh tel, kak Luna ili Merkurii, sposobnyh sohranyat' otpechatki samyh drevnih sobytii v istorii planet.

Za poslednie neskol'ko let bylo obnaruzheno svyshe 30 ob'ektov, imeyushih shodstvo s yadrami komet, nazvannyh transneptunovymi. Ih razmery prevoshodyat 100 km. Soglasno ocenkam, na rasstoyanii mezhdu 30 i 50 a.e. ot Solnca sosredotocheno okolo 70 000 tel razmerami ot 100 do 400 km.

Sootnoshenie rasstoyanii i periodov obrasheniya planet vokrug Solnca opredelyaetsya izvestnym zakonom Keplera, soglasno kotoromu kvadraty periodov proporcional'ny kubam bol'shih poluosei otnositel'nyh orbit. Vse planety obrashayutsya vokrug Solnca v odnom napravlenii, sovpadayushem s napravleniem osevogo vrasheniya Solnca, i v tom zhe napravlenii oni obrashayutsya vokrug svoei osi. Isklyuchenie sostavlyayut Venera, Uran i Pluton, osevoe vrashenie kotoryh protivopolozhno solnechnomu.

V Solnechnoi sisteme sushestvuet rezkaya disproporciya v raspredelenii massy i momenta kolichestva dvizheniya mezhdu Solncem i planetami. Hotya osnovnaya massa veshestva Solnechnoi sistemy sosredotochena v samom Solnce, 98 % momenta kolichestva dvizheniya (proizvedeniya massy na skorost' i radius vrasheniya) prihoditsya na dolyu planet. V rezul'tate udel'noe znachenie momentov kolichestva dvizheniya dlya planet v srednem v 35 000 raz bol'she, chem dlya Solnca. Prichina etogo eshe ne yasna. Vozmozhno, otvetstvennym za perenos momenta kolichestva dvizheniya yavlyaetsya magnitnoe pole Solnca, pronizyvayushee vsyu nashu planetnuyu sistemu.

Posle zaversheniya stadii formirovaniya bol'shih planet i sputnikov iz pervichnogo gazopylevogo oblaka, okruzhavshego Solnce, sostoyanie ih poverhnosti v osnovnom opredelyalos' dvumya processami: vypadeniem bol'shogo chisla melkih fragmentov, nahodivshihsya v mezhplanetnom prostranstve, i vnutrennei aktivnost'yu sobstvennyh nedr. Sovremennyi vid poverhnosti bol'shih planet i sputnikov pokazyvaet, chto dlya kazhdogo tela vozdeistviya etih processov sochetalis' v razlichnyh proporciyah. Na pozdnih stadiyah razvitiya planet sushestvennuyu rol' igralo takzhe nalichie ili otsutstvie u tela gazovoi obolochki – atmosfery.

2. Udarnye processy v Solnechnoi sisteme

Kratery, voznikshie v rezul'tate padeniya tel razlichnyh razmerov, nablyudayutsya na poverhnosti vseh tel s tverdoi obolochkoi. Predpolagaetsya, chto srednyaya skorost' soudareniya sostavlyaet 15-20 km/s. Razmery obrazuyushegosya pri udare kratera mogut vo mnogo raz prevyshat' razmery upavshego tela. Samyi bol'shoi krater v Solnechnoi sisteme nahoditsya na poverhnosti Luny. Eto unikal'noe obrazovanie, otnosyasheesya k epohe zaversheniya processa differenciacii planetnyh tel, to est' razdeleniya nedr na yadro, mantiyu i koru, obnaruzheno na obratnoi storone Luny. Gigantskaya mnogokol'cevaya vpadina raspolozhena vblizi ee yuzhnogo polyusa (ris. 1). Diametr vneshnego kol'ca etoi struktury dostigaet 2500 km, chto v 1,4 raza bol'she lunnogo radiusa. Glubina vpadiny – 10-12 km otnositel'no okruzhayushego materika, a srednyaya raznica vysot mezhdu grebnem vneshnego vala i dnom prevyshaet 13 km. Sudya po kolichestvu melkih kraterov na edinicu ploshadi vnutri vpadiny, vremya ego obrazovaniya otnositsya k rannemu periodu lunnoi istorii, na epohu mezhdu 4,3 i 3,9 mlrd let.

Ris. 1. Primernye granicy gigantskoi vpadiny vblizi yuzhnogo polyusa Luny. Snimok poluchen s borta kosmicheskogo apparata GALILEO

Vnutri vpadiny vydelyaetsya oblast' temnyh glubinnyh porod (depressiya) poperechnikom okolo 1400 km, raspolozhenie kotoroi sovpadaet s protyazhennoi oblast'yu otricatel'noi gravitacionnoi anomalii. Eto kraine neobychno, poskol'ku krugovye depressii na poverhnosti vidimogo polushariya Luny – krugovye morya – sovpadayut s oblastyami, imeyushimi krupnye polozhitel'nye gravitacionnye anomalii.

