Удивительная Солнечная система - Александр Громов

На 82 % Юпитер состоит из водорода, на 17 % из гелия, а на долю всех оставшихся элементов приходится жалкий 1%. Ничего общего с составом Земли, зато очень похоже на Солнце! Присутствуют метан, этан, аммиак, кристаллики водяного льда, бисульфида аммония и т. д. Наружные слои атмосферы состоят преимущественно из водорода в молекулярном состоянии. Присутствуют и примеси. Первое, что бросается в глаза при взгляде в телескоп на Юпитер: он полосатый. Само собой, полосы параллельны экватору. Особенно ярко выражены две широкие полосы в «тропических» широтах гигантской планеты. И эти, и другие полосы маркируют собой зоны с различными скоростями вращения. На границах зон возникают завихрения, легко различимые даже в сравнительно небольшой телескоп в виде округлых пятен или фестонов (рис. 37 на цветной вклейке). И неудивительно: скорости движения газа в двух соседних зонах могут отличаться на 300 км/с. Ну как тут не возникнуть завихрениям?

Один вихрь получил всемирную известность: это Большое Красное Пятно (рис. 38 на цветной вклейке) размером 48 на 12 тыс. км (для масштаба: экваториальный радиус планеты 71 492 км). Сколько времени оно существует, сказать трудно. Астрономам оно известно с XVII века. Правда, в последние десятилетия яркость Красного Пятна ослабла, и очень похоже на то, что оно понемногу сойдет на нет. Что ж, рано или поздно возникнет новое! Хотя, конечно, Большое Красное Пятно – образование во всех отношениях выдающееся. Меньшие же по размеру вихри возникают на Юпитере достаточно регулярно. Некоторые из них живут всего-то несколько недель или месяцев, другие остаются на годы. Вихри возникают, сливаются друг с другом, исчезают – словом, ведут себя примерно так же, как циклоны и ураганы на Земле. Например, в марте 2007 года были зафиксированы два атмосферных шторма размером по 4000 км. Нет особых сомнений в том, что причина этих и других гигантских вихрей кроется в собственном энерговыделении планеты и неизбежной конвекции. Согласно результатам моделирования, оба шторма образованы струями нагретого водорода, вырывающимися из-под облачного слоя с глубины в несколько десятков километров, куда не проникают лучи Солнца. Нагреть этот водород мог только сам Юпитер. Частички водяного и аммиачного льда, подхваченные вихрями с порядочной глубины, придали им белый цвет и сформировали нечто вроде «наковальни» грозовых облаков, формирующихся над Землей. Такие образования на Юпитере называются плюмами. Основная разница здесь в масштабах явления: полная высота юпитерианского шторма от подножия до верхушки плюма достигает 120 км – вдесятеро больше, чем на Земле.

Сравнение с земными грозами не случайно: в атмосфере Юпитера молнии не просто замечены, а представляют собой самое обычное явление. Причем длина юпитерианских молний может достигать 1000 км! (На Земле не зафиксированы молнии длиннее 50 км.)

В 1995 году от АМС «Галилео» отделился зонд Galileo Probe и проник под облачный покров планеты. Зонд перестал работать на глубине 140 км, где давление юпитерианской атмосферы составляет примерно 1 бар, что соответствует атмосферному давлению на Земле на уровне моря. Конечно, хотелось бы большего, и к тому же спуск зонда проходил в безоблачном регионе Юпитера, поэтому многие детали облачного покрова планеты не были изучены непосредственно. Вспоминаются перипетии космолета «Тахмасиб» из повести «Путь на Амальтею» братьев Стругацких, провалившегося в Юпитер на большую глубину и сумевшего выбраться. Естественно, никто не пошлет пилотируемый космический корабль внутрь газовой планеты уже потому, что он не батискаф, однако крайне жаль, что миссия Galileo Probe не была повторена другим, более защищенным аппаратом. Возможно, эти исследования не считаются очень уж актуальными (поскольку строение наружных слоев Юпитера более-менее понятно, а в более глубокие слои, где царят высокие давления и температуры, не заберется никакой работоспособный аппарат), и все же остаются сожаление и чувство неудовлетворенности. Хотя вряд ли когда-нибудь будет создан зонд, способный проникнуть в такие глубокие слои Юпитера, где давление газа превышает давление в центра Земли, а температура выше, чем на поверхности Солнца.

