Дорогой читатель! Буквально на днях астрономами любителями было зафиксировано падение объекта на Юпитер. Это третье "громкое" падение на гигант. Первое как известно, было падение фрагментов кометы Шуме́йкеров — Ле́ви 9 (D/1993 F2) в июле 1994 года.  Этот случай стал первым наблюдавшимся столкновением двух небесных тел Солнечной системы. И как видим далеко не последнее. Уже в в 2009 году произошло второе столкновение с гигантом тоже в июле. Оно привело к образованию чёрного пятна в атмосфере планеты, по размеру сравнимого с Тихим океаном. Это второй случай, когда стало возможным наблюдать последствия столкновения небесного тела с Юпитером.

Автор, даст краткую характеристику события, до выхода научных статей и исследований.

1) Астроном-любитель Геррит Кернбауэр из Медлинга (Австрия) сфотографировал и смонтировал видео столкновения Юпитера с неопознанным летающим объектом (НЛО). Об этом  сообщил пользователь Фил Плейт в своем блоге Bad Astronomy.  Данные Кернбауэра подтвердил астроном-любитель Джон МакКен из Дублина (Ирландия). Из снимков астрономы составили видео. Автор просмотрел оба смонтированных видео. Дополнительных информаций пока не поступало.

2) Отсутствие информации о следе на теле Юпитера усложняет задачу оценки величины импактора. Однако вспышка  выглядящая как всплеск в верхних слоях атмосферы свидетельствует о достаточно массивном теле способном выбросить газы на несколько тысяч километров над поверхностью. Объект вошёл в атмосферу под углом со стороны северного полушария ниже средних широт ближе экватора. Удар пришёлся за границами видимого с земли полушария, и наблюдатели видели лишь возмущение верхних слоёв атмосферы. Угол входа составил  ок 40-45 градусов, выброс вещества составил по крайней мере 9-11 тысяч километров над поверхностью. Оценка производилась путём соотношения видимого всплеска относительно тела Юпитера и носит весьма условный характер определяя нижние границы действительного явления. Скорость входа определить не удалось и можно исходить лишь из средних величин свойственных подобным объектам, это порядка 60-70 км в/с. Температуры всплеска превышали 20 000 К.

3) В заключение следует сказать, что данное явление весьма обыденно, для планеты гиганта. Даже то, что мы наблюдаем с современными наблюдательными иструментами весьма частое явление. В среднем Юпитер раз в год претерпевает столкновения с крупными кометами и астероидами. Трудность наблюдений состоит в том, что большинство столкновений происходит с противосолнечной стороной планеты и невидимо с земли. Величина тел импакторов и расстояние до наблюдаемого объекта делают такую статистику крайне условной и несостоятельной. И говорят лишь о выразительно ярких или относительно массивных столкновениях. В действительности, наука доподлинно знает о выпадении тысяч тон кометно-астероидного вещества на планету ежедневно. Просто речь идёт о малых объектах величины булыжника.

Автор Р.Д.И. Стрельцов.

Обзор фотографий, марсианские сумерки.

Друзья, предлагаю вашему вниманию несколько панорам марсианских сумерек.

Для начала нужно вспомнить что такое сумерки и какова их длительность на земле.

Формально, сумерки — это отрезок времени перед восходом и после захода Солнца, во время которого естественный свет обеспечивается верхними слоями атмосферы, которые, принимая прямые солнечные лучи, отражает часть их на поверхность Земли. Из этого следует, что даже когда вы ещё видите край солнечного диска над горизонтом, де факто можно говорить о начале либо окончании сумерек. Геометрически Солнце уже либо за горизонтом, либо уже над горизонтом зависит от времени суток. Мы видим положение Солнца с 8,5 минутным опозданием его фактического положения над горизонтом (время достижения солнечного света поверхности земли).

Продолжительность земных сумерек зависит от широты нахождения наблюдателя и колеблется от 20-25 минут на экваторе до 2-3 недель на полюсах.

В нашем обзоре примем среднее значение для средних широт в которых живёт большинство нашей аудитории, а это ок. 35-45 минут до наступления темноты. Естественно, в обзоре автор упрощает для читателя, поскольку принято различать: Гражданские сумерки, Навигационные сумерки, Астрономические сумерки.

А вот, сумерки на Марсе длятся дольше, чем на Земле, до двух часов перед восходом или после захода Солнца. Находящаяся высоко в атмосфере пыль рассеивает свет на тёмную сторону планеты. Похожие сумерки наблюдаются на Земле после больших вулканических извержений. Обусловлено это рядом причин, рассмотрим по порядку:

1) Атмосфера и сила тяготения Марса. Запылённость её даже в спокойной фазе выше земной, особенно касается это средних и верхних слоёв атмосферы. Толщина марсианской атмосферы сопоставима с земной, в том, что принято считать границами атмосферы для обоих планет 100км для Земли и 110 км для Марса. Однако в следствии низкой гравитации 38% от земной, активные атмосферные процессы на Марсе происходят на высотах до 8-12 км над поверхностью в отличии от земных 2-5 км. Под такими процессами подразумевается активное взаимодействие атмосферы и поверхности, такие как погодные изменения, высота облаков, зона формирования погоды, высота взвешенных частиц в атмосферных газах. Обычно вулканические выбросы и ураганы не поднимаются выше этих границ. Кроме более низкой гравитации позволяющей зависать частичкам мелко диспесионой пыли над поверхностью, следует упомянуть и выраженный электростатический заряд этих частичек на Марсе. В сумме уже две эти составляющие приводят к тому, что рассеяние солнечного света происходят на существенно большей высоте над поверхностью Марса чем земной. Что обуславливает длительность атмосферного свечения после заходов/перед восходами Солнца.

2) Не маловажным фактором является и "загнутость" горизонта. Средний радиус планеты фактически меньше земного ок. в 2 раза и составляет 3389,5 км. Это ограничивает видимость горизонта на равнинах для наблюдателя до 3.5 км, против 5-6 в земных условиях. Без учёта частых условий наблюдения обусловленных топографией. Скорость ротации Марса немногим больше земной и сопоставима. Марсианские сутки составляют ок. 24, 37 земных часа. Поэтому видимое движение Солнца по небесной сфере практически неотличимо от земного. Видимый солнечный диск с поверхности планеты составляет 2/3 земного. Из этого следует, что с момента касания диска Солнца горизонта, до полного исчезновения за горизонтом и обратное, для наблюдателя  произойдут быстрее от привычного земного более чем в 2 раза. Любопытно заметить, что как и на земле наблюдатель будет видеть картину заходов/восходов с опозданием/опережением от фактического в 12,7 минут, против 8,5 минут от земного. При среднем расстоянии планеты до звезды в 228 млн. км.

Фактически наблюдаемые сумерки на Марсе будут существенно дольше земных, принятого для средних широт обеих планет и по причине высоты отсвечивания света обусловленного близостью видимого горизонта в сочетании с отсвечиванием верхними слоями атмосферы. Проще говоря, время видимого захода Солнца от момента касания горизонта до исчезновения под ним короче, а сами сумерки длиннее.

Автор, также хочет указать, что в следствии описанных явлений ночное время (тёмное время суток) на Марсе будет короче земного, при прочих равных условиях для обеих планет.

Автор Р.Д.И. Стрельцов.

Жизнь, кажется, нашли. Но не там, где искали

Доктор физико-математических наук Леонид Ксанфомалити,
Институт космических исследований РАН.

Анализ поведения обнаруженных на панорамах Венеры объектов позволяет предположить, что по меньшей мере какая-то их часть имеет признаки живых существ. С учётом этой гипотезы можно попытаться объяснить, почему в первый час работы спускаемого аппарата никакие странные объекты, кроме «чёрного лоскута », не наблюдались, а «скорпион» появился только спустя полтора часа после посадки аппарата.

Сильный удар при посадке вызвал разрушение грунта и выброс его в сторону бокового движения аппарата. После посадки аппарат около получаса производил сильный шум. Пиропатроны отстреливали крышки телекамер и научных приборов, работала буровая установка, освободилась штанга с измерительным молотком. «Обитатели» планеты, если они там были, покинули опасный район. Но со стороны выброса грунта они уйти не успели и были им засыпаны. То обстоятельство, что «скорпион» около полутора часов выбирался из-под сантиметрового завала, говорит о его невысоких физических возможностях. Огромной удачей эксперимента стало совпадение времени сканирования панорамы с появлением «скорпиона» и его близость к телевизионной камере, что позволило разглядеть и подробности развития описанных событий, и его внешний вид, хотя чёткость изображения оставляет желать лучшего. Сканирующие камеры аппаратов «Венера-13» и «Венера-14» предназначались для съёмки панорам окрестностей мест их посадки и получения общих представлений о поверхности планеты. Но экспериментаторам повезло — удалось узнать намного больше.

Аппарат «Венера-14» тоже опустился в экваториальной зоне планеты, на расстоянии около 700 км от «Венеры-13». Поначалу анализ снятых «Венерой-14» панорам каких-либо особых объектов не обнаружил. Но более подробный поиск дал интересные результаты, которые сейчас изучаются. А мы вспомним про первые панорамы Венеры, полученные в 1975 году.

Миссии «Венера-9» и «Венера-10»

Результаты миссий 1982 года не исчерпывают все имеющиеся наблюдательные данные. Почти на семь лет раньше на поверхность Венеры опустились менее совершенные аппараты «Венера-9» и «Венера-10» (22 и 25 октября 1975 года). Затем, 21 и 25 декабря 1978 года, состоялся десант «Венеры-11» и «Венеры-12». На всех аппаратах также стояли оптико-механические сканирующие камеры, по одной с каждой стороны аппарата. К сожалению, на аппаратах «Венера-9» и «Венера-10» раскрылось только по одной камере, крышки вторых не отделились, хотя камеры работали нормально, а на аппаратах «Венера-11» и «Венера-12» не отделились крышки всех сканирующих камер.

По сравнению с камерами «Венеры-13» и «Венеры-14» разрешение на панорамах «Венеры-9» и «Венеры-10» было почти вдвое ниже, угловое разрешение (единичный пиксел) составляло 21 угловую минуту, длительность развёртки строки — 3,5 секунды. Форма спектральной характеристики примерно соответствовала человеческому зрению. Панорама «Венеры-9» охватывала 174° за 29,3 минуты съёмки с одновременной передачей. «Венера-9» и «Венера-10» проработали соответственно 50 минут и 44,5 минуты. Изображение в реальном времени ретранслировалось на Землю через остронаправленную антенну орбитального аппарата. Уровень шума в принятых изображениях был низким, но из-за ограниченного разрешения качество исходных панорам, даже после сложной обработки, оставляло желать лучшего.

Фото 10. Панорама, переданная 22 октября 1975 года аппаратом «Венера-9» с поверхности планеты. Вверху — после полной обработки в 1979 году и улучшенной обработки в 2003—2006 годах; внизу — та же панорама, обработанная заново.

	Фото. 11. Угловая левая часть панорамы на фото 10, где виден склон отдалённого холма.
	Фото 12. Изображение объекта «странный камень» (в овале) при исправлении геометрии панорамы «Венеры-9» становится более вытянутым. Центральное поле, ограниченное наклонными линиями, соответствует правой части фото 10.

Вместе с тем изображения (особенно насыщенная деталями панорама «Венеры-9») поддались дополнительной, очень трудоёмкой обработке современными средствами, после которой они стали гораздо чётче (нижняя часть фото 10 и фото 11) и вполне сравнимыми с панорамами «Венеры-13» и «Венеры-14». Как уже отмечалось, ретуширование и дополнения изображений полностью исключали.

Аппарат «Венера-9» опустился на склон холма и встал под углом почти 10° к горизонту. На дополнительно обработанной левой части панорамы чётко виден отдалённый склон следующей возвышенности (фото 11). «Венера-10» села на ровную поверхность на расстоянии 1600 км от «Венеры-9».

Анализ панорамы «Венеры-9» выявил много интересных деталей. Вначале вернёмся к изображению «странного камня». Он был настолько «странным», что эту часть снимка даже вынесли на обложку издания «Первые панорамы поверхности Венеры».

Объект «сыч»

В 2003—2006 годах качество изображения «странного камня» удалось заметно улучшить. По мере изучения объектов на панорамах совершенствовалась и обработка изображений. Аналогично предложенным выше условным названиям «странный камень» за свою форму получил название «сыч». На фото 12 представлен улучшенный результат, основанный на исправленной геометрии изображения. Детализация объекта повысилась, но всё же оставалась недостаточной для определённых выводов. Изображение построено на основе крайней правой части фото 10. Вид равномерно светлого неба может быть обманчивым, так как на исходном изображении просматриваются едва различимые пятна. Если предположить, что здесь, как и на фото 11, виден склон другого холма, то он плохо различим и должен находиться гораздо дальше. Следовало существенно улучшить разрешение деталей исходного изображения.

Фото 13. Сложная симметричная форма и другие особенности объекта «странный камень» (стрелка ) выделяют его на фоне каменистой поверхности планеты в точке посадки «Венеры-9». Размеры объекта около полуметра. На врезке объект показан при исправленной геометрии.

Обработанный фрагмент фото 10 приведён на фото 13, где «сыч» отмечен стрелкой и окружён белым овалом. Он имеет правильную форму, выраженную продольную симметрию, и его трудно интерпретировать как «странный камень» или «вулканическую бомбу с хвостом». Положение деталей «бугорчатой поверхности » обнаруживает определённую радиальность, идущую от правой части, от «головы». Сама «голова» имеет более светлый оттенок и сложную симметричную структуру с крупными фигурными, также симметричными тёмными пятнами и, возможно, с каким-то выступом сверху. В целом структуру массивной «головы» понять сложно. Не исключено, что какието мелкие камни, случайно совпадающие по оттенкам с «головой», представляются её частью. Исправление геометрии немного удлиняет объект, делая его более «стройным» (фото 13, врезка). Прямой светлый «хвост» имеет длину около 16 см, а весь объект вместе с «хвостом» достигает полуметра при высоте не менее 25 см. Тень под его корпусом, который слегка поднят над поверхностью, полностью повторяет контуры всех его частей. Таким образом, размеры «сыча» довольно велики, что позволило получить достаточно подробное изображение даже при том ограниченном разрешении, которым обладала камера, и, конечно, благодаря близкому расположению объекта. Уместен вопрос: если на фото 13 мы видим не обитателя Венеры, то что это? Очевидная сложная и весьма упорядоченная морфология объекта делает трудным поиск других предположений.

Если в случае «скорпиона» («Венера-13 ») имелась некоторая зашумлённость панорамы, которую устранили известными приёмами, то на панораме «Венеры-9» (фото 10) шумы практически отсутствуют и на изображение не влияют.

Вернёмся к исходной панораме, детали которой видны достаточно чётко. Изображение с исправленной геометрией и наиболее высоким разрешением приведено на фото 14. Здесь есть ещё один элемент, который требует внимания читателя.

Повреждённый «сыч»

Фото 14. Наиболее высокое разрешение удалось получить при обработке панорамы «Венеры-9» с исправленной геометрией.

При первых обсуждениях результатов «Венеры-13» одним из главных был вопрос: как на Венере природа могла бы обойтись без воды, абсолютно необходимой для земной биосферы? Критическая температура для воды (когда её пар и жидкость находятся в равновесии и имеют неразличимые физические свойства) на Земле 374°С, а в условиях Венеры — около 320°С. Температура у поверхности планеты около 460°С, поэтому метаболизм организмов на Венере (если таковые существуют) должен строиться как-то иначе, без воды. Вопрос об альтернативных жидкостях для жизни в условиях Венеры уже рассматривался в ряде научных работ, и химикам такие среды известны. Возможно, такая жидкость присутствует на фото 14.

