Разведка далеких планет - Владимир Сурдин

Любопытно, что с похожей проблемой столкнулись в последние годы исследователи переменных звезд: чем выше точность фотометрических измерений, тем большее число звезд демонстрирует переменность блеска. Еще недавно несколько тысяч переменных звезд умещалось в одном каталоге, а после создания космических телескопов с большим полем зрения и высокой фотометрической точностью чуть ли не каждая звезда стала проявлять себя как переменная. Составители «Общего каталога переменных звезд» уже не в состоянии обрабатывать поступающий к ним гигантский поток данных. Такие же трудности грозят и исследователям спутников планет. Похоже, что в ближайшее время придется ввести новую категорию тел, более мелких, чем спутники, назвав ее, например, «околопланетный мусор» (более удачные названия принимаются).

Специалисты считают, что в ближайшем будущем придется отказаться от того, чтобы давать имена очень маленьким спутникам. Из- за стремительно растущего темпа их открытия приходится расширять используемые категории имен для спутников Юпитера и Сатурна, которые пока берутся из греко — римской мифологии. Раньше спутникам Юпитера давали имена возлюбленных Зевса/Юпитера, однако сейчас в банк названий включили также имена потомков Зевса. Спутники Сатурна пока что называют в честь греко — римских титанов и их потомков — гигантов. Чтобы расширить «национальный состав», сейчас используются также имена гигантов и монстров из других мифологий — галльской, инуитской и норвежской. Но и эти имена когда‑то закончатся, а количество спутников лишь увеличивается.

Из сотен зарегистрированных сегодня спутников только Луна была известна с глубокой древности, а остальные открыли с помощью телескопов и космических зондов. Конечно, Луну трудно не заметить: в полнолуние ее блеск достигает почти -13m. Спутники других планет недоступны невооруженному глазу, и только четыре галилеевых спутника Юпитера могли бы быть видны как звездочки 5m, если бы не соседство яркого Юпитера. Люди с особо острым зрением способны заметить присутствие спутников вблизи Юпитера (я этому свидетель), но верно интерпретировать увиденное, вероятно, может только человек, заранее знающий о существовании этих тел. Без труда спутники Юпитера различаются в полевой бинокль, по характеристикам близкий к первым телескопам Галилея.

Именно галилеевы спутники Юпитера были открыты первыми сразу после изобретения телескопа. А затем, по мере совершенствования астрономической оптики, становились известными все более мелкие и далекие спутники (см. табл. 3.1). Применение фотографии еще дальше продвинуло эту работу, позволив обнаруживать рядом с ближайшими планетами — гигантами спутники размером 10–20 км. Наконец, запуск космических зондов и использование ПЗС — камер на телескопах 10–метрового калибра сделали возможным обнаружение совсем крохотных тел размером до 1 км.

Неудивительно, что неспециалисту многочисленные спутники планет кажутся «все на одно лицо». Лишь упоминание Луны вызывает у несведущего человека интерес и некоторые ассоциации. А со спутниками других планет не связаны легенды и предания, в их честь не совершали жертвоприношения, древние народы не использовали их для счета времени. Однако для специалиста — планетолога каждый спутник — это уникальный мир, не менее важный и интересный, чем наша вечная соседка Луна. Более того, система спутников каждой планеты — это своеобразный аналог Солнечной системы, со своими закономерностями в распределении спутников по орбитам и их физическим свойствам. Поэтому поиск новых спутников будет продолжаться как вглубь — ко все более мелким телам, так и вширь — охватывая все большую область вокруг каждой планеты. В связи с этим зададимся вопросом: каков максимально возможный размер спутниковой системы?

Поскольку спутником мы называем объект, постоянно сопровождающий планету, то максимальный размер системы спутников определяется областью гравитационного контроля планеты. Хотя она и не совсем сферическая, ее принято называть сферой Хилла. Если отвлечься от деталей, то на границе этой области, очевидно, должно наступать равенство двух сил: силы притяжения спутника к планете (F) и силы, действующей со стороны Солнца и старающейся «оторвать» спутник от планеты (f). Силу f обычно называют приливной, поскольку именно она, действующая со стороны Луны и Солнца, вызывает приливы в океанах и теле Земли. Найдем эти силы в расчете на единицу массы спутника. Пусть M и m — массы Солнца и планеты, R и r — расстояние планеты от Солнца и спутника от планеты, G — постоянная тяготения. Тогда

F=(GM)/r2

f=(GM)/(R‑r)2-(GM)/R2.