Obobshiv vse izvestnye svedeniya, uchenye predpolozhili, chto etot krater – sled gigantskogo stolknoveniya molodoi Luny s dovol'no krupnym telom. Sobytie stol' grandioznogo masshtaba dolzhno bylo v bukval'nom smysle slova potryasti ves' lunnyi shar, tak kak razmery ostavsheisya posle udara vpadiny prevyshayut lunnyi radius. Dazhe esli glubina takogo kratera sushestvenno men'she odnoi desyatoi ego diametra, udar dolzhen byl proniknut' do granicy kory i mantii. Eto ob'yasnyaet poyavlenie vnutri vpadiny znachitel'nogo kolichestva porod, sostavlyayushih verhnyuyu mantiyu Luny.

Vyzyvaet udivlenie zapas prochnosti molodoi Luny, blagopoluchno perezhivshei etot udar i ucelevshei, ne razvalivshis' na mnozhestvo oskolkov. Ocenki energii vzryva, neobhodimoi dlya obrazovaniya stol' krupnoi udarnoi struktury, pokazyvayut, chto upavshee kosmicheskoe telo moglo dostigat' v poperechnike okolo 200 km.

Neskol'ko let nazad poluchila shirokoe rasprostranenie gipoteza ob udarnom proishozhdenii samoi Luny, kogda telo velichinoi s Mars kosym udarom vyrvalo "kusok" Zemli, razdrobivshiisya na mnozhestvo oskolkov, iz kotoryh v rezul'tate akkrecii i voznik edinstvennyi, neobychno krupnyi sputnik nashei planety. Vozmozhno, chto bassein v yugo-zapadnoi chasti obratnoi storony Luny poyavilsya, kogda odin iz poslednih oskolkov – sputnikov Zemli – perestal sushestvovat', stolknuvshis' s Lunoi.

3. Vulkanizm na telah Solnechnoi sistemy

Issledovanie vulkanizma na telah Solnechnoi sistemy v poslednie gody privelo k ekzoticheskim otkrytiyam i neozhidannym nahodkam, osobenno svyazannym s telami, nahodyashimisya vo vneshnei otnositel'no Zemli chasti Solnechnoi sistemy, so sputnikami planet-gigantov.

Obnaruzhenie reliktovyh vulkanicheskih postroek na poverhnosti Marsa i Venery i dazhe nekotorye priznaki sovremennogo venerianskogo vulkanizma ne vyzvali sil'nogo udivleniya, poskol'ku predstavlyalis' kak by zakonomernym analogom aktivnosti nedr Zemli. Nastoyashei sensaciei bylo otkrytie deistvuyushih vulkanov na sravnitel'no nebol'shom sputnike Yupitera – Io, hotya nekotorye fakty, izvestnye do poletov kosmicheskih apparatov v okrestnosti Yupitera, mogli by natolknut' na etu mysl': srednyaya plotnost' Io (3,53 g/sm³) ukazyvaet na to, chto sputnik prakticheski celikom sostoit iz gornyh porod v otlichie ot ego blizhaishih sosedei – Evropy, Ganimeda i Kallisto, a teleskopicheskie nablyudeniya vyyavili rasprostranyayushiisya po orbite Io gazovyi shleif, v sostave kotorogo okazalis' sera, natrii, kalii i kislorod – produkty vybrosov iz nedr sputnika. Snimki, poluchennye s kosmicheskogo apparata VOYaDZhER 1, prodemonstrirovali sushestvovanie na Io okolo desyatka deistvuyushih vulkanov. Temperatura v centrah izverzhenii (eruptivnyh centrah) dostigala 700 K, vybrosy so skorost'yu 1000 m/s podnimalis' na vysotu do 300 km nad poverhnost'yu. Analiz izobrazhenii pokazal, chto kazhduyu sekundu deistvuyushie eruptivnye centry vybrasyvayut okolo 100 000 tonn veshestva. Etogo kolichestva dostatochno dlya togo, chtoby pokryt' vsyu poverhnost' Io sloem v neskol'ko desyatkov metrov za neskol'ko millionov let. Po-vidimomu, etim ob'yasnyaetsya polnoe otsutstvie udarnyh kraterov na izuchennoi poverhnosti sputnika: pogrebenie udarnyh struktur pod sloem vulkanicheskogo materiala idet s bol'shei skorost'yu, chem ih poyavlenie v rezul'tate padeniya meteoroidov ili komet.

Ris. 2. Snimki odnogo i togo zhe polushariya Io, poluchennye s raznicei vo vremeni v 17 let (sleva – 1979 god, sprava – 1996 god). V rezul'tate postoyannoi vulkanicheskoi deyatel'nosti nedr etogo sputnika Yupitera poyavilis' mnogochislennye izmeneniya detalei poverhnosti

Na ris. 2 pokazany dva izobrazheniya "obratnogo" (po otnosheniyu k Yupiteru) polushariya Io. Levoe izobrazhenie sostavleno po snimkam, sdelannym v 1979 godu vo vremya proleta apparatov VOYaDZhER. Snimok, raspolozhennyi sprava, poluchen 17 let spustya, v sentyabre 1996 goda kosmicheskim apparatom GALILEO. Za vremya mezhdu s'emkami detali poverhnosti preterpeli mnogochislennye izmeneniya. Podtverzhdeniem postoyannoi aktivnosti eruptivnyh centrov sluzhat rezul'taty izmerenii temperatury odnogo iz nih. S iyunya 1996 goda, kogda byli provedeny pervye ocenki, temperatura predpolagaemogo "zherla" vozrosla na 300 K i k nachalu sentyabrya dostigla uzhe pochti 1000 K. Analiz topograficheskih osobennostei poverhnosti Io privel k zaklyucheniyu, chto nablyudaemye formy rel'efa veroyatnee vsego obrazovany potokami lavy iz zhidkoi sery, imeyushei temperaturu plavleniya 390 K.

