Текст книги "100 великих заблуждений"

Властелин колец

Следующая по порядку планета Солнечной системы – Сатурн. Как и Юпитер, она относится к группе планет-гигантов. У Сатурна и Юпитера немало общего: известны людям издавна, имеют почти одинаковую длительность суток (примерно вдвое короче земных), окружены большим количеством спутников, состоят в основном из водорода и гелия… И даже их названия подчеркивают в какой-то мере их общность. Если у древних греков Юпитер – бог-громовержец, то и Сатурн – бог посевов и земледелия – по своей значимости ему мало в чем уступает.

Фотография Сатурна

Сатурн, как и Юпитер, а также Нептун и Уран, является, по всей вероятности, гигантским газовым шаром с относительно небольшим твердым ядром. По размерам оно примерно такое же, как наша планета, но вследствие сжатия имеет в 15–20 раз большую массу. Газовая оболочка Сатурна состоит из водорода и гелия, но количество облачных поясов здесь намного больше. Экваториальные ветры вчетверо сильнее, чем на Юпитере, и достигают скорости 400 м/с!

По всей вероятности, на Сатурне еще холоднее, чем на Юпитере. Во всяком случае, измерения показали – средняя температура около минус 184 градусов Цельсия. Полный оборот вокруг Солнца Сатурн совершает за 29,5 лет.

При приближении к этой планете автоматические аппараты зарегистрировали интенсивную вспышку радиоизлучения. Возможно, это свидетельствует о существовании в атмосфере Сатурна мощных гроз. На Земле подобные разряды дали бы яркие световые вспышки, но поскольку на Сатурне атмосфера достаточно разрежена, молния дала знать о себе лишь радиоимпульсом. Если такое объяснение правильно, получается, что на Сатурне время от времени бушуют радиогрозы, напряжение разрядов при которых в миллионы раз превышает самые мощные грозовые разряды на Земле.

Ученые пока толком не знают, что является источником столь мощной энергетики, позволяющей Сатурну излучать в окружающее пространство в 2,6 раза больше энергии, чем он получает от Солнца. Одно из предположений гласит, что, возможно, «повелитель колец» является «дублером дублера». То есть говоря иначе, Сатурн является кандидатом номер два на роль новой звезды в нашей Солнечной системе. Если у Юпитера вдруг что-то не получится, то новым светилом может стать именно Сатурн.

Знаменит же Сатурн прежде всего благодаря своим кольцам. Кстати, их открытию предшествовало заблуждение Галилея. Он наблюдал не только за Юпитером, но и за Сатурном. И однажды заметил по бокам у планеты какие-то странные отростки или даже рога. Но поскольку его телескоп увеличивал всего лишь в 30 раз, а качество изображения оставляло желать лучшего, то, что они собой представляли, разглядеть Галилею не удалось. И, в конце концов, он решил, что видит просто два спутника Сатурна. А почему бы и нет? Ведь открыл же он незадолго перед этим четыре луны Юпитера?..

Но все-таки какие-то сомнения у Галилея, видимо, оставались. Поэтому, чтобы не упустить славы первооткрывателя и в то же время не бухнуть понапрасну во все колокола, рыжебородый хитрец пошел по пути, проложенному другими. Он зашифровал свое сообщение и обнародовал его в таком виде: Smaismzmielmepoctaleumibuvn enugttaviras.

Если бы мы с вами и знали в достаточной мере латынь – излюбленный язык ученых прошлого, – то все равно вряд ли бы смогли прочесть эту запись. Ведь даже Кеплер, современник и друг Галилея, ошибся при расшифровке. Сам же Галилей, проверив свои наблюдения, указал, что читать ее надо так: «Altissinnun planetamter geminum observavi». Что в переводе означает: «Высочайшую планету тройною наблюдал».