Фото 15. Фрагмент панорамы — фотоплан. От посадочного буфера тянется тёмный след, который, по-видимому, оставлял за собой раненный аппаратом организм. След образован какой-то жидкой субстанцией неизвестной природы (на Венере не может быть жидкой воды). Объект (размером около 20 см) сумел отползти на 35 см за время не более шести минут. Фотоплан удобен тем, что позволяет сопоставлять и измерять реальные размеры объектов.

От места на торе посадочного буфера «Венеры-9», отмеченного звёздочкой на фото 14, по поверхности камня влево тянется тёмный след. Далее он сходит с камня, расширяется и заканчивается у светлого предмета, похожего на рассмотренного выше «сыча», но вдвое меньших размеров, около 20 см. Других подобных следов на изображении нет. Можно догадаться о происхождении следа, который начинается непосредственно у посадочного буфера аппарата: объект был частично раздавлен буфером и, отползая, оставил тёмный след жидкого вещества, выделившегося из его повреждённых тканей (фото 15). Для земных животных такой след назвали бы кровавым. (Таким образом, первая жертва «земной агрессии» на Венере относится к 22 октября 1975 года.) До шестой минуты сканирования, когда объект возник на изображении, он сумел отползти примерно на 35 см. Зная время и расстояние, можно установить, что его скорость была не меньше 6 см/мин. На фото 15, между крупными камнями, где находится пострадавший объект, можно различить его форму и другие особенности.

Тёмный след указывает, что подобные объекты, даже повреждённые, при серьёзной опасности способны перемещаться со скоростью не менее 6 см/мин. Если «скорпион», о котором уже говорилось, между 93-й и 119-й минутами действительно удалился на расстояние не менее одного метра, за пределы видимости камеры, то его скорость была не менее 4 см/мин. Вместе с тем, сравнивая фото 14 с другими фрагментами изображений, переданных «Венерой-9» за семь минут, видно, что «сыч» на фото 13 не переместился. Неподвижными оставались и некоторые объекты, найденные на других панорамах (которые здесь не рассматриваются). Наиболее вероятно, что такая «неторопливость» вызвана их ограниченными энергетическими запасами («скорпион», например, на несложную операцию собственного спасения затратил полтора часа) и медленные перемещения венерианской фауны для неё нормальны. Заметим, что энерговооружённость земной фауны очень высока, чему способствуют обилие флоры для питания и окислительная атмосфера.

В этой связи следует вернуться к объекту «сыч» на фото 13. Упорядоченная структура его «бугорчатой поверхности» напоминает небольшие сложенные крылья, а опирается «сыч» на «лапу», похожую на птичью. Плотность атмосферы Венеры на уровне поверхности составляет 65 кг·м³. Сколько-нибудь быстрое движение в такой плотной среде затруднительно, зато для полёта потребовались бы совсем небольшие крылья, чуть больше плавников рыб, и незначительные расходы энергии. Однако для утверждения, что объект относится к пернатым, доказательств недостаточно, и, летают ли обитатели Венеры, пока неизвестно. Но, похоже, их привлекают некоторые метеорологические явления.

«Снегопад» на Венере

Об атмосферных осадках на поверхности планеты до сих пор ничего известно не было, кроме предположения о возможном образовании и выпадении высоко в горах Максвелла аэрозолей из пирита, сульфида свинца или других соединений. На последних панорамах «Венеры-13» присутствует множество белых точек, покрывающих их значительную часть. Точки считали шумами, потерей информации. Например, когда сигнал, передаваемый в негативе, от одной точки изображения теряется, на его месте появляется белая точка. Каждая такая точка — это пиксел, либо потерянный из-за сбоя нагревшейся аппаратуры, либо пропавший при краткой потере радиосвязи между спускаемым аппаратом и орбитальным ретранслятором. При обработке панорамы в 2011 году белые точки заменяли осреднёнными значениями прилегающих пикселов. Изображение стало более чётким, однако осталось множество мелких белых пятнышек. Они состояли из нескольких пикселов и представляли собой, скорее, не помехи, а что-то реальное. Даже на необработанных снимках видно, что точки почему-то почти отсутствуют на чёрном корпусе прибора, попавшего в кадр, а само изображение и момент появления помехи никак не связаны. К сожалению, всё оказалось сложнее. На приведённых ниже сгруппированных изображениях помехи встречаются и на близком тёмном фоне. Более того, они редко, но всё же встречаются и на телеметрических вставках, когда трансляция панорамы периодически на восемь секунд замещалась передачей данных с других научных приборов. Поэтому на панорамах видны как осадки, так и помехи электромагнитного происхождения. Последнее подтверждается тем, что применение операции лёгкого «размытия» резко улучшает изображение, устраняя именно точечные помехи. Но происхождение электрических помех остаётся неизвестным.

Фото 16. Хронологическая последовательность изображений с метеорологическими явлениями. Время, указанное на панорамах, отсчитывается от начала сканирования верхнего изображения. Сначала вся сперва чистая поверхность покрылась белыми пятнышками, затем, за последующие полчаса, площадь выпавших осадков уменьшилась не менее чем наполовину, а грунт под «растаявшей» массой приобрёл тёмный оттенок, подобно увлажнённой растаявшим снегом земной почве.

Сопоставив эти факты, можно сделать вывод, что за шумы отчасти принимали метеорологические явления — осадки, напоминающие земной снег, и их фазовые переходы (таяние и испарение) на поверхности планеты и на самом аппарате. На фото 16 показаны четыре такие последовательные панорамы. Выпадение осадков происходило, по-видимому, краткими интенсивными порывами, после чего площадь выпавших осадков уменьшилась не менее чем наполовину за следующие полчаса, а грунт под «растаявшей » массой потемнел, подобно увлажнённой земной почве. Поскольку температура поверхности в точке посадки установлена (733 К), а термодинамические свойства атмосферы известны, главный вывод наблюдения состоит в том, что имеются весьма жёсткие ограничения на природу выпадающей твёрдой или жидкой субстанции. Разумеется, состав «снега» при температуре 460°С — большая загадка. Однако веществ, которые имеют критическую pT-точку (когда они существуют одновременно в трёх фазах) в узком интервале температур вблизи 460°С и при давлении 9 МПа, наверное, очень немного, и среди них — анилин и нафталин. Описываемые метеорологические явления возникли после 60-й или 70-й минуты. В это же время появился «скорпион » и возникли некоторые другие интересные явления, которые ещё предстоит описать. Невольно напрашивается вывод, что венерианская жизнь ждёт осадков, как дождя в пустыне, или, наоборот, избегает их.

Источники энергии Венерианской фауны

Возможность жизни в условиях, аналогичных умеренно высоким температурам (733 К) и углекислотной атмосфере Венеры, не раз рассматривалась в научной литературе. Авторы приходили к заключению, что её наличие на Венере, например в микробиологических формах, не исключено. Рассматривалась также жизнь, которая могла эволюционировать в медленно меняющихся условиях от ранних этапов истории планеты (с более близкими к земным условиям) к современным. Температурный диапазон вблизи поверхности планеты (725—755 К в зависимости от рельефа), конечно, абсолютно неприемлем для земных форм жизни, но если вдуматься — термодинамически он ничем не хуже земных условий. Да, среды и действующие химические агенты нам неизвестны, но их никто и не искал. Химические реакции при высоких температурах очень активны; исходные материалы на Венере мало чем отличаются от земных. Анаэробных организмов известно сколько угодно. Фотосинтез у ряда простейших основывается на реакции, когда донором электронов оказывается сероводород H₂S, а не вода. У многих видов живущих под землёй автотрофных прокариотов вместо фотосинтеза используется хемосинтез, например 4H₂ + CO₂ → CH₄ + H₂O. Физических запретов на жизнь при высоких температурах не видно, кроме, конечно, «земного шовинизма». Разумеется, фотосинтез при высоких температурах и в безокислительной среде должен, по-видимому, опираться на совершенно другие, неизвестные биофизические механизмы.

Но какими источниками энергии в принципе могла бы пользоваться жизнь в венерианской атмосфере, где основную роль в метеорологии играют соединения серы, а не вода? Обнаруженные объекты довольно велики, это не микроорганизмы. Наиболее естественно предположить, что они, подобно земным, существуют за счёт растительности. Хотя прямые лучи Солнца из-за мощного облачного слоя, как правило, не достигают поверхности планеты, света для фотосинтеза там хватает. На Земле рассеянной освёщенности 0,5—7 килолюкс вполне достаточно для фотосинтеза даже в глубине густых тропических лесов, а на Венере она лежит в пределах 0,4—9 килолюкс. Но если настоящая статья и даёт какие-то представления о возможной фауне Венеры, то судить о флоре планеты по имеющимся данным нельзя. Похоже, что некоторые её признаки удаётся обнаружить на других панорамах.

Независимо от конкретного биофизического механизма, действующего на поверхности Венеры, при температурах падающего T₁ и уходящего T₂ излучений, термодинамическая эффективность процесса (кпд ν = (T₁ — T₂)/T₁) должна быть несколько ниже земной, так как T₂ = 290 К для Земли и T₂ = 735 К для Венеры. Кроме того, из-за сильного поглощения сине-фиолетовой части спектра в атмосфере максимум солнечного излучения на Венере смещён к зелёно-оранжевой области и, согласно закону Вина, соответствует более низкой эффективной температуре T₁ = 4900 К (у Земли T₁ = 5770 К). В этом отношении условиями, наиболее благоприятными для жизни, обладает Марс.

Заключение

В связи с интересом к возможной обитаемости определённого класса экзопланет с умеренно высокой температурой поверхности со всей тщательностью были заново рассмотрены результаты телевизионных исследований поверхности Венеры, выполненных в миссиях «Венера-9» в 1975 году и «Венера-13» в 1982-м. Планету Венеру рассматривали как природную высокотемпературную лабораторию. Наряду с ранее опубликованными изображениями изучены панорамы, ранее не включённые в основную обработку. На них видны появляющиеся, изменяющиеся или исчезающие объекты заметных размеров, от дециметра до полуметра, случайное возникновение изображений которых объяснить не удаётся. Обнаружены возможные свидетельства того, что некоторые из найденных объектов, обладающих сложной регулярной структурой, были частично засыпаны грунтом, выброшенным при посадке аппарата, и медленно освобождались из него.

Интересен вопрос: какими источниками энергии могла бы пользоваться жизнь в высокотемпературной безокислительной атмосфере планеты? Предполагается, что, подобно Земле, источником существования гипотетической фауны Венеры должна быть её гипотетическая флора, которая осуществляет фотосинтез особого типа, а некоторые её образцы удастся обнаружить на других панорамах.

Телевизионные камеры аппаратов «Венера » не предназначались для съёмки возможных обитателей Венеры. Специальная миссия для поиска жизни на Венере должна быть существенно более сложной.

Иллюстрации предоставлены автором.

Литература

Ксанфомалити Л.В. Планета Венера. — М.: Наука. Физматлит, 1985.

Ксанфомалити Л.В. Планеты, открытые заново. — М.: Наука, 1978.

Первые панорамы поверхности Венеры / Под ред. Келдыша М. В. — М.: Наука, 1979.

Селиванов А.С., Чемоданов В.П., Нараева М.К. и др. Телевизионный эксперимент на поверхности Венеры // Космич. исслед., 1976, т. 14, № 5, с. 674—677.

Селиванов А.С., Гектин Ю.М., Герасимов М.А. и др. Продолжение телевизионного исследования поверхности Венеры со спускаемых аппаратов // Космич. исслед., 1983, т. 21, № 2, с. 176—182.

Hunten D.M., Colin L., Donahue T.M., Moroz V.I. (Eds). Venus. The Univ. of Arizona Press, 1983. — 1144 p.

Наука и жизнь. 2012. № 6. С. 60-66.

Жизнь, кажется, нашли. Но не там, где искали

Доктор физико-математических наук Леонид Ксанфомалити,
Институт космических исследований РАН.

Следуя некоторым видам поиска, мы смогли
бы обнаружить жизнь, базирующуюся
на совершенно ином химическом составе
(без углерода и/или воды).
Б.У. Джонс, британский астрофизик

Астрофизические исследования последних десятилетий обогатили наши представления о природе множеством интереснейших фактов. В 1995 году была найдена первая экзопланета — планета, которая обращается вокруг одной из звёзд нашей Галактики. Сегодня известно более семисот таких экзопланет (см. «Наука и жизнь» № 12, 2006 г.). Почти все они обращаются по очень низким орбитам, но если светимость звезды невелика, температура на планете может лежать в пределах 650—900 К (377—627°С). Такие условия абсолютно неприемлемы для единственно знакомой нам белковой формы жизни. Но действительно ли она единственная во Вселенной, а отрицание других возможных её видов — это «земной шовинизм»?

Исследовать даже ближайшие из экзопланет при помощи автоматических космических аппаратов в текущем столетии вряд ли получится. Вполне возможно, однако, что ответ удастся отыскать совсем рядом, на нашей ближайшей соседке по Солнечной системе — на Венере. Температура поверхности планеты (735 К, или 462°С), огромное давление (87—90 атм) её газовой оболочки плотностью 65 кг/м³, состоящей в основном из углекислого газа (96,5%), азота (3,5%) и следов кислорода (менее 2·10^-5%), близки к физическим условиям на многих экзопланетах особого класса. Недавно были заново исследованы и обработаны телевизионные изображения (панорамы) поверхности Венеры, полученные тридцать лет назад и более. На них обнаружилось несколько объектов размером от дециметра до полуметра, которые меняли форму, положение в кадре, появлялись на одних изображениях и пропадали на других. А на ряде панорам явственно наблюдались осадки, которые выпадали и таяли на поверхности планеты.

	Доктор технических наук А.С. Селиванов, руководитель коллектива разработчиков телевизионных камер аппаратов «Венера».		Кандидат технических наук Ю.М. Гектин,автор многих технических решений в телевизионных камерах аппаратов «Венера».

В январе журнал «Астрономический вестник — исследования Солнечной системы» опубликовал статью «Венера как естественная лаборатория для поиска жизни в условиях высоких температур: о событиях на планете 1 марта 1982 г.». Она не оставила равнодушными читателей, причём мнения разделились — от крайней заинтересованности до гневного неодобрения, поступающего главным образом из-за океана. И в опубликованной тогда, и в данной статье не утверждается, что на Венере найдена неизвестная доныне внеземная форма жизни, а лишь рассказано о явлениях, которые могут быть её признаками. Но, как удачно сформулировал тему один из двух главных авторов телевизионного эксперимента на аппаратах «Венера» Ю.М. Гектин, «нам не нравится интерпретация полученных результатов как признаков жизни на планете. Однако мы не можем найти другого объяснения тому, что видим на панорамах поверхности Венеры».

Наверное, уместно напомнить афоризм, что новые идеи обычно проходят три стадии: 1. Какая глупость! 2. В этом что-то есть… 3. Ну, кто же этого не знает!

Аппараты «Венера», их видео камеры и первый привет с Венеры

Первые панорамы поверхности Венеры передали на Землю аппараты «Венера-9» и «Венера-10» ещё в 1975 году. Изображения получали при помощи установленных на каждом аппарате двух оптико-механических камер с фотоумножителями (ПЗС-матрицы существовали тогда только в виде идеи).