Naibolee veroyatnym energeticheskim istochnikom vulkanizma na Io schitayut prilivnyi razogrev nedr sputnika. Kak i bol'shinstvo sputnikov v Solnechnoi sisteme, Io obrashaetsya vokrug Yupitera sinhronno, to est' period osevogo vrasheniya sputnika raven periodu ego obrasheniya vokrug planety. Io nahoditsya na orbite, raspolozhennoi dovol'no blizko k Yupiteru, v rezul'tate velichina prilivnogo gorba dostigaet neskol'kih kilometrov. Nebol'shoi ekscentrisitet orbity (0,004) privodit k yavleniyam, analogichnym libraciyam Luny v processe ee vrasheniya vokrug Zemli. Odnovremenno pod vliyaniem sosednih sputnikov – Evropy i Ganimeda – voznikayut vozmusheniya ekscentrisiteta orbity, chto vyzyvaet periodicheskie izmeneniya amplitudy prilivnyh deformacii v kore Io. Takaya postoyannaya pul'saciya predpolozhitel'no tonkoi kory (tolshinoi ne bolee 20-30 km) obespechivaet energovydelenie, dostatochnoe dlya rasplava nedr sputnika, chto i vyrazhaetsya v intensivnoi vulkanicheskoi aktivnosti. Ocenki, sdelannye na osnove izmerenii teplovogo potoka iz "goryachih" oblastei Io, pokazyvayut, chto prilivnyi mehanizm sposoben generirovat' do 10⁸ megavatt, chto bolee chem v 10 raz prevyshaet summarnuyu velichinu energii, potreblyaemoi vsem chelovechestvom na Zemle.

Model' prilivnogo razogreva nedr v nekotoroi stepeni primenima i k drugomu sputniku – Evrope, mesto kotoroi v sisteme Yupitera takzhe predpolagaet sushestvovanie pul'siruyushih deformacii ego poverhnosti. Srednyaya plotnost' Evropy men'she, chem srednyaya plotnost' Luny, i sostavlyaet 2,97 g/sm³, tak kak sputnik primerno na 20 % po masse sostoit iz vodyanogo l'da, obrazuyushego moshnuyu (do 100 km) koru i chastichno rasplavlennuyu (vodno-ledyanuyu) mantiyu, i na 80 % iz silikatnyh porod, sostavlyayushih razogretoe yadro. Na poverhnosti Evropy net eruptivnyh centrov i sledov nedavnih vybrosov, prakticheski net i udarnyh kraterov. Obnaruzheno vsego lish' tri obrazovaniya s razmerami svyshe 5 km, imeyushih ekzogennoe proishozhdenie. Na sosednih sputnikah Kallisto i Ganimede plotnost' udarnyh kraterov vo mnogo raz vyshe i v otdel'nyh mestah priblizhaetsya k plotnosti kraterov na Lune. Sledovatel'no, processy pogrebeniya udarnyh struktur na Evrope prohodyat dovol'no bystro, hotya i ne stol' burno, kak na Io.

Eshe bolee ekzotichna vulkanicheskaya aktivnost' sputnika Neptuna Triton – kriovulkanizm, to est' vulkanicheskie processy pri nizkih temperaturah: iz-pod poverhnosti, pokrytoi zamerzshim azotom i imeyushei temperaturu okolo 38 K, vybivaetsya geizer vysotoi okolo 8 km pri tolshine stolba vybrosa ot 20 m do 2 km. Na snimkah, sdelannyh kosmicheskim apparatom VOYaDZhER 2 v 1989 godu, byli zafiksirovany dva deistvuyushih izverzheniya. Vybrosy razveivalis' vetrom s vostoka na zapad na znachitel'noe rasstoyanie (bolee 100 km) i, osazhdayas' na poverhnost', ostavlyali sledy v vide protyazhennyh temnyh polos-shleifov. Po takim shleifam v yuzhnoi polyarnoi oblasti sputnika bylo otozhdestvleno eshe okolo 50 ranee deistvovavshih izverzhenii.

Diametr Tritona sostavlyaet okolo 2700 km, ego srednyaya plotnost' 2,0 g/sm³. Po masse sputnik sostoit na 70 % iz silikatov i na 30 % iz l'dov, v sostav kotoryh vhodyat N₂, CO i CH₄. Dlya ob'yasneniya kriovulkanizma, nablyudaemogo na Tritone, predlozheno neskol'ko mehanizmov, vklyuchaya i opisannyi vyshe prilivnyi razogrev. Predpolagayut takzhe, chto kriovulkanicheskie processy imeyut pripoverhnostnyi istochnik energii, svyazannyi s akkumulyaciei slabogo zdes' solnechnogo tepla v odnom iz sloev mnogosloinoi struktury massy l'da vblizi poverhnosti sputnika. Postepenno nakaplivayas', vnutrennee davlenie dostigaet urovnya, dostatochnogo dlya gigantskogo vybrosa. Kakova zhe istinnaya priroda kriovulkanizma, poka ne yasno.