Сатурн тогда считался самой дальней, высочайшей планетой Солнечной системы, и ученый думал, что открыл два спутника. Однако через несколько лет «спутники» эти вдруг таинственно пропали, и Галилей было засомневался в сделанном им открытии. Теперь-то мы знаем, в чем тут дело: время от времени кольца Сатурна поворачиваются к Земле точно в профиль и из-за своей малой толщины перестают быть видимыми. Но Галилей-то этого не знал…

Первым, кто обнаружил «спутники» Сатурна после того, как их потерял Галилей, был известный голландский ученый Христиан Гюйгенс. Заодно он догадался, что Галилей видел вовсе не спутники, а сплошное околопланетное кольцо.

Позднее в кольце был обнаружен небольшой промежуток. Впервые заметил его Дж. Кассини. По его имени промежуток и носит ныне название – щель Кассини. Еще через несколько лет были обнаружены щель Энке и «креповое кольцо» – располагающееся ближе всего к Сатурну, очень узкое и прозрачное. С той поры астрономы чаще говорят не о кольце, а кольцах Сатурна. Последуем и мы их примеру.

Почти сразу же после того, как кольца были обнаружены, ученые стали гадать, из какого они материала. Понятное дело, не из золота. Это ведь не обручальные кольца. Но тогда из чего?

Внимательные наблюдения показали, что через кольца можно видеть звезды. Значит, они прозрачные? Стеклянные, что ли?.. Такое предположение показалось наблюдателям маловероятным, и они пришли к выводу, что, скорее всего, кольца состоят из роя отдельных частиц, между которыми имеются достаточные промежутки. Через них-то, эти самые промежутки, и видны звезды.

Расчеты теоретиков подтвердили выводы практиков. Известный английский физик Дж. Максвелл и независимо от него русская женщина-математик С.В. Ковалевская во второй половине XIX века доказали, что кольца не могут быть сплошными – твердыми или жидкими образованиями. И в том и в другом случае они были бы неустойчивы и вскоре распались бы на мелкие части. Устойчивой может быть лишь система, состоящая из множества твердых частиц – камней, астероидов и т. д.

В пользу этого говорили и спектрометрические замеры скорости вращения колец, проведенные в 1895 году русским астрономом А.А. Белопольским и независимо от него американцем Дж. Килером, а также французом А. Деландром. В 1934 году академик Г.А. Шайн, работавший в Симеизской обсерватории (Крым), по спектрам излучения определил: скорее всего, частицы, из которых состоят кольца, покрыты слоем льда или даже целиком состоят из него.

В 1966 году было открыто последнее из ныне известных кольцо Сатурна. Оно настолько удалено от поверхности планеты, что два спутника из девяти – Янус и Энцелад – вращаются внутри этого кольца. Поскольку на движение этих спутников кольцо не оказывает заметного влияния, ученые сделали вывод, что оно достаточно разреженное, частиц в нем не так уж много.

Для порядка все кольца обозначили начальными буквами латинского алфавита, начиная от самого дальнего к Сатурну – А, В, С, D. Но потом было открыто еще три внешних кольца – Е, G, F… И получилась некая путаница – буквы теперь идут не по порядку. Но что тут поделаешь – такова историческая реальность…

Такими данными обладали астрономы, наблюдавшие за Сатурном с Земли. Затем их сведения значительно расширились благодаря данным, полученным от исследовательских зондов.

Прежде всего, строение колец Сатурна оказалось значительно более сложным. Они простираются на 300 тыс. км от поверхности планеты и похожи на концентрические волны, расходящиеся по поверхности воды от брошенного камня. Причем каждое из них, в свою очередь, состоит из множества колечек. Некоторые из «колечек» вовсе не круглые; ширина их может колебаться от 25 до 80 км. Полагают, что столь необычную форму можно объяснить существованием с обеих сторон каждого такого «колечка» небольших спутников.

Еще два «колечка» переплелись друг с другом. Меньшее по размерам и яркости входит, а затем выходит из большего. «Трудно себе было даже представить, что такое возможно в природе, – удивляются исследователи. – “Колечки” противоречат многим законам небесной механики…»

При подлете «Вояджера-1» к Сатурну им были обнаружены еще и радиальные темные «спицы» или «пальцы», которые простираются на тысячи километров и пересекают самые яркие части колец. Так, по крайней мере, эти «спицы» выглядят на одном из снимков, сделанных «Вояджером» сверху. Однако, когда зонд сделал еще один снимок, «поднырнув» под плоскость колец, «спицы» стали выглядеть яркими на потемневшем фоне.