Фото 1. Поверхность Венеры в месте посадки аппарата «Венера-9» (1975 г.). Краевые зоны изображения — коллаж, собранный из более качественных панорам. Физические условия на Венере: атмосфера CO2  96,5%, N2 3,5%, O2 менее 2·10-5; температура — 735 К (462°С), давление 92 МПа (примерно 90 атм). Дневная освещённость от 400 лк до 11 клк. Метеорология Венеры определяется соединениями серы (SO2, SO3, H2SO4).

Зрачки камер располагались на высоте 90 см от поверхности, с двух сторон аппарата. Качающееся зеркальце каждой камеры постепенно поворачивалось и создавало панораму в 177° по ширине, полосой от горизонта до горизонта (3,3 км на ровной местности), а верхняя граница изображения отстояла на два метра от аппарата. Разрешающая способность камер позволяла чётко видеть миллиметровые детали поверхности вблизи и объекты размером около 10 метров у горизонта. Камеры находились внутри аппарата и снимали прилегающий пейзаж сквозь герметичное кварцевое окно. Аппарат постепенно разогревался, но полчаса работы его конструкторы твёрдо обещали. Обработанный фрагмент панорамы «Венера-9» представлен на фото 1. Так увидел бы планету человек в экспедиции на Венеру.

В 1982 году аппараты «Венера-13» и «Венера-14» были оснащены уже более совершенными камерами со светофильтрами. Изображения были вдвое более чёткими и состояли из 1000 вертикальных строк по 211 пикселов размером 11 угловых минут каждый. Видеосигнал, как и раньше, передавался на орбитальную часть аппарата, искусственный спутник Венеры, который в реальном времени ретранслировал данные на Землю. За время работы камеры передали 33 панорамы или их фрагмента, что позволяет проследить развитие некоторых интересных явлений на планете.

Невозможно передать масштаб технических трудностей, которые пришлось преодолеть разработчикам камер. Достаточно сказать, что за прошедшие с тех пор 37 лет эксперимент так и не был повторён. Руководил коллективом разработчиков доктор технических наук А.С. Селиванов, который сумел собрать группу талантливых учёных и инженеров. Упомянем здесь лишь нынешнего Главного конструктора космических приборов ОАО «Космические системы» кандидата технических наук Ю.М. Гектина, его коллег — кандидата физико-математических наук А.С. Панфилова, М.К. Нараеву, В.П. Чемоданова. Первые снимки с поверхности Луны и с орбиты Марса также передавали созданные ими приборы.

На первой же панораме («Венера-9», 1975 г.) внимание нескольких групп экспериментаторов привлёк симметричный объект сложной структуры, размером около 40 сантиметров, напоминающий сидящую птицу с вытянутым хвостом. Геологи осторожно назвали его «странным камнем со стержнеобразным выступом и бугорчатой поверхностью». «Камень» обсуждали в итоговом сборнике статей «Первые панорамы поверхности Венеры» (редактор М.В. Келдыш) и в увесистом томе международного издания «VENUS». Меня он заинтересовал 22 октября 1975 года, сразу как только лента с панорамой выползла из громоздкого фототелеграфного аппарата в евпаторийском Центре дальней космической связи.

К сожалению, в дальнейшем все мои попытки заинтересовать странным объектом коллег в Институте космических исследований АН СССР и администрацию института оказались тщетными. Представления о невозможности существования жизни в условиях высоких температур оказались непреодолимым барьером для любых обсуждений. Всё же ещё за год до опубликования сборника М. В. Келдыша, в 1978 году, вышла книга «Планеты, открытые заново», где приводилось изображение «странного камня». Комментарий к снимку был таким: «Детали предмета симметричны относительно продольной оси. Недостаточная чёткость скрывает его контуры, но… при некотором воображении можно увидеть фантастического обитателя Венеры. В правой части снимка… виден предмет диковинной формы размером около 30 см. Вся его поверхность покрыта странными наростами, причём в их положении можно увидеть какую-то симметрию. Влево от предмета выступает длинный прямой белый отросток, под которым видна глубокая тень, повторяющая его форму. Белый отросток очень похож на прямой хвост. С противоположной стороны предмет оканчивается большим белым округлым выступом, похожим на голову. Весь предмет покоится на короткой толстой «лапе». Разрешение снимка недостаточно, чтобы можно было чётко различить все детали загадочного предмета… Неужели «Венера-9» опустилась рядом с живым обитателем планеты? В это уж очень трудно поверить. К тому же за восемь минут, прошедших до возвращения объектива телекамеры к предмету, он совершенно не изменил своего положения. Это странно для живого существа (если оно не было повреждено краем аппарата, от которого его отделяют сантиметры). Вероятнее всего, мы видим камень необычной формы, похожий на вулканическую бомбу… С хвостом».

Сарказм заключительной фразы — «с хвостом» — показывал, что оппоненты не убедили автора в физической невозможности жизни на Венере. В том же издании говорится: «Представим себе, однако, что в каком-то из космических экспериментов на поверхности Венеры было бы все-таки найдено живое существо… История науки показывает, что, как только появляется новый экспериментальный факт, теоретики, как правило, быстро находят ему объяснение. Можно даже предсказать, каким было бы это объяснение. Синтезированы весьма термостойкие органические соединения, в которых используется энергия π-электронных связей (один из видов ковалентной связи, «обобществления» валентных электронов двух атомов молекулы. — прим. ред.). Такие полимеры способны выдерживать температуры до 1000°С и более. Поразительно, но некоторые земные бактерии используют π-электронные связи в своём метаболизме, однако не для повышения теплостойкости, а для связывания атмосферного азота (что неизбежно требует огромной энергии связей, достигающей 10 eV и более). Как можно видеть, «заготовки» для моделей венерианских живых клеток природа создала даже на Земле».

К этой теме автор возвращался в книгах «Planeten» и «Парад планет». Но в его строго научной монографии «Планета Венера» гипотеза о жизни на планете не упоминается, так как вопрос о необходимых для жизни источниках энергии в безокислительной атмосфере оставался (и продолжает оставаться) неясным.

Новые миссии. 1982 год

Фото 2. Аппарат «Венера-13» на лабораторных испытаниях в 1981 году. В центре видно окно телевизионной камеры, закрытое крышкой.

Оставим на время «странный камень». Следующими удачными полётами к планете с передачей изображений с её поверхности стали миссии «Венера-13» и «Венера-14» в 1982 году. Коллектив Научно-производственного объединения им. С.А. Лавочкина создал удивительные аппараты, которые тогда назывались АМС.

С каждой новой миссией к Венере они становились всё более совершенными, способными противостоять огромным давлениям и температурам. Аппарат «Венера-13» (фото 2), оснащённый двумя телевизионными камерами и другими приборами, опустился в экваториальной зоне планеты.

Благодаря эффективной тепловой защите температура внутри аппаратов поднималась довольно медленно, их системы успели передать много научных данных, панорамные изображения высокой чёткости, в том числе цветные, и с низким уровнем различных помех. Передача каждой панорамы занимала 13 минут. Спускаемый аппарат «Венера-13» 1 марта 1982 года проработал рекордно долго. Он продолжал бы передавать ещё, но на 127-й минуте приём данных с него непонятно кто и зачем приказал прекратить. С Земли была послана команда на выключение приёмника на орбитальном аппарате, хотя спускаемый аппарат продолжал посылать сигналы… Была ли это забота об орбитальном аппарате, чтобы на нём не разрядились аккумуляторы, или что-то ещё, но разве приоритет не оставался за спускаемым аппаратом?

Если исходить из всей переданной информации, в том числе и той, которую ещё недавно считали испорченной шумами, длительность успешной работы «Венеры-13» на поверхности превышала два часа. Опубликованные в печати изображения созданы путём комбинирования цветоделённых и чёрно-белых панорам (фото 3). При низком уровне помех для этого было достаточно трёх изображений.

Фото 3. Панорама поверхности Венеры в месте посадки аппарата «Венера-13». В центре — посадочный буфер аппарата с зубцами турбулизатора, обеспечивающего плавную посадку, выше — сброшенная белая полуцилиндрическая крышка окна телевизионной камеры. Её диаметр 20 см, высота 16 см. Расстояние между зубцами 5 см.

Избыток информации позволил восстановить картинку там, где на короткое время аппарат от изображений поверхности переходил к передаче результатов других научных измерений. Опубликованные панорамы обошли весь мир, многократно перепечатывались, потом интерес к ним стал постепенно угасать; даже специалисты пришли к выводу, что дело уже сделано…

Что удалось увидеть на поверхности Венеры

Новый анализ изображений оказался весьма трудоёмким. Часто спрашивают, почему ждали больше тридцати лет. Нет, не ждали. К старым данным обращались снова и снова, по мере совершенствования средств обработки и, скажем больше, совершенствования наблюдательности и понимания внеземных объектов. Многообещающие результаты получили уже в 2003—2006 годах, а наиболее существенные находки сделали в прошлом и позапрошлом годах, причём работу ещё не завершили. Для исследований использовали последовательности первичных изображений, полученных за достаточно длительное время работы аппарата. На них можно было попытаться обнаружить какие-то различия, понять, что их вызвало (например, ветер), обнаружить объекты, по внешнему виду отличные от естественных деталей поверхности, отметить явления, которые ускользнули от внимания тогда, более тридцати лет назад. При обработке использовали самые простые и «линейные» методы — корректировку яркости, контрастности, размытие или увеличение резкости. Любые другие средства — ретуширование, корректировка или применение какой-либо версии программы Photoshop— полностью исключались.

Наиболее интересны изображения, переданные аппаратом «Венера-13» 1 марта 1982 года. В ходе нового анализа изображений поверхности Венеры удалось обнаружить несколько объектов, которые имели особенности, отмеченные выше. Для удобства им присвоили условные названия, которые, конечно, не отражают реальной их сути.

	Фото 4. Нижняя часть крупного объекта «диск», 0,34 м в диаметре, видна справа на верхней границе изображения.

Странный «диск», изменяющий свою форму. «Диск» имеет правильную форму, по-видимому круглую, диаметром около 30 см и напоминает крупную раковину. На фрагменте панорамы на фото 4 видна только его нижняя половина, а верхняя срезана границей кадра.

Положение «диска» на последующих снимках слегка меняется из-за небольшого сдвига сканирующей камеры при разогреве аппарата. На фото 4 к «диску» примыкает вытянутая структура, напоминающая метёлку. На фото 5 приведены последовательные изображения «диска» (стрелка а) и поверхности возле него, а в нижней части кадров указан примерный момент прохождения поля сканера по «диску».

На первых двух кадрах (32-я и 72-я минуты) вид «диска» и «метёлки» почти не менялся, но в конце 72-й минуты в его нижней части появилась короткая дуга. На третьем кадре (86-я минута) дуга стала длиннее в несколько раз, а «диск» начал делиться на части.

На 93-й минуте (кадр 4) «диск» исчез, а вместо него появился примерно того же размера симметричный светлый объект, образованный многочисленными складками V-образной формы — «шевронами», ориентированными примерно вдоль «метёлки».

От нижней части «шевронов» отделились многочисленные большие дуги, подобные дуге на третьем кадре. Они закрыли всю поверхность, прилегающую к крышке телефотометра (белый полуцилиндр на поверхности). В отличие от «метёлки», под «шевронами» видна тень, что говорит об их объёмности.

Фото 5. Изменения положения и формы объектов «диск» (стрелка a) и «шевроны» (стрелка b). Примерный момент прохождения сканером изображения «диска» указан в нижней части кадров.

Через 26 минут, на последнем кадре (119-я минута) «диск» и «метёлка» полностью восстановились и видны чётко. «Шевроны» и дуги исчезли, как и появились, возможно, переместившись за границу изображения. Таким образом, пять кадров фото 5 демонстрируют полный цикл изменений формы «диска» и вероятную связь «шевронов» и с ним, и с дугами.

«Чёрный лоскут» у измерителя механических свойств грунта. На аппарате «Венера-13» среди других приборов было устройство для измерения прочности грунта в виде откидной фермы длиной 60 см. После посадки аппарата освобождалась удерживающая ферму защёлка, и под действием пружины ферма опускалась на грунт. Измерительный конус (штамп) на её конце, кинетическая энергия которого была известна, углублялся в почву. По глубине его погружения оценивалась механическая прочность грунта.

Фото 6. Неизвестный объект «чёрный лоскут» появился в первые 13 минут после посадки, обвившись вокруг конического измерительного молотка, который частично углубился в грунт. Сквозь чёрный объект просвечивают детали механизма. Последующие изображения (полученные в интервале от 27-й до 50-й минуты после посадки) показывают чистую поверхность молотка, «чёрный лоскут» отсутствует.

Одной из задач миссии было измерение малых составляющих атмосферы и грунта. Поэтому любое отделение от аппарата каких-либо частиц, плёнок, продуктов разрушения или обгорания при спуске в атмосфере и посадке абсолютно исключалось; при наземных испытаниях этим требованиям уделяли особое внимание. Однако на первом же изображении, полученном в интервале 0—13 минут после посадки, отчётливо видно, что вокруг измерительного конуса, по всей его высоте, обмотался вытянутый вверх неизвестный тонкий предмет — «чёрный лоскут» размером около шести сантиметров по высоте (фото 6). На последующих панорамах, сделанных через 27 и 36 минут, этот «чёрный лоскут» отсутствует. Он не может быть дефектом снимка: на более чётких изображениях видно, что одни детали фермы проецируются на «лоскут», а другие частично просвечивают сквозь него. Второй объект этого типа был обнаружен с другой стороны аппарата, под сброшенной крышкой телекамеры. Похоже, что их появление как-то связано с разрушением грунта измерительным конусом или посадочным аппаратом. Это предположение косвенно подтверждает наблюдение ещё одного похожего объекта, появившегося в поле зрения камер позже.

Звезда экрана — «скорпион». Этот наиболее интересный объект появился примерно на 90-й минуте вместе с примыкающим к нему справа полукольцом (фото 7). Внимание к нему прежде всего привлёк, конечно, его странный вид. Сразу же возникло предположение, что это какая-то деталь, отделившаяся от начавшего разрушаться аппарата. Но тогда аппарат быстро вышел бы из строя из-за катастрофического перегрева его устройств в герметизированном отсеке, куда раскалённая атмосфера под действием гигантского давления проникла бы сразу. Однако «Венера-13» продолжала нормально работать ещё час, и, следовательно, объект ей не принадлежал. Согласно технической документации, все наружные операции — сброс крышек датчиков и телекамер, бурение грунта, работа с измерительным конусом — закончились через полчаса после посадки. Больше от аппарата ничего не отделялось. На последующих снимках «скорпион» отсутствует.

Фото 7. Объект «скорпион» появился на изображении примерно на 90-й минуте после посадки аппарата. На последующих изображениях он отсутствует.

На фото 7 скорректированы яркость и контрастность, повышены чёткость и резкость исходного изображения. «Скорпион» имеет размер около 17 сантиметров в длину и сложную структуру, напоминающую земных насекомых или паукообразных. Его форма не может быть результатом случайного сочетания тёмных, серых и светлых точек. Изображение «скорпиона» состоит из 940 точек, а в панораме их 2,08·10⁵. Вероятность образования такой структуры за счёт случайного сочетания точек исчезающе мала: менее 10^-100. Иными словами, возможность случайного появления «скорпиона» исключена. Кроме того, он отбрасывает явственно различимую тень, и, следовательно, это реальный объект, а не артефакт. Простое сочетание точек отбрасывать тень не может.