4. Priroda planet-gigantov

V protivopolozhnost' zastyvshim miram Luny ili Merkuriya oblachnye obrazovaniya na poverhnosti gazovyh gigantov vo vneshnei chasti Solnechnoi sistemy nahodyatsya v postoyannom dvizhenii.

Ris. 3. Vidimaya struktura oblachnogo sloya Yupitera. V yuzhnom polusharii (sever vverhu) vblizi terminatora vydelyaetsya Bol'shoe krasnoe pyatno. Na toi zhe shirote (blizhe k vostochnomu limbu) na fone oblachnyh obrazovanii Yupitera nablyudaetsya izobrazhenie Io. Snimok poluchen kosmicheskim apparatom VOYaDZhER 1 s rasstoyaniya 28,4 mln km

Naibolee yarkim primerom podobnyh processov sluzhit Yupiter (ris. 3). Obladaya "solnechnym" himicheskim sostavom, samaya krupnaya planeta Solnechnoi sistemy imeet massu v 70-80 raz men'she toi, pri kotoroi nebesnoe telo mozhet stat' zvezdoi. Tem ne menee v nedrah Yupitera proishodyat processy s dostatochno moshnoi energetikoi, vsledstvie chego teplovoe izluchenie planety primerno v dva raza prevyshaet energiyu, poluchaemuyu eyu ot Solnca. Konvektivnye potoki, vynosyashie vnutrennee teplo k poverhnosti, vneshne proyavlyayutsya v vide svetlyh zon i temnyh poyasov. V oblasti svetlyh zon otmechaetsya povyshennoe davlenie, sootvetstvuyushee voshodyashim potokam. Oblaka, obrazuyushie zony, raspolagayutsya na bolee vysokom urovne, a ih svetlaya okraska svyazana s povyshennoi koncentraciei yarko-belyh kristallov ammiaka. Raspolagayushiesya nizhe temnye oblaka poyasov sostoyat v osnovnom iz krasno-korichnevyh kristallov gidrosul'fida ammoniya i imeyut bolee vysokuyu temperaturu. Eti struktury predstavlyayut oblasti nishodyashih potokov. Zony i poyasa imeyut raznuyu skorost' dvizheniya v napravlenii vrasheniya Yupitera, chto vyrazhaetsya v sushestvovanii ustoichivyh zonal'nyh techenii ili vetrov, postoyanno duyushih v odnom napravlenii. Skorosti v etoi global'noi sisteme vostochnyh i zapadnyh vetrov dostigayut 50-150 m/s.

Drugim proyavleniem sil'noi konvektivnoi aktivnosti nedr Yupitera yavlyaetsya magnitnoe pole, napryazhennost' kotorogo na poryadok prevoshodit napryazhennost' magnitnogo polya Zemli. Planetu okruzhaet protyazhennaya sistema radiacionnyh poyasov, yavlyayushihsya istochnikom sobstvennogo radioizlucheniya Yupitera.

Na granicah oblachnyh zon i poyasov voznikayut moshnye turbulentnye techeniya, kotorye privodyat k obrazovaniyu mnogochislennyh vihrevyh struktur. Naibolee izvestnym takim obrazovaniem yavlyaetsya Bol'shoe krasnoe pyatno, nablyudaemoe na poverhnosti Yupitera v techenie poslednih 300 let. Po sovremennym predstavleniyam eto gromadnoe obrazovanie primerno ellipticheskoi formy s osyami v 26 000 i 14 000 km predstavlyaet soboi svobodno migriruyushii v atmosfere vihr' anticiklonicheskogo tipa. Nesmotrya na bol'shoi ob'em dannyh, poluchennyh o Bol'shom krasnom pyatne v poslednee vremya, ego proishozhdenie i dlitel'noe sushestvovanie v kachestve ustoichivogo anticiklona v atmosfere Yupitera ostaetsya v znachitel'noi stepeni neob'yasnennym. Vnutrennyaya struktura pyatna ukazyvaet na vrashenie vsego obrazovaniya v napravlenii protiv chasovoi strelki s periodom okolo 6 dnei.

V okrestnostyah Bol'shogo krasnogo pyatna inogda nablyudayutsya yarkie oblachnye struktury, preterpevayushie za korotkoe vremya znachitel'nye izmeneniya. Samye melkie svetlye obrazovaniya imeyut poperechnik v neskol'ko desyatkov kilometrov. Specialisty schitayut, chto nablyudaemye detali po svoei prirode yavlyayutsya kuchevymi oblakami, horosho izvestnymi na Zemle kak predvestniki grozovyh tuch. Analiz dannyh pokazal, chto po sostavu kuchevye oblaka na Yupitere, kak i na Zemle, veroyatnee vsego yavlyayutsya skopleniyami vodyanyh parov. V to zhe vremya poiski vody v atmosfere Yupitera dayut protivorechivye rezul'taty.