Скорее всего, полагают ученые, такие «спицы» состоят из частиц, которые рассеивают солнечный свет, а не отражают его.

Синий Нептун

Нептун – восьмая по порядку от Солнца планета Солнечной системы – находится как бы в тени Юпитера, Сатурна и Урана. Долгое время о нем практически ничего не было известно… Даже открыт Нептун был не совсем обычным образом.

Поначалу было замечено, что Уран движется не совсем так, как ему полагается под действием притяжения Солнца и известных в то время планет. Тогда заподозрили существование еще одной массивной планеты и попытались предвычислить ее положение на небе.

Полагают, что у Нептуна также есть кольца

«Мы приходим к выводу о существовании планеты, действующей на Уран и возмущающей его…» Так писал по этому поводу в 1841 году Иоганн Медлер, тогдашний директор Дерптской, ныне Тартуской обсерватории.

Желающих «поохотиться» за новой планетой оказалось довольно много. Летом 1843 года молодой астроном Джон Адамс принимается за вычисления. Он проделывает их 6 (!) раз, пока их точность не удовлетворила ученого. В сентябре 1845 года он показывает их директору Кембриджской обсерватории Джеймсу Чэллизу, известному своей дотошностью.

Тот нашел расчеты настолько важными, что посоветовал Адамсу тут же переправить их в Гринвичскую обсерваторию, где в то время условия наблюдения были намного лучше, чем в Кембридже. Адамс лично повез бумаги вместе с рекомендательным письмом профессора Чэллиза, но не застал директора Гринвичской обсерватории Джорджа Эри дома. Тот уехал на несколько дней во Францию.

В октябре Адамс снова приехал в Гринвич и снова не застал Эри. Правда, теперь тот отсутствовал всего пару часов, но когда Адамс пришел снова, слуга сказал ему, что королевский астроном обедает и тревожить его нельзя. Обиженный Адамс решил, что его не хотят принять, и уехал в Кембридж. Так завершился второй акт нашей драмы.

А пока Адамс пребывал в обиде, такие же расчеты проделал и французский ученый Урбен Леверье. Получив первые результаты, он тут же их опубликовал. И в ноябре статья попадает на стол того самого Эри. Тому, правда, не удалось самому приняться за наблюдения – погода в Англии стояла уж совсем скверная. Но он дал знать о расчетах многим астрономам. Среди них был и немецкий ученый Иоганн Галле.

Получив известие из Англии, а вскоре и расчеты из Франции, Галле тут же принялся за поиски новой планеты, которую и открыл 23 сентября 1846 года. Проверив свои наблюдения в последующую ночь, утром 25 сентября он пишет Леверье: «Планета, на которую вы указали, действительно существует…»

А что же обиженный Адамс? Когда вся эта история раскрылась в подробностях, ему еще и влетело от английских коллег за недостаточную настойчивость. Ведь если бы он достучался в двери Эри, честь открытия планеты могла бы принадлежать не французу и немцу, а целиком англичанам. Адамс так переживал свою неудачу, что тяжело заболел и больше ничего выдающегося в своей жизни не совершил.

Вновь открытую планету по предложению Леверье назвали Нептуном, по имени мифического властителя морей. Возможно, потому что кому-то из наблюдателей показалось: диск планеты как будто отливает голубым…

Средняя удаленность Нептуна от Солнца – 30,1 а. е., период обращения по Орбите 164 года и 288 дней. Таким образом, с момента открытия Нептун еще даже не совершил полного оборота по своей орбите.