Приходится довольствоваться моделированием. Считается, что до глубины примерно 1000 км вещество Юпитера – газ. Глубже происходит то, чего мы никогда не видим на Земле: с увеличением глубины и повышением давления газ постепенно становится жидкостью. Мы привыкли к тому, что газ – это газ, а жидкость – это жидкость, но мы не сталкиваемся с давлениями той силы, что царят в глубинах Юпитера. Четкой границы между газообразным и жидким водородом в недрах Юпитера не существует. А еще глубже, на глубине порядка четверти радиуса планеты, жидкий водород становится металлическим, оставаясь, судя по всему, жидкостью. Его температура при этом достигает 6500 К, а плотность при переходе в металлическое состояние скачком удваивается, составляя 0,8 г/см3. Недурная плотность для самого легкого газа, хотя, конечно, ее не сравнить с плотностью того же водорода в недрах Солнца.

Что находится еще глубже, можно сказать лишь с некоторой долей неуверенности. По-видимому, в самом центре планеты расположено твердое ядро радиусом до 12 тыс. км, массой 10–20 масс Земли, температурой порядка 20 тыс. К и давлением 40–50 Мбар, каковое давление и удерживает ядро в твердом состоянии. Оно каменное, но с большим содержанием железа и никеля, его плотность оценивается в и г/см3. Вокруг ядра, возможно, находится слой льда, состоящего из воды, аммиака и метана. Вопрос о наличии твердого водорода остается открытым.

Так или иначе, бесспорно одно: Юпитер имеет твердое ядро, окруженное жидкостью, и взаимодействие между ними включает «динамо-машину», генерирующую магнитное поле. И какое! Радиационный пояс Юпитера в 40 тыс. раз мощнее земного и простирается как минимум до 400 тыс. км. Магнитное поле гигантской планеты чрезвычайно сильное, его напряженность у экватора равна 4,2 Гс, что почти вдесятеро больше, чем у Земли. Полярность его обратная по сравнению с магнитным полем Земли, что не имеет серьезного значения: ведь мы знаем, что магнитное поле Земли многократно испытывало «переполю-совку». Возможно, такое же явление характерно и для Юпитера. Строго говоря, у Юпитера два магнитных поля. Одно из них обычное дипольное, но несимметричное по отношению к телу планеты. Второе связано с мощными радиационными поясами. Силу магнитного поля Юпитера первым испытал на себе аппарат «Пионер-10». Угрожающе быстрый рост радиации начал наблюдаться еще за 700 тыс. км до планеты и почти достиг предельного значения, но все-таки приборы выдержали.

Магнитосфера Юпитера вращается вместе с планетой, то есть так же быстро. Взаимодействие ее с заряженными частицами солнечного ветра приводит к разгону этих частиц до весьма высоких энергий. И если когда-нибудь к Юпитеру полетят обитаемые космические аппараты, их конструкторам придется очень серьезно подумать о защите экипажа, ибо при отсутствии таковой у космонавтов просто не будет шанса вернуться на Землю живыми. Юпитер – серьезная планета, и как бы банально ни звучало это утверждение, повторять банальности иногда стоит.

Все газовые планеты Солнечной системы окольцованы. Кольцо Юпитера открыл в 1979 году «Вояджер-1», хотя правильнее будет сказать не «открыл», а «подтвердил», так как на возможное существование кольца еще в 1960 году указывал советский астроном С.К. Всехсвятский, а в 1976 году и с большей определенностью – американские физики М. Экуна и Н. Несс, проанализировавшие распределение около Юпитера заряженных частиц, измеренное аппаратом «Пионер-11». Строго говоря, это кольцо является системой колец. Полученные от АМС «Галилео» данные говорят о том, что кольца Юпитера состоят из пыли, выбитой из внутренних спутников при ударах метеоритов. Внутренними называют спутники, обращающиеся вокруг планеты на меньшем расстоянии, чем ближайший галилеев спутник – Ио. Таких спутников четыре: Метида, Адрастея, Амальтея, Теба. Крупнейший из них – Амальтея – маловат для того, чтобы принять форму гидростатического равновесия, и представляет собой глыбу неправильной формы размером 262 на 134 км удивительно малой плотности, приблизительно равной плотности воды. Возможно, Амальтея не единое тело, а непрочно скрепленный конгломерат меньших тел, «попытавшийся» принять сферическую форму и не преуспевший в этом из-за малой массы. Меньшие спутники и подавно не являются шарами. Эти спутники находятся близ внешнего резкого края системы пылевых колец – каждый из них близ края «своего» кольца. Объяснение существования колец ударами метеоритов о мелкие спутники кажется правдоподобным: ведь такие удары действительно изредка случаются, а пылевые кольца Юпитера разрежены и темны (альбедо 0,015), так что небольшое количество их вещества и его низкая отражательная способность находят простейшее и довольно естественное объяснение.