Tradicionnaya tochka zreniya predpolagala, chto voda na Yupitere mogla obrazovat'sya iz kisloroda, pervonachal'no prisutstvovavshego v gazopylevom protoplanetnom oblake. V etom sluchae soderzhanie kisloroda na Yupitere i na Solnce dolzhno byt' odinakovym. Odnako pervye izmereniya, provedennye s blizkogo rasstoyaniya kosmicheskim apparatom VOYaDZhER, pokazali dvoinoe prevyshenie soderzhaniya kisloroda po sravneniyu s solnechnym. Nablyudeniya vo vremya padeniya na Yupiter fragmentov yadra komety Shumeikerov-Levi 9 v 1994 godu priveli k vyvodu, chto soderzhanie kisloroda mozhet v 5-10 raz prevyshat' solnechnuyu normu. Etot rezul'tat nahodilsya v polnom soglasii s gipotezoi, predpolagayushei, chto nablyudaemyi v nastoyashee vremya na Yupitere uroven' soderzhaniya kisloroda, azota i ugleroda obuslovlen mnogochislennymi padeniyami komet, kotorye eshe v rannii period sushestvovaniya Solnechnoi sistemy izmenili pervonachal'nyi sostav atmosfery Yupitera.

V dekabre 1995 goda spuskaemyi modul' kosmicheskogo apparata GALILEO proizvel izmereniya himicheskogo sostava neposredstvenno vnutri atmosfery Yupitera. Bylo ustanovleno, chto soderzhanie vodyanyh parov ne prevyshaet 0,2 %, to est' ne otlichaetsya ot solnechnoi normy. Bystryi rost temperatury s glubinoi i prakticheski polnoe otsutstvie vodyanyh oblakov na trasse spuska modulya sozdali polnoe vpechatlenie chrezvychaino "suhoi" atmosfery.

Obnaruzhenie na okrainah Bol'shogo krasnogo pyatna korotkozhivushih kuchevyh oblakov predpolozhitel'no vodnogo sostava pokazyvaet, chto opisannaya problema eshe daleka ot polnogo razresheniya. Sleduet uchest', chto nablyudavshiesya kuchevye oblaka voznikli v oblasti intensivnogo pod'ema gazov iz glubiny atmosfery Yupitera. Takim obrazom, ne isklyucheno, chto v rezul'tate konvekcii proishodit vynos na poverhnost' oblachnogo sloya vodyanyh parov, skoncentrirovannyh na glubine okolo 50 km. To, chto pribory zonda GALILEO pokazali protivopolozhnyi rezul'tat, mozhet ob'yasnyat'sya prosto lokal'nymi izmeneniyami sostava atmosfery.

Do sih por uchenye operirovali modelyami, kotorye predstavlyali variacii sredy po vertikali. Predpolagalos', chto variacii ot mesta k mestu ne imeyut sushestvennogo znacheniya. Ochevidno, chto takie predstavleniya mozhno prinyat' lish' v kachestve pervogo priblizheniya i, konechno, dlya takogo ogromnogo planetnogo tela, kak Yupiter, ne tol'ko zonal'nye, no i lokal'nye izmeneniya uslovii v atmosfere i v ee sostave mogut igrat' sushestvennuyu rol'.

5. Zhizn' v Solnechnoi sisteme

Prezhde chem pereiti k probleme sushestvovaniya vnezemnoi zhizni na telah Solnechnoi sistemy, neobhodimo ponyat', kakie tela po usloviyam estestvennoi sredy mogut pretendovat' na rol' obiteli vnezemnoi zhizni. Poskol'ku znachitel'naya chast' kisloroda v zemnoi atmosfere (okolo 21 %) yavlyaetsya rezul'tatom deyatel'nosti biomassy, nalichie kisloroda v srede drugih tel yavlyaetsya odnim iz ukazanii na sushestvovanie hotya by primitivnyh form zhivyh organizmov.

S pomosh'yu spektrografa vysokogo razresheniya, ustanovlennogo na Kosmicheskom teleskope im. E. Habbla, v ul'trafioletovoi chasti spektra sputnika Yupitera Evropy byli obnaruzheny detali, svoistvennye molekulyarnomu kislorodu. Na etom osnovanii byl sdelan vyvod o nalichii u Evropy kislorodnoi atmosfery, prostirayusheisya do vysot okolo 200 km. Konechno, obshaya massa etoi gazovoi obolochki nichtozhna. Po ocenkam davlenie atmosfery u poverhnosti Evropy sostavlyaet vsego lish' 10^-11 ot davleniya zemnoi atmosfery. S bol'shoi veroyatnost'yu kislorod na Evrope imeet nebiologicheskoe proishozhdenie. Po-vidimomu, sushestvuet isparenie neznachitel'nogo kolichestva vodyanogo l'da, kotorym pokryta poverhnost' Evropy, vsledstvie mikrometeoritnoi bombardirovki s posleduyushim razlozheniem molekul vodnogo para i poterei bolee legkogo vodoroda. Pri temperature poverhnosti Evropy okolo 130 K teplovye skorosti molekul kisloroda ne stol' veliki, chtoby privesti k bystroi dissipacii gaza, a regulyarnoe popolnenie parami vody sposobstvuet sohraneniyu postoyannoi, hotya i sil'no razrezhennoi atmosfery yupiterianskogo sputnika.