Видимый угловой диаметр Нептуна не превышает 2 угловых секунды. При измерении столь малого диаметра приспособлениями с поверхности Земли относительная ошибка очень велика. Уточнить диаметр Нептуна удалось лишь 7 апреля 1967 года, когда планета в своем движении на фоне звездного неба заслонила одну из далеких звезд. По результатам наблюдений с нескольких астрономических обсерваторий экваториальный диаметр Нептуна был определен в 50 200 километров. Новые сведения позволили уточнить величину средней плотности планеты. Она оказалась несколько больше, чем у других планет-гигантов. В центре Нептуна, согласно расчетам, должно помещаться тяжелое ядро из силикатов, металлов и других тяжелых элементов, входящих в состав планет земной группы.

Изучение блеска Нептуна с помощью спектрографа показало, что, скорее всего, внешние слои планеты, ее атмосфера состоит из молекулярного водорода с небольшой примесью метана.

По мнению ученых, синий цвет самого Нептуна объясняется наличием метана в его атмосфере, состоящей главным образом из водорода и гелия. Специалисты были удивлены активностью этой атмосферы: ветры скоростью до 650 км в час взвихривают перистые облака замерзшего метана при температуре минус 220 °C.

Большую часть современных сведений о Нептуне исследователям удалось получить в конце августа 1989 года, когда был создан руками человека космический аппарат – космический корабль «Вояджер-2».

Ура Урану!

Так приветствовать его стоит хотя бы уже потому, что его открытие, как уже упоминалось, подтвердило торжество человеческого разума. Уран был открыт на небе, когда параметры его орбиты были рассчитаны на Земле. Вот как это случилось…

Вечером 13 марта 1781 года известный английский астроном Уильям Гершель наблюдал участок неба между созвездиями Тельца и Близнецов. И около 11 часов вечера он заметил в свой телескоп маленький светящийся кружок. Очень скоро Гершель понял, что наблюдает не звезду, а какое-то подвижное небесное тело.

Наблюдения, сделанные через день, 15 марта, показали, что за прошедшие двое суток кружок заметно сместился по небосклону.

Из этого факта Гершель поначалу сделал вывод, что им открыта новая комета. Но когда он сообщил о своих наблюдениях в Гринвичскую обсерваторию и за «кометой» стали наблюдать еще несколько астрономов, то никто из них почему-то не заметил ни газового кометного хвоста, ни туманной оболочки…

К лету 1781 года данных накопилось достаточно, чтобы вычислить параметры нового небесного тела. Эту сложнейшую работу с блеском выполнил петербургский академик А.И. Лексель. Он нашел, что «комета» движется вокруг Солнца практически по круговой орбите, свойственной планетам, а не бродячим странникам Солнечной системы. Он также определил радиус орбиты (новое небесное тело отстояло от светила в 19 раз дальше Земли) и период обращения – 84 года.

Эти данные позволили сделать окончательный вывод: Гершель открыл новую планету. Немецкий астроном Иоганн Боде, известный нам по закону Тициуса – Боде, предложил назвать ее Ураном – по имени самого древнего из богов римской мифологии.

Уран и следы движения его спутников

Уран оказался весьма сложной планетой с точки зрения небесной механики. Дело в том, что уже к 1788 году выяснилось, что Уран, похоже, не собирается подчиняться известным законам. Орбита, по которой он двигался, никак не укладывалась в предсказанные параметры.

Впрочем, поначалу это не сильно удивило астрономов. Наблюдения за Луной, Юпитером, Сатурном и другими небесными телами Солнечной системы показали, что возмущения орбиты вполне возможны из-за взаимного притяжения планет. На Уран, конечно, должны были оказывать свое влияние Юпитер и Сатурн.

Но когда в 1820 году французский астроном Алексис Бувар закончил построение теории движения Урана с учетом воздействия планет-гигантов, оказалось, что и в этом случае теория опять-таки мало согласовывалась с практикой.

