Астрофизика с космической скоростью, или Великие тайны Вселенной для тех, кому некогда - Нил Деграсс Тайсон

Это было бы скверно.

Астероиды – не единственные небесные тела, опасные для жизни на Земле. Есть еще пояс Койпера: это кишащая кометами кольцевидная область, начинающаяся сразу за орбитой Нептуна и включающая в себя Плутон. Возможно, она продолжается за орбиту Нептуна на расстояние, равное дистанции от Нептуна до Солнца. Американский астроном Герард Койпер, родившийся в Нидерландах, выдвинул гипотезу, что в холодных глубинах космоса за орбитой Нептуна сохранился замороженный мусор, оставшийся после формирования Солнечной системы. Поскольку там нет массивных планет и падать некуда, большинство этих комет будут вращаться по орбите вокруг Солнца еще миллиарды лет.

Как и в поясе астероидов, некоторые тела из пояса Койпера вращаются по эксцентрическим орбитам, пересекающим орбиты других планет. Орбиту Нептуна пересекают Плутон и ансамбль его собратьев под названием «Плутино». Другие объекты из пояса Койпера долетают даже до внутренних областей Солнечной системы и пересекают орбиты планет как попало. В их число входит и комета Галлея, самая знаменитая из всех комет.

А далеко-далеко за поясом Койпера, на полпути к ближайшим звездам, раскинулась сферическая резервация комет под названием облако Оорта – в честь Яна Оорта, голландского астрофизика, первым выдвинувшего гипотезу об ее существовании. Эта зона порождает кометы с большим периодом обращения – гораздо больше, чем человеческая жизнь. В отличие от комет из пояса Койпера, кометы из пояса Оорта могут падать во внутренние области Солнечной системы под любым углом и откуда угодно. Две самых ярких кометы 90-х годов прошлого века – кометы Хейла – Боппа и Хякутакэ – происходили из облака Оорта и в ближайшем будущем не вернутся.

* * *

Если бы наши глаза видели магнитные поля, Юпитер был бы в десять раз больше полной Луны. Все космические корабли, которые отправляются на Юпитер, должны конструироваться с учетом этой мощной силы. Как показал в XIX веке английский физик Майкл Фарадей, если протянуть проволоку через магнитное поле, на ней создается разность потенциалов. Поскольку космические зонды металлические и летят очень быстро, в них индуцируется электрический ток. Этот ток генерирует свое магнитное поле, взаимодействующее с магнитным полем среды, что тормозит движение зонда.

Когда я подводил баланс в последний раз, вокруг планет в Солнечной системе вращалось 56 спутников. А потом в одно прекрасное утро просыпаюсь и узнаю, что вокруг Сатурна открыли еще десяток. После этого случая я решил больше их не считать. Теперь меня интересует только одно: интересно ли туда наведаться или их поизучать. По некоторым параметрам спутники в Солнечной системе гораздо удивительнее планет, вокруг которых они вращаются.

* * *

Луна, спутник Земли, примерно в 300 раз меньше Солнца в диаметре, но при этом в 300 раз ближе к нам, поэтому Солнце и Луна на небе одинакового размера – это уникальное совпадение, которого не наблюдается больше ни в одной паре планеты и спутника в Солнечной системе: именно поэтому полные солнечные затмения у нас так фотогеничны. Кроме того, Земля удерживает Луну приливным захватом: у Луны одинаковые периоды обращения вокруг своей оси и вокруг Земли. Во всех таких случаях захваченный спутник всегда повернут к своей планете одной стороной.

Система спутников Юпитера – компания чудаков и оригиналов. Ио, ближайший спутник Юпитера, тоже находится в приливном захвате и подвергается постоянному механическому напряжению из-за гравитационного взаимодействия с Юпитером и другими спутниками, отчего этот маленький шарик так разогревается, что его внутренние породы плавятся: недаром Ио принадлежит рекорд по вулканической активности в Солнечной системе. На спутнике Юпитера Европе столько H2O, что благодаря механизму разогрева, такому же, как и на Ио, лед под поверхностью растаял и получился теплый океан. Если где-то и есть почти такая же подходящая среда для развития жизни, как на Земле, то это на Европе. Один мой сотрудник-художник спросил, как назывались бы инопланетяне с Европы – неужели европейцы? В отсутствие более подходящего ответа пришлось сказать «да».

Самый большой спутник Плутона Харон так велик и так близок к Плутону, что они с Плутоном оба поймали друг друга в приливный захват: их периоды обращения по орбите друг вокруг друга и периоды обращения вокруг своей оси одинаковы. Это называется двойной приливный захват – звучит как еще не изобретенный борцовский прием.

Спутники планет принято называть в честь древнегреческих мифологических персонажей в жизни древнегреческого аналога того римского бога, в честь которого названа планета. Светская жизнь у античных богов была очень запутанная, поэтому недостатка в персонажах мы не испытываем. Единственное исключение из этого правила – спутники Урана, названные в честь различных главных героев английской классической литературы. Английский астроном Уильям Гершель первым обнаружил планету, которая находится дальше остальных, видимых невооруженным глазом, и был готов назвать ее в честь тогдашнего короля, которому верно служил. Если бы сэру Уильяму это удалось, список планет выглядел бы так: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн и Георг. К счастью, здравомыслие возобладало, и несколько лет спустя планета получила классическое имя Уран. Однако спутники его Гершель предложил называть в честь героев пьес Шекспира и поэм Поупа, и эта традиция соблюдается до сих пор. Среди 27 спутников Урана есть Ариэль, Корделия, Дездемона, Джульетта, Офелия, Порция, Пак, Умбриэль и Миранда.

Солнце теряет вещество с поверхности со скоростью больше миллиона тонн в секунду. Мы называем это солнечным ветром, который состоит из высокоэнергичных заряженных частиц.

Поток частиц мчится сквозь пространство со скоростью в тысячи километров в секунду и отражается магнитными полями планет. Тогда частицы устремляются по спирали к северному и южному магнитному полюсу, бомбардируют молекулы газа и зажигают в атмосфере многоцветные полярные сияния. Космический телескоп имени Хаббла зарегистрировал полярные сияния у полюсов Сатурна и Юпитера. А на Земле северные и южные сияния – аврора бореалис и аврора аустралис – служат постоянным напоминанием о том, как прекрасна защитная атмосфера.

Принято считать, что земная атмосфера достигает десятков километров от поверхности. Спутники на «низких» околоземных орбитах, как правило, летают на расстоянии от 150 до 600 километров от Земли и проходят полный оборот примерно за 90 минут. Дышать на такой высоте невозможно, однако кое-какие атмосферные молекулы еще встречаются – и их достаточно, чтобы постепенно истощать орбитальную энергию ничего не подозревающих спутников. Чтобы преодолеть сопротивление воздуха, спутнику нужно периодически делать рывки, иначе он упадет на Землю и сгорит в плотных слоях атмосферы.

Альтернативный способ определить, где проходит граница атмосферы, – задаться вопросом, где плотность молекул атмосферных газов равна плотности молекул газов межпланетного пространства. По такому определению толщина земной атмосферы составляет несколько тысяч километров. Гораздо выше этого уровня, на расстоянии в 40 000 километров от поверхности Земли (одна десятая расстояния до Луны), проходят орбиты спутников связи. Эта высота избрана не только потому, что земная атмосфера перестает оказывать на спутники существенное влияние, но и потому, что на ней скорость спутника такова, что он совершает один оборот вокруг Земли ровно за сутки. Когда орбита идеально согласуется с темпом вращения Земли, спутник словно парит над одной точкой, а значит, служит идеальным передатчиком сигналов между разными областями земной поверхности.