Газы — это водород и гелий, льды — это замерзшие вода, метан и аммиак, а камни — это соединения силикатов и металлов, подобные минералам на Земле.
Но слова «газ» и «камень» использованы в данном случае лишь как обозначения, а не как строгое описание состояния вещества, поскольку условия на Юпитере сильно отличаются от земных. До глубины 15000 км или около того водород действительно газ. Но уже на такой глубине давление становится настолько большим, что по предположению водород находится там в ненаблюдаемом на Земле «металлическом» состоянии. Он представляет собой не металл в общепринятом значении этого слова, а просто вещество, в котором электроны свободно перетекают от одного атома к другому, как в земных металлах, например в железе. Предполагается, что в других отношениях металлический водород сохраняет многие свойства газа или по крайней мере жидкости. Выходящий наружу из недр Юпитера тепловой поток, о котором мы говорили выше, поддерживает внутреннюю зону металлического водорода в конвективном движении. В сочетании с вращением планеты такое движение проводящего металла должно создавать магнитное поле. Центральные области Юпитера так горячи, что «камень» также скорее жидкий, чем твердый.
В два раза дальше Юпитера, примерно на расстоянии полутора миллиарда километров от Солнца, находится Сатурн. Когда Галилей впервые посмотрел на него в свой телескоп, он увидел планету странной неправильной формы. В 1655 г. Христиан Гюйгенс увидел в свой усовершенствованный телескоп нечто напоминающее ручки кувшина или уши, торчащие из планеты. В течение последующего десятка лет он доказал, что на самом деле это система концентрических колец (рис. 12.3). В течение трехсот лет считалось, что Сатурн — единственная планета с кольцами, но позже подобные системы колец (хотя к не столь обширные) были открыты около всех планетгигантов. А в 1979 г., когда космический аппарат «Вояджер2», посетив Юпитер, двигался мимо Сатурна, было обнаружено, что здесь колец не тричетыре, как считалось раньше, а неисчислимое множество. Тысячи колец, расположенных одно за другим в хаотическом изобилии, обеспечили теоретикам работу на многие годы.
Кольца планет вовсе не сплошные, а состоят из бесчисленного множества частиц от пылинок до кусков размерами с булыжник, состоящих из водяного льда. Они и не могли бы быть сплошными, поскольку их вращение подчиняется третьему закону Кеплера, согласно которому частицы, расположенные на орбитах, более далеких от центрального тела, должны обращаться вокруг него медленнее. Таким образом, внутренние частицы движутся быстрее, чем внешние. Поэтому кольцо, если бы оно было сплошным, должно было бы разорваться на части. Учитывая это соображение, Лаплас предположил, что кольцо не единое, а разделено на ряд узких жестких концентрических колец, каждое из которых вращается со своей собственной кеплеровской скоростью. Однако позже Максвелл показал, что и такое представление о кольцах неверно, поскольку в этом случае любое небольшое возмущение может сместить кольцо так, что одна его сторона станет ближе к Сатурну, а другая — дальше. Это, разумеется, должно нарушить равновесие сил тяготения, действующих на разные стороны кольца, что приведет к увеличению смещения и разрыву кольца. Таким образом, даже набор жестких колец оказывается неустойчивым.
Картина полос в атмосфере Сатурна похожа на юпитерианскую, но полосы на Сатурне менее правильные, менее четкие и имеют другой цвет. У экватора они желтоватые, а у полюсов зеленоватые. Это снижает вероятность того, что их окраска обусловлена органическими или биологическими молекулами. Кристаллические структуры малых неорганических молекул также могут отражать различные цвета, и небольшие различия химического состава или температуры вполне могут привести к наблюдаемым различиям.
Уран и Нептун находятся так далеко, на расстояниях 2,9 и 4,5 млрд. км соответственно, что о них известно относительно немного. С Земли они наблюдаются просто как маленькие зеленоватоголубые диски. Однако американский космический аппарат «Вояджер2» продолжает свои исследования планет. Он миновал Сатурн в 1981 г. и в конце января 1986 г. прошел на расстоянии 82000 км от Урана. В августе 1989 г. он должен встретиться с Нептуном.
До полета «Вояджера2» мы знали об Уране очень мало: лишь его массу и плотность, угол наклона оси вращения, коечто о некоторых его спутниках, а также тот факт, что у него есть кольца. Уран (а также Нептун) примерно в 50 раз массивнее Земли, а их плотность неожиданно оказывается равной 1,6 г/см3. Это слишком большая плотность для планет, состоящих в основном из водорода и гелия. Плотность Юпитера почти такая же (1,3 г/см3), но это значение объясняется огромной массой Юпитера, создающей высокое давление, под действием которого легкие газы в значительной мере сконденсировались. Уран и Нептун недостаточно массивны, чтобы в них происходила такая же конденсация. С другой стороны, их плотность слишком мала для веществ, подобных земным породам. Плотность земных силикатных пород равна приблизительно 3 г/см3, а железа—8 г/см3. Следовательно, Уран и Нептун не газовые и не каменные планеты, а должны состоять из льда. Возможно, что они в значительной степени сложены соединениями, которые замерзают на таких огромных расстояниях от Солнца. Это должны быть вода, метан и аммиак. Именно эти соединения выбраны потому, что образующие их элементы — углерод, азот и кислород — наиболее обильны на Солнце (не считая водорода и гелия). К тому же, по предположению эти соединения наиболее устойчивы при температурах и давлениях, характерных для Урана и Нептуна. По-видимому, именно атмосферный метан придает обеим планетам характерный зеленовато-голубоватый цвет, видимый в телескоп.
Картина Урана станет полной, когда данные, собранные космическим аппаратом «Вояджер2», будут полностью проанализированы. Особый интерес представляет обнаружение магнитного поля планеты, исследование которого должно прояснить, что происходит под затмевающей голубой дымкой.
Кольца Урана непосредственно с Земли не видны. Они были открыты в 1977 г., когда группа астрономов из Корнеллского университета, находясь на борту самолета НАСА высоко над Индийским океаном, собиралась точно измерить диаметр Урана, наблюдая покрытие звезды диском планеты. Выверяя свою аппаратуру, они с удивлением заметили, что блеск звезды начал изменяться еще за полчаса до ее покрытия диском Урана. В течение тридцати минут, непосредственно предшествующих покрытию звезды, она исчезала и вновь появлялась пять раз. Потом такое изменение блеска звезды в точности повторялось сразу же после прохождения планеты. Астрономы поняли, что причина заключалась в том, что вокруг Урана имеется система из пяти колец, слишком разреженных, чтобы они были видны с поверхности Земли, но достаточно плотных, чтобы перекрыть свет звезды, когда они проходят между звездой и Землей. К тому времени, когда космический аппарат «Вояджер» достиг планеты, он открыл десять таких колец. Большинство их по цвету чернее угольной пыли.
|
Расстояние от Солнца следующей планеты
Читать
Десятилетняя канадская девочка помогла уточнить судьбу Вселенной
читать
Луна холоднее Плутона
НАСА вспоминает погибших астронавтов