Ozon, obnaruzhennyi s pomosh'yu teh zhe metodov na drugom sputnike Yupitera – Ganimede, skoree vsego imeet analogichnoe proishozhdenie. Obshaya massa ozona v predpolagaemoi kislorodnoi atmosfere Ganimeda sostavlyaet ne bolee 10 % massy etogo gaza, ezhegodno teryaemoi nad yuzhnym polyusom Zemli v oblasti antarkticheskoi ozonnoi dyry.

Primer ledyanyh sputnikov Yupitera pokazyvaet, chto sushestvennym usloviem razvitiya organizmov yavlyaetsya sootvetstvuyushaya temperatura sredy. Po etomu priznaku iz vseh krupnyh planet mozhet byt' vydelen tol'ko Mars.

Temperaturnyi rezhim vblizi ekvatora etoi planety pochti priblizhaetsya k usloviyam polyarnyh ili vysokogornyh raionov Zemli. Davlenie marsianskoi atmosfery u poverhnosti pochti takoe zhe, kak na vysote 30 km nad urovnem morya na Zemle. Mnogochislennye struktury, napominayushie rusla vysohshih rek ili sistemy ovragov, govoryat o vozmozhnom sushestvovanii v proshlom otkrytyh vodoemov na poverhnosti planety. Nakonec, specificheskie formy vybrosov vokrug nekotoryh udarnyh kraterov ubeditel'no svidetel'stvuyut v pol'zu sushestvovaniya dovol'no moshnyh podpoverhnostnyh sloev l'da.

Nadezhno ustanovlennym yavlyaetsya obmen veshestvom mezhdu Lunoi i Zemlei, a takzhe mezhdu Marsom i Zemlei. Pomimo obrazcov lunnyh porod, dostavlennyh na Zemlyu s poverhnosti Luny avtomaticheskimi stanciyami i kosmicheskimi korablyami, naschityvaetsya 15 fragmentov lunnogo veshestva obshei massoi 2074 g, popavshih na nashu planetu estestvennym putem v vide meteoritov. Lunnoe proishozhdenie ih podtverzhdaetsya tem, chto po strukturnym, mineralogicheskim, geohimicheskim i izotopnym harakteristikam dannye meteority identichny horosho izuchennym v zemnyh laboratoriyah lunnym porodam.

Na Zemle prisutstvuet takzhe 78,3 kg marsianskogo veshestva v vide 12 otdel'nyh oskolkov, vypavshih v razlichnyh raionah zemnogo shara. Nekotorye iz nih byli naideny eshe v proshlom veke. Po svoim neobychnym harakteristikam eti 12 meteoritov byli otneseny k osoboi gruppe. V chastnosti, vse oni imeyut neobychno pozdnii vozrast kristallizacii – ot 0,65 do 1,4 mlrd let. Odnako istinnoe proishozhdenie etih kosmicheskih prishel'cev bylo ustanovleno sravnitel'no nedavno, kogda vyyasnilos', chto tipichnyi tol'ko dlya nih izotopnyi sostav redkih gazov s bol'shoi veroyatnost'yu ukazyvaet na ih marsianskoe proishozhdenie. Izotopnye otnosheniya yavlyayutsya ochen' stabil'noi harakteristikoi veshestva i nadezhnym ukazatelem na ego proishozhdenie. V avguste 1996 goda D. Mak-Kei s gruppoi sotrudnikov Kosmicheskogo centra im. L. Dzhonsona ob'yavil o nalichii v odnom iz marsianskih meteoritov okamenelyh ostatkov drevnih mikroorganizmov vnezemnogo proishozhdeniya.

Meteorit ALH84001 massoi 1930,9 g byl naiden v Antarktide v 1984 godu. Po dannym predvaritel'nyh issledovanii sil'noe udarnoe vozdeistvie etot fragment preterpel 16 mln let nazad. Po-vidimomu, eta vremennAya otmetka sootvetstvuet momentu vybrosa kamnya za predely Marsa i nachalu ego kosmicheskogo puteshestviya. V zemnuyu sredu meteorit popal 13 000 let nazad.

S pomosh'yu skaniruyushego elektronnogo mikroskopa udalos' poluchit' izobrazheniya vnutrennei struktury meteorita, na kotoryh obnaruzheny detali harakternoi formy s razmerami ot 2·10^-6 do 10^-6 sm. Na ris. 4 privoditsya izobrazhenie edinichnoi okamenelosti. Na drugih izobrazheniyah, poluchennyh sotrudnikami Mak-Keya, vidny celye "kolonii" drevnih marsianskih bakterii.

Ris. 4. Izobrazhenie predpolagaemoi okamenelosti marsianskogo mikroorganizma, poluchennoe s pomosh'yu skaniruyushego elektronnogo mikroskopa