По´зднее появление «скорпиона» в кадре можно объяснить, например, процессами, протекавшими во время посадки аппарата. Вертикальные скорость аппарата составляла 7,6 м/с, а боковая была примерно равна скорости ветра (0,3—0,5 м/с). Удар о почву произошёл с обратным ускорением 50g Венеры. Аппарат разрушил грунт на глубину примерно 5 см и отбросил его в сторону бокового движения, засыпав поверхность. Чтобы подтвердить это предположение, место появления «скорпиона» изучили на всех панорамах (фото 8) и увидели интересные подробности.

Фото 8. Последовательные изображения участка грунта, выброшенного при посадке в сторону бокового движения аппарата. Указаны примерные минуты сканирования соответствующего участка.

На первом изображении (7-я минута) на выброшенном грунте видна неглубокая канавка длиной около 10 см. На втором изображении (20-я минута) стороны канавки приподнялись, а её длина увеличилась примерно до 15 см. На третьем (59-я минута) в канавке стала видна регулярная структура «скорпиона». Наконец, на 93-й минуте «скорпион» полностью выбрался из засыпавшего его слоя грунта толщиной 1–2 см. На 119-й минуте он исчез из кадра и отсутствует на последующих изображениях (фото 9).

Фото 9. «Скорпион» (1) появился на панораме, снятой с 87-й по 100-ю минуту. На изображениях, полученных до 87-й и после 113-й минуты, он отсутствует. Малоконтрастный объект 2, вместе с клочковатой светлой средой, также присутствует только на панораме 87—100-й минут. На кадрах 87—100-й и 113—126-й минут слева, в группе камней, появился новый объект К с изменяющейся формой. Его нет на кадрах 53—66-й и 79—87-й минут. В центральной части снимка показаны результат обработки изображения и размеры «скорпиона».

В качестве возможной причины перемещения «скорпиона» в первую очередь рассматривался ветер. Поскольку плотность венерианской атмосферы у поверхности ρ = 65 кг/м³, динамическое воздействие ветра в 8 раз выше, чем на Земле. Скорость ветра v измеряли во многих экспериментах: по доплеровскому смещению частоты передаваемого сигнала; по перемещению пыли и по акустическому шуму в микрофоне на борту — и оценили в пределах от 0,3 до 0,48 м/с. Даже при максимальном её значении скоростной напор ветра ρv² на площадь боковой поверхности «скорпиона» создаёт давление около 0,08 Н, которое вряд ли могло переместить объект.

Другая вероятная причина исчезновения «скорпиона» может быть в том, что он перемещался. По мере удаления от камеры разрешение изображений ухудшалось, и в трёх-четырёх метрах он стал бы неотличимым от камней. Как минимум, на такое расстояние он должен был отдалиться за 26 минут — время следующего возвращения сканера к тем же строкам на панораме.

Из-за наклона оси камеры возникают искажения изображения (фото 3). Но вблизи камеры они невелики и исправления не требуют. Возможна другая причина искажений — перемещение объекта во время сканирования. На съёмку всей панорамы затрачивалось 780 с, а на участок изображения со «скорпионом» — 32 с. При смещении объекта могло происходить, например, кажущееся удлинение или сокращение его размера, но, как будет показано, фауна Венеры должна быть очень медлительной. 

Наука и жизнь. 2012. № 5. С. 14-20.

    С 2005 по 2009 г. Сатурн испускает все меньше и меньше тепла – такие выводы были сделаны учеными на основе наблюдений космического аппарата Cassini. 
    При этом южное полушарие Сатурна испускает заметно больше энергии, нежели северное. По крайней мере, к таким выводам можно прийти, анализируя данные, собранные зондом Voyager и продолжающей работу в системе Сатурна миссии Cassini. А если добавить сюда данные о солнечной активности за тот же период, возможно, ученым удастся, наконец, раскрыть внутренний источник тепла, подогревающий планету. Одна из загадок Сатурна – количество тепла, которое он выделяет, примерно вдвое превышающее поглощенную от Солнца энергию. 
    Планеты Солнечной системы теряют энергию, испуская излучение, в основном, в невидимых глазу областях спектра. В одной из них – инфракрасной – и работает бортовой спектрограф Cassini CIRS, позволяющий оценивать «тепловое» излучение. «Данные от спектрометра CIRS очень ценны, потому что они дают нам почти полное представление о Сатурне. Эта часть данных, котороя дала так много информации об этой планете, и это первый случай, когда кто-нибудь смог изучить излучение испускаемое одной из планет-гигантов в таких деталях». «Вообще в планетологии принято считать, что планеты выделяют тепло более-менее равномерно и постоянно во всех направлениях, - говорит возглавившая группу исследовательница Лайминь Ли (Liming Li, Корнельский университет, штат Нью-Йорк), - Нам удалось показать, что к Сатурну это не относится». 

Тепло из недр Сатурна показано красным цветом. Фото сделано по данным зонда Cassini NASA, собранным в видимом и ИК-диапазонах в 2008 г. NASA/JPL/University of Arizona.

ВНУТРЕННЕЕ ТЕПЛО САТУРНА

    В действительности тепловой поток от Сатурна как бы "однобокий", южное полушарие планеты испускает примерно на 1/6 больше энергии, чем северное, хотя разница эта может определяться местным сезоном. За время наблюдений, занявшее около 5 лет, в южной части Сатурна постоянно стояло лето, а в северной – зима (сезоны здесь длятся примерно 7 земных лет). Все происходит примерно как на Земле: в каждом полушарии эффективная температура, характеризующая уровень теплового изучения планеты, повышается или понижается, в зависимости от сезона. Так, северное полушарие за время наблюдений с 2005 по 2008 г. постоянно охлаждалось, а в 2009 г. начало понемногу нагреваться. Так как местное равноденствие произошло в августе 2009 г. «Эффективная температура дает нам простой способ, позволяющий отслеживать реакции в атмосфере Сатурна, как системы сезонных изменений», - говорит Лайминь Ли. 
    Но несмотря даже на сезонные изменения, Сатурн, как целое, за это время понемногу остывал и испускал все меньше энергии. Чтобы выяснить, не происходило ли подобное в прошлом сатурнианском году, ученые подняли данные, собранные в 1980-1981 гг. зондом Voyager. Удивительно, но – ничего подобного. Более того, тогда не было замечено и никакого дисбаланса между испусканием энергии разными полушариями планеты. 

Из года в год Сатурн демонстрирует драматически заметные изменения количества испускаемого тепла.

ВНУТРЕННЕЕ ТЕПЛО САТУРНА

    Куда же делись так прекрасно объясняемая сезонами разница в излучении тепла северным и южным полушариями? По мнению ученых, причиной тому может быть изменчивая активность Солнца из года в год, а также процессы, проходящие в атмосфере самого Сатурна. 
    «Разумно предположить, что изменения в уровне излучения планеты могут объясняться и плотностью облачности, - говорит одна из авторов работы Эмми Симон-Миллер (Amy Simon-Miller), - Как только меняется плотность, меняется и количество тепла, уходящего в космос. А облачность может меняться как от года к году, так и от сезона к сезону, и даже чаще. При этом стоит помнить и о второй части картины – количестве энергии, поглощенной планетой от Солнца». 
    Ученые надеются, что дальнейшее исследование, с учетом и солнечной активности, позволит заметить, насколько за изменения теплового излучения Сатурна ответственно Солнце, а насколько – некий внутренний источник энергии планеты. Как и другие гиганты, Юпитер и Нептун, Сатурн обладает каким-то пока в точности неустановленным «подогревателем» в недрах, и понять, что это может быть – радиоактивный распад или что иное – было бы очень и очень интересно.

    Древнегреческие астрономы видели объекты, движущиеся по ночному небу, и назвали их планетами, что означает «блуждающие [звезды]». В то время как настоящие звезды выглядели закрепленными на небосводе, планеты от ночи к ночи меняли свое положение. Позднее стало ясно, что они движутся вокруг Солнца. 

ОДИНОКИЕ ПЛАНЕТЫ

    С середины 1990-х годов астрономы стали находить планеты за пределами Солнечной системы. Теперь нам известно уже более полутысячи так называемых «экзопланет». До недавнего времени все эти миры обнаруживались рядом со звездами, что делало эти системы аналогами нашей Солнечной. Однако новые астрономические наблюдения позволили отыскать и нечто иное: блуждающие планеты, не обращающиеся вокруг звезд, а свободно летящие через Галактику. 
    Оценки, основанные на полученных данных, свидетельствуют, что число планет в межзвездном пространстве может втрое превосходить количество звезд в Галактике, достигая ошеломляющей величины в 600 млрд свободно движущихся планет-изгоев, как их теперь стали называть. Новые исследования позволяют глубже проникнуть в тайну рождения всех планет. 
    Группа под руководством астрофизика профессора Такахиро Суми (Takahiro Sumi) из Осакского университета (Япония) нашла в открытом космосе десять планет, которые, по-видимому, не связаны ни с одной звездой. Планеты были замечены в направлении центра нашей Галактики и все сравнимы по массе с Юпитером, а значит, являются газовыми гигантами (см. врезку «Кто есть кто в Галактике»). 

1. КАМЕНИСТЫЕ ПЛАНЕТЫ Похожи на Землю. Формируются вблизи от родительской звезды и имеют твердую поверхность. В Солнечной системе это планеты земной группы — Меркурий, Венера, Земля и Марс. Масса ограничена десятью массами Земли (6*1024 кг). Предполагается, что их численность среди блуждающих планет может быть выше, чем их более крупных родственников.  2. ГАЗОВЫЕ ГИГАНТЫ Рождаются в холодных внешних областях планетных систем, там, где в Солнечной системе находятся Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Обычно имеют массы в диапазоне от 10 земных до 13 масс Юпитера (1,8*1027 кг). Сотни планет-гигантов открыты на орбитах вокруг других звезд, а теперь обнаружено, что у некоторых таких планет звезд по соседству нет.  3. КОРИЧНЕВЫЕ КАРЛИКИ Тяжелее 13 масс Юпитера, легче маломассивных звезд (обычно около 80 масс Юпитера). Формируются как звезды в облаках межзвездного газа, но недостаточно массивны, чтобы в их недрах начались реакции термоядерного синтеза с участием водорода. Много общего с планетами-изгоями, но, раз они образуются по типу звезд, их и считают звездами.  4. СУБКОРИЧНЕВЫЕ КАРЛИКИ Свободно движущиеся объекты с массами меньше нижнего предела для коричневых карликов. Похожи на гигантские газовые планеты, но образуются скорее как звезды, подобно коричневым карликам. Термин «субкоричневый карлик» предложен Международным астрономическим союзом в 2001 году. Субкоричневые карлики могут быть похожи на планеты-изгои.

КТО ЕСТЬ КТО В ГАЛАКТИКЕ

    Поскольку сами по себе планеты света не испускают, их поиск представляет для астрономов непростую задачу. В прошлом экзопланеты регистрировались в основном благодаря гравитационному взаимодействию со своими звездами: оказываясь на разных участках орбиты, планета немного «сдвигает» звезду то в одну, то в другую сторону. Такой способ, естественно, не годится для обнаружения планет-изгоев, у которых нет звезд. Вместо него группа Суми использовала эффект гравитационного микро-линзирования. Он основан на том, что гравитация планеты действует подобно линзе и вызывает кратковременные повышения яркости далеких звезд, когда планета в своем движении оказывается в точности на линии, соединяющей Землю со звездой. 

Телескоп MOA-II в обсерватории Маунт-Джон, где группа профессора Суми наблюдала микролинзирование

ОДИНОКИЕ ПЛАНЕТЫ

    Такие события регистрировались с помощью телескопа MOA-II новозеландской обсерватории Маунт-Джон и с помощью телескопа Варшавского университета обсерватории Лас-Кампанас в Чили. О том, что найденные объекты достаточно малы, чтобы их можно было считать планетами, свидетельствует небольшая длительность события микролинзирования — чем оно короче, тем меньше масса объекта. 
    Причина, ранее затруднявшая подобные наблюдения, — планеты, имея сравнительно небольшую массу, дают лишь кратковременный эффект микролинзирования, длящийся 1-2 дня, — для астрономов это совсем немного. Лишь недавно появились технологии, позволяющие такое отслеживать (см. врезку «Микролинзирование. Как засечь планету по искривлению света»), 

1. Планета-изгой движется сквозь космос вдали от звезд. Поэтому она не дает отраженного света и не видна.      2. Когда планета проходит перед далекой звездой, ее гравитация фокусирует звездный свет, подобно линзе, вызывая возрастание блеска звезды      3. Вскоре планета проходит дальше, и блеск звезды возвращается к исходной величине.      4. Нарисовав зависимость блеска звезды от времени, астрономы могут вычислить массу и размеры объекта, вызвавшего линзирование.      5. Таким способом группа Суми обнаружила 10 объектов, которые по массам и размерам сравнимы с Юпитером. При этом не было признаков наличия у этих планет звезд.

Возможность гравитационного линзирования следует из теории Альберта Эйнштейна. Его общая теория относительности описывает гравитацию как искривление пространства-времени. Гравитация способна искривлять не только траектории движущихся объектов, но и лучи света. Гравитация массивной галактики может усиливать свет далеких небесных объектов, действуя как гигантская космическая линза. Микролинзирование — проявление тех же эффектов в меньших масштабах, что позволяет астрономам обнаруживать объекты планетной величины, своей гравитацией вызывающие небольшое возрастание яркости фоновых звезд. Группа профессора Такахиро Суми из Осакского университета в Японии использовала это для поиска планет-изгоев.      По астрономическим меркам планеты-изгои — относительно небольшие объекты, и вызываемый ими линзовый эффект длится всего 1-2 дня. Это означает, что нужно очень часто, каждые 10-60 минут, делать снимки и следить за изменениями блеска звезд. Наблюдаемые астрономами объекты очень слабые, и для их фотографирования требуются длительные экспозиции, чтобы собрать побольше света. Данное исследование стало возможным бла годаря применению новых высокочувствительных сенсоров, способных быстро получать снимки. Помогло также использование широкоугольных телескопов, поскольку их поле зрения охватывает больше объектов, обеспечивая тем самым максимальный эффект от применения скоростных сенсоров.

МИКРОЛИНЗОВАНИЕ. Как засечь планету по искривлению света!

    Дополнительное преимущество метода, основанного на микролинзировании: он позволяет астрономам убедиться, что данная планета действительно одинока в космосе. Если бы любая из обнаруженных планет обращалась вокруг звезды по орбите размером до 10 а.е. (астрономических единиц — расстояний от Земли до Солнца), то гравитация звезды искажала бы микролинзовый сигнал. Ничего подобного не наблюдается. 

Звезды образуются, когда облака газа и пыли начинают уплотнятся

ОДИНОКИЕ ПЛАНЕТЫ

    Впрочем, к этим оценкам нужно пока относиться скептически. Как отмечают некоторые астрономы, для газового гиганта совершенно естественно находиться более чем в 10 а.е. от своей звезды. «Взгляните на нашу Солнечную систему. Нептун обращается в 30 а.е. — говорит доктор Саша Куанц (Sascha Р Quanz) из Швейцарского федерального технологического института в Цюрихе. — Я верю, что обнаружены планеты, но не убежден, что все они — свободно летящие». 
    Но сколько бы планет-изгоев ни было обнаружено в действительности, вопрос о том, откуда они могли появиться, остается дискуссионным. 

