Разведка далеких планет - Владимир Сурдин

Как планеты стали карликами

Если не ошибаюсь, впервые «карлики» появились в астрономическом жаргоне вместе с диаграммой Герцшпрунга — Рассела, представляющей распределение звезд по температуре их поверхности (спектральному классу) и мощности излучения (светимости). На этой диаграмме, впервые построенной в 1910 г., звезды невысокой температуры, имеющие вследствие этого красноватый цвет поверхности, разделились на две группы: с очень высокой и очень низкой светимостью. Поскольку это ясно указывало на различие размеров звезд, их вполне естественно стали величать «гигантами» и «карликами». Именно так впервые назвал их Эйнар Герцшпрунг и окончательно закрепил Генри Рассел в своей заметке «„Giant" and „Dwarf" Stars», опубликованной в 1913 г. в журнале Observatory. Так в астрономии появились красные карлики (red dwarf).

А через несколько лет астрономов поразили спектры едва заметных спутников двух ярких звезд — Сириуса и 40 Эридана. Оказалось, что их едва различимые спутники — Sirius В и 40 Eridani В — имеют нормальную для звезды массу, весьма горячую белую поверхность, но при этом очень низкую светимость! Хотя астрономы — наблюдатели обнаружили их еще в XIX в., но только законы физики, открытые в XX в., помогли понять, что у этих спутников необычайно малый размер и фантастическая плотность. В 1922 г. американский астроном Виллем Лёйтен предложил называть этих звездных гномов белыми карликами (white dwarf). С этого момента «карлики» прочно обосновались в астрономии: в семействе звезд появились желтые карлики (в их числе и наше Солнце) и голубые карлики, в семействе звездных систем — карликовые галактики, а с недавних пор, как мы знаем, родилось и семейство планет — карликов.

В отношении звезд этот набор терминов трудно назвать удачным. Представляя себе «карликов», мы ожидаем некоторого сходства между ними хотя бы в размерах. Но белые карлики меньше красных карликов в десятки раз и меньше желтых карликов в сотни раз! Да и по своим свойствам они имеют мало общего: если вспомнить, что по определению звезды — это объекты, в недрах которых протекают термоядерные реакции, то белые карлики вообще не звезды, а вырожденные остатки проэволюционировавших звезд. То же и с галактиками: карликовые галактики значительно ближе к звездным скоплениям, чем к нормальным галактикам. Учитывая эти неудачи с «карликовыми» терминами, резонно спросить: а может быть, астрономы попали впросак и с планетами — карликами?

Изучив табл. 7.3, мы увидим, что семейство астероидов так разнообразно и неоднородно, что идея их деления на несколько подклассов напрашивается сама собой. По некоторым параметрам это деление уже давно выполнено. Есть спектральные типы астероидов, различающиеся веществом на их поверхности. Есть семейства астероидов, объединенные по характеру их орбитального движения. Но, учитывая колоссальную разницу в размерах и массах астероидов, естественно хочется поделить их на группы «мертвых» и «живых». Эти образы неожиданно пришли мне на ум, обычно астрономы так не говорят. Под мертвыми я имею в виду небольшие астероиды — камни, булыжники или льдистые глыбы, не обладающие существенными внутренними источниками тепла и достаточной гравитацией, чтобы их недра могли самостоятельно изменяться. Они испытывают удары соседей и нагрев солнечными лучами; их форма и состав поверхности изменяются, но все эти процессы — не более чем эволюция гальки под напором морской волны. Значительно более сложная эволюция, затрагивающая весь объем тела и меняющая его исходную структуру и состав до неузнаваемости, протекает только у достаточно крупных тел, и их в геологическом смысле можно считать живыми; астрономы называют их планетами.

Таблица 7.3

Параметры некоторых астероидов (Р — период суточного вращения, a и e — большая полуось и эксцентриситет орбиты)

№ Название русское Название латинское Размер, км Масса, 1015 кг Р, часы а, а. е. е 1 Церера Ceres 975×975×909 945 000 9,1 2,766 0,078 2 Паллада Pallas 582×556×500 210 000 7,8 2,773 0,231 3 Юнона Juno 320×267×200 30 000 7,2 2,672 0,258 4 Веста Vesta 578×560×458 267 000 5,3 2,361 0,090 8 Флора Flora 136×136×113 6 000 13,6 2,201 0,141 243 Ида Ida 54×24×15 42 4,63 2,862 0,045 253 Матильда Mathilde 66×48×46 103 417,8 2,647 0,266 433 Эрос Eros 33×13×13 7 5,27 1,458 0,223 951 Гаспра Gaspra 19×12×11 10 7,0 2,209 0,174 1566 Икар Icarus 1,4 0,003 2,3 1,078 0,827 1620 Географ Geographos 5,1×1,8 0,026 5,2 1,246 0,335 1862 Аполлон Apollo 1,6 0,002 3,1 1,471 0,560 2060 Хирон Chiron 200 4000 5,9 13,70 0,380 4179 Тоутатис Toutatis 4,5×2,4×1,9 0,05 150 2,531 0,630 4769 Касталия Castalia 1,8×0,8 0,0005 4,0 1,063 0,483

Такое деление мелких тел Солнечной системы напрашивалось давно, и астрономы подходили к нему постепенно. Важную роль здесь сыграл Плутон (см. с. 9 цветной вкладки). Ох, и плут он, этот Плутон! С момента открытия его всегда упоминали как нетипичный объект. Сколько раз он водил астрономов за нос! Начать с того, что его открыли, разыскивая совсем другую, гораздо более массивную планету. Но ее не оказалось, зато нашелся малыш — Плутон. И сразу же начались сюрпризы: он единственный в своем движении вокруг Солнца пересекает орбиту соседней планеты; он единственный то имеет атмосферу, то теряет ее, когда она замерзает и в виде снега падает на поверхность планеты. Этот плут даже регулярно меняет свой порядковый номер, попеременно становясь то восьмой, то девятой планетой от Солнца; у него единственного обнаружился спутник — Харон — размером чуть ли не с саму планету, отчего парочку Плутон — Харон стали называть двойной планетой. Одним словом, Плутон — уникальная планета. Или не планета вовсе?

Рис. 7.4. Оценки массы (черные точки) и размера Плутона первоначально были завышены, поскольку ошибочно предполагалось, что притяжение к Плутону возмущает движение Урана и Нептуна. После неоднократных переоценок в сторону уменьшения массы возникла даже шутка, что если экстраполировать кривую на будущее, то получится, что планета должна совсем исчезнуть в 1980 г.! В итоге анализ орбиты спутника Плутона, Харона, выявил истинную массу этой системы: около 1/400 массы Земли.

В любом учебнике астрономии состав Солнечной системы до недавних пор описывался так: планеты типа Земли (Меркурий, Венера, Земля и Марс), газовые планеты — гиганты (Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун) и Плутон. По мере исследования Плутона оценки его размера и массы становились все меньше (рис. 7.4), отчего он все сильнее отдалялся от коллектива планет и приближался к спутникам и астероидам. Но если бы новых открытий не произошло, то придумывать для Плутона особый класс было бы чересчур щедро. Однако в 1990–е гг. за орбитой Нептуна стали обнаруживаться и другие небольшие планетки типа Плутона, и когда выяснилось, что Плутон даже не самый крупный из них, пришла пора объединить их в самостоятельную подгруппу.