Правда, в астрономии бывает трудно заметить что-либо сразу. Поэтому лишь к 1826 году выяснилось, что Уран опережает по долготе свое расчетное положение на 10 угловых секунд. Затем, в 1820–1830 годах, Уран стал как бы двигаться медленнее, теория практически совпала с практикой, и астрономы успокоились. Но затем Уран стал быстро отставать, и спустя два года его опоздание по сравнению с расчетами составило уже 30 угловых секунд и продолжало увеличиваться…

Это уже было астрономическое ЧП! Нужно было срочно отыскать причину такого поведения Урана, иначе начинало шататься все здание небесной механики.

Как обычно в таких случаях, было выдвинуто несколько гипотез, так или иначе объясняющих поведение Урана. Одни ученые полагали, что планета при своем движении испытывает сопротивление со стороны газопылевой среды, заполняющей межпланетное пространство… Другие считали, что незадолго перед открытием Урана произошло его столкновение с кометой и планета никак не успокоится… Третьи полагали, что во всем виноват еще не открытый спутник Урана… Однако все это были не больше, чем заблуждения.

Постепенно несостоятельность этих и многих других гипотез стала очевидной. Если Уран тормозится пылью, то почему это явление не распространяется на другие планеты?.. Если столкновение и было, то, по всей вероятности, одно; тогда почему странности в поведении Урана периодически повторяются?.. Если у Урана есть спутники (а их действительно обнаружили), то почему характер их влияния отличается от влияния спутников других планет?..

После исключения всех возможных причин осталась одна-единственная гипотеза, которой было суждено сыграть важную роль в истории астрономии. Какая именно? Об этом мы поговорим несколько позднее. А пока давайте перенесемся из века XVII в XX столетие.

Хотя со времени открытия Урана прошло более 200 лет, долгое время о нем было мало что известно. Правда, астрономы все же сумели установить, что масса планеты почти в 15 раз больше земной, а ее радиус составляет 4 земных. Основными элементами на Уране оказались метан и водород. Есть также и гелий. Известно, что Уран делает один оборот вокруг собственной оси почти за 11 часов; причем, как и Венера, Уран вращается в противоположную сторону, нежели большинство планет. Более того, Уран почему-то вращается не как гигантский волчок, а катится по своей орбите подобно колобку.

Возле Урана обнаружено 5 спутников. Самые дальние – Оберон и Титания – были открыты все тем же У. Гершелем в 1787 году. В 1851 году английский астроном У. Лассель открыл еще два спутника – Умбриэль и Ариэль. И, наконец, в 1948 году американец Дж. Койпер обнаружил Миранду – ближайший к планете спутник.

Вот, казалось бы, и все, что нам дано знать об Уране, пока его окрестностей не достигнет посланный с Земли автоматический разведчик.

Плутни Плутона

Научная драма вовсе не завершилась с открытием Нептуна. В 1875 году Леверье закончил расчеты движения Урана и Нептуна с учетом их взаимного возмущения. Расхождение между теорией и практикой как будто было небольшим, но наученные опытом ученые решили проверить: не скрывается ли где-то еще одна планета?

Проверить это взялись два астронома. Первым был француз А. Гайо. Но когда в 1909 году он закончил свои сложнейшие вычисления, его решением почему-то никто не воспользовался. И они лежали никем не востребованными до 1915 года, пока аналогичные расчеты не опубликовал известный нам по истории с марсианскими каналами американец П. Лоуэлл.

Закончив свои вычисления, он тут же принялся и за поиски новой планеты. Но закончить свою работу не успел – умер. Честь открытия новой планеты по праву принадлежит другому американскому астроному – Клайду Тамбо. Когда в Лоуэлловской обсерватории начал работать новый телескоп, он вспомнил об исследованиях бывшего шефа и продолжил их.

В феврале 1930 года еще одна планета Солнечной системы была наконец-таки открыта. Сам Томбо за свое открытие был удостоен Золотой медали Английского астрономического общества. А имя для новой планеты придумала Винера Берни – 11-летняя внучка библиотекаря Оксфордского университета, изучавшая в школе мифологию. Она решила, что поскольку Плутон очень скудно освещается Солнцем, имя древнегреческого бога земных недр и подземного царства будет ему как раз впору.