    Существование свободно летящих планет давно предсказывалось теоретически, но при этом считалось, что они образуются примерно тем же путем, что и звезды, — из облаков газа в межзвездном пространстве, которые сжимаются под действием собственного гравитационного притяжения. 
    Один из основных аргументов в пользу данного варианта заключался в следующем. Обычные планеты, как в нашей Солнечной системе, формируются, по сути, из мусора, оставшегося при образовании звезды, — газопылевого диска в ее экваториальной плоскости. Однако в ранних компьютерных моделях образования планет ни за что не удавалось объяснить, каким образом эти планеты могут выбрасываться из диска в открытый космос. Было также известно, что космические объекты, называемые «субкоричневыми карликами», которые тяжелее таких планет, как Юпитер, но легче звезд (см. врезку «Кто есть кто в Галактике»), в действительности образуются, как звезды. Нет ничего невозможного в том, чтобы свободно летящие планеты формировались бы тем же способом. 

Несколько юпитероподобных планет, которые не обращаются вокруг звезд, обнаружены астрономами по наблюдениям далеких звезд, когда планеты проходили на их фоне. По частоте таких событий в обследованной части космоса подсчитано, сколько межзвездных планет должно быть в нашей Галактике, и астрономы пришли к выводу, что их может быть больше, чем самих звезд, число которых оценивается в 300 млрд. Это означает, что планет, дрейфующих среди звезд, может быть больше, чем обращающихся вокруг них. Исследования планет у других звезд говорят о том, что наша система со своей свитой из восьми планет, вращающихся вокруг Солнца, скорее исключение — у большинства звезд обнаруживается лишь по одной планете. Эти новые открытия грозят перевернуть наши привычные представления о планетах как о телах, обращающихся вокруг звезд.      «Со временем классификация планет становится всё более запутанной, — говорит астрофизик Филип Лукас (Philip Lucas) из Хартфордширского университета (Великобритания). — Разнообразие их типов гораздо выше, чем считалось ранее».

НАША ГАЛАКТИКА МОЖЕТ ИЗОБИЛОВАТЬ БЛУЖДАЮЩИМИ МИРАМИ

    Но вскоре в усовершенствованных, благодаря более мощным компьютерам, численных моделях стали обнаруживаться сценарии, в которых по ходу формирования планет вокруг звезды между ними случаются тесные сближения, приводящие к тому, что один из молодых миров может быть выброшен из планетарной колыбели, словно пращой, в холодные и темные глубины космоса. 
    Астрономы-наблюдатели тем временем стали находить у звезд экзопланеты на чрезвычайно удаленных орбитах. Такие планеты легко могли бы быть выброшены. «Планеты на удаленных орбитах слабо связаны с родительской звездой», — объясняет Филипп Лукас (Philip Lucas), астрофизик из Хартфордширского университета, специализирующийся на звездообразовании и экзопланетах. 
    Теперь работа наблюдателей увенчалась открытием группой Суми планет-изгоев с массой, как у Юпитера. «Новооткрытые объекты могли бы в принципе рождаться и в протопланетных дисках возле молодых звезд, — говорит профессор Иоахим Вамбсгансс (Joachim Wambsganss), астроном из Гейдельбергского университета в Германии. — Некоторые из них впоследствии вышибаются со своих орбит либо в результате взаимодействия между планетами, либо из-за встречи с соседними звездами». 

    Если планеты-изгои проводят свои ранние годы, купаясь в теплых лучах молодой звезды, то не исключено, что на некоторых из них еще до того, как они были выброшены из системы, могла возникнуть жизнь. И если так, то может ли эта жизнь сохраниться до наших дней в ходе путешествия сквозь межзвездную пустоту? 

Подобно луне Юпитёра Европе, планеты-изгои могут сохранять жизнь в своей глубине

НАША ГАЛАКТИКА МОЖЕТ ИЗОБИЛОВАТЬ БЛУЖДАЮЩИМИ МИРАМИ

    Часть планетологов считает это совершенно невозможным. Вдали от живительного тепла звезды поверхность блуждающей планеты вскоре станет негостеприимной ледяной пустыней. Однако другие ученые полагают, что планета может не остыть окончательно благодаря геотермальной энергии — остаточного тепла от ее образования и энергии, выделяющейся при распаде радиоактивных элементов. 
    «Температура внутри Юпитера очень высока. В центре — 20 000 °С», — говорит профессор Дэвид Стивенсон (David Stevenson) из Калифорнийского технологического института (США). По пути от центра к поверхности температура падает до межпланетной. Но где-то между этими крайностями должна быть умеренная зона. «В атмосфере Юпитера и сейчас есть место, где температура такая же, как на поверхности Земли, и есть жидкая вода, — говорит Стивенсон. — Это несомненно». 
    Проблемой, конечно, является отсутствие твердой поверхности — как на Юпитере, так и на подобных ему газовых гигантах, открытых Суми с коллегами. Однако Стивенсон не считает это непреодолимым препятствием для возникновения жизни. «Жизнь не обязательно должна на чем-то стоять», — говорит он. По словам Стивенсона, микроскопическая жизнь может, например, обитать на аэрозольных частицах в атмосфере газового гиганта. 
    Другая возможность для существования жизни связана со спутниками, обращающимися вокруг юпитероподобной планеты-изгоя. «Блуждающие планеты вполне могут обладать спутниками, состоящими из смеси льда и камней, как у газовых гигантов Солнечной системы», — говорит Лукас. В самом деле, спутник Юпитера Европа сейчас рассматривается в качестве кандидата в обитаемые миры. Поверхность Европы полностью покрыта льдом. Но ее внутренности разогреты приливными деформациями, которые вызывает гравитация Юпитера и других его спутников, и это обеспечивает существование подповерхностного океана жидкой воды. Возможно, то же самое происходит и с лунами, которые обращаются вокруг планет-изгоев (см. «Есть ли жизнь на планетах-изгоях?»). 

Возможна ли жизнь на планетах без родительской звезды?      Важно различать условия, необходимые для поддержания жизни и для ее возникновения. Мы не знаем, как появилась жизнь на Земле, но благоприятные условия для ее возникновения явно складываются гораздо реже, чем просто для поддержания ее существования. Если планета выброшена из своей системы на раннем этапе своей истории, то она быстро остынет, так что крайне маловероятно, чтобы на ней могла появиться жизнь. Но если у планеты было достаточно времени для зарождения жизни под воздействием звезды, прежде чем произошел ее выброс из системы, то для поддержания жизни энергии может хватить.      Где могла бы существовать эта жизнь?      После выброса из системы планета быстро остывает и обледеневает. Но мы видим в нашей Солнечной системе, что в таких местах, как спутник Юпитера Европа, под толстым слоем льда может находиться жидкая вода. Вот там и может быть жизнь.      О жизни какого типа может идти речь?      Проводились исследования — еще в 1970-х годах, когда мы впервые стали задумываться о возможность существования жидкой воды на Европе, — в которых оценивалось, достаточно ли будет энергии для поддержания жизни гигантских кальмаров или рыб. Как выяснилось, ни для чего подобного энергии не хватит. Так что крайне маловероятно, чтобы на планетах-изгоях были какие-то крупные формы жизни, речь может идти фактически только о микробах.      Могут ли такие населенные микробами миры сеять жизнь среди бесплодных планет вдоль своего пути?      Теоретически это возможно. Точно есть обмен веществом между Марсом и Землей — найдены камни, попавшие к нам с Марса. Если микробы находятся в глубине большого камня (чтобы при падении не сгореть в атмосфере) и если путешествие окажется быстрым по геологическим меркам (что вполне возможно), камень может предохранить микробы от разрушительных космических излучений. Но это в пределах Солнечной системы. Перенести жизнь с планеты, странствующей по межзвездному пространству, куда труднее. Галактика достаточно пустынна, и шансы, что по стечению обстоятельств планета-изгой попадет в окрестности другой планетной системы, чрезвычайно малы. Но они есть.

ЕСТЬ ЛИ ЖИЗНЬ НА ПЛАНЕТАХ-ИЗГОЯХ?

    А что можно сказать о землеподобных каменистых планетах в межзвездном пространстве? Ведь если даже планета с массой Юпитера может быть выброшена из молодой планетной системы, это тем более может случиться с менее массивными «Землями». В действительности таких планет, блуждающих по межзвездному пространству, должно быть даже больше, чем огромных газовых гигантов. 

    Стивенсон считает, что такие планеты в некоторых случаях, также могут нести жизнь. Согласно его выкладкам, если атмосфера землеподобной планеты богата водородом (газом, который всегда в избытке присутствует в молодых планетных системах), то, возможно, поверхность планеты останется теплой за счет парникового эффекта. Он будет сохранять геотермальное тепло планетных недр. Только в отличие от земного парникового эффекта, который удерживает тепло, полученное поверхностью планеты от Солнца, в этом случае от рассеивания в космическом пространстве будет сохранено внутреннее тепло планетных недр. «Получается, что в этом случае поверхность планеты будет иметь температуру, близкую к земной, — говорит Стивенсон. — Покрывающая планету атмосфера служит изолирующим одеялом, в толще которого температура постепенно понижается с увеличением высоты». 

Считается, что приливные силы, действующие со стороны Юпитера на его спутник Европу, разогревают лед, образуя целый океан под твердой, исполосованной трещинами поверхностью

ОДИНОКИЕ ПЛАНЕТЫ

    Этот механизм, как полагают ученые, может обогревать планету практически вечно. Температура будет снижаться лишь по мере исчерпания запасов радиоактивных элементов. 
    А это весьма длительный срок. Достаточно сказать, что период полураспада урана-238 составляет 4,5 млрд лет, а у самого долгоживущего из радионуклидов, тория-232, — 14 млрд лет. 
    Эффект микролинзирования, использованный группой профессора Суми, уже применялся в прошлом для поиска больших, на порядок превосходящих по массе Землю, каменистых планет у других звезд. «Так можно находить и свободно летящие объекты такой же массы, — заверяет Куанц. — Но зарегистрировать их намного труднее (чем объекты с массой Юпитера), поскольку событие микролинзирования становится короче и слабее». 

WFIRST сможет замечать микролинзование от небольших объектов.

ОДИНОКИЕ ПЛАНЕТЫ

    Ситуация может измениться уже в ближайшие десятилетия благодаря созданию Широкоугольного инфракрасного обзорного телескопа NASA (Wide Field Infrared Survey Telescope, WFIRST). Его предполагают подготовить к запуску в космос после 2020 года. Поднявшись над мутной дымкой нашей атмосферы, этот инструмент получит все возможности для наблюдения малозаметных событий микролинзирования, связанных с межзвездными планетами. 
    От этого события можно ожидать невероятных открытий. Кто знает, вдруг небеса просто кишат независимыми землеподобными мирами? И тогда блуждающие в межзвездном пространстве планеты вряд ли можно будет считать такими уж одинокими.

Примерно раз в два года (в среднем через 780 суток) Земля и Марс, двигаясь по своим орбитам, сближаются. Периоды максимального сближения, которые длятся 2-3 месяца, называют «противостояниями», так как Марс в это время находится на небосклоне в точке, диаметрально противоположной Солнцу. В это время Марс наиболее удобен для изучения в телескоп, а также для запуска к его поверхности космических аппаратов, поэтому этот период также называют «окнами запуска». Астрономы ждут этих моментов: в период противостояния, длящийся 2–3 месяца, Марс близок к Земле и его поверхность удобнее всего изучать в телескоп. Если бы орбиты Земли и Марса были круговыми и лежали точно в одной плоскости, то противостояния происходили бы строго периодически, и расстояние между планетами в этот момент было бы всегда одинаковым. Но поскольку эксцентриситет Марса равняется 0,093, т. е. довольно велик, постольку расстояние до него от Солнца меняется от 206 до 249 млн. км., а расстояние от Земли до Марса изменяется от 55 до 400 млн. км. Поэтому интервал между противостояниями не совпадает ни с земным, ни с марсианским годом, и максимальное сближение планет происходит в разных точках их орбит

На иллюстрации противостояний с 1997 по 2010 год вдоль орбиты Земли (внутренняя окружность) указаны месяцы ее прохождения по данному участку. У орбиты Марса (наружная окружность) указаны точки ее перигелия (Р) и афелия (А). На линиях, соединяющих планеты в момент противостояния, указан год и минимальное расстояние до Марса в астрономических единицах. (1а.е.=149 597 870,691 км). Противостояние вблизи афелия орбиты Марса (зимой в северном полушарии Земли) происходит при расстоянии между планетами около 100 млн. км. При противостоянии вблизи перигелия марсианской орбиты (конец лета в северном полушарии, каждые 15-17 лет) планеты сближаются  на расстояние меньшее 60 млн. км, и подобные противостояния называют  великими . Если же планеты сходятся ближе, чем на 56 млн км, то такие противостояния называются  величайшими , они происходят примерно раз в 80 лет.

Именно в периоды величайших противостояний астрономы имели возможность подробнее рассмотреть поверхность Марса, составляли карты планеты, обнаружили спутники и каналы, сезонные изменения полярных шапок и сделали другие открытия.  В результате космических исследований Марса великие противостояния утратили свою научную значимость. 

Максимальное  за все время астрономических наблюдений противостояние Земли с Марсом до расстояния в 55 758 006 км произошло 27 августа 2003 года в 9:52 по всемирному времени (в 13:52 московского времени). В период противостояния 2003 диаметр диска Марса превышает 20″ в течение 11 недель с 19 июля по 4 октября, а в конце августа видимый диаметр диска превысил 25″, поэтому при наблюдении даже в простой школьный телескоп с 75-кратным увеличением Марс выглядел как Луна для невооруженного глаза. 

Видимый в телескоп диаметр Марса достаточно сильно зависит от расстояния между нашими планетами.

По материалам: wiki.marstefo.ru/

Общность газовых планет-гигантов

Любая из планет-гигантов превосходит по массе все планеты земной группы, вместе взятые. Крупнейшая планета Солнечной системы – Юпитер - в 11 раз по диаметру и в 300 с лишним раз по массе больше, чем Земля. Все планеты-гиганты имеют мощные протяженные атмосферы, состоящие в основном из молекулярного водорода и содержащие также гелий (от 6 до 15% по объему), метан, аммиак, воду и некоторые другие соединения, в том числе более сложные. Сжатие этих планет, которое заметно даже на первый взгляд, вызвано их быстрым вращением вокруг оси. Характерно, что экваториальные области планет-гигантов вращаются быстрее, чем области, находящиеся ближе к полюсам. На Юпитере различие периодов вращения на разных широтах составляет около 6 мин, а на Сатурне превышает 20 мин. Наиболее изученным среди планет-гигантов является Юпитер, на котором даже в небольшой школьный телескоп видны многочисленные темные и светлые полосы, тянущиеся параллельно экватору планеты. Так выглядят облачные образования в его атмосфере, на уровне которых давление примерно такое же, как у поверхности Земли. Красновато-коричневый цвет полос объясняется, видимо, тем, что, помимо кристалликов аммиака, составляющих основу облаков, в них содержатся различные аэрозольные примеси, в частности соединения серы и фосфора. На снимках, полученных космическими аппаратами, видны следы интенсивных атмосферных процессов. В целом ряде случаев они имеют устойчивый характер. В земной атмосфере циклоны и антициклоны существуют в среднем около недели. Атмосферные течения и облака зафиксированы космическими аппаратами и на других планетах-гигантах, хотя развиты они в меньшей степени, чем на Юпитере.

