Загадки астрономии - Отто Байндер

По мнению сторонников другой гипотезы, каждый троянец — это смесь метеорных тел и космических осколков, захваченных из-за пределов солнечной системы действием солнечного тяготения. На пути к Солнцу некоторые из мелких осколков, пересекавших орбиту Юпитера, были собраны вместе его мощным притяжением. Бóльшая часть вещества затем упала на поверхность планеты, а остатки удерживались Солнцем, до тех пор пока не нашли покой в нейтральных точках. Непосредственное посещение космонавтами этой области позволит установить, из чего состоят троянцы, и разрешит спор.

Спутники Юпитера, особенно четыре самых крупных, ставят перед нами другой вопрос, ответ на который ревниво охраняется Вселеной.

Загадка 2. Являются ли два из четырех галилеевских спутников гигантскими снежными комьями?

Эти спутники называются «галилеевскими», в честь открывшего их в 1610 г. Галилея. Из четырех спутников три по размерам больше Луны, а два — больше Меркурия. Ио и Европа, диаметры которых соответственно равны 3720 и 3140 км, ничем не выделяются. Что касается Ганимеда и Каллисто, то, несмотря на значительные размеры диаметров — соответственно 5230 и 5150 км[22], — масса каждого из них в два раза меньше, чем у Меркурия. Оба спутника характеризуются высокими значениями альбедо, которые не могут быть обусловлены сияющими облачными атмосферами, так как атмосферы у них полностью или почти полностью отсутствуют.

Теория объясняет малые массы и высокие альбедо Ганимеда и Каллисто тем, что их недра и поверхностные слои состоят из белого вещества низкой плотности — такой, как у снега или льда. Поэтому эти два спутника больших размеров, но малой массы, вероятно, не что иное, как снежные гиганты с очень маленькими каменными ядрами.

Спутникам Юпитера и других внешних планет присуща другая особенность, не наблюдающаяся у спутников четырех внутренних планет до Марса включительно.

Загадка 3. Почему 11 спутников из 31 обращаются вокруг планет в обратном направлении?

Почти все тела в солнечной системе — планеты, спутники, кометы, астероиды, метеорные тела — обращаются вокруг Солнца против часовой стрелки, если смотреть из северного полюса эклиптики. То же самое можно сказать и о направлении вращения этих тел вокруг своих осей.

Иначе обстоит дело с четырьмя внешними спутниками Юпитера, не имеющими собственных имен и обозначенными римскими цифрами: VIII, IX, XI и XII. Эти необычные спутники имеют обратное обращение вокруг Юпитера — по часовой стрелке. Теория, согласно которой они являются «плененными» астероидами, дает простое объяснение этому факту. Если они были захвачены из пояса астероидов притяжением Юпитера, то направление их орбитального движения определялось бы моментами количества движения этих тел относительно планеты.

Рис. 10. Четыре внешних спутника Юпитера (отмечены буквой О) имеют обратное движение (по часовой стрелке). Предполагается, что это захваченные гигантом астероиды.

Но обратное вращение самого внешнего спутника Сатурна — Фебы — не удается объяснить таким же образом. Вряд ли Феба — астероид, удалившийся от основной массы малых планет на невероятно большое расстояние — 800 млн. км. Скорее всего тяготение Сатурна изменило направление движения кометы, летевшей к Солнцу, и превратило ее гиперболическую траекторию в замкнутую орбиту. Вместе с головой будущая Феба потеряла и хвост, так как он образуется только при достаточном приближении к Солнцу (внутри орбиты Марса). Тепло и коротковолновое солнечное излучение превращают замерзшие газы головы кометы в светящиеся пары´, тянущиеся в виде хвоста далеко позади нее. Эта теория будет окончательнo доказана, если будущие космонавты, опустившись на Фебу, обнаружат смесь пыли, камней, кристаллов льда и замерзших газов. Если же, напротив, Феба окажется твердой, как обычные спутники, и непохожей на голову кометы, то загадка останется неразрешенной.

Пять спутников Урана, как, впрочем, и сам Уран, имеют обратное вращение. Вероятно, они образовались обычным образом. Тайна обратного движения этих спутников связана с еще более трудной загадкой — обратным вращением самого Урана (см. гл. VII).

Замыкают наш список два спутника Нептуна, Тритон и Нереида, причины обратного движения которых совершенно неизвестны.