Dlya dokazatel'stva biologicheskogo proishozhdeniya obnaruzhennyh reliktov issledovateli vystroili celuyu sistemu soputstvuyushih argumentov. V chastnosti, oni obratili vnimanie, chto vse eti struktury raspolagayutsya vnutri karbonatovyh globul (otlozhenii karbonatov, okislov, sul'fidov i sul'fatov zheleza), vozrast kotoryh sostavlyaet 3,6 mlrd let, to est' otnositsya ko vremeni prebyvaniya meteorita v marsianskoi srede. Krome togo, izotopnyi sostav kisloroda i ugleroda, obrazuyushih mineraly globul, odnoznachno sootvetstvuet izotopnym harakteristikam marsianskih analogov etih gazov, opredelennyh neposredstvenno na Marse priborami kosmicheskih apparatov VIKING. Nakonec, v zemnyh usloviyah organicheskie soedineniya, podobnye tem, chto obnaruzheny vokrug mikrookamenelostei, yavlyayutsya produktami zhiznedeyatel'nosti i posleduyushego razlozheniya pogibshih drevnih bakterii. Otlichiem zemnyh i marsianskih bakterii yavlyayutsya ih sravnitel'nye razmery. Bakterii Zemli v 100-1000 raz krupnee svoih marsianskih analogov. Eto obstoyatel'stvo sushestvenno s tochki zreniya mikrobiologii, poskol'ku v takom malom ob'eme ne mogut pomestit'sya vse kletochnye struktury, neobhodimye s zemnoi tochki zreniya dlya normal'noi zhiznedeyatel'nosti, v chastnosti struktura DNK. Udovletvoritel'nogo ob'yasneniya etomu ne naideno i poka prihoditsya dovol'stvovat'sya tem soobrazheniem, chto u drevnih marsianskih bakterii mogli byt' sushestvennye otlichiya v processah zhiznedeyatel'nosti.

Takim obrazom, v nastoyashii moment real'no izvestnaya nam vnezemnaya zhizn' predstavlena lish' edinstvennym svidetel'stvom – okamenevshimi reliktami bakterii s vozrastom bolee 3 mlrd let.

6. Planetnye sistemy vo Vselennoi?

Raspolagaya lish' odnim, k tomu zhe nedostatochno izuchennym primerom – nashei Solnechnoi sistemoi, nel'zya v polnoi mere ponyat' obshie zakonomernosti proishozhdeniya i evolyucii planetnyh sistem vo Vselennoi. Poetomu obnaruzhenie sputnikov drugih zvezd yavlyaetsya ves'ma aktual'noi zadachei sovremennoi astronomii.

Poiski planet ryadom s drugimi zvezdami oslozhneny estestvennymi obstoyatel'stvami: neobhodimo obnaruzhit' slabyi nesamosvetyashiisya ob'ekt vblizi yarkoi zvezdy. Pervye nameki na real'noe sushestvovanie pylevoi materii vblizi zvezd byli polucheny s pomosh'yu infrakrasnyh nablyudenii. Infrakrasnyi teleskop s vysokoi chuvstvitel'nost'yu, ustanovlennyi na sputnike IRAS, obnaruzhil slabye izbytki IK-izlucheniya u ryada zvezd, kotorye mozhno bylo interpretirovat' kak izlucheniya protoplanetnyh diskov. Pervoe izobrazhenie oblaka okolozvezdnoi pyli udalos' poluchit' s pomosh'yu svoeobraznogo "vnezatmennogo koronografa" na 2,5-metrovom teleskope ESO B. Smitu i R. Terrilu v 1984 godu. Razmery diska (okolo 400 a.e.), okruzhayushego zvezdu β Zhivopisca, okazalis' gorazdo bol'she diametra Solnechnoi sistemy.

Ris. 5. Izobrazhenie odnogo iz protoplanetnyh diskov, poluchennoe Kosmicheskim teleskopom im. E. Habbla

Vneatmosfernye nablyudeniya znachitel'no rasshirili vozmozhnosti poiska planetnyh sistem. Byli polucheny izobrazheniya nachal'noi stadii ih formirovaniya iz gazopylevyh okolozvezdnyh tumannostei. Krupnomasshtabnoe izobrazhenie podobnoi struktury pokazano na ris. 5. Uvidet' sleduyushuyu stadiyu evolyucii planetnyh sistem – formirovanie otdel'nyh planet – poka ne udalos'. Dlya obnaruzheniya sputnikov zvezd prihoditsya pol'zovat'sya v osnovnom kosvennymi metodami. Naprimer, nebol'shie periodicheskie izmeneniya bleska roditel'skoi zvezdy mogut svidetel'stvovat', chto v eti momenty ona chastichno zatenyaetsya krupnym sputnikom-planetoi, a nalichie dazhe nichtozhnyh variacii v skorosti sobstvennogo dvizheniya zvezdy – sluzhit' ukazaniem na ee dvizhenie vokrug obshego s krupnymi planetami centra mass i, sledovatel'no, pomoch' ocenit' parametry predpolagaemyh sputnikov.