Планеты-гиганты находятся далеко от Солнца, поэтому там очень холодно. Температура в атмосфере Юпитера на уровне облачного слоя составляет всего 134 К (около -140 °С), Сатурна - 97 К, а на Уране и Нептуне она не превышает 60 К. Такая температура установилась на планетах не только за счет энергии, приходящей от Солнца, но и благодаря потоку энергии из их недр. На Юпитере, Сатурне и Нептуне он существенно больше потока солнечной энергии. Вместе с данными о химическом составе планет эти сведения позволяют рассчитать физические условия в их недрах - построить модели внутреннего строения планет-гигантов. Согласно такой модели для Юпитера температура в его центре составляет около 30 000 К, давление достигает 8•10в12 Па, а для Нептуна - 7000 К и 6•10в11 Па. Расчеты показывают, что по мере приближения к центру планеты водород вследствие возрастания давления должен переходить из газообразного в газожидкое состояние - так называют состояние вещества, при котором сосуществуют его газообразная и жидкая фазы. Когда при дальнейшем приближении к центру давление в миллионы раз превысит атмосферное давление, существующее на Земле, водород приобретает свойства, характерные для металлов. Металлическую фазу водорода удалось получить в лабораторных условиях на Земле.

В недрах Юпитера металлический водород вместе с силикатами и металлами образует ядро, которое по размерам примерно в 1,5 раза, а по массе в 10-15 раз превосходит Землю. Атмосфера Юпитера – бушующий водородный океан, толщиной 1000 километров, скорость течений в котором достигает 100 метров в секунду, а оба Красных Пятна в нем - огромные атмосферные вихри (циклоны). Помимо двух больших образований, в атмосфере имеются множество мелких пятнышек-вихрей, которые появляются и пропадают. Но Большое Красное Пятно наблюдается в телескопы уже несколько веков. Для него характерно то, что оно распложено на 8 километров выше верхнего слоя облаков. БКП - самый большой ураган в Солнечной системе. Его размеры составляют 25 х 40 тысяч километров, круговорот вещества (период вращения) достигает недели, а скорость ветра внутри этого урагана - 560 км/ч.

В отличие от ураганов на Земле, которые живут несколько дней, БКП - продукт стабильных конвективных течений в данной области атмосферы планеты. По самым смелым предположениям ученых, БКП существует более тысячи лет. Официально Большое Красное Пятно было зарегистрировано в 1879 году. Тем не менее, изучение наблюдений итальянского астронома Доминико Кассини (Jean-Dominique Cassini; 1625-1712), позволило найти БКП в его рисунках от 1665 года. Деталь, отмеченная англичанином Робертом Хуком (Robert Hooke; 1635-1703) в 1664 году, также может быть идентифицирована, как БКП. Если это так, то самый большой циклон наблюдается почти 350 лет. Меньший вихрь – Малое Красное Пятно – идентичен большому соседу по происхождению и строению, но уступает БКП по размерам в два раза. Магнитное поле Юпитера значительно сильнее земного, поэтому его радиационные пояса, подобные земным, значительно их превосходят, а магнитосфера, которая по своим размерам в 10 раз превосходит диаметр Солнца, охватывает четыре крупнейших спутника. Движение заряженных частиц в радиационных поясах Юпитера порождает его мощное радиоизлучение в дециметровом и декаметровом диапазонах. Космические аппараты зарегистрировали в атмосфере планеты очень сильные разряды молний, полярные сияния.

Данные о природе и химическом составе спутников планет-гигантов, полученные в последние годы с помощью космических аппаратов, стали еще одним подтверждением справедливости современных представлений о происхождении тел Солнечной системы. В условиях, когда водород и гелий на периферии протопланетного облака почти полностью вошли в состав планет-гигантов, их спутники оказались похожими на Луну и планеты земной группы. Все эти спутники состоят из тех же веществ, что и планеты земной группы, - силикатов, оксидов и сульфидов металлов и т. д., а также водяного (или водно-аммиачного) льда. Относительное содержание каменистых и ледяных пород у отдельных спутников различно. На поверхности многих спутников помимо многочисленных кратеров метеоритного происхождения обнаружены также тектонические разломы и трещины их коры или ледяного покрова. Самым удивительным оказалось открытие на ближайшем к Юпитеру спутнике Ио около десятка действующих вулканов. Высота выброса при крупнейшем из этих извержений составила около 300 км, а его источником была вулканическая кальдера размером 24х8 км. Продолжительность большинства извержений превысила четыре месяца. Таким образом, первое достоверное наблюдение вулканической деятельности за пределами нашей планеты позволяет считать Ио наиболее вулканически активным объектом среди всех тел планетного типа. На спутнике Урана - Миранде - видны уникальные структуры поверхности. Их возникновение связано, видимо, с мощными ударными процессами, которые могли привести к разрушению спутника. Многие спутники планет-гигантов имеют небольшие размеры и неправильную форму.

Атмосфера, состоящая в основном из азота, обнаружена у Титана (диаметр около 5000 км) - самого большого среди спутников Сатурна - и Тритона, который имеет диаметр примерно 2700 км и является наиболее крупным спутником Нептуна. По плотности и давлению у поверхности атмосфера Титана превосходит земную. За последнее время астрономы обнаружили у Сатурна 12 новых лун, доведя общее число его естественных спутников до 46. Почти все новые спутники (кроме одного) вращаются вокруг Сатурна в направлении, противоположном вращению основных крупных лун, а это указывает на то, что когда-то эти небесные тела были свободными, а затем захвачены гравитацией планеты-гиганта. Таким образом Юпитер - планета, которая пока остается рекордсменом по числу лун в Солнечной системе, - на сегодняшний момент насчитывает 63 известных спутника, Сатурн обладает 46. Последние луны были найдены в прошлом году с помощью японского телескопа "Субару" (Subaru), установленного на Гавайях.

Недавно найденные спутники скорее всего сформировались в главном астероидном поясе, расположенном между орбитами Марса и Юпитера (и стало быть представляют собой каменные, а не ледяные глыбы), а затем они были рассеяны под воздействием гравитации Юпитера и в результате каких-то непонятных процессов переместились в конце концов к Сатурну. Ключевой вопрос состоит в том, каким именно образом они были захвачены Сатурном. Нынешние модели, созданные для описания захватов планетами новых спутников, не способны объяснить, почему они достигают орбит столь удаленных планет. Новые открытия должны углубить наши знания спутниковых систем вообще и в конечном счете должны привести к пониманию того, каким образом такие маленькие нерегулярные тела захватываются гравитацией гигантских планет. Чем больше спутников мы найдем, тем больше будет данных для включения в наши компьютерные модели, которые могут рассказать нам, что случилось на самом деле". Астрономы за последнее время убедились, что все четыре гигантские планеты Солнечной системы: Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун, - обладают достаточно большим и сопоставимым между собой количеством мелких нерегулярных спутников. Все это слабо связано с массой планеты и ее местоположением. Эти наблюдения остаются необъясненными.

На Тритоне и крупнейшем среди спутников Юпитера - Ганимеде, диаметр которого превышает 5000 км, замечены ледяные полярные шапки. Исследования, проведенные с помощью космических аппаратов, показали, что, кроме множества спутников, все планеты-гиганты имеют еще и кольца. С момента своего открытия в XVII в. кольца Сатурна долгое время считались уникальным образованием в Солнечной системе, хотя некоторые ученые высказывали предположения о наличии колец у Юпитера и других планет-гигантов. Уже в XIX в. в работах Джеймса Максвелла и Аристарха Аполлоновича Белопольского было доказано, что кольца не могут быть сплошными. «Исчезновения» колец Сатурна, которые случались примерно через 15 лет, когда Земля оказывалась в плоскости этих колец, можно было объяснить тем, что толщина колец мала. Постепенно стало очевидно, что кольца Сатурна представляют собой скопления небольших по размеру тел, крупных и мелких кусков, которые обращаются вокруг планет по почти круговым орбитам. Все они так малы, что по отдельности не видны. Благодаря их обращению вокруг планеты кольца кажутся сплошными, хотя сквозь кольца Сатурна, например, просвечивает и поверхность планеты, и звезды. Даже эти наиболее заметные кольца при общей ширине порядка 60 000 км имеют толщину не более 1 км. Снимки, сделанные с КА «Вояджер», показывают их сложное строение. Кольца всех остальных планет-гигантов, включая Юпитер, значительно уступают по размерам и яркости кольцам Сатурна. На снимках заметно, что в кольцах Нептуна вещество распределено неравномерно и образует отдельные сгущения - арки. Вероятнее всего, кольца образовались из вещества тех спутников, которые прежде были крупнее, а затем разрушились под действием приливных сил и при столкновениях между собой.                                         ( по материалам http://www.astrogalaxy.ru )

    В процессе формирования планет Солнечной системы вода играла огромную роль. Изменения ее фазового состояния (превращение в пар или лед) определяли дальнейшую судьбу рождающихся планетоподобных тел. В ближайших окрестностях молодого Солнца с его мощным излучением образовалась почти пустая зона, «очищенная» от вещества. Вдали от него, где вода имела возможность конденсироваться в ледяную пыль, возникали гигантские газожидкие планеты семейства Юпитера. Близкие к Солнцу планеты т.н. «земной группы», к которым, кроме собственно Земли, относятся Меркурий, Венера и Марс, сформировались из материала, содержавшего сравнительно мало воды. Под действием непрерывных метеоритных ударов, разогревавших «планетные зародыши», она перемещалась в их внешние слои, и в итоге заметная ее часть оказалась в атмосферах, чему вдобавок способствовала первоначально высокая температура образующейся поверхности.
    В дальнейшем две из этих четырех планет - наиболее легкие - не смогли «удержать» свои газовые оболочки и практически их потеряли.

Пожалуй, нет в научном мире идеи более популярной, - чем поиск жизни на других планетах. К сожалению, не имея универсального определения «живого», астробиологи надеются найти в космосе аналог той единственной «амино-нуклеиново-кислотной» формы жизни, которую мы знаем. Среди ее особенностей слелует вылелить одну, пожалуй, важнейшую: земная живнь во всех ее проявлениях не может сушествовать без воды.

ЗЕМНАЯ ГРУППА ПЛАНЕТ

 Меркурий

    У ближайшей к Солнцу планеты «убегание» атмосферы шло настолько быстро, что даже следов этого процесса не сохранилось - равно как и признаков существования жидкой воды. Вместо этого на меркурианской поверхности наблюдаются следы протяженных лавовых потоков. Из-за низкой гравитации, в сочетании с высокой температурой, вызванной близостью светила, Меркурий не мог удержать летучие вещества. В дальнейшем они (включая пары воды) продолжали выделяться из коры планеты, которая постепенно стала совершенно сухой. Современные исследования показывают, что в наши дни поверхность Меркурия в дневное время выделяет небольшие количества сравнительно низкокипящих элементов - главным образом щелочных металлов в парообразном состоянии. Днем в одном кубическом сантиметре крайне разреженной меркурианской атмосферы (т.н. экзосферы) регистрируется до 10 млн атомов испарившегося натрия. Ночью его почти не остается. Солнечный ветер «сдувает» экзосферу, формируя вытянутый хвост из атомов натрия и калия с противосолнечной стороны планеты. По некоторым данным, процесс выделения летучих веществ обладает слабой, но заметной периодичностью. По-видимому, это связано с местными неоднородностями состава коры в сочетании с медленным вращением Меркурия. Его удивительную особенность удалось установить в 1965 г. методами радиолокации: оказалось, что за два оборота вокруг Солнца (по 88 суток каждый) планета совершает ровно 3 оборота вокруг своей оси. Из-за такого резонансного вращения и высокого эксцентриситета орбиты на меркурианской поверхности выделяются «горячие долготы» у двух противоположных меридианов, попеременно обращенных к Солнцу в перигелии - самой низкой точке орбиты. Здесь поверхность подвергается наиболее интенсивному нагреву. Максимальная дневная температура достигает 710 К (437°С), а ночью она падает до 88 К (-185°С).

На этом изображении окрестностей северного полюса Меркурия красным цветом отмечены участки, остававшиеся затененными на всех снимках, сделанных зондом MESSENGER к настоящему времени. Возле самого полюса поверхность отснята не полностью. Радиоотражающие породы, обнаруженные с помощью наземных радиотелескопов, показаны желтым. Хорошо заметно, что их расположение совпадаете углублениями, никогда не освещаемыми Солнцем. Updated from N. L. Chabot et al., Journal of Geophysical Research, 117, doi: 10.1029/2012JE004172 (2012).

ЗЕМНАЯ ГРУППА ПЛАНЕТ

Данное мозаичное изображение показывает южный полярный регион Меркурия (полюс расположен примерно в центре). Условный меркурианский «нулевой меридиан» направлен вверх. Эти районы стали предметом детального изучения спектрометром MDIS космического аппарата MESSENGER.

ЗЕМНАЯ ГРУППА ПЛАНЕТ

    В наше время реголит (смесь мелких частиц и более крупных осколков породы, образующихся при метеоритных ударах и укрывающих поверхность безатмосферных тел) безатмосферного Меркурия воды практически не содержит. Но есть одно возможное исключение - районы полюсов. В отличие от Земли и Марса, ось вращения ближайшей к Солнцу планеты практически перпендикулярна к плоскости ее орбиты. Поэтому времен года там нет, а в приполярных областях имеются места, где солнечные лучи никогда не освещают дно глубоких кратеров, в изобилии укрывающих поверхность. Сложными приемами межпланетной радиолокации удалось установить, что под слоем реголита в таких приполярных кратерах находятся скопления материала, диэлектрические свойства которого очень похожи на свойства обычного льда. Проведенные расчеты показали, что весьма эффективные теплоизолирующие характеристики меркурианского реголита обеспечивают сохранность находящихся под ним больших ледяных масс на протяжении миллиардов лет, несмотря на близость планеты к Солнцу. Таким образом, этот лед сохранился еще со времен образования Меркурия, когда выделявшаяся из недр или принесенная кометами вода конденсировалась в этих холодных «ловушках». Следует отметить, что похожими радиофизическими свойствами, наряду со льдом, обладает еще и сера. Поэтому нельзя исключить, что на самом деле вблизи меркурианских полюсов находятся не ледяные, а серные «залежи» - элементный состав планеты это вполне допускает. Но даже если бы там и была найдена вода в замерзшем состоянии - трудно представить, чтобы в таких неблагоприятных условиях могла возникнуть и эволюционировать жизнь «земного типа».

    По массе и размеру Утренняя звезда удивительно напоминает Землю. Но ее «сухость» по сравнению с нашей планетой относится к главным парадоксам планет земной группы. Если когда-то Венера и обладала запасами воды, к настоящему времени она их практически полностью потеряла - из-за особенностей эволюции и активной «утечки» водорода из атмосферы в космическое пространство.
    Венерианская атмосфера на 96,5% состоит из углекислого газа, почти все остальное — азот. На «среднем уровне» поверхности, соответствующем радиусу твердого тела планеты (6051 км), температура составляет 735 К (462°С), а давление - 92 бар (в 92 раза больше, чем у поверхности Земли). Общая масса атмосферных газов достигает огромных величин - порядка десятитысячной части от всей массы планеты, что вполне сравнимо с полной массой земных океанов. У Земли относительная масса атмосферы примерно в сто раз, а у Марса — в 10 тыс. раз меньше. Само собой разумеется, что при температуре 462° С* говорить не только об океане, но и вообще о жидкой воде не приходится.