Нереиде присуща и другая особенность, доставляющая астрономам танталовы муки.

Загадка 4. Почему у Нереиды кометная орбита?

Нереида имеет несравненно более эксцентрическую орбиту, чем любой спутник в солнечной системе. Она приближается к Нептуну на 1 600 000 км и удаляется в «апонептуний» на 9 600 000 км. Но некоторые характеристики Нереиды заставляют усомниться в том, что это захваченная голова кометы, подобная Фебе. До сих пор никто не нашел объяснения происхождению не похожего на комету спутника Нептуна с его очень вытянутой орбитой. Другой спутник Нептуна — Тритон — отличается тем, что плоскость его орбиты очень сильно наклонена к плоскости, в которой обращаются вокруг Солнца планеты солнечной системы. Почему один спутник из 31 нарушает общие правила?

Проблемы такого рода типичны для тех загадок солнечной системы, для решения которых слишком мало фактов, так мало, что трудно построить правильную теорию. Эти головоломки — пробелы в наших знаниях о планетах. Их разрешат будущие космонавты. В течение по меньшей мере столетия они будут деловито курсировать между девятью планетами и решать множество загадок, которые покажутся легкими, но затем придет черед трудных…

Одна невероятно трудная загадка, которая никогда не покорится будущим космонавтам, загадана спутниками Марса.

Загадка 5. Как удалось Джонатану Свифту в «Путешествиях Гулливера» предсказать открытие спутников Марса в 1726 г. — за 150 лет до того, как они были замечены в телескопы?

«Кроме того, они (астрономы летающего острова Лапуты. — Ред.) открыли две маленькие звезды или спутника, обращающихся около Марса, из которых ближайший к Марсу удален от центра планеты на расстояние, равное трем ее диаметрам, а более отдаленный находится от нее на расстоянии пяти таких диаметров. Первый совершает свое обращение в течение десяти часов, а второй — в течение двадцати одного с половиной часа…»

Приведенные Свифтом значения высот спутников — 19 200 и 33 600 км соответственно — не слишком расходятся с истинными расстояниями Фобоса и Деймоса от центра Марса, равными 9300 и 23 500 км. И все же точнее всего он назвал величину периода обращения ближайшего спутника — 10 часов вместо 7,5 часов в действительности. Но самое удивительное, что предсказано существование спутника, вращающегося быстрее своей планеты, — явление, не наблюдаемое у других спутников и не объяснимое в рамках общепризнанных теорий.

Исследование показало, что в 1726 г. Свифт не пользовался телескопом, да к тому же телескопы того времени были настолько несовершенны, что с их помощью не удалось бы заметить марсианские «луны». Когда в 1877 г. Холл впервые обнаружил спутники красной планеты, он был поражен гениальным предвидением Свифта, который за полтора столетия до его открытия дал параметры спутников, оказавшиеся близкими к действительности.

Были ли спутники чистейшей выдумкой автора и только благодаря счастливой случайности оказались существующими в действительности? Или Свифт открыл спутники каким-то неизвестным способом, о котором он никогда не упоминал?

Можно попытаться так объяснить эту историческую головоломку. В 1726 г. было сформулировано правило Боде, которое давало верные расстояния от Солнца для всех известных в то время планет. Открытие Урана, казалось, еще больше укрепило его правильность (хотя позднее, когда были открыты Нептун и Плутон, авторитет правила Боде был подорван).

В XVIII в. появилось еще одно правило типа правила Боде, которое давало число известных в то время спутников у каждой планеты. Был предложен следующий эмпирический закон:

Венера — 0

Земля — 1

Марс — 2?

Юпитер — 4

Сатурн — 5 (плюс 3?)

Уран — 16 (предстояло открыть)

Поскольку в XVIII веке — «веке просвещения» — все во Вселенной казалось подчиненным простым и точным законам, то нетрудно было вообразить, что число спутников у каждой планеты по мере удаления от Солнца удваивается. Тот факт, что уже было открыто пять спутников Сатурна и ровно четыре спутника Юпитера (в то время ни один из восьми других, гораздо более мелких не был, да и не мог быть открыт), подтверждал правило. И, хотя тогда не было найдено ни одного спутника Урана, это никого не смущало: так как Уран был открыт лишь в 1781 г., все считали, что обнаружение его 16 спутников всего лишь дело времени.