V nastoyashee vremya naschityvaetsya okolo desyati sluchaev obnaruzheniya okolo zvezd otdel'nyh sputnikov, parametry kotoryh udalos' ocenit'. No pryamoe izobrazhenie polucheno lish' v odnom sluchae. Na ris. 6 predstavlen snimok sputnika, obrashayushegosya vokrug zvezdy nebol'shih razmerov Gliese 229, poluchennyi na Kosmicheskom teleskope im. E. Habbla v noyabre 1995 goda. Na snimke izobrazhenie samoi zvezdy otsutstvuet. Svetlyi oreol v levoi chasti kadra yavlyaetsya lish' zasvetkoi chasti ploshadi priemnika teleskopa. Sputnik zvezdy, nazvannyi Gliese 229 B, obrashaetsya vokrug central'noi zvezdy na srednem rasstoyanii 44 a.e. Ego massa ocenivaetsya v 20-60 mass Yupitera. Dlya planety etot ob'ekt slishkom massiven, bolee pravil'no bylo by nazvat' ego zvezdoi-sputnikom. Odnako, hotya on sformirovalsya tem zhe putem, chto i zvezdy, ego massa nedostatochna, chtoby obespechit' normal'noe protekanie yadernyh reakcii v nedrah. Granicei, razdelyayushei nastoyashie zvezdy i podobnye tela, schitaetsya massa, ravnaya 75-80 massam Yupitera. V svyazi s etim voznikla novaya problema. Chast' obnaruzhennyh ob'ektov po masse ochevidno bol'she, chem Yupiter, a polozhenie granicy mezhdu planetami – gazovymi gigantami i zvezdami-karlikami poka dostoverno ne ustanovleno, potomu chto v dannom sluchae osnovnym kriteriem yavlyaetsya ne massa ob'ekta, a mehanizm ego formirovaniya. Raschety pokazyvayut, chto nizhnyaya granica dlya massy tela, pri kotoroi vklyuchaetsya mehanizm formirovaniya imenno zvezdy, a ne planety-giganta, sostavlyaet 10-20 mass Yupitera. Bolee tochnyh kriteriev, po kotorym mozhno bylo by korrektno otdelit' sputnik-planetu ot sputnika-zvezdy, poka net. Da i mozhno li govorit' o nalichii planetnoi sistemy, esli u zvezdy obnaruzhen lish' odin sputnik?

Ris. 6. Snimok sputnika zvezdy Gliese 229. Izobrazhenie polucheno Kosmicheskim teleskopom im. E. Habbla

Raschety i primer Solnechnoi sistemy pokazyvayut odno: priznat' sushestvovanie planetnoi sistemy mozhno lish' v tom sluchae, esli zvezda imeet bol'she dvuh sputnikov, po masse ne prevyshayushih sushestvenno Yupiter. Iz izvestnyh v nastoyashee vremya sistem etomu usloviyu otvechaet lish' odna – sputnikovaya sistema pul'sara PSR 1257+12 v sozvezdii Devy, nahodyashayasya ot nas na rasstoyanii okolo 1000 svetovyh let. Tri dostoverno ustanovlennyh sputnika pul'sara obrazuyut sistemu, razmery kotoroi pochti ne prevyshayut orbity Merkuriya vokrug Solnca, s poluosyami orbit sootvetstvenno: 0,19; 0,36 i 0,47 a.e. Periody obrasheniya sputnikov takzhe blizki k merkurianskomu: 23, 66 i 95 zemnyh sutok. Massa blizhaishego k pul'saru sputnika predpolozhitel'no ravna masse Plutona; srednii sputnik v 3 raza bolee massiven, chem Zemlya; samyi udalennyi ob'ekt prevyshaet po masse nashu planetu v 1,6 raza. Takim obrazom, planetnaya sistema pul'sara PSR 1257+12 – edinstvennaya dostoverno izvestnaya v nastoyashee vremya – po prirode central'noi zvezdy (neitronnaya zvezda) i po harakteristikam sputnikov rezko otlichaetsya ot nashei sobstvennoi i, sledovatel'no, ne mozhet nichego soobshit' o tipichnyh mehanizmah formirovaniya planet i sputnikov. Poka my po-prezhnemu ostaemsya odinokimi vo Vselennoi.

V kachestve illyustracii ispol'zovany izobrazheniya astronomicheskih ob'ektov, peredannye na Zemlyu kosmicheskimi apparatami VOYaDZhER, GALILEO i Kosmicheskim teleskopom im. E. Habbla, rasprostranennye NASA SShA po seti Internet.

Literatura

1. Bronshten V.A. Planety i ih nablyudeniya. M.: Nauka, 1979.
2. Goldsmit G., Ouen T. Poiski zhizni vo Vselennoi / Per. s angl. M.: Mir, 1983.
3. Grinin V.P. Zemlya i vselennaya. 1995. 6. S. 3.
4. Zharkov V.N., Trubicin V.P. Fizika planetnyh nedr. M.: Nauka, 1980.
5. Kaufman U. Planety i luny. M.: Mir, 1982.
6. Ksanfomaliti L.V. Planety, otkrytye zanovo. M.: Nauka, 1978.
7. Ksanfomaliti L.V. Planeta Venera. M.: Nauka, 1985.
8. Ksanfomaliti L.V. Parad planet M: Nauka. Fizmatlit, 1997.
9. Marov M.Ya. Planety Solnechnoi sistemy. M.: Nauka, 1986.
10. Moroz V.I. Fizika planety Mars. M.: Nauka, 1978.
11. Simonenko A.N. Asteroidy. M.: Nauka, 1985.
12. Uipl F.L. Sem'ya Solnca / Per. s angl. M.: Mir, 1984.
13. Churyumov K.I. Komety i ih nablyudenie. M.: Nauka, 1980.
14. Churyumov K.I. Zemlya i Vselennaya. 1996. 1, 12.
15. Shevchenko V.V. Luna i ee nablyudenie. M.: Nauka, 1983.
16. Shevchenko V.V., Rodionova Zh.V. Globus Marsa – eshe odna planeta u vas na stole. M.: GAISh, 1993.