Астрономия. Популярные лекции - Владимир Георгиевич Сурдин

галилеевыми, потому что Галилей их обнаружил) подвергаются влиянию со стороны Юпитера вполне ощутимо. Ближайший из них, Ио, весь покрыт вулканами, среди которых более полусотни действующих, причем они выбрасывают «лишнее» вещество на 250–300 км вверх. Это открытие было весьма неожиданным: на Земле таких мощных вулканов нет, а тут маленькое тело размером с Луну, которое должно было бы остыть уже давно, а вместо этого оно пышет жаром со всех сторон (рис. 8.34). Где источник этой энергии?

Рис. 8.33. Юпитер и его крупнейшие спутники. Коллаж из фотографий NASA.

Вулканическая активность Ио была сюрпризом не для всех: за полгода до того, как первый зонд подлетел к Юпитеру, два американских геофизика опубликовали работу, в которой они рассчитали приливное влияние Юпитера на этот спутник. Оно оказалось настолько велико, что способно деформировать тело спутника. А при деформации всегда выделяется тепло. Когда мы берем кусок холодного пластилина и начинаем мять его в руках, он становится после нескольких сжатий мягким, податливым. Это происходит не потому, что рука нагрела его своим теплом (точно так же получится, если его плющить в холодных тисках), а потому, что деформация вложила в него механическую энергию, которая преобразовалась в тепловую.

Рис. 8.34. Ио, спутник Юпитера, характеризуется обилием активных вулканов. Справа: на заднем плане происходит извержение. Фото: NASA.

Но почему форма спутника меняется под действием приливов со стороны Юпитера? Казалось бы, стал один раз эллипсоидом, двигаясь по круговой орбите и синхронно вращаясь, как наша Луна, — и нет повода для последующих искажений формы. Однако рядом с Ио есть и другие спутники, и все они заставляют ее орбиту немного смещаться туда-сюда: Ио то приближается к Юпитеру, то удаляется. Значит, приливное влияние то ослабевает, то усиливается, и форма тела все время меняется.

Раньше мы не упоминали о приливах в твердом теле Земли, но они, конечно, тоже есть, правда, не очень высокие — порядка 10 см. Если вы посидите часов шесть на своих местах, то благодаря приливам сантиметров на двадцать «погуляете» относительно центра Земли. Это колебание для человека, конечно, неощутимо, но геофизические приборы его регистрируют.

В отличие от земной тверди, поверхность Ио за каждый орбитальный период колеблется с многокилометровой амплитудой. Большая энергия деформации рассеивается в виде тепла и нагревает недра. На поверхности, кстати, не видно метеоритных кратеров, потому что вулканы постоянно забрасывают всю поверхность свежим веществом. Стоит ударному кратеру образоваться, как лет через сто его засыпают продукты извержения соседних вулканов. Работают они непрерывно и очень мощно, к этому добавляются разломы в коре планеты, через которые из недр вытекает разное вещество, в основном сера. При высокой температуре она темнеет, поэтому струя из кратера выглядит черной. А светлый ободок вулкана — остывшее вещество, которое опадает вокруг. На нашей планете выброшенное из вулкана вещество обычно тормозится воздухом и падает близко к жерлу, образуя конус, а на Ио атмосферы нет, и оно летит по баллистической траектории далеко во все стороны. Пожалуй, это пример самого мощного приливного эффекта в Солнечной системе.

Рис. 8.35. Европа, спутник Юпитера: общий вид и трещины в ледяной коре. Фото: NASA.

Второй спутник Юпитера, Европа, весь выглядит как наша Антарктида: он покрыт сплошной ледяной коркой, кое-где потрескавшейся (рис. 8.35, 8.36), так как ее тоже что-то постоянно деформирует. Поскольку этот спутник подальше от Юпитера, приливный эффект здесь не так силен, но тоже вполне ощутим. Под этой ледяной корой — жидкий океан: на отдельных снимках видно, как из некоторых разошедшихся трещин бьют фонтаны. Под действием приливных сил океан бурлит, а на его поверхности плавают и сталкиваются ледяные поля, почти как у нас в Северном Ледовитом океане и у берегов Антарктиды. Измеренная электропроводность жидкости океана Европы свидетельствует о том, что это соленая вода. Почему бы там не быть жизни? Заманчиво было бы опустить в одну из трещин прибор и посмотреть, кто там живет.

Рис. 8.36. Ледяные торосы на Европе.

На самом деле не для всех планет концы с концами сходятся. Например, у Энцелада, спутника Сатурна, тоже есть ледяная кора и океан под ней. Но расчеты показывают, что энергии приливов недостаточно, чтобы поддерживать подледный океан в жидком состоянии. Конечно, кроме приливов у любого небесного тела есть и другие источники энергии — например, распад радиоактивных элементов (урана, тория, калия), но на малых планетах они едва ли могут играть значимую роль. Значит, чего-то мы пока не понимаем.

Приливный эффект чрезвычайно важен для звезд. Почему — об этом в следующей лекции.

9. Приливы в мире звезд и галактик

Как образуется двойная звезда

Приливный эффект является универсальным и работает всегда, когда есть два влияющих друг на друга объекта. Естественно, действует он не только в Солнечной системе, но и за ее пределами, в мире звезд и галактик. Для звезд этот эффект чрезвычайно важен, а иногда оказывается фатальным.

Что происходит при сближении в пространстве двух звезд? Простая небесная механика говорит нам, что когда к более массивному телу из бесконечности подлетает звезда, то она огибает это тело и со скоростью больше второй космической по гиперболе уходит в бесконечность. Если бы звезды были абсолютно жесткими шариками, то они действительно пролетали бы одна мимо другой и навсегда расставались (рис. 9.1, а). Согласно законам небесной механики, сближение двух жестких шарообразных тел не должно приводить к образованию гравитационно связанной системы. Но в жизни так не бывает.

Сближаясь, звезды начинают деформироваться: менее массивная вытягивается в эллипсоид, большая ось которого сначала направлена на центр гравитации, но по мере набора скорости эллипсоид из-за инерции не успевает разворачиваться. Ближняя часть эллипсоида притягивается сильнее и тормозит его — в предыдущей лекции мы рассматривали такой же эффект, в результате которого Луна замедляет вращение Земли. Из-за потери кинетической энергии легкое тело с гиперболической траектории переходит на эллиптическую орбиту. На втором проходе размер орбиты уменьшается,