    В 1960 г. была предложена подтвердившаяся вскоре гипотеза о том, что высокую температуру создает парниковый эффект (отсутствие воды он, впрочем, не объясняет), возникающий в атмосфере планеты. Само название «парниковый эффект» хорошо отражает физическую сторону явления: разница температур внутри и вне парника возникает за счет различий в прозрачности среды для приходящего и уходящего излучений. В оценке интенсивности этого эффекта определяющую роль играет отношение температуры поверхности к важной характеристике объекта - его эффективной температуре, которая определяет равновесное состояние планеты относительно падающего на нее солнечного излучения. У планет земной группы ничтожную добавку дает тепловыделение недр (у газовых гигантов эта «добавка» сравнима с притоком тепла извне). В целом планета должна излучать в космос столько же энергии, сколько ее поступает от Солнца и из внутренних источников. Если этот баланс нарушается - начинается рост или снижение средней температуры небесного тела. Подобный «нестабильный режим» характерен для малых тел Солнечной системы - комет и части астероидов, у которых в ходе движения по вытянутым орбитам сильно меняется гелиоцентрическое расстояние и соответственно степень освещенности Солнцем.
    Парниковый эффект - явление чрезвычайно сложное, но объяснить его можно просто. Атмосфера Венеры поглощает фиолетовые, синие и даже голубые лучи, но достаточно прозрачна в интервале от зеленой части спектра до ближнего инфракрасного диапазона (до 2 мкм). Такие лучи сравнительно легко проникают сквозь атмосферу, достигают темной поверхности и поглощаются ею, а также нижними атмосферными слоями. Поглощенная энергия переизлучается, но уже в другом - инфракрасном - диапазоне, для которого венерианская атмосфера почти непрозрачна, поэтому она действует, как теплое одеяло. Чтобы количество энергии, достаточное для соблюдения баланса, все же «вырвалось» и ушло в космос, яркость инфракрасного источника должна быть очень большой - с максимумом излучения около 4-6 мкм. Иными словами, его температура должна быть очень высокой. Отношение средней температуры поверхности Венеры к ее эффективной температуре достигает 3,22, что соответствует различию коэффициентов поглощения для солнечной и планетарной радиации примерно в 160 раз. Именно эти тонкости и определяют температурный режим Утренней звезды.

Радиолокационное изображение поверхности Венеры. Раскаленная поверхность планеты исключает существование воды в жидком виде. Трехмерная модель участка, на котором расположена корона Латоны (Latona Corona) и разлом Дали (Oali Chasma), построена по данным радиолокации с американского космического аппарата Magellan. Вид с северо-восточного направления; вертикальный масштаб в 10 раз больше горизонтального. Корону Латоны - округлую структуру диаметром порядка тысячи километров - окружает сравнительно гладкий кольцевой вал, хорошо отражающий сигнал радара. От центра короны к валу расходятся трещины, также выглядящие яркими на радарных изображениях. Остальные трещины связаны со сравнительно глубокими (около 3 км) впадинами разлома Дали. Система этих впадин, включающая также каньон Дианы, протянулась на 7,4 тыс. км, соединяясь с нагорьями региона Атла (Atla Regio), а он, в свою очередь, связан с вулканическими возвышенностями Земли Афродиты (Aphrodite Terra). Извилистый обрыв может быть аналогом так называемых «зон субдукции» на Земле, в которых одна тектоническая плита «заталкивается» под другую. Яркие участки вблизи его наиболее высоких точек, вероятнее всего, покрыты залежами богатых металлами минералов.

ЗЕМНАЯ ГРУППА ПЛАНЕТ

    Парниковый эффект Венеры связан с составом ее атмосферы - прежде всего, с углекислым газом. Однако расчеты показали, что «в одиночку» он настолько мощный эффект создать не может. Что-то еще «закрывает щели» в частоколе его спектральных полос, сквозь которые могло бы «вырваться» тепловое излучение. Это «что-то» оказалось ничтожным количеством водяного пара. Именно молекулы воды уплотняют газовое «одеяло» Венеры, и только бедность планеты водой спасает ее от еще более сильного разогрева.
    Но куда делась вода? В венерианской атмосфере ее примерно в 50 тыс. раз меньше, чем на Земле. Так как вся вода Венеры сосредоточена именно там, возникает закономерный вопрос: «родилась» ли планета уже «сухой» или же потеряла воду в ходе своей эволюции? Есть сторонники как той, так и другой версии. Исходя из того, что по составу Утренняя звезда очень похожа на Землю, можно утверждать, что выделившееся при ее образовании тепло - как и тепло, образующееся при радиоактивном распаде некоторых элементов в ее коре и мантии - инициировало мощные вулканические процессы. При извержениях выделялось большое количество водяного пара и углекислого газа, поступавших в атмосферу. На Земле их соотношение в среднем оказалось близким к 5:1. Вероятно, температура поверхности Венеры уже тогда была достаточно высокой из-за близости к Солнцу, что дополнительно ускоряло выделение летучих составляющих. В результате парниковый эффект все более усиливался, а температура неуклонно поднималась. Когда она достигла 647 К (374°С), вода полностью испарилась и оказалась в атмосфере. Но если бы водные запасы Венеры соответствовали земным, парниковый эффект был бы намного сильнее, полное давление у поверхности должно было бы достичь 350 бар, а температура - превысить 1000°С.

Американец Дон Митчелл, занимающийся историей советской космонавтики, использовал компьютерные технологии обработки изображений для создания этих перспектив венерианской поверхности на основе снимков, полученных станцией «Венера-13».

ЗЕМНАЯ ГРУППА ПЛАНЕТ

    Трудно сказать определенно, как протекал этот этап истории планеты. Несомненно другое: под действием ультрафиолетового излучения близкого Солнца в верхних атмосферных слоях при обилии водяного пара должна была происходить его диссоциация (распад) с быстрой потерей водорода, ускользавшего в космос. В результате этих потерь воды в газовой оболочке Венеры почти не осталось, а кислород оказался химически связан поверхностными породами.
    Существует гипотеза, что океаны на Утренней звезде вначале все-таки существовали, а процесс потери воды «запустила» какая-то глобальная катастрофа. Предпринимаются попытки связать с этой предполагаемой катастрофой и другие странные особенности Венеры - например, ее крайне медленное вращение вокруг оси (его период превышает длительность венерианского года, а направление противоположно направлению вращения других планет). Вид отдельных районов поверхности планеты действительно необычен. Геологи видят на снимках таких участков наслоение вулканических отложений и следы других тектонических процессов за время, превышающее миллиард лет, причем некоторые из этих процессов очень специфичны и на Земле практически неизвестны.
    «Сухость» Венеры проявляется и в составе ее облаков. По существу, это не облака, а очень толстый слой не слишком плотного тумана, состоящего из мельчайших капель концентрированной серной кислоты (H₂SO₄). Этот слой простирается между высотами 49 и 65 км. Его отражательные свойства определяют приток солнечной радиации. Именно его мы видим, когда любуемся самой яркой планетой. Серная кислота в облаках связывает значительную часть водяного пара. Она постоянно распадается и снова синтезируется в ходе сложных фотохимических и термохимических процессов, причем особую роль в них играет сернистый газ SO₂. Неоднородное распределение серосодержащих компонентов проявляется в ультрафиолетовом диапазоне в виде спиральных полос, опоясывающих планету. Участвуя в формировании молекул серной кислоты, даже ничтожное количество воды в атмосфере Венеры влияет на ее метеорологию.

Так в представлении художника выглядит активный венерианский вулкан. Однозначных доказательств вулканизма на Венере ученые пока не имеют, однако изменения концентрации диоксида серы в верхней атмосфере планеты на протяжении длительного времени являются достаточно весомым аргументом в его пользу (на Земле это соединение в больших количествах содержится в вулканических газах.

ЗЕМНАЯ ГРУППА ПЛАНЕТ

    Имеется ряд астрономических наблюдений, указывающих на изменяющуюся плотность венерианских облаков, причем в глобальном масштабе. Такое явление наблюдалось, например, в 1957 г., причем исходное состояние облачного слоя восстановилось только через несколько лет. Вероятнее всего, тогда произошло резкое увеличение концентрации сернистого газа. Возможной причиной могло стать грандиозное вулканическое извержение на Венере. Но никакое, даже самое мощное извержение не способно выбросить требуемое количество SO₂ и за тысячи лет. Зато событие, сравнимое по масштабу с извержением, например, Тамборы (1815 г.), своим теплом может создать в газовой оболочке Венеры такую могучую конвекцию, что она вынесет сернистый газ из нижних слоев атмосферы, где его много, в верхнюю часть облачного слоя. В подтверждение этой гипотезы на радиолокационных снимках венерианской поверхности уже обнаружено немало вулканических образований.

    Планеты принято считать несамосветящимися телами. На самом деле это справедливо только в отношении видимой части спектра. В тепловом инфракрасном диапазоне они «светят» весьма ярко - например, и Венера, и Земля имеют максимум излучения на волне 12 мкм. Тем не менее, условия на них кардинально отличаются. Это показывает, что «нормальные условия» на нашей планете вовсе не обязательно должны были стать такими, какими мы их видим, а эволюция земного климата требует пристального внимания и серьезных исследований, большим подспорьем в которых станут результаты изучения климатических особенностей Венеры.
    Наша планета располагает большим количеством воды. Масса земных морей и океанов, покрывающих 71% поверхности, составляет огромную величину - 0,00024 общей массы Земли. Самый распространенный вид ее ландшафта - это вид поверхности мирового океана (возможно, правильнее было бы назвать его «вассершафтом»), а вовсе не леса, равнины, горы или холмы. Вода определяет метеорологию Земли. Поверхность океана удобна для отсчета высоты рельефа. Наконец, вода стала той средой, в которой когда-то возникла жизнь.

Поверхность океана - это наиболее типичный вид поверхности планеты Земля при случайном выборе ландшафта.

ЗЕМНАЯ ГРУППА ПЛАНЕТ

    В земной атмосфере содержится заметное количество воды: даже в ясный безоблачный день ее можно было бы сконденсировать в слой сантиметровой толщины. Благодаря атмосферному водяному пару Земля также испытывает небольшой парниковый эффект. Отношение средней температуры земной поверхности к ее эффективной температуре составляет 1,15, что без всяких дополнительных затрат повышает температуру среды нашего обитания на 36°С.
    Вода Земли определяет и климатические свойства нашей планеты. Понимание путей эволюции гидросфер Земли и Венеры, как уже было сказано, важно и в практическом климатологическом значении.
    Причина, по которой Земля так богата водой - это ее положение в Солнечной системе. Как раз в интервале гелиоцентрических расстояний вблизи современной земной орбиты находились обогащенные водяным льдом планетные «зародыши» (планетезимали) и более мелкие объекты, в период формирования планет выпадавшие на молодую Землю и приносившие с собой воду. Около 60-70% воды «доставили» именно протопланетные и метеоритные тела, остальное выделилось при падении комет. Грубо говоря, в каждом стакане воды, которую мы пьем, около трети ранее входило в состав «хвостатых звезд».

    Однако в Солнечной системе есть планета, которая должна была получить гораздо больше воды, чем Земля, и стать подлинной планетой-океаном. Но этому помешали катастрофические события, имевшие место в период ее формирования. Лишь недавно появилась чрезвычайно интересная теория под немного легкомысленным названием «Большой гвоздь», с помощью которой удалось объяснить, почему Марс в итоге остался практически «сухим» и почему его масса почти в 10 раз меньше земной. Впрочем, эта тема выходит за рамки данной статьи.
    Красная планета сформировалась из материалов, по составу подобных участвовавшим в формировании других планет земной группы. В процессе длительной эволюции поверхность Марса также подвергалась ударам падающих на него метеоритных тел различных размеров - от мелких пылинок до километровых глыб. Их падения образовали бесчисленные ударные кратеры и превратили верхний слой грунта в марсианский реголит - пыль красноватого опенка, мелкие и крупные обломки.

    Красноватый цвет присущ всем изображениям Марса, получаемым с помощью телескопов. Разреженная атмосфера планеты (как и атмосфера Венеры) на 95% состоит из углекислого газа, но давление ее почти в 14 тыс. раз ниже - и в 150 раз меньше атмосферного давления на Земле на уровне моря. Несмотря на это, ветры в ней способны поднимать большие массы пыли, так что в периоды глобальных пылевых бурь марсианская поверхность становится практически невидимой. В «спокойное» время пыль очень медленно оседает и образует тонкий слой на поверхности, а самые мелкие пылинки остаются в атмосфере и придают оранжевый цвет дневному небу.

С поверхности Марса космические аппараты передают изображения метеоритных кратеров и каменистой равнины, покрытой песком и пылью. Эта панорама отснята камерой Mastcam американского марсохода Curiosity из точки «Скалистое гнездо» (Rocknest). Съемка производилась в октябре-ноябре 2012 г.

ЗЕМНАЯ ГРУППА ПЛАНЕТ

    Среднее расстояние Красной планеты от Солнца в 1,52 раза больше соответствующего параметра Земли. Марс - холодная планета, средняя температура здесь составляет 213 К (-60° С). Поэтому «теплые», красновато-кирпичные опенки обманчивы. Лишь в экваториальных областях в полдень температура верхнего слоя грунта может стать положительной. По диаметру Марс почти вдвое меньше Земли и вдвое больше нашей Луны. Масса планеты составляет всего 11% земной, а ускорение свободного падения у ее поверхности - 3,72 м/с² - почти совпадает с величиной этого ускорения на Меркурии. В основном марсианский рельеф равнинный, но вместе с тем планета обладает высочайшими в Солнечной системе горами (высотой до 24 км). Эти горы - древние вулканические образования, сконцентрированные в нескольких районах. Они представляют собой пологие вулканические конусы (щитовые вулканы), активно извергавшиеся сравнительно недавно - примерно 30-60 млн лет назад.
    В экваториальной зоне планеты расположен гигантский каньон Долины Маринера, вытянутый на 5 тыс. км. Но все эти особенности Марса стали известны только после того, как начались его исследования с помощью космических аппаратов. Астрономы прошлого безнадежно напрягали зрение, проводя ночи у своих телескопов... и не скупились на всякие околонаучные гипотезы.

    В 1897 г. в русском переводе вышла книга знаменитого французского популяризатора науки Камилля Фламмариона «Живописная астрономия». В главе, посвященной Марсу, автор писал: «Человеческий мир Марса, вероятно, значительно опередил нас во всем и достиг большого совершенства... Эти неизвестные нам братья - не бестелесные души, но и не бездушные тела; это не сверхъестественные, но и не грубоестественные существа; они действуют, мыслят и рассуждают, как делаем это мы на Земле. Они живут в обществе, они состоят из семейств и образуют народы, они построили города и научились всяким искусствам». Журналы тех лет неизменно обращались к теме несчастных марсиан, страдающих от нехватки воды, о чем свидетельствовали опубликованные в 1877 г. сообщения об открытии на Марсе ирригационной системы каналов (которые на самом деле оказались оптической иллюзией). В конце XIX века в США был даже организован сбор средств на строительство ракеты, чтобы доставить на Марс воду и утолить жажду местных жителей. Как это нередко случается в наши дни, накопленные средства бесследно исчезли.

Гипотетический океан Марса располагался в северном полушарии и содержал до 60 млн. км3 воды. Предполагается, что исчезновение океана сопровождалось изменением положения полюсов и наклона оси вращения планеты.

ЗЕМНАЯ ГРУППА ПЛАНЕТ

    С поисков воды начался поиск жизни на Марсе. Эксперименты по измерениям содержания водяного пара в атмосфере планеты ставились на самых первых советских космических аппаратах серии «Марс» и американских зондах серии Mariner. Уже в 1976 г. на марсианскую поверхность опустились два американских аппарата Viking со специальными приборами для определения признаков жизнедеятельности возможных марсианских организмов. Результаты этих экспериментов до сих пор вызывают споры в научном сообществе.

Склон кратера с протоками (39°S, 166°W). В нижней части снимка находится большой бассейн, заполненный, вероятно, замерзшей водой.

ЗЕМНАЯ ГРУППА ПЛАНЕТ

    Климат Красной планеты действительно оказался очень сухим и холодным. Вместе с тем, на снимках, сделанных с ареоцентрической орбиты, было найдено большое число образований, похожих на русла пересохших рек. Уже известно, что много воды содержат марсианские полярные шапки, но, по-видимому, это далеко не все ее запасы. После первых прямых измерений возникла и стала быстро развиваться идея о том, что основная их часть сконцентрирована в подпочвенной мерзлоте, куда ушла практически вся вода с поверхности. На ранних стадиях эволюции благодаря сильному парниковому эффекту климат планеты был теплым, возможно, часть ее поверхности даже занимал океан. Процесс потери атмосферы (которую Марс не мог удержать из-за своей малой массы**) и постепенного похолодания продолжался сотни миллионов лет, сопровождаясь медленной, но неумолимой «утечкой» воды в космическое пространство. Водоемы постепенно мелели, пока не высохли окончательно.

    Обычно считается, что жидкой воды на поверхности Марса нет - не только из-за низких средних температур, но и по причине низкого атмосферного давления. Общеизвестно, что высоко в горах вода кипит при пониженных температурах. Можно представить себе такую гору, где ее точка кипения опустится до 0°С. Это примерно соответствует условиям Красной планеты, где давление атмосферы у поверхности принимается равным 6,1 миллибар, что определяется термодинамическими свойствами системы «лед-вода-пар»: при давлении 6,1 мб и ниже вода кипит при любой температуре, превышающей так называемую «тройную точку» (0,01°С). Разумеется, на долю парциального давления водяного пара приходится ничтожная доля марсианского атмосферного давления - около одной десятитысячной. Реальные значения давления атмосферы у поверхности Марса, с его большими перепадами в ысот, лежат в широких пределах: от 0,6 мб на вершинах гигантских древних вулканов области Фарсида до 9 мб в глубоких (около 4 км) частях каньона Кондор и 10 мб на дне впадины Эллада, где открытая водная поверхность могла бы сохраняться до тех пор, пока не замерзнет. Таким образом, утверждение о том, что вода на поверхности соседней планеты вообще не может существовать в жидком виде, неверно. Другое дело, что ее запасы там весьма ограничены.
    Недавно в представлениях о Марсе как «сухой, мертвой планете» произошел перелом. Камеры, установленные на его новых искусственных спутниках, обладают весьма высоким разрешением - порядка долей метров. Полученные ими снимки позволили выделить особые классы объектов, которыми могут быть возникающие в наши дни потоки воды (или водно-грязевые потоки) и их источники. Нельзя сказать, что подозрительных образований раньше не замечали совсем - просто однозначно установить их природу было значительно сложнее.
    Сухость и морозность климата Марса заставила исследователей искать альтернативу жидкой воде. Известна гипотеза о том, что сжиженный в условиях низких температур углекислый газ мог бы быть той средой, потоки которой формируют широкие овраги на склонах кратеров. Все аспекты этой гипотезы были рассмотрены детально. Выяснилось, что ни конденсированный СO₂, ни его клатраты (нестойкие соединения с водой) не могут накопиться в марсианском грунте в достаточных количествах, и что овраги не могут быть образованы жидким углекислым газом. Наиболее вероятным механизмом их формирования все же остается воздействие потоков жидкой воды.
    Источником воды в настоящее время может быть только таяние подпочвенного льда (или вечной мерзлоты) под действием потока эндогенного тепла, возникающего при распаде содержащихся в коре Марса радиоактивных элементов. Судя по всему, вода существует в некоторых районах планеты на глубине от 150 до 500 м. Источники грунтовых вод обнаружены на равнине Амазония, где давно предполагалось существование промерзших озер, укрытых слоем грунта. Следы «свежих» водных потоков радикально меняют представление о Марсе как о гидрологически мертвой планете. По-видимому, внезапно появляющиеся вытянутые темные образования связаны с обильными источниками жидкой воды, возникающими на склонах кратеров и обрывах, неглубоко под уровнем окружающих равнин.

В феврале 2005 г. европейский космический аппарат Mars Express сфотографировал безымянный кратер на равнине Ваститас Бореалис (Vastitas Borealis), занимающей большую часть северного марсианского полушария. Светлое «блюдце» на дне кратера представляет собой замерзшее озеро, возникшее, возможно, сравнительно недавно по масштабам истории Марса в результате истечения подпочвенной воды. В холодные сезоны это озеро дополнительно укрывает слой «сухого льда» - твердого углекислого газа. Цвета изображения приближены к натуральным, вертикальный масштаб увеличен втрое по сравнению с горизонтальным.

ЗЕМНАЯ ГРУППА ПЛАНЕТ

    Структура узких протяженных склоновых оврагов с притоками, образованных, как предполагается, потоками воды, имеет необычный вид, «противоположный» ходу земных склоновых рек: они сужаются по мере опускания по склону, заканчиваются тонким ручьем и исчезают на дне долины или кратера. Основное русло, как и притоки, кажутся направленными вверх по склону. Этому кажущемуся парадоксу найдено простое физическое объяснение. В условиях низких температур переход в твердую фазу следует рассматривать в динамике: выбрасываемая ключами или родниками теплая вода соприкасается с холодным грунтом, частично впитывается и замерзает, образуя ледяное ложе, по которому поток распространяется дальше, где продолжается его взаимодействие с грунтом, вызывающее его дальнейшее охлаждение и переход все большей части «изверженной» воды в фазу льда. Растворенные в грунтовых водах соли понижают точку замерзания. Расстояние от источника, пройденное жидким потоком, зависит от его начальной температуры, а также температуры грунта. В теплой экваториальной зоне, на гладких склонах та кое расстояние, как показывают снимки, может достигать 6 км. Легко объясняется и парадокс кажущихся боковых «притоков» - на самом деле это ответвления, в которых вода быстро застывает.

    В случае высокого дебета источника и/или достаточно высокой температуры окружающей среды на дне долины может возникнуть резервуар, собирающий потоки, со стенками из пропитанного водой замороженного грунта и льда. Подобные резервуары известны и на Земле, но образованы они из устойчивых к положительным температурам материалов. На новых снимках Марса обнаружены объекты, которые могут быть небольшими водохранилищами - возможно, частично или полностью замерзшими.
    Местами на Красной планете существуют активные водные источники, а также, по-видимому, устойчивые каналы грунтовых вод и их резервуары.
    Марс - действительно сухая и морозная планета, но в некоторых его районах жидкая вода должна присутствовать в заметных количествах. Если поиск марсианской жизни надо было начинать с поиска воды, то эта задача, очевидно, решена. Осталась, в общем-то, самая малость - найти собственно жизнь. И можно не сомневаться, что ученые приложат максимум усилий для решения этой проблемы.

РЕЛЬЕФ ПОВЕРХНОСТИ МЕРКУРИЯ

С пролетной траектории космического аппарата "Маинер-10" в 1974 г. было сфотографировано свыше 40% поверхности Меркурия с рзрешением от 4 мм до 100 м, что позволило увидеть Меркурий примерно так же, как Луну в темноте с Земли. Обилие кратеров - наиболее очевидная черта его поверхности, которую по-первому впечатлению можно уподобить Луне. И не случайно даже специалисты - селенологи, которым показали эти снимки вскоре после их получения приняли их за фотографии с Луны.

Действительно, морфология кратеров близка к лунной, их ударное происхождение не вызывает сомнений: у большинства виден очерченный вал следы выбросов раздробленного при ударе материала с образованием в ряде случаев характерных ярких лучей и поле вторичных кратеров. У многих кратеров различима центральная горка и террасная структура внутреннего склона. Интересно, что такими особенностями обладают не только практически все крупные кратеры диаметром свыше 40-70 км, но и значительно большее число кратеров меньших размеров, в пределах 5-70 км (конечно, речь здесь идет о хорошо сохранившихся кратерах). Эти особенности можно отвести как на счет большей кинетической энергии тел, выпадавших на поверхность, так и на счет самого материала поверхности.

Степень эрозии и сглаживание кратеров различна. Например, хорошо заметные лучевые структуры говорят о том, что она невелика, в то же время у ряда кратеров сохранились едва заметные кромки. В целом меркурианские кратеры по сравнению с лунными менее глубокие, что также можно объяснить большей кинетической энергией метеоритов из-за большего, чем на Луне ускорения силы тяжести на Меркурии. Поэтому образующий при ударе кратер эффективнее заполняется выбрасываемым материалом. По этой же причине вторичные кратеры расположены ближе к центральному, чем на Луне, и отложения раздробленного материала в меньшей степени маскируют первичные формы рельефа. Сами вторичные кратеры глубже лунных, что опять же объясняется тем, что выпадающие на поверхность осколки испытывают большее ускорение силы тяжести. Так же, как и на Луне, можно в зависимости от рельефа выделить преобладающие неровные "материковые" и значительно более гладкие "морские" районы.

Последние преимущественно представляют собой котловины, которых, однако, существенно меньше, чем на Луне, их размеры обычно не превышают 400-600 км. К тому же, некоторые котловины слабо различимы на фоне окружающего рельефа. Исключение составляет упоминавшаяся обширная котловина Канорис (Море Жары) протяженностью около 1300 км, напоминающая известное Море Дождей на Луне. Возможно, что имеются и другие подобные котловины на оставшейся пока не отснятой большей части поверхности планеты. Морфология обрамляющих валов, поля вторичных кратеров, структура поверхности внутри котловины Канорис дают основания предполагать, что при ее формировании было выброшено больше материала, чем при образовании Моря Дождей, и что в дальнейшем могли последовательно происходить процессы дополнительного проседания и поднятия дна, связанные с возможным оттоком магмы и изостатическим выравниванием. В преобладающей материковой части поверхности Меркурия можно выделить как сильно кратеризированные районы, с наибольшей степенью деградации кратеров, так и занимающие обширные территории старые межкратерные плоскогорья, свидетельствующие о широко развитом древнем вулканизме.

Это наиболее древние сохранившиеся формы рельефа планеты. Равнинные районы морей и примыкающих к ним участков сформировались в более позднюю эпоху. Об этом можно судить по слабой насыщенности равнин относительно небольших размеров. Выровненные поверхности котловин, очевидно, покрыты наиболее толстым слоем раздробленных пород - реголита. Наряду с небольшим числом кратеров здесь встречаются складчатые гребки, напоминающие лунные. Некоторые из примыкающих к котловинам равнинных участков, вероятно образовались при отложений выброшенного из них материала. Вместе с тем для большинства равнин найдены вполне определенные свидетельства их вулканического происхождения, однако это вулканизм более позднего времени, чем на межкратерных плоскогорьях. Создается впечатление, что по своей морфологии и возрасту эти райны Меркурия примерно аналогичны районам лунных морей и равнинных поверхностей Марса, образование которых обычно датируется периодом на рубеже около 3-4 млрд. лет назад. К этому периоду относят завершение этапа наилее интенсивной бомбардировки планет крупными телами, в результате чего и образовались "моря" и другие крупные, иногда менее четко проявляющиеся кратеры.

Если теперь сопоставить количество больших котловин и кратеров диаметром более 200 км на Меркурии, Луне и Марсе, то оказывается, что их плотность приблизительно обратно пропорционально площади поверхностей этих небесных тел, в то время как их поперечники отличаются всего вдвое. Отсюда следует, что число метеоритов в областях пространства, занимаемого этими планетами, могло быть примерно одинаковым. Понять это не так просто, как может показаться на первый взгляд. Ведь обычно исходят из представлений о том, что основным регуляторным источником метеоритов, "поставляемых" во внутренние области солнечной системы, служит астероидный пояс, а планеты находятся от него на разных расстояниях. Однако если принять во внимание, что помимо этого основного источника могут быть и другие подобные скопления астероидных тел за орбитой Плутона, также выполняющие функции "поставщиков" метеоритов, различие в расположении ближайших к Солнцу планет становится несущественным. Такое предположение кажется более вероятным, нежили приходящие на помощь в подобных случаях разнообразные "катастрофические" гипотезы. Известным американским ученым Г.Везеримом для объяснения наблюдаемых закономерностей была предложена гипотеза о катастрофическом разрушении астероида под действием приливных сил при его прохождении вблизи Земли и Венеры и последующего выпадания осколков. Осколки могли бы тогда распределиться в пределах области расположения планет земной группы приблизительно равномерно. При всей внешней привлекательности такого сценария нелишне, по-видимому, вспомнить философско-методологический принцип, согласно которому не надо изобретать сущности сверх необходимых. Другими словами, не надо привлекать экзотических объяснений, если можно ограничиться более простыми. Анализируя основные черты поверхности Меркурия мы обращали внимание как на многие сходства, так и на существенные различия с Луной. Внимательное изучение обнаруживает еще одну интереснейшую особенность, проливающую свет на историю формирования планеты.

Речь идет о характерных следах тектонической активности в глобальном масштабе в виде специфических крутых уступов, или откосов-эскарпов. Эскарпы имеют протяженность от 20-500 км и высоту склонов от нескольких сотен метров до 1-2 км. По своей морфологии и геометрии расположения на поверхности они отличаются от обычны тектонических разрывов и сбросов, наблюдаемых на Луне и Марсе, и скорее образовались за счет надвигов, наслоений вследствие напряжения в поверхностном слое, возникших при сжатии Меркурия. Об этом свидетельствует горизонтальное смещение валов некоторых кратеров.

Некоторые из эскарпов подверглись ударной бомбардировке и частично разрушены. Это означает, что они образовались раньше, чем кратеры на их поверхности. По сжении эрозии этих кратеров можно прийти к заключению, что сжатие коры происходило в период образования "морей" около 4 млрд. лет назад. Наиболее вероятной причиной сжатия нужно, видимо, считать начало остывания Меркурия. Согласно другому интересному предположению, выдвинутому рядом специалистов, альтернативным механизмом мощной тектонической активности планеты в этот период могло быть приливное замедление вращения планеты примерно в 175 раз: от первоначально предполагаемого значения около 8 часов до 58,6 суток! Действительно, ряд хребтов, гилобов, линейчатых сегментов валов и эскарпов обладает преимущественной ориентацией в меридиональном направлении, с небольшим отклонением к западу и востоку, что как будто благоприятствует гипотезе. Вместе с тем нельзя исключить и того, что эти черты поверхности запечатлели внутренне напряжение в коре планеты под воздействием приливных возмущений от Солнца, игравших особенно важную роль при образовании таких структур в процессе сжатия Меркурия.                                                                

в редакции Р.Д.И. Стрельцова    http://galaxy-science.ru/                            

( по материалам http://planetoved.ru/ )