Полагая, что R≫r, мы легко преобразуем выражение для/(отбросив малые величины) к виду

Тогда радиус сферы Хилла (г) определится равенством F=f и

составит

Эта формула не учитывает характера движения спутников, но для оценок она годится. Поскольку нас в основном интересуют системы спутников планет — гигантов (R≫1 а. е.), то угловой радиус их сфер Хилла для земного наблюдателя составит

Например, для Юпитера (М/т≈1000) получим а=4,5°. А в противостоянии, когда Земля и Юпитер сближаются на минимальное расстояние и поиск спутников наиболее продуктивен, это значение возрастает до 5,6°. Следовательно, астроному приходится вести поиск в круге диаметром 11,2°, что по площади равно 500 лунным дискам! Для Сатурна диаметр зоны спутников составляет 6°, для Урана и Нептуна — около 3°. Именно таковы наблюдаемые с Земли предельные размеры спутниковых систем планет-гигантов.

А насколько исчерпаны эти области? Насколько близки к их границам наиболее далекие известные спутники планет? Самый удаленный спутник Юпитера (S/2003 J2) в противостоянии планеты отходит от нее для земного наблюдателя на 3,3°. То есть до границы остается еще 2,3° — изрядная область для поиска неизвестных объектов. В системе спутников Сатурна самый далекий (Форньот) виден на расстоянии 1,3° от планеты: до границы еще 1,7°. Внешний спутник Урана (Фердинанд) удаляется на 0,6°, а внешний спутник Нептуна (Heco) — на 1°. Как видим, у всех этих планет осталось большое пространство в сфере Хилла, где могут прятаться неизвестные спутники. Разумеется, вблизи границ этих областей движение спутников неустойчиво и связь с планетой очень слаба. Уже найденные там объекты движутся хаотически, но все же они могут жить там довольно долго. Возможно, эти спутники иногда теряют связь с планетой, а затем они — или им подобные — возвращаются в ее гравитационные объятия. Там их и надо искать.

Кстати, на периферии сферы Хилла могут прятаться не только отдельные спутники, но даже кольца планет! Так, в мае 2009 г. удалось обнаружить ранее неизвестное кольцо Сатурна, самое большое среди планетных колец: для земного наблюдателя его угловой размер составляет около 1°, вдвое больше лунного диска! К сожалению, наблюдать этот колоссальный объект в оптическом диапазоне невозможно из‑за его крайней разреженности. Глазом его не увидеть, даже находясь непосредственно в нем. Как же оно было открыто? Новое кольцо в основном состоит из частиц пыли и льда, температура которых около 80 К. Именно из‑за такой сравнительно высокой температуры его заметил космический телескоп «Спитцер», наблюдающий в дальнем инфракрасном диапазоне (см. с. 15 цветной вкладки).

Инфракрасное кольцо Сатурна начинается на расстоянии примерно 6 млн км от планеты и тянется еще на 12 млн км. Для сравнения, ширина крупнейшего видимого кольца этой планеты — кольца В — составляет 25 500 км. Толщина нового кольца около 1,2 млн км, тогда как толщина того же кольца В составляет от 5 до 15 м. В центре нового кольца располагается спутник Феба. Похоже, что именно Феба служит основным источником вещества, образующего кольцо. Весьма вероятно, что наличием этого кольца объясняется загадка другого спутника Сатурна — Япета. Как известно, одна его половина заметно темнее другой. Скорее всего, это потемнение вызвано падением на поверхность спутника материала кольца. Япет покрыт светлым льдом, поэтому оседающая на нем темная пыль хорошо видна (рис. 8.6).

Возвращаясь к заголовку этого раздела, давайте прочитаем его немного иначе: «В мире — множество лун». И это верно! Но справедливо ли, что все они несут на себе налет неполноценности? Мол, спутник — это не планета, а так, довесочек. Окинув взглядом семейство спутников планет, мы увидим среди них крупные самобытные объекты, имеющие сфероидальную форму, проявляющие геологическую активность, а иногда даже обладающие могучей атмосферой! Ну чем не планеты? Лишь тем, что они движутся в плену более массивных тел? Тогда назовем их не просто спутниками, а планетами — спутниками! И будем надеяться, это название со временем приживется.