Спутник же Плутона – Харон – был также сначала открыт теоретически в 1978 году английскими астрономами Дж. У. Кристи и Р.С. Харрингтоном из Морской обсерватории в Вашингтоне. А затем Дж. А. Грем из обсерватории Серро-Тололо (Чили) обнаружил его в небе южного полушария.

Вообще-то Плутон является наиболее удаленной от Солнца планетой. Но так бывает не все время, а в течение 228 земных лет. Затем, поскольку его орбита достаточно вытянута, Плутон на 20 лет «влезает» внутрь орбиты Нептуна. Последний раз такая «смена караула» произошла в 1979 году.

Сначала 23 января 1979 года эти планеты оказались на равном расстоянии от Солнца – в 30,3 астрономической единицы, а затем как бы поменялись местами. В сентябре 1989 года Плутон начал снова удаляться от светила, а 15 марта 1999 года Плутон и Нептун вернулись на свои привычные места.

Плутон теперь уже не планета…

И это не единственное «плутовство», которое позволяет себе эта планета. Многие астрономы вообще полагают, что Плутон явно затесался не в свой ряд. По соседству с планетами-гигантами, большей частью состоящими из замерзших газов – азота, двуокиси углерода и метана, он выглядит неким чужеродным телом.

Действительно, Плутон имеет твердую поверхность и размеры значительно меньшие, чем у своих соседей. Ему бы разместиться по соседству с другими планетами земной группы – они больше подходят ему и по размерам и по плотности. Но волею судеб эта планета была отнесена на самый край Солнечной системы.

Кроме того, многих смущает и нетрадиционная орбита Плутона. Вместо того, чтобы вращаться строго в плоскости эклиптики и почти по круговой орбите, как это положено приличной планете, Плутон движется по траектории весьма вытянутого эллипса, вдобавок имеющего наклон на 17 градусов относительно той же плоскости эклиптики. Все это приводит к тому, что на каждые три оборота Нептуна вокруг Солнца Плутон отвечает всего лишь двумя, и время от времени, как уже говорилось, «заезжает» на чужую территорию.

Параметры движения, а также тот факт, что небесное тело имеет диаметр всего в 2290 км, говорят о том, что Плутон скорее надо причислить к разряду планетоидов или астероидов. Он даже на приличный спутник не тянет…

И в самом деле, Плутон по своим размерам уступает не только более чем в два раза Меркурию, но и нашей Луне, а также спутникам Юпитера – Ио, Европе, Ганнимеду и Каллисто. Превосходят его и такие спутники Сатурна и Нептуна, как Титан и Тритон.

Астрономов очень интригует и тот факт, что по плотности, размеру и составу поверхности Плутон очень похож на самый большой спутник Нептуна – Тритон. Японский астроном, директор Квасанской обсерватории в Киото И. Ямамото даже предположил, что Нептун некогда обращался вокруг Солнца на расстоянии, более подобающем девятой планете, а Плутон был его спутником. Но из глубин Вселенной появилось некое крупное небесное тело и вторглось в царство Нептуна. Своим тяготением пришелец сорвал Плутон с околонептунной орбиты, но совсем увести его оказалось не под силу. Так Плутон оказался на границе Солнечной системы, перестав быть спутником, а Нептун тоже изменил свою орбиту и приблизился к Солнцу.

Еще одна интересная особенность Плутона – его странная атмосфера. Несмотря на то что его атмосфера в 30 000 раз менее плотна, чем атмосфера Земли, она содержит не один газ (водяной пар), который регулярно переходит из твердого в газообразное состояние, а сразу три таких вещества: азот, окись углерода и метан. Иногда на поверхности Плутона также прорываются гейзеры, выстреливая фонтанами газа и льда на много километров вверх.

В 1989 году орбита Плутона проходила на самом близком расстоянии от Солнца. После удаления от Солнца средняя поверхностная температура на Плутоне, как предполагают, снизилась, и большая часть атмосферы, сконденсировавшись, выпала в виде снега. Таким образом, Плутон может переживать большие сезонные изменения, чем какое-либо другое небесное тело Солнечной системы.