Разведка далеких планет - Владимир Сурдин

Раз создано новое семейство, то нужно определить его членов — спутников со свойствами планет. Как мы знаем, важнейшим признаком планеты служит ее способность силой собственного тяготения придать себе сфероидальную форму. На это способны только крупные тела — льдистые диаметром более 400 км и каменистые диаметром более 900 км. Для надежности примем пограничное значение равным 1000 км и все более крупные спутники определим в группу планет — спутников (табл. 8.1). Таких тел оказалось 16, и все они действительно имеют сферическую форму. Однако и среди спутников меньшего размера тоже могут найтись достаточно пластичные объекты, способные сферизовать себя собственными силами. Это возможно, если в составе небольшого спутника много льдов. Поэтому спутники диаметром от 400 до 1000 км мы назовем кандидатами в планеты — спутники; таких оказалось три (табл. 8.2). Два из них сферические, а наименьший — Протей — угловатый. Возможно, нижняя граница диаметров планет — спутников близка к 450 км, но это еще предстоит уточнить.

Рис. 8.6. Спутник Сатурна Япет — один из самых необычных: одна его половина — черная как уголь, а вторая — белая как снег. Япет обращается по орбите так же как Луна вокруг Земли, — всегда одним и тем же полушарием вперед. Именно это полушарие загрязнено темным веществом, вероятно из самого внешнего кольца Сатурна, открытого в 2009 г. Фото: «Кассини», NASA.

Как видим, планеты — спутники нашлись рядом с каждой планетой — гигантом, а также у одной планеты земной группы и одной карликовой планеты. Любопытно, что в Солнечной системе нет ни одной планеты — спутника диаметром от 500 до 1000 км. Причину этого странного разрыва еще предстоит понять. Любопытно также, что все без исключения планеты — спутники и даже кандидаты обращаются по орбитам синхронно со своим суточным вращением, как Луна, постоянно демонстрируя планете — хозяину одно и то же свое полушарие. Причина синхронного вращения Луны известна — приливное влияние Земли. Несомненно, и у других планет — спутников причиной их синхронного движения служат приливы. Однако не ясно, почему все они располагаются в том диапазоне расстояний от планеты — хозяина, где приливы, очень быстро ослабевающие с расстоянием, оказались достаточно интенсивными для синхронизации их движения. Возможно, в этом есть какой‑то космогонический смысл. Вот только какой?

Таблица 8.1

Планеты — спутники

Название Диаметр, км Масса, 1020 кг Плотность, г/см3 Форма Вращение Планета-хозяин Луна 3 475 735 3,3 сферич. синхрон. Земля Ио 3 643 893 3,5 сферич. синхрон. Европа 3122 480 3,0 сферич. синхрон. Юпитер Ганимед 5 262 1482 1,9 сферич. синхрон. Каллисто 4 821 1076 1,8 сферич. синхрон. Тефия 1066 6,2 1,0 сферич. синхрон. Диона 1 123 11 1,5 сферич. синхрон. Рея 1530 23 1,2 сферич. синхрон. Сатурн Титан 5150 1347 1,9 сферич. синхрон. Япет 1470 18 1,1 сферич. синхрон. Ариэль 1 158 13,5 1,6 сферич. синхрон. Умбриэль 1 170 12 1,5 сферич. синхрон. Уран Титания 1578 35 1,7 сферич. синхрон. Оберон 1523 30 1,6 сферич. синхрон. Тритон 2 705 214 2,1 сферич. синхрон. Нептун Харон 1207 18 1,7 сферич. синхрон. Плутон

Таблица 8.2

Кандидаты в планеты — спутники

Название Диаметр, км Масса, 1018 кг Плотность, г/см3 Форма Вращение Планета-хозяин Энцелад 504 104 1,6 сферич. синхрон. Сатурн Миранда 472 66 1,2 сферич. синхрон. Уран Протей 420 50 1,3 угловатая синхрон. Нептун

Итак, мы определили планету — спутник как тело, способное своими силами изменить свою форму и за счет собственной гравитации обеспечить эволюцию своих недр. Именно в этом смысле мы называем такое тело «планетой». Но вторая часть термина — «спутник» — говорит о том, что в своем движении этот объект пленен более крупным телом: планетой — хозяином. Если иметь в виду осевое вращение планет — спутников, то это, без сомнения, так: все они находятся в полном подчинении у своей планеты, поскольку вращаются синхронно с обращением вокруг нее. О таких спутниках говорят, что они «приливно захвачены» (по — английски tidally‑locked), то есть их осевое вращение и орбитальное обращение взаимно синхронизованы под влиянием гравитационного приливного эффекта со стороны планеты.

Однако перемещение планеты — спутника в пространстве требует отдельного анализа. Является ли планета — хозяин безоговорочным хозяином своих спутников? Нет ли у нее конкурентов? Действительно ли планеты — спутники находятся в гравитационном плену у своих более массивных соседей? Насколько крепок этот плен, да и плен ли это в прямом смысле слова? Может быть, это просто «мирное сосуществование» двух планет — худой и толстой, — их совместная «прогулка» по Солнечной системе? Чтобы оценить «уровень самостоятельности» объектов, которые мы назвали планетами — спутниками, давайте сравним гравитационное притяжение, действующее на них со стороны двух конкурентов — Солнца и планеты — хозяина (табл. 8.3). Используя ранее введенные обозначения, найдем ускорение спутника в сторону планеты:

aP=(Gm)/r2