Удивительная Солнечная система - Александр Громов

Но какая? Возможных объяснений виделось пять: сопротивление газово-пылевой среды, влияние не открытого еще спутника, столкновение с кометой незадолго до открытия Урана Гершелем, поправки к закону тяготения, которые надо вносить, если расстояние между телами велико, – и, наконец, существование еще одной планеты.

Все эти возможные причины, кроме двух последних, были отброшены одна за другой. Казалось бы, в справедливости ньютонова закона всемирного тяготения в тех случаях, когда поправками общей теории относительности можно спокойно пренебречь, может усомниться только психически нездоровый человек, – ан нет: сомнения в этом вопросе возникали и в конце XX века, и возникнут снова, когда встанет очередная задача, вроде бы не имеющая иных решений. Если утопающий хватается за соломинку, то упершийся в глухой тупик склонен ломать и ниспровергать. Но все же был другой выход, последний: поискать еще одну планету.

Она должна была находиться еще дальше от Солнца, чем Уран, и выглядеть гораздо более слабой звездочкой. Таких звездочек на небе уже не тысячи, а десятки тысяч, и даже если ограничиться 10-градусной полосой вокруг эклиптики, все равно это потребовало бы от квалифицированных наблюдателей колоссального количества человеко-часов.

Проще было теоретически вычислить, в какой части неба находится неизвестная планета, и уже там искать ее. Эту работу – тоже весьма громоздкую – мог выполнить один теоретик. Первым за вычисления взялся немецкий астроном Фридрих Бессель, но он умер, не успев закончить работу. Вслед за ним открыть планету «на кончике пера» независимо друг от друга попытались двое: молодой английский математик Джон Адамс и уже известный к тому времени французский теоретик Урбен Леверье.

Успех сопутствовал обоим. Адамс закончил вычисления на год раньше, но расчеты Леверье оказались более основательными и убедительными. Адамс не сумел уговорить английских астрономов заняться поисками новой планеты, зато Леверье тотчас после опубликования своих результатов (1846 год) обратился к немецким астрономам, имевшим лучшие на то время карты звездного неба. Ведь самый простой способ найти новую планету состоял не в том, чтобы долго и нудно измерять координаты множества звезд в вычисленном «теоретическом квадрате», причем делать это дважды, сравнивая положение звезд на небе, и не в том, чтобы искать планету по видимому диску, а в том, чтобы просто-напросто сличить участок звездной карты с реальным участком звездного неба. Крик студента-астронома д’Арре: «Этой звезды нет на карте!» – вошел в историю. Так ассистент Берлинской обсерватории Галле и помогавший ему д’Арре нашли новую планету всего в одном градусе от расчетной точки, потратив едва полчаса на поиски. Триумф небесной механики был велик.

Новую планету после некоторых споров и интриг назвали Нептуном. Леверье, вначале сам предложивший назвать планету Нептуном, в скором времени пожелал, чтобы теоретически открытое им светило носило его имя, в чем нашел поддержку некоторых видных астрономов того времени. Что ж, тщеславие – универсальный порок, оно равно поражает и великих, и ничтожных. Однако предложение не было принято: ведь тогда по справедливости Уран следовало бы назвать Гершелем и переименовать все известные к тому времени малые планеты. Так что восьмая планета Солнечной системы стала называться все-таки Нептуном, а не Леверье.

В том же году у Нептуна был открыт крупный спутник Тритон, из параметров движения которого легко вычислялась масса планеты. Она оказалась равной 17,204 массы Земли, то есть Нептун несколько массивнее Урана. Как ни странно, и средняя плотность у него выше: 1,76 г/см3 против 1,30 г/см3 у Урана. Орбита Нептуна практически круговая (е = 0,0113) – из всех планетных орбит лишь орбита Венеры имеет меньший эксцентриситет. Полный оборот вокруг Солнца планета совершает за 164,491 года.

При взгляде в не слишком крупный телескоп Уран и Нептун – просто близнецы-братья, отличающиеся лишь видимым размером и немного цветом, но все же оба они голубовато-зеленые. Впрочем, особо зоркие наблюдатели отмечают на Уране полосы, похожие на полосы Сатурна и также параллельные экватору планеты. Поскольку Уран иногда повернут к нам северным или южным полюсом, полосы в такие моменты времени становятся кольцами.

Уран уникален тем, что угол между плоскостью его экватора и плоскостью орбиты составляет 97,77°, то есть планета вращается практически «лежа на боку», подставляя нам в своем движении вокруг Солнца то экваториальные области, то один из полюсов. При этом Уран, как и Венера, вращается в сторону, противоположную вращению остальных планет. Какой древний космический катаклизм заставил планету вращаться столь необычным образом, остается только гадать.

Нептун в этом отношении гораздо более «добропорядочен», имея нормальное направление вращения и угол наклона экватора к орбите 28,32°. Зато периоды вращения вокруг оси у обеих планет близки: 17 часов 14 минут у Урана и 16 часов 7 минут у Нептуна. Обе планеты имеют спутники и кольца.

В 1977 году Уран покрыл своим диском слабую звезду SAO 158 687. Незадолго до покрытия звезда пять раз ненадолго ослабла в блеске, и то же явление зеркально повторилось, когда диск Урана «слез» со звезды. Ничем иным, кроме как системой колец – причем темных колец, – объяснить это явление было нельзя. Годом позже было открыто еще 4 кольца, так что всего их у Урана стало 9. Кольца Урана очень узкие (от 0,6 до 100 км) и очень темные, с низким (менее 5 %) альбедо. Можно считать, что по отражательной способности вещество колец Урана подобно саже. Наверняка кольца Урана не состоят изо льда, но зато могут состоять из вещества, выбитого с поверхности Титании и Оберона – не покрытых льдом спутников Урана. Любопытно, что кольца эти эллиптические, а их плоскость не совсем совпадает с плоскостью экватора планеты.

Но даже «Вояджер-2», пролетевший в 1986 году вблизи Урана, не заметил два внешних, опять-таки узких кольца и два новых спутника. Эти объекты были открыты с использованием Космического телескопа им. Хаббла. Кольца получили обозначение Ui и U2, причем орбита одного из новых спутников совпадает с орбитой самого внешнего кольца Ui. По всей видимости, этот спутник, получивший имя Мэб, подпитывает кольцо пылью и осколками, выбрасываемыми с его поверхности вследствие метеоритной бомбардировки. Надо думать, бомбардировка носила «разовый», случайный характер – об этом прежде всего говорят орбиты других спутников, не связанные с кольцами. Немаловажно и то, что пространственная плотность метеоритов на орбите Урана должна быть гораздо ниже, чем, скажем, в Главном поясе астероидов, так что при достаточном количестве «мишеней» для бомбардировки не хватает «снарядов».

Есть кольца и у Нептуна. Их наличие подозревалось давно, но открыты они были лишь при пролете вблизи планеты АМС «Вояджер-2». Было обнаружено четыре очень узких кольца. Все это типично для газовых планет. Нетипично другое: почему-то крупный спутник Нептуна Тритон (диаметр 2710 км) движется по орбите в обратном направлении. Предпринимались попытки объяснить такое его движение тем, что некогда спутником Нептуна был и Плутон, но взаимные возмущения этих тел выбросили Плутон прочь, а Тритон заставили обращаться вокруг Нептуна в противоположном направлении. Существует и другая гипотеза, согласно которой Тритон некогда был самостоятельным телом пояса Койпера и стал спутником планеты после тесного сближения с ней. Моделирование показало, что для этого Тритон должен был иметь крупный спутник, выброшенный впоследствии в самые дальние области Солнечной системы. Трудно сказать, было так на самом деле, но так быть могло. Спутники же у плутоидов – самое обычное дело.

Как Уран, так и Нептун окружены «знатными» атмосферами, в них наблюдаются светлые и темные пятна – следы местных циклонов. Измеренные скорости ветра на Нептуне превосходят все, что мы знаем, и могут достигать 1120 км/с, причем образования, подобные земным перистым облакам, перемещаются с огромной скоростью из одних широт в другие. Моделирование, однако, показало, что атмосферы Урана и Нептуна гораздо менее толсты, чем у Юпитера или Сатурна. В них заметно меньше водорода и больше соединений типа аммиака, метана и др. Высказывалась гипотеза, что если Солнце родилось не как одиночная звезда, а в составе довольно тесного скопления (за это говорит теория вероятностей), то мощное излучение соседних звезд или протозвезд могло вымести часть водорода и гелия из пухлых оболочек формирующихся периферийных планет, тогда как Сатурн и Юпитер убереглись от подобной участи, будучи экранированными пылью околосолнечного газово-пылевого диска, в котором образовались спиральные волны плотности – почти как в галактике. Что ж, спиральный рукав – очень неплохой «защитный экран». В эту гипотезу хорошо ложится и большая, чем у Урана, плотность Нептуна, который был ближе к периферии газово-пылевого диска и потерял больше легких элементов. К сожалению, эту гипотезу трудно проверить иначе, чем моделированием, а такая проверка, конечно же, не может считаться полноценной (посчитать-то можно что угодно, вопрос лишь в том, какое отношение все это имеет к реальности).