За полвека до появления теории всемирного тяготения Рене Декарт рассуждал о мировом эфирном вихре, в котором, как пыль на оси смерча, сгущается Солнце, а вокруг вихри поменьше формируют планеты. Это была первая вполне научная космогоническая гипотеза, которая объясняла, почему планеты обращаются вокруг Солнца в одной плоскости и в одном направлении.
    Спустя почти два века Пьер Симон Лаплас писал уже о сжатии первичной туманности под действием гравитации и о том, что ее вращение будет при этом ускоряться в соответствии с законом сохранения момента импульса. Когда вращение, полагал он, становится слишком быстрым, от экватора будущего Солнца отделяются кольца газа, из которых потом формируются планеты.

На протяжении нескольких веков космогония — астрономическая дисциплина, изучающая возникновение и развитие планетных систем, — занималась лишь умозрительными гипотезами. Однако в последние десятилетия ситуация радикально изменилась. Теперь космогонические исследования прочно опираются на фундамент физических законов, точных компьютерных моделей и данных наблюдений планетных систем у других звезд.

РОЖДЕНИЕ ПЛАНЕТ ИЗ ПЫЛИ

    К сожалению, в небулярную (от латинского nebula — «туманность») гипотезу Лапласа никак не укладывалось медленное вращение Солнца вокруг своей оси. Делая один оборот за 26 суток, оно несет всего 2% от полного углового момента (момента импульса, то есть, грубо говоря, «количества» вращательного движения) всего вещества Солнечной системы. Остальные же 98% приходятся на планеты, которые в 750 раз уступают Солнцу по массе. Представьте себе самосвал с песком, тормозящий перед светофором. Из-за резкой остановки немного песка просыпается и по инерции уносится вперед... со скоростью пули. Невероятно? Но столь же парадоксальной выглядит и концентрация большей части вращения Солнечной системы в нескольких ничтожных по массе планетах. Споткнувшись на этой проблеме, космогония полтора века топталась на месте и в какой-то момент даже пошла по неверному пути.

    Мало кто знает, что идеи эволюции связаны с именем Чарлза Дарвина не только в биологии, но и косвенным образом в астрономии. Его сын Джордж Дарвин долгое время исследовал эволюцию системы Земля — Луна под действием приливных сил и возмущений других планет. Признанием его заслуг стала кафедра астрономии в знаменитом Тринити-колледже в Кембридже, где когда-то преподавал Исаак Ньютон, а также избрание председателем Королевского астрономического общества.
    На рубеже XIX и XX веков Джордж Дарвин предложил своему студенту Джеймсу Джинсу изучить вопрос о равновесии газового облака в космическом пространстве: при каких условиях давление газа может уравновесить его собственное тяготение. Исследовав задачу, Джинс неожиданно пришел к выводу, что она не имеет решений. Расчеты, опубликованные в 1902 году, показывали, что любое космическое облако обречено либо на рассеяние, либо на неудержимое сжатие под действием собственного тяготения. Такой исход зависит от соотношения трех параметров: размеров, плотности и температуры облака. Маленькое разреженное и горячее облако рассеется, большое плотное и холодное — сожмется. Если достаточно обширное пространство однородно заполнить газом, то он из-за случайных флуктуаций плотности самопроизвольно распадется на облака, размер которых определится температурой и плотностью. В горячем газе фрагменты будут крупнее, в холодном — меньше.

Толстый газопылевой диск вокруг молодого Солнца

Пыль оседает сквозь газ и образует тонкий субдиск

Субдиск распадается на уплотняющиеся пылевые сгущения

Образуются планетезимали, возмущающие орбиты друг друга

При слияниях планетезималей возникают зародыши планет

Самые крупные зародыши вырастают до размеров планет

Образование Солнечной системы по сценарию Института физики Земли (1964). В деталях современная космогония далеко ушла от этой схемы, но общие черты угаданы в ней верно.

ОБРАЗОВАНИЕ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ

    Это явление получило название «джинсовской неустойчивости». Через нее в астрономию вошла эволюция, хотя в полной мере это было осознано только полвека спустя. Именно джинсовская неустойчивость объясняет, почему горячий газ в ранней Вселенной стал распадаться на колоссальные области, в которых позднее, при более низкой температуре, начали появляться многочисленные зародыши галактик. Внутри Галактики газопылевые комплексы, в сотни тысяч раз превосходящие по массе Солнце, в определенный момент начинают фрагментироваться и сжиматься, становясь очагами образования звезд, а с ними и планет.
    Казалось, открытие Джинса подкрепляло гипотезу Лапласа, однако оно не помогало справиться с главной проблемой космогонии — парадоксальным распределением углового момента между Солнцем и планетами. В результате сам Джеймс Джинс отбросил небулярную гипотезу и предположил, что планеты — следствие редкой катастрофы: сближения (почти столкновения) с Солнцем другой звезды, которая своим тяготением увлекла в космос и закрутила вокруг Солнца часть его вещества. Забавно, что гипотеза Джинса прямо противоречила его же собственной теории неустойчивости космических облаков: горячий газ, вырванный с поверхности Солнца, ни за что не сконденсируется в планету, а бесследно рассеется в пространстве. Тем не менее гипотеза Джинса долгое время была весьма популярна среди публики, всегда падкой на рассказы о катастрофах. Окончательно от нее отказались только к 1940-м годам, когда выяснилось, что в ней все равно не удается получить нужное распределение углового момента. Астрономам ничего не оставалось, как вернуться к небулярной гипотезе.

    В самый разгар Великой Отечественной войны, в 1943 году, советский математик Отто Юльевич Шмидт выдвинул гипотезу, согласно которой Солнце, двигаясь по Галактике, увлекло своим притяжением холодную пылевую туманность. На возражения астрономов о невозможности гравитационного захвата при сближении двух тел Шмидт отвечал, что одновременно с Солнцем мимо туманности, вероятно, проходила другая звезда, которая и помогла захватить вещество. Получилась еще одна сомнительная катастрофическая гипотеза, каких в первой половине XX века выдвигалось множество. Но заслуга Шмидта состояла том, что, несмотря на сомнения, он рискнул исследовать детали эволюции околосолнечного протопланетного облака, чем до него почти никто всерьез не занимался. Созданная им научная группа в 1945 году стала отделом эволюции Земли в Институте теоретической геофизики (ныне Институт физики Земли РАН имени О.Ю. Шмидта). Разрабатывая гипотезу своего руководителя, сотрудники отдела глубоко ее переработали: отбросили идею о случайном захвате облака, а его состав сделали смешанным газопылевым.

Компьютерное моделирование показывает, что космические пылинки имеют рыхлую неоднородную структуру. Рис. Eva Kovacevic

РОЖДЕНИЕ ПЛАНЕТ ИЗ ПЫЛИ

    В итоге к 1960-м годам сформировался следующий классический сценарий образования планетной системы. При сжатии первичной туманности примерно 5—10% вещества образуют вокруг Солнца газопылевой диск. Из-за аэродинамического трения пыль быстро оседает сквозь газ к плоскости диска и формирует тонкий пылевой субдиск. В нем возникают сгущения, из которых вырастают планетезимали — скрепляемые гравитационными силами плотные объекты примерно километрового размера. Они укрупняются в столкновениях, формируя зародыши планет диаметром тысячи километров, которые своим притяжением собирают остатки газа, пыли и более мелких планетезималей, а затем, сливаясь друг с другом, превращаются в планеты.
    Хотя от идей Шмидта в этом сценарии осталось не так уж много, в России его принято называть именем основоположника. В мире же он больше известен по работам астронома Виктора Сафронова, который пришел в отдел Шмидта в 1949 году и в течение полувека развивал эту теорию.
    В 1972 году в Ницце прошла большая конференция, где космогонисты детально обсуждали четыре основных сценария образования планетных систем, разработанных британскими, американскими, шведскими и советскими специалистами. Последняя модель в итоге была признана наиболее обоснованной с точки зрения динамики. В том же году монография Виктора Сафронова «Эволюция допланетного облака и образование Земли и планет» была издана в США, закрепив приоритет советской космогонической школы.
    И все же модель Шмидта так и не разрешила ключевых проблем космогонии: откуда взялось протопланетное облако, почему оно стало сжиматься, как из пыли образовались планетезимали и в чем же все-таки причина перераспределения углового момента?

    Шведский физик Ханнес Альфвен, как и Шмидт, увлекся космогонией во время войны. Он был специалистом по электромагнитным явлениям и заложил основу целого научного направления — магнитной гидродинамики. Плазменные волны в магнитном поле, открытые им в 1950 году и названные его именем, принесли ему спустя 20 лет Нобелевскую премию. Опираясь на свои исследования в области электромагнетизма, Альфвен периодически выдвигал весьма смелые астрофизические гипотезы. Так, еще в 1937 году он предсказал существование галактических магнитных полей, а занявшись космогонией, опубликовал с 1941 по 1945 год целую серию статей о влиянии электромагнитных явлений на динамику газового протопланетного диска.

ИЗВЕСТНЫЕ УЧЕНЫЕ
Пьер Симон Лаплас (1749-1827), автор первой астрофизической космогонии	Джеймс Джинс (1877-1946), автор катастрофи-ческой космогонической теории
Отто Юльевич Шмидт (1891-1956), основатель со-ветской космогонической школы	Ханнес Альфвен (1908-1995) открыл роль элект-ромагнитных явлений в космогонии
Виктор Сафронов (1917-1999), ученик Шмидта, разработал классический космологический сценарий	Аластер Кэмерон (1925-2005), автор двух конку-рирующих гипотез о происхождении планет-гигантов
Фред Хойл (1915-2001), изучал турбулентные процессы в протопланетном диске	Джордж Уэзерилл (1925-2006), научился моде-лировать эволюцию облака планетезималей
ИЗВЕСТНЫЕ УЧЕНЫЕ

    Одна из этих статей начинается несложным расчетом сил, действующих на протон, запущенный вокруг Солнца по земной орбите: «Сила, действующая на него со стороны магнитного поля Солнца, в 60 000 раз больше солнечной гравитации!» — восклицает Альфвен и показывает, что формирующееся Солнце должно было своим магнитным полем вовлекать во вращение окружающий ионизированный газ. В результате всего за 100 000 лет большая часть вращательной энергии Солнца могла быть передана протопланетному диску. Британский астрофизик Фред Хойл в 1960 году развил эту идею, добавив, что за счет турбулентных движений газа вращение может передаваться даже в отдаленные области протопланетного диска за орбитой Плутона, куда уже не достает магнитное поле. Детали этих процессов до сих пор еще не вполне ясны, но очевидно, что принципиальное решение парадокса углового момента найдено и катастрофические гипотезы больше не требуются. Одновременно определилось, что протопланетный диск должен содержать много газа — на пыль магнитное поле действует куда слабее.

    Впрочем, и пыль тоже необходима для образования звезд и планет. Газ в Галактике весьма разрежен и сам по себе не сжимается. Ударные волны от взрывающихся звезд и предсказанные Альфвеном галактические магнитные поля местами уплотняют его, но этого вряд ли хватило бы для запуска джинсовской неустойчивости, если бы не космическая пыль.
    Крошечные ядра пылинок размером в сотые доли микрона образуются при конденсации тугоплавких веществ в атмосферах холодных красных звезд. Давление излучения выбрасывает их в космос, где на поверхности пылинок оседают и вступают в химические реакции атомы газов. Так в межзвездной среде образуются относительно сложные молекулы, в том числе органические. Сдерживает рост пылинок ультрафиолетовое излучение звезд, выбивающее с их поверхности атомы и молекулы. В межзвездной среде на пыль приходится всего тысячная доля массы, но именно она служит системой охлаждения газовых облаков. Сталкиваясь с атомами газа, пылинки поглощают энергию удара, а потом испускают ее в виде теплового инфракрасного излучения.

В отличие от классического сценария сейчас считается, что газовые планеты-гиганты формируются во внешней части протопланетного диска за так называемой границей льда. Внутри нее излучение разгорающейся звезды испаряет ледяные частицы и выметает прочь газовую составляющую диска.

РОЖДЕНИЕ ПЛАНЕТ ИЗ ПЫЛИ

    Там, где межзвездная среда уже немного уплотнена, пылинки чаще сталкиваются с атомами, быстрее растут и эффективнее охлаждают газ. Достигнув микронных размеров, они заслоняют свет звезд, делая облако непрозрачным для ультрафиолета. Теперь, когда их росту ничто не мешает, пылинки буквально вымораживают облако изнутри, охлаждая его иногда ниже 3 градусов Кельвина — температуры вездесущего микроволнового фона. Вместе с температурой падает давление газа, а значит, и его способность противостоять самогравитации. В полную силу начинает работать джинсовская неустойчивость, и газопылевое облако разваливается на холодные черные фрагменты, которые медленно обрушиваются внутрь самих себя.
    Сжимаясь в миллионы раз, облако пропорционально ускоряет свое вращение. Изначально оно было едва заметно и вызвано особенностями прохождения ударных волн и гравитационными возмущениями со стороны соседних звезд. Но при сжатии газ может раскрутиться до такой степени, что облако разделится пополам и даст начало двойной звезде. Половинки облака сжимаются дальше и могут вновь разделиться - так появляются иерархические двойные звезды. Когда же закрутки для такого разделения не хватает, основная масса формирует центральное сгущение - протозвезду, а остаток образует вокруг нее газопылевой диск, в котором начинается процесс формирования планет.

    Если прижать друг к другу две крошечные пылинки, они могут соединиться силами межмолекулярного притяжения. Радиус действия этих сил сравним с размерами атома, и они могут связать частицы, только если те сближаются очень медленно, как будто происходит стыковка крошечных космических кораблей. Сталкивающиеся даже на небольшой скорости пылинки молекулярным силам не удержать. Необходим какой-то иной механизм, заставляющий пылинки слипаться, а не отскакивать друг от друга, как горошины. Американский астрофизик Аластер Кэмерон, например, предположил в конце 1970-х годов, что во внутренней части диска железные частицы расплавлены излучением центральной звезды и при столкновениях сливаются. Более убедительные идеи стали появляться только в последние 10—20 лет.
    В 2002 году немецкие ученые показали, что если пылинки в протопланетном диске были слегка намагничены, это может в тысячу раз повысить скорость их объединения. Свои теоретические выкладки авторы вскоре подтвердили серией экспериментов с намагниченными частицами в условиях микрогравитации (при суборбитальных полетах). За считанные минуты из свободно плавающих в вакууме пылинок формировались беспорядочно изогнутые длинные нити и сети, которые тут же начинали сталкиваться и слипаться. Возможно, именно так укрупнялись пылинки в близких к Солнцу горячих областях протопланетного диска.
    Для областей диска за «линией льда», то есть на таком расстоянии от звезды, где могут, не испаряясь под действием солнечного излучения, существовать ледяные частицы, возможен другой механизм, основанный на электрическом, а не магнитном притяжении. Американские исследователи под руководством химика Джеймса Коуина обратили внимание на то, что при конденсации водяного пара в условиях высокого вакуума и низких температур образующиеся кристаллики льда спонтанно поляризуются: один край несет положительный заряд, а другой — отрицательный. Летящие по соседству пылинки могут притягиваться противоположно заряженными краями, а сойдясь вплотную, соединяться силами молекулярного притяжения. Образовавшаяся конструкция вновь оказывается поляризованной, и агрегация пылинок продолжается дальше.
    Правда, у поляризованных пылинок есть враг — ионы и свободные электроны, которые притягиваются к заряженным концам и нейтрализуют их. Поэтому эффективность электростатического механизма слипания пылинок зависит от степени ионизации протопланетного диска. А она, в свою очередь, возникает под воздействием жесткого излучения соседних звезд. И тут важную роль играет слоистая структура протопланетного диска. Большая часть жесткого излучения поглощается в его внешнем слое, так что в глубине, где находится тонкий пылевой субдиск, ионов должно быть не слишком много и пылинки успевают заметно подрасти.
    Группа Коуина также обнаружила, что лед, образующийся при вакуумной конденсации, имеет нанопористую структуру и, несмотря на твердость, оказывается удивительно неупругим: в лабораторных экспериментах при неразрушающем соударении в тепло переходило 80—90% энергии удара. Если пылинки в протопланетном диске покрыты таким льдом, они будут слипаться гораздо охотнее обычных песчинок.
    Впрочем, есть и не столь экзотичные идеи. Пылинки могут быть просто покрыты тонким слоем органических соединений, образовавшихся на них еще в межзвездной среде. При нагреве в протопланетном диске органика может обволакивать пылинки тонким слоем вязкой липкой грязи, за счет которой они будут легко склеиваться друг с другом.

    Слипание пылинок идет довольно быстро. Уже через 10 000 лет пылевые агрегаты вырастают до метровых размеров, а через 100 000 в диске движется порядка триллиона (1012) километровых планетезималей. Они уже достаточно массивны, чтобы проявлять гравитационные «амбиции» и «фокусировать» на себе широкий поток частиц, которые в противном случае пролетели бы мимо. Работая в режиме такого орбитального пылесоса, планетезимали могут ускорять свой рост в десятки и сотни раз. И чем крупнее планетезималь, тем быстрее она растет. Поэтому однажды отставшие уже вряд ли смогут догнать лидеров. Наступает так называемая эпоха олигархического роста.
    Из всего множества планетезималей выделяются «олигархи», которые доминируют над прочими объектами в своей «зоне питания» — узком кольце диска вблизи орбиты, по которой они движутся. С исчерпанием запасов пыли рост большинства планетезималей замедляется, и только «олигархи» продолжают увеличиваться, поглощая мелких «конкурентов». Примерно за миллион лет в системе остается сотня-другая таких объектов с массой как у Луны или Марса. Это зародыши планет — протопланеты. Теперь в течение сотни миллионов лет им предстоит вести между собой борьбу за лидерство.

Тяготение протопланеты возмущает газовый диск, формируя волнообразное сгущение: внутри орбиты оно обгоняет планету, а снаружи отстает. Тяготение этих сгущений влияет на планету. По расчетам, торможение оказывается чуть сильнее, и планета мигрирует на более низкий орбиты.

РОЖДЕНИЕ ПЛАНЕТ ИЗ ПЫЛИ

    Двигаясь по близким траекториям, зародыши планет возмущают орбиты друг друга. Они все сильнее отклоняются от своих прежних «зон питания», переходя порой на вытянутые орбиты, которые, пересекаясь, ведут к столкновениям. Эти катастрофы совсем не похожи на взрывы. Хотя скорость столкновения достигает нескольких километров в секунду, тысячекилометровые протопланеты неспешно вминаются друг в друга. Процесс занимает от нескольких минут до часа, и почти вся энергия удара переходит в тепло. Вещество плавится, и в нем начинается медленное гравитационное фракционирование: железо и никель «тонут», образуя ядра будущих планет, а соединения полегче, в основном силикаты и лед, поднимаются ближе к поверхности. Конечно, при особенно сильных ударах, которые чаще случаются во внутренней части диска, где выше скорость орбитального движения, часть вещества может быть выброшена в окружающее пространство. Возможно, именно так, за счет ударной потери внешних силикатных пород, у Меркурия образовалось непропорционально большое железное ядро, а у Земли появился спутник — Луна. Итог этого длительного процесса — одна или несколько планет, которые обращаются на достаточно далеких друг от друга орбитах, чтобы никогда не вторгаться в чужую зону влияния.
    Выдающийся американский космогонист Джордж Уэзерилл в конце 1980-х годов разработал одну из первых программ для моделирования процесса укрупнения планетезималей. Сегодня в подобные численные модели вводят различные предположения о начальных условиях в диске и свойствах планетезималей и смотрят, как распределятся зародыши планет по орбитам и какой у них будет состав. Продолжив моделирование, можно получить строение готовой планетной системы.

    Описанный механизм удовлетворительно объясняет появление твердых планет земного типа. Они почти целиком формируются из пылевой составляющей диска, на которую приходятся доли процента его массы. Газ не удерживается возле относительно небольших протопланет, находящихся в теплой центральной части системы. Иначе развиваются события за «линией льда», которая в Солнечной системе проходит примерно по поясу астероидов между Марсом и Юпитером. За ней вода конденсируется в лед, и твердых частиц оказывается больше, чем во внутренней области диска. Вдобавок скорость орбитальных движений, а значит, и столкновений тут ниже. Поэтому планетезимали растут здесь быстрее, и довольно скоро появляются крупные протопланеты массой в несколько раз больше Земли. Они способны притягивать и удерживать не только твердую составляющую диска, но и газ. Начинается процесс аккреции, то есть падения газа на твердое ядро. И чем больше его падает, тем сильнее становится притяжение и быстрее растет масса планеты. Так рождаются планеты-гиганты, подобные Юпитеру и Сатурну. На весь процесс уходит несколько миллионов лет, в то время как образование планет земного типа парадоксальным образом занимает в несколько раз больше времени.
    Гипотезу образования гигантов путем аккреции газа на крупную твердую протопланету предложил в 1972 году Аластер Кэмерон, и сегодня ее придерживаются большинство астрономов. Правда, сам Кэмерон довольно быстро охладел к своей идее и уже в 1978 году предложил другую: планеты-гиганты возникают в результате развития гравитационной неустойчивости во внешней части диска, из-за которой значительная часть газа прямо на орбите вокруг звезды теряет устойчивость и сжимается в одну или несколько гигантских планет. Подобным образом, вероятно, образуются и двойные звезды.
    Серьезные аргументы есть как за, так и против обеих моделей. Критики модели неустойчивости говорят, что ей требуются несколько более массивные протопланетные диски, чем обнаруживаются в наблюдениях. Зато планеты-гиганты появляются в ней не через миллионы лет, а почти сразу, и это позволяет объяснить некоторые особенности планетных систем, которые представляют трудности для модели аккреции.
    Дискуссии вокруг происхождения гигантов продолжаются, и нельзя исключить, что в разных случаях могут работать оба механизма, предложенные Кэмероном. Однажды журналист спросил Джорджа Уэзерилла: «Если бы Санта-Клаус подарил вам ответ на любой вопрос, что бы вы захотели узнать?» — «Я бы поинтересовался, откуда взялся Юпитер», — ответил тот.

    Рождение гиганта — важный этап становления планетной системы. Своим притяжением он воздействует на движение газа и твердых составляющих диска, влияя тем самым на ход формирования других планет. Например, в Солнечной системе Юпитер помешал образоваться планете на месте пояса астероидов. Его гравитационные возмущения привели к тому, что планетезимали в этой зоне сталкивались на слишком больших скоростях и, вместо того чтобы сливаться, наоборот, дробились на части.
    Еще более серьезные последствия возникают, когда гигантская планета начинает мигрировать по системе, постепенно меняя свою орбиту. При движении внутри газового диска растущий гигант порождает характерную волну плотности, которая напоминает выброс из-под колес мотоцикла, делающего вираж на грунтовом треке. Эта волна, постоянно сопровождающая планету, отбирает у нее энергию движения, заставляя подходить все ближе к звезде, пока не остановится у внутреннего края газового диска — без газа миграция останавливается.
    А внутри сжимающейся орбиты, как будто убегая от наступающего гиганта, теснится множество планетезималей, которых он сгоняет, как пастух стадо, из холодной внешней области системы во внутреннюю. В основе этого процесса лежит известное из небесной механики явление орбитальных резонансов: малые небесные тела тяготеют к орбитам, периоды обращения по которым соотносятся с периодом планеты-гиганта как небольшие целые числа, скажем 1:2 или 2:3. Не попадающие «в такт» объекты часто оказываются в непосредственной близости от «сурового начальства» и получают от него гравитационные «пинки», пока не попадают на одну из резонансных орбит. Планеты-гиганты, вызывающие такое сгущение планетезималей на определенных орбитах, принято называть «пастухами». Благодаря им взаимодействие между планетезималями усиливается и ускоряет рост планет.
    Аналогичные резонансные семейства планетезималей возникают снаружи от орбиты гиганта. Весьма вероятно, что Сатурн в Солнечной системе образовался из планетезималей, которые «пас» Юпитер. И если бы не он, Сатурн мог бы просто не успеть сформироваться вовремя, чтобы собрать достаточную массу газа. Ведь уже через несколько миллионов лет после образования протопланетного диска газ из него выдувается разгоревшейся центральной звездой. Вероятно, поэтому Уран и Нептун, образовавшиеся из планетезималей, которые «пас» уже Сатурн, так и не смогли сравняться с ним по массе.

    И это еще не все. Если бы не Юпитер, на Земле, скорее всего, не было бы воды. Ведь наша планета формировалась в центральной части диска, внутри линии льда, где вода находилась в газообразном состоянии. Каким же образом она появилась на Земле? Единственный вразумительный ответ — из планетезималей, которые образовались за линией льда, но благодаря Юпитеру попали в центральные области Солнечной системы. Когда же формирование планет завершилось, притяжение Юпитера постепенно очистило Солнечную систему от «строительного мусора» — оставшихся без дела планетезималей. Если бы не это, процесс интенсивной кометно-метеоритной бомбардировки Земли, возможно, не завершился бы в первый миллиард лет ее существования, и в таком случае развитие сложной жизни было бы значительно затруднено.

В таких гигантских межзвездных газопылевых комплексах запускается процесс формирования звезд, а с ними и планет.

РОЖДЕНИЕ ПЛАНЕТ ИЗ ПЫЛИ

    В последние годы вблизи других звезд открывается все больше планетных систем. На начало 2009 года было известно уже 333 экзопланеты. Однако многих разочаровывает то, что абсолютное большинство из них — гиганты, сравнимые по массе с Юпитером и даже многократно превосходящие его. Ведь так хочется обнаружить планеты земного типа, на которых могла бы развиваться жизнь. Но теперь у нас есть все основания для оптимизма. Раз в других системах часто встречаются юпитеры, значит еще не открытые далекие земли вряд ли окажутся безводными пустынями. Остается только найти их. Именно этим и займется запущенный в марте орбитальный телескоп «Кеплер».
    Представленная здесь картина обрисовывает лишь самые общие черты процесса рождения планет. Много важных деталей осталось за рамками рассмотрения, еще больше неясно самим астрономам. Но главное, что хотелось подчеркнуть: в последние десятилетия космогония радикально преобразилась. Еще в середине XX века она была почти умозрительной наукой, недалеко ушедшей от эфирных вихрей Декарта, а сейчас представляет собой стремительно развивающуюся ветвь астрофизики, в которой сплетаются самые разные дисциплины: от небесной механики до нанофизики. В космогонических исследованиях используются сложные компьютерные модели, лабораторные эксперименты и, конечно же, наблюдения на самых современных инструментах, которые постоянно приносят новые вопросы и решения. Автор статьи: Александр Генрихович Сергеев

Земля, как известно, вращается вокруг собственной оси и одновременно делает вращение вокруг Солнца. Один её круг, пройденный вокруг Солнца равен 365 дней 5 часов 48 минут 46 секунд. Вращение Земли вокруг Солнца это астрономический год, в одном году 365 дней, но за четыре года по 6 часов накапливается 24 часа, а это ещё один день, и этот год называют високосным. В нём 366 дней этот год бывает только один раз в четыре года.

Календарь

Первый календарь был создан египтянами в 4 веке до нашей эры, с 45 года нашей эры Юлий Цезарь ввёл новый календарь — Юлианский, которым Православная Русская Церковь пользуется и по сей день. В 1582 году календарь был сдвинут указом Папы Римского на десять дней, так как день весеннего равноденствия приходился на 11 марта астрономический год больше Юлианского на 11 минут 14 секунд.

День равноденствия был возвращён на прежнее 21 марта и получил новый календарь название Григорианский в честь Папы Римского, но в России он был введён намного позже в 1918 году. Путь, который совершает Земля вокруг Солнца, учёные называют орбитой. Орбита, по которой движется планета, имеет форму эллипса, от Земли до Солнца расстояние не постоянное, самое близкое нахождение между двумя планетами составляет 147 миллионов километров по календарю это 3 января, а самая отдалённая точка в орбите Земли 152 миллиона километров наступает это 5 июля. Земное движение вокруг Солнца можно увидеть по изменению Солнца на небе — меняется полуденная высота и место восхода и захода, изменяется продолжительностью дня и ночи.

Ось Земли и равноденствие

Во время перемещения Земли по орбите, её ось не меняется и всегда направлена на Полярную звезду, которая с древних времён служила хорошим ориентиром мореплавателям. Вследствие изменения оси планеты к плоскости движения Земли вокруг Солнца наступает плавная смена времён года, которая наблюдается у вех планет, если угол оси вращения к плоскости её орбиты отличается от 90 градусов. В результате, при движении по орбите Земли вокруг Солнца и угла наклона к плоскости орбиты, на планете наблюдается не только плавно сменяющиеся времена года, но и продолжительность времени дня и ночи.

Только два раза 22-23 сентября и 20 -21марта в эти дни продолжительность времени дня и ночи на всей планете одинаковы. Самая большая продолжительность дня и самая малая продолжительность ночи называется летним солнцестоянием 22 июня, а самая большая продолжительность ночи и самая малая продолжительность дня — зимнем солнцестоянием и происходит 22 декабря.

В это время освещенным Солнцем круглосуточно оказывается полярный полюс и вся районы, которые находится в полярном круге (Полярный день). В день солнцестояния лучи, падающие под прямым углом, попадают на параллель, которая называется тропикам. Северные тропики находятся на 23 градусах с.ш., а южные на 23 градусах ю.ш. На экваторе практически не заметно изменения дня и ночи, так как падение лучей не значительное, день и ночь по продолжительности одинаковы.

По материалам: http://spacegid.com/

                                                         

   Описание "местности": илюзорное родство

     Оказалось, что на Меркурии, как и на Луне, имеется два главных типа местности - аналоги лунных материков и морей. Материковые районы - это самые древние геологические образования Меркурия, состоящие из испещренных кратерами участков, горных и холмистых образований, межкратерных равнин. Аналогами лунных морей считаются гладкие равнины Меркурия, которые моложе по возрасту, чем материки, несколько темнее материковых образований, но все же не такие темные, как лунные моря и их значительно меньше чем на Луне. Такие участки на Меркурии сосредоточены в районе равнины Жары - уникальной и огромнейшей на планете кольцевой структуры диаметром около 1300 км. Свое название равнина получила из-за 180° го меридиана который расположен в центре обращенного к Солнцу полушария (когда Меркурий находится на минимальном расстоянии от Светила). В это время поверхность планеты сильнее всего испытывает нагрев. Равнина Жары окружена гористым кольцом, которое ограничивает огромную круглую впадину, образованную на ранней стадии геологической истории Меркурия. Впоследствии эта впадина, а также соседние с ней районы были затоплены лавами, при застывании которых и возникли гладкие равнины. На другой стороне планеты, точно напротив впадины, в которой расположена равнина Жары, находится еще одно уникальное образование - холмисто линейчатая местность. Она состоит из многочисленных крупных холмов (диаметром 5-10 км и высотой до 1-2 км) и пересечена несколькими крупными прямолинейными долинами, явно образованными по линиям разломов коры планеты. Расположение этой местности в районе, противоположном равнине Жары, послужило основанием для гипотезы о том, что этот рельеф сформировался за счет фокусировки сейсмической энергии от удара астероида, образовавшего впадину Жары.
     Эта гипотеза получила косвенное подтверждение, когда вскоре на Луне были обнаружены участки с подобным рельефом, расположенные диаметрально противоположно Морю Дождей и Морю Восточному - двум крупнейшим кольцевым образованиям Луны.

[1] Гигантский уступ Дискавери протяженностью 350 км пересекает два кратера диаметром 35 и 55 км. Максимальная высота уступа 3 км. Он образовался при надвигании верхних слоев коры Меркурия слева на право. Это произошло из-за коробления коры планеты при сжатии металлического ядра, вызванном его остыванием. Уступ получил имя корабля Джеймса Кука. [2] Гигантские кратеры диаметром 130 м и 200 км с дополнительным валом на дне, концентричным основному кольцевому валу. [3] Извилистый уступ Санта - Мария, названный по имени корабля Христофора Колумба, пересекает древние кратеры и более позднюю равнинную местность. (Для лучшего понимания как выглядит поверхность и окружающий ландшафт на Меркурии просмотрите "карты - мозаики" Меркурия сделанные космическим аппаратом Маринер; из них первые две показывают детали с достаточно большим разрешением)
[4] Холмисто - линейчатая местность - уникальный по своему строению участок поверхности Меркурия. Здесь почти нет малых кратеров, но много скоплений невысоких горок, пересеченных прямолинейными тектоническими разломами. [5] Фотокарта крупнейшей кольцевой структуры на Меркурии - равнины Жары, окруженной горами Жары. Диаметр этой структуры 1300 км. Видна лишь восточная ее часть, а центральная и западная части, не освещенные на этом снимке, до сих пор не изучены. Район меридиана 180° з.д. - это наиболее сильно нагреваемая Солнцем область Меркурия, чтоотражено в названиях равнины и гор. Два основных типа местности - древние сильно кратерированные районы и более молодые гладкие равнины - отражают два главных периода геологической истории планеты - период массивного падения крупных метеоритов и последовавший за ним период излияния высокоподвижных, предположительно базальтовых лав.
Описание местности Меркурия: иллюзорное родство с спутником Земли - Луной

     Несмотря на общее сходство меркурианского и лунного ландшафтов, на Меркурии обнаружены совершенно уникальные геологические структуры, не наблюдавшиеся до этого ни на одном из планетных тел. Они были названы лопастевидными уступами, поскольку для их очертаний на карте типичны округлые выступы - "лопасти" поперечником до нескольких десятков километров. Высота уступов от 0,5 до 3 км, по протяженности же крупнейшие из них достигают 500 км. Уступы эти довольно крутые, но в отличие от лунных тектонических уступов, имеющих резко выраженный перегиб склона вниз, меркурианские лопастевидные имеют в своей верхней части сглаженную линию перегиба поверхности. Расположены эти уступы в древних материковых районах планеты. Все их особенности дают основание считать их поверхностным выражением сжатия верхних слоев планеты. Расчеты же величины сжатия указывают на сокращение площади коры на 100 тыс кв км, что соответствует уменьшению радиуса планеты на 1-2 км. (остывание и затвердевание недр планеты). ГЕОРГИЙ БУРБА - кандидат географических наук, "Вокруг света"

     Исследовать Марс удобнее всего тогда, когда Земля окажется точно между ним и Солнцем. Такие моменты (они называются противостояниями) повторяются каждые 26 месяцев. В течение того месяца, когда происходит противостояние, и в последующие три месяца Марс пересекает меридиан близ полуночи; он виден на протяжении всей ночи и сверкает как звезда - 1й звездной величины, соперничая по блеску с Венерой и Юпитером. Орбита Марса довольно сильно вытянута, поэтому расстояние от него до Земли от противостояния к противостоянию заметно меняется. Если Марс попадает в противостояние с Землей в афелии, расстояние между ними превышает 100 млн км. Если же противостояние происходит при наиболее благоприятных условиях, в перигелии марсианской орбиты, это расстояние уменьшается до 56 млн километров. Такие "близкие" противостояния называются великими и повторяются через 15-17 лет. Последнее великое противостояние произошло в августе 2003 года (величайшее противостояние).
     На рис.: противостояния Марса с 1997 г. по 2010 г. Вдоль орбиты Земли (внутренняя окружность) указаны месяцы ее прохождения по данному участку. У орбиты Марса (наружная окружность) указаны точки перигелия (Р) и афелия (А). На линиях, соединяющих планеты в момент противостояния, указан год и минимальное расстояние до Марса в астрономических единицах.
     Противостояние 2003 года произошло с 27 по 28 августа. Расстояние между Землей и Марсом составило 55.758006 млн км (0.37271925 а.е.). За 52 года (1969-2020 гг) произошло и произойдет 25 противостояний. Четыре из них (1971, 1988, 2003 и 2018 гг.) были великими противостояниями. Побитие этого великого противостояния произойдет лишь через 284 года.

Исследовать Марс удобнее всего тогда, когда Земля окажется точно между ним и Солнцем. Такие моменты (они называются противостояниями) повторяются каждые 26 месяцев.

Редкие моменты противостояний Марса и Земли

Марс имеет фазы но, поскольку он расположен дальше от Солнца, чем Земля, полной смены фаз у него не бывает - максимальный "ущерб" - фаза Луны за 3 дня до полнолуния или спустя 3 дня.

     Марс имеет фазы но, поскольку он расположен дальше от Солнца, чем Земля, полной смены фаз у него (как и у других внешних планет) не бывает - максимальный "ущерб" соответствует фазе Луны за три дня до полнолуния или спустя три дня после него.
     Ось вращения Марса наклонена относительно плоскости его орбиты на 22°,т.е. всего на 1,5° меньше, чем ось вращения Земли наклонена к плоскости эклиптики. Перемещаясь по орбите, он поочередно подставляет Солнцу то южное, то северное полушарие. Поютому на Марсе так же, как и на Земле, происходит смена времен года, только тянутся они почти в два раза дольше. А вот марсианский день мало отличается от земного сутки там длятся 24 ч 37 мин.
     Вследствие малой массы сила тяжести на Марсе почти в три раза ниже, чем на Земле. В настоящее время структура гравитационного поля Марса детально изучена. Она указывает на небольшое отклонение от однородного распределения плотности в планете. Ядро может иметь радиус до половины радиуса планеты. По-видимому, оно состоит почти из чистого железа или сплава Fe-FeS (железо-сульфид железа) и, возможно, растворенного в них водорода. По-видимому, ядро Марса частично или полностью пребывает в жидком состоянии. Наличие у планеты собственного, хотя и очень слабого, магнитного поля, обнаруженного с помощью космических аппаратов серии "Марс", подтверждает это.
     Марс должен иметь мощную кору толщиной 70-100 км. Между ядром и корой находится силикатная мантия, обогащенная железом. Красные окислы железа, присутствующие в поверхностных породах, определяют цвет планеты.
     Сейчас Марс продолжает остывать. Сейсмическая активность планеты слабая. Сейсмограф на американском посадочном аппарате "Викинг-2" за год работы зафиксировал только один легкий толчок, и то скорее всего вызванный не тектоническими процессами, а падением крупного метеорита. Тектонический режим Марса отличается от режима тектоники плит, характерного на Земле. Ведь для последнего необходимо, чтобы основная масса выплавляющегося материала снова затягивалась в мантию вместе с океанической корой. На Марсе же мантийная конвекция не выходит на поверхность и выплавляющаяся базальтовая магма идет на наращивание коры. Эти отличия объясняются прежде всего малой массой Марса (в десять раз меньше земной) и, конечно, тем, что он сформировался дальше от Солнца, вблизи гигантского Юпитера, оказавшего значительное влияние на процесс его образования.
     Экваториальный радиус планеты равен 3394 км, полярный - 3376,4 км. Уровень поверхности в южном полушарии в среднем на 3-4 км выше, чем в северном. Участки поверхности Марса, покрытые кратерами, похожи на лунный материк. Если мысленно разделить планету пополам большим кругом, наклоненным на 35° к экватору, то между двумя половинами Марса имеется заметное различие в характере поверхности. Южная часть имеет в основном древнюю поверхность, сильно изрытую кратерами. В этом полушарии расположены главные ударные впадины - равнины Эллада, Аргир и Исиды. На севере доминирует более молодая и менее богатая кратерами поверхность. Значительная часть поверхности Марса представляет собой более светлые участки («материки»), которые имеют красновато-оранжевую окраску; 25% поверхности - более темные «моря» серо-зеленого цвета, уровень которых ниже, чем «материков». Перепады высот весьма значительны и составляют в экваториальной области примерно 14-16 км, но имеются и вершины, вздымающиеся значительно выше. Самые высокие области - большие вулканические купола гор Фарсида и равнины Элизий. Над обеими областями доминируют несколько огромных потухших вулканов, самым большим из которых является Арсия (27 км) и Олимп (26 км) в возвышенной области Тараис в северном полушарии. Это самые высокие вулканы в Солнечной системе - щитовые. Для сравнения щитовые вулканы Гавайских островов на Земле возвышаются над морским дном всего на 9 км. Щитовые вулканы растут в высоту постепенно, в результате повторных извержений из одного и того же жерла. Хотя в настоящее время эти вулканы, по-видимому, уже не являются действующими, они, вероятно, образовались раньше и были активными намного дольше, чем любые вулканы на Земле. При этом горячие вулканические точки на Земле с течением времени изменяли свое местоположение из-за постепенного движения континентальных плит, так что для "построения" очень высокого вулкана в каждом отдельном случае времени не хватало. Кроме того, низкое тяготение позволяет изверженному веществу образовывать на Марсе намного более высокие структуры, которые не обрушиваются под тяжестью.

     Еще в 1659 г. нидерландский ученый Христиан Гюйгенс впервые описал темные области на Марсе. Приблизительно в то же время итальянец Джованни Доменико Кассини обнаружил на планете полярные шапки. До полетов к Марсу разгадать природу деталей марсианского диска не удавалось, хотя на этот счет высказывалось множество гипотез. Только в 60-70х гг. XX столетия фотографии советских "Марсов" и американских "Маринеров" позволили исследовать рельеф красной планеты с близкого расстояния, а Викинги "перенесли" нас прямо на ее поверхность. На первый взгляд поверхность Марса напоминает лунную. Однако на самом деле его рельеф отличается большим разнообразием. На протяжении долгой геологической истории Марса его поверхность изменяли извержения вулканов и марсотрясения. Глубокие шрамы на лице бога войны оставили метеориты, ветер, вода и льды.
     Поверхность планеты состоит как бы из двух контрастных частей: древних высокогорий, покрывающих южное полушарие, и более молодых равнин, сосредоточенных в северных широтах. Кроме того, выделяются два крупных вулканических района - Элизиум и Фарсида. Разница высот между горными и равнинными областями достигает 6 км. Почему разные районы так сильно отличаются друг от друга, до сих пор не ясно полностью (вода в древности - основная гипотеза или падение астероида).
     Высокогорная часть сохранила следы активной метеоритной бомбардировки, происходившей около 4 млрд. лет назад. Метеоритные кратеры покрывают 2/3 поверхности планеты. На старых высокогорьях их почти столько же, сколько на Луне. Но многие марсианские кратеры из-за выветривания успели "потерять форму". Некоторые из них, по всей видимости, когда-то были размыты потоками воды. Северные равнины выглядят совершенно иначе. 4 млрд. лет назад на них также было множество метеоритных кратеров. Но потом катастрофическое событие, о котором мы уже упоминали, стерло их с 1/3 поверхности планеты и ее рельеф в этой области начал формироваться заново. Отдельные метеориты падали туда и позже, но в целом ударных кратеров на севере мало.

Самый высокий пик на Марсе и самый большой вулкан Солнечной системы. Возвышается на 27 км выше опорного уровня (определенного по измерениям атмосферного давления)

Вулкан "Олимп" - самая высокая гора

Долина Маринера - по восточному краю поднятия Фарсида Марс кажется расколотым какими-то катастрофическими силами. В глубину она достигает 7 км при макс. ширине в 200 км.

     Облик этого полушария определила вулканическая деятельность. Некоторые из равнин сплошь покрыты древними изверженными породами. Потоки жидкой лавы растекались по поверхности, застывали, по ним текли новые потоки. Эти окаменевшие "реки" сосредоточены вокруг крупных вулканов. На окончаниях лавовых языков наблюдаются структуры, похожие на земные осадочные породы. Вероятно, когда раскаленные изверженные массы растапливали слои подземного льда, на поверхности Марса образовались достаточно обширные водоемы, которые постепенно высыхали. Взаимодействие лавы и подземного льда привело также к появлению многочисленных борозд итрещин. На далеких от вулканов низменных областях северного полушария простираются песчаные дюны. Особенно много их у северной полярной шапки.
     Обилие вулканических пейзажев свидетельствует о том, что в далеком прошлом Марс пережил достаточно бурную геологическую эпоху, скорее всего она закончилась около миллиарда лет назад. Наиболее активные процессы происходили в областях Элизиум и Фарсида. В свое время они буквально были выдавлены из недр Марса и сейчас возвышаются над его поверхностью в виде грандиозных вздутий: Элизиум высотой 5 км, Фарсида - 10 км. Вокруг этих вздутий сосредоточены многочисленные разломы, трещины, гребни - следы давних процессов в марсианской коре. Наиболее грандиозная система каньонов глубиной несколько километров - долина Маринера - начинается у вершины гор Фарсида и тянется на 4 тыс. километров к востоку. В центральной части долины ее ширина достигает нескольких сот километров. В прошлом, когда атмосфера Марса была более плотной, в каньоны могла стекать вода, создавая в них глубокие озера.
     Вулканы Марса - по земным меркам явление исключительное. Но даже среди них выделяется Олимп (самая большая гора в Солнечной системе), расположенный на северо-западе гор Фарсида. Диаметр основания этой горы достигает 550 км, а высота ее 27,4 км, т.е. она в три раза превосходит Эверест, высочайшую вершину Земли. Олимп увенчан огромным 60-километровым кратером (по площади равен Лос-Анджелесу). Около Олимпа есть и другие гигантские вулканы: гора Аскрийская, гора Павлина и гора Арсия, высота которых превышает 20 км. Есть другой район древних вулканов - Элизтум - возвышается над окружающим пейзажем на 5 км. К востоку от самой высокой части гор Фарсида обнаружен другой крупный вулкан - Альба. Хотя он не может соперничать с Олимпом по высоте, диаметр его основания почти в три раза больше. Эти вулканические конусы возникли в результате спокойных излияний очень жидкой лавы, похожей по составу на лаву земных вулканов Гавайских островов. Следы вулканического пепла на склонах других гор позволяют предположить, что иногда на Марсе происходили и катастрофические извержения.
     В прошлом огромную роль в формировании марсианского рельефа играла проточная вода. На первых снимках "Маринера-4" Марс предстал перед астрономами пустынной и безводной планетой. Но когда поверхность планеты удалось сфотографировать с близкого расстояния, оказалось, что на старых высокогорьях часто встречаются словно бы оставленные текущей водой промоины. Некоторые из них выглядят так, будто много лет назад их пробили бурные, стремительные потоки. Тянуться они иногда на многие сотни километров. Часть этих колоссальных "ручьев" обладает довольно почтенным возрастом. Другие долины очень похожи на русла спокойных земных рек. К ним подходят многочисленные притоки, вниз по течению ширина их увеличивается. Своим появлением они, вероятно, обязаны таянию подземного льда.
     Рельеф полярных областей Марса формировался и ныне формируется за счет процессов, связанных с изменениями полярных шапок. От обоих полюсов на сотни километров к экватору тянутся нагромождения осадочных пород толщиной 4-6 км на севере и 1-2 км на юге. Их поверхность изрезана трещинами и обрывами. Трещины закручиваются вокруг полюсов: против часовой стрелки на северном полюсе и по часовой на южном. Нагромождения имеют слоистую структуру, что, вероятно, объясняется периодическими изменениями климата Марса.

      Гора Олимп (Olympus Mons) - Самый высокий пик на Марсе и самый большой вулкан Солнечной системы. Возвышается на 27 км выше опорного уровня (определенного по измерениям атмосферного давления). Этот гигантский щитовой вулкан, имеющий в поперечнике около 700 км, подобен вулканам на Земле, но его объем по крайней мере в пятьдесят раз превышает самый близкий земной эквивалент. Кальдера имеет диаметр около 90 км, причем гора окружена откосом высотой по крайней мере 4 км. Более старые вулканические породы, сглаженные и разрушенные ветром, окружают главный пик, образуя область ореала. Гора Олимп расположена в северо-западной части гор Фарсида и ранее называлась "Олимпийские снега", поскольку облака, постоянно клубящиеся над этой областью, для земных наблюдателей выглядели как светлое пятно.
      Плато Солнца (Solis Planum) - Древняя вулканическая равнина на Марсе, лежащая к югу от долины Маринер. При визуальном наблюдении внутри этой области видно изменяющееся темное пятно ("озеро"), благодаря чему вся структура получила популярное название "Марсианский глаз".
      Равнина Амазония (Amazonis Planitia)- Слабоокрашенная равнина в северной экваториальной области Марса. Довольно молода, породы имеют возраст 10-100 млн. лет. Часть этих пород представляют собой застывшую вулканическую лаву. Как таковых вулканов в виде гор с кратерами в центре здесь нет, а лава изливалась из трещин марсианской коры. Особенно интересно то, что были найдены следы обширных разливов лавы, которые происходили неоднократно, и лава текла по той же системе протоков, что и вода (или лед). На основании исследований этих многослойных структур, образовавшихся в результате повторяющихся извержений, можно сделать вывод о том, что, вполне возможно, вулканические процессы идут на Марсе и сейчас, и относительно скоро (через несколько десятков миллионов лет) по поверхности Марса может снова потечь лава.
      Земля Аравия - после измерений, проведённых "Mars Global Surveyor", стало известно, что она находится километром ниже окрестных плоскогорий. Учёные полагают, что это свидетельствует о том, что регион подвергался эрозии. Эрозия могла быть вызвана разными причинами: вулканической деятельностью, ледниками, ветром. Однако, по мнению учёных, огромные размеры области, подвергшейся её воздействию, свидетельствуют, что эрозия на Земле Аравия была вызвана текущей водой. Подтверждение этому, возможно, будет получено через три года. Весьма вероятно, что именно Земля Аравия станет одной из точек, в которой в 2004 году совершит посадку аппарат "Mars Rover".
      Равнина Аргир (Argyre Planitia) - Круглая ударная впадина (900 км в диаметре), расположенная в южном полушарии Марса.
      Равнина Аркадия (Arcadia Planitia) - Равнина в северном полушарии Марса.
      Равнина Утопия (Utopia Planitia) - Обширная равнина с небольшим количеством кратеров в северном полушарии Марса. Место посадки АМС "Викинг-2". Панорамные изображения, переданные на Землю спускаемым аппаратом "Викинга", показали поверхность усеянную множеством валунов, сложенных из текстурированных пород.
      Равнина Хриса (Chryse Planitia) - Круглое плато, почти наверняка ударный бассейн, в северной экваториальной области Марса. Место посадки зонда "Викинг-1".
      Равнина Элизий (Elysium Planitia). К юго-западу от Олимпа находится поднятие Элизий - огромная возвышенность, увенчанная тремя вулканами. Самый высокий из них - гора Элизий возвышается на 9 км над окружающими равнинами. К юго-востоку от Олимпа на расстоянии 1600 км начинается еще более громадная возвышенность, известная как поднятие Фарсида. Она вздымается на 10 км над условным уровнем моря и простирается более чем на 4 тысячи км с севера на юг и на 3 тысячи км с востока на запад, т.е. равняется по своим размерам Африке к югу от реки Конго. В свою очередь она увенчана тремя гигантскими щитовыми вулканами - Арсией, Павлиньим и Аскрейским, известными под общим названием “Горы Фарсида”. Расположенные на широких плечах поднятия Фарсида, они вздымают свои пики на высоту в 20 км над уровнем моря и остаются видимыми для космических кораблей даже во время сильнейших пылевых бурь.
      Долина Маринера - по восточному краю поднятия Фарсида Марс кажется расколотым какими-то катастрофическими силами. Среди причудливого переплетения связанных между собой каньонов и впадин, известного под названием Лабиринт Ночи, поверхность планеты взрывает чудовищная извилистая борозда, которая тянется на расстояние в 4500 км на восток почти параллельно экватору, между пятой и двадцатой параллелями южной широты. Это-долина Маринеров, названная в честь “Маринера-9”-первого космического корабля, сфотографировавшего ее. В глубину она достигает 7 км при максимальной ширине в 200 с лишним км. Для сравнения, она в 4 раза глубже, в 6 раз шире и более чем в 10 раз длиннее Большого Каньона в США. Восточная оконечность долины Маринеров поворачивает на север к экватору и вливается в так называемую “хаотическую местность” - истерзанный и развороченный ландшафт из массивных останков, долин и изломов. Из северной части этой хаотичной зоны появляются глубоко врезанные, очень широкие и длинные каналы - Симуд, Тиу и Арес (в последнем 4 июля 1997 года совершил посадку спускаемый аппарат НАСА “Глобал Сервейер”). Эти каналы пересекают дно огромной котловины, известной под названием равнина Хриса, где к ним присоединяются другие каналы, в том числе и Касей, который выходит из северной части центральной секции каньонов Маринеров и тянется на 3 тысячи км.
      Равнина Эллада (Hellas Planitia) - Ударная впадина почти круглой формы диаметром 1800 км на поверхности Марса. Равнина Эллада, выделяющаяся светлым цветом, уже давно нанесена на карты Марса. Раньше ее называли просто "Эллада".

Сайт уже размещал заметки о Венере. Предлагаем вниманию читателей статью по мофологии Венеры.  

     Всегда ли ландшафты соседней планеты выглядели столь безрадостно или когда-то они хотя бы отдаленно напоминали земные? Получая все новые данные о нашей соседке, ученые стремились понять, чем является современный венерианский пейзаж - портретом давно минувшего нашей 3емли или одним из возможных сценариев ее будущего? Вода, сыгравшая колоссальную роль в эволюции 3емли, находится на нашей планете в жидком состоянии благодаря тому, что 3емля занимает в Солнечной системе уникальное место - она расположена не слишком далеко, но и не слишком близко от Солнца, и потому не превратилась ни в ледяную, ни в безводную пустыню. Иная судьба была уготована Венере.
     О том, что там могло происходить, легче всего судить, если мысленно переместить 3емлю на орбитy Венеры. В этом случае, оказавшись ближе к Солнцу и получая от него почти в два раза большее количество тепла, 3емля начнет стремительно терять воду, поскольку возрастание глобальной температуры усилит испарение с поверхности океанов. Содержание водяного пара в атмосфере увеличится. Водяной пар относится к так называемым парниковым газам, то есть он без труда пропускает к земной поверхности тепло, идущее от Солнца, но задерживает уход тепла от 3емли в космос. Повышение доли водяного пара в атмосфере вызовет усиление парникового эффекта, из-за чего еще более возрастет температура поверхности, азначит, и испарение. Этот замкнутый циклический процесс приведет к так называемому разгоняющемуся парниковому эффекту, который приобретет необратимый характер, Мировой океан полностью испарится, а водяной пар под действием солнечной радиации распадется на кислород и водород. Кислород вступит в химическое взаимодействие с породами поверхности планеты, водород же рассеится в космическом пространстве.

Слой Толщина Состав Кора 16-50 км кремниевые породы Мантия 3000 -3300км твердые породы Ядро (радиус) 3000 км полу расплавленное железо и никель

Внутреннее строение Венеры (3 основные части)

     А вот была ли когда-то вода на Венере, и не просто вода, а целые моря и океаны, вполне сопоставимые с земными? Предположение о том, что Венера обладала схожей с земной гидросферой, которая погибла из-за разгоняющегося парникового эффекта, имеет под собой определенные основания. Однако никаких следов деятельности жидкой воды в рельефе Венеры пока не обнаружено. На подробных снимках, охватывающих практически всю поверхность планеты, нет ни одной детали, происхождение которой можно было бы хоть в какой-то степени связать с эрозионным воздействием воды.
     Венера — единственная планета Солнечной системы, собственное вращение которой противоположно направлению ее обращения вокруг Солнца. Период собственного вращения близок к 243 земным суткам, что соответствует угловой скорости вращения 2,99 · 10^-7 рад/с (у Земли 7,292 · 10^-5 рад/с). Из-за «обратного» направления вращения Венеры длительность солнечных суток на ней в 116,8 раз больше, чем на Земле, так что за один венерианский год восход и заход Солнца на Венере происходит всего дважды.
     Расстояние от Венеры до Земли изменяется от 38 млн. км до 258 млн. км. Наклон плоскости экватора Венеры к плоскости ее орбиты не превышает 3°, из-за чего сезонные изменения на ней незначительны.
     Для земного наблюдателя угловое расстояние Венеры от Солнца не превышает 48°, вследствие чего она видна только в течение некоторого времени после захода Солнца (вечерняя звезда) или незадолго до его восхода (утренняя звезда). Венера — наиболее яркое (после Солнца и Луны) светило земного неба. В максимуме блеска она достигает -4,8 звездной величины. Еще одним следствием нахождения Венеