Загадки астрономии - Отто Байндер

И все же, вероятнее всего, твердое ядро существует, поскольку всякое тяжелое вещество должно погружаться к центру газового шара. Но сжатие газов в недрах планеты может сильнее увеличить среднюю плотность, чем добавление каменистых горных пород или металлов. Поэтому астрономы считают, что если «добавка» твердого вещества на Сатурне включает лишь самые легкие металлы и неметаллы, например литий, бериллий, кальций, магний, кремний и серу, то на какой-то глубине они уже будут иметь меньшую плотность, чем окружающая среда чудовищно сжатых газов, и перестанут опускаться к центру. Такое вещество никогда не сгруппируется в твердое ядро.

Теоретические доказательства того, что Сатурн состоит только из газов, не убедительны, а полное отсутствие твердых веществ невозможно себе представить. Более вероятно, что планета все-таки имеет четко выраженную твердую поверхность, так как многие газы, например аммиак, окислы серы, метан, сжижаются при низких температурах и высоких давлениях. Ниже, где давление еще больше, они затвердевают, несмотря на тепло, выделяющееся при сжатии. Кроме того, вода наверняка составляет заметную часть полной массы планеты, а она может существовать не только в жидком, но и в твердом состоянии.

В широко известной модели Вилдта (Йельская обсерватория) Сатурн имеет ядро из железа, олова и цинка радиусом 25 000 км, которое окружено слоем льда, включающего замерзшую воду, аммиак и другие тяжелые газы; ядро покрыто тонкой корой из соединений легких металлов. Там, где кончается этот массивный ледяной шар, начинается газовая атмосфера, простирающаяся на 28 000 км; она-то и определяет полный диаметр Сатурна, который мы наблюдаем с Земли.

Если же на Сатурне имеет место парниковый эффект, как и на Юпитере, то льды в верхней части обширного ледяного покрова расплавлены и где-то под толщей атмосферы всю планету покрывает океан жидкого аммиака.

Кольца Сатурна

За пределами атмосферы расположены кольца Сатурна, за которые эту планету называют «жемчужиной солнечной системы». Система колец начинается приблизительно в 15 000 км от поверхности Сатурна кольцом С, которое затем сменяется последовательно кольцами В и А, причем все они разделены несколькими щелями. Наружный диаметр системы колец превосходит 270 000 км. Если поместить кольца между Землей и Луной, когда последние находятся на минимальном расстоянии друг от друга (356 000 км), то внешние края системы колец Сатурна находились бы лишь в 43 000 км от каждого тела.

Толщина колец не превышает 40 км; большинство ученых считают, что она составляет всего 15 км. Каждые 14,5 лет, когда кольца видны «с ребра», они превращаются в тонкую линию и становятся почти невидимыми. Сначала кольца считали сплошными и твердыми, затем жидкими, но в настоящее время нет сомнений в том, что они состоят из миллиардов крошечных частиц, движущихся по своим орбитам, подобно микроспутникам[20]. Это подтверждается наблюдениями покрытий звезд Сатурном, так как звезда видна сквозь кольца и при этом происходит лишь небольшое ослабление блеска.

Широко распространенное, но ошибочное представление о происхождении колец сводится к следующему: много лет назад Сатурн имел спутник, который находился в пределах «зоны Роша» на расстоянии менее 2,4 диаметра (около 290 000 км). Внутри этой зоны сила притяжения планеты, как бы «растягивающая» спутник, настолько велика, что разорвала его на множество кусков, рассеявшихся затем в форме блюда и продолжающих орбитальное вращение.

Но зона Роша опасна только для «жидкого» спутника (что соответствовало прежним представлениям о жидких кольцах). Твердый спутник в зависимости от своей плотности и прочности мог бы вращаться значительно ближе к Сатурну, не рискуя быть разорванным силой притяжения. Другое противоречие этой теории выражается в том, что высокое альбедо (69 %) колец указывает на существенную долю (по крайней мере половина) ледяных частиц в кольце, хорошо отражающих свет. Но, вообще говоря, нет никакой уверенности в том, что взрыв «ледяной луны» (подобной «снежным» спутникам Юпитера — Ганимеду и Каллисто) поблизости от Сатурна привел бы к образованию кольца. Тепло, выделившееся при взрыве, превратило бы лед в пар, который быстро рассеялся.

Итак, возникает еще один вопрос…

Загадка 4. Если кольца Сатурна образовались не из взорвавшегося спутника, то каково же их происхождение?

Некоторые ученые нерешительны в своих выводах, высказывая скорее догадки, чем теории.

1. Когда из первичного газо-пылевого сгущения образовался Сатурн, соседнее сгущение подверглось гравитационным возмущениям и не смогло конденсироваться как целое, а распалось на миллиарды мелких сгущений, которые впоследствии составили компоненты колец.

2. Когда-то в незапамятные времена некая комета беззаботно пролетела слишком близко от Сатурна. Ее голове, состоящей из отдельных ледяных и каменных частиц, не нужно было распадаться на куски. Осколки уже существовали, и их скопление просто приобрело форму вращающихся колец.

3. После конденсации сгущения — «зародыша» Сатурна — в планету, вещество которой вследствие сжатия расплавилось, мощное извержение (например, в результате падения огромного метеорита) выбросило в межпланетное пространство брызги лавоподобного вещества и пары со скоростью, меньшей скорости убегания, но достаточной для обращения вокруг планеты. Отброшенное вещество быстро остыло, превратившись в камни и ледяные осколки, которые остались на орбите, подобно нашим спутникам, запущенным при помощи ракет. (К 1975 г., когда будет запущено от 1000 до 5000 спутников, Земля, быть может, тоже обзаведется кольцами, но искусственными.)

Космонавты непосредственно исследуют компоненты колец Сатурна, чтобы установить их состав и происхождение.

Загадка 5. Достаточно ли велики тела в составе колец и достаточно ли близки друг к другу, чтобы служить «станциями» в пределах «верхнего этажа» кольца?

Астрономы могут лишь строить догадки о том, из скольких отдельных частиц слагаются кольца, поскольку, хотя они и знают полную массу колец, средние размеры частиц совершенно неизвестны. Естественно, что чем мельче частицы, тем больше их общее число. Высокая отражательная способность и прозрачность колец указывают, что эти тела, по-видимому, имеют размеры песчинок или более мелких пылевых частиц.

Но некоторые астрономы придерживаются той точки зрения, что такая однородность состава маловероятна и что кольца включают тела различных размеров, возможно даже огромные валуны. Они были бы сравнительно малочисленны и находились друг от друга на больших расстояниях. Их пренебрежимо малое притяжение позволило бы космонавтам перебираться с одной глыбы на другую, совершая гигантские прыжки. Теоретически космонавты могли бы (имея достаточный запас времени, воздуха, пищи и обогреваемые скафандры) «проскакать» поперек всего «блюда» — от внутреннего до внешнего края системы колец, то есть более чем на 60 000 км.

За пределами колец находится система спутников Сатурна, которая превосходит свиту старшего брата — Юпитера — если не по числу, то по размерам спутников. Диаметры всех девяти спутников Сатурна больше 300 км, а Титан с поперечником 5700 км — самый крупный спутник в солнечной системе (хотя и не самый массивный; см. гл. VII). Это единственный спутник, о котором известно, что он имеет свою собственную атмосферу из метана со следами аммиака.

Исследователи Сатурна столкнутся и с другой загадкой, решение которой надо будет искать непосредственно в окрестностях планеты.

Загадка 6. Действительно ли существует Фемида — десятый спутник Сатурна?

Еще не улеглись страсти после открытия в 1898 г. девятого спутника Сатурна — Фебы, а уже новое открытие вызвало волнение среди астрономов: Пиккеринг сообщил, что обнаружил десятый спутник Сатурна. В отличие от Фебы, удаленной от Сатурна на 13 млн. км, новая «луна» была гораздо более близким спутником, всего в 1 460 000 км от Сатурна, а ее период обращения составлял 20,85 суток. В тот год никто больше не видел этого спутника, но репутация Пиккеринга сделала свое дело; открытие было признано, и новый спутник назвали Фемидой.

Но в следующем десятилетии, когда наблюдателям из других обсерваторий не удалось подтвердить открытие и даже сам Пиккеринг не смог вновь его увидеть, возникли сомнения. Со временем таинственный спутник был официально вычеркнут из списка, но Пиккеринг еще долго продолжал утверждать, что он видел нечто, обращающееся вокруг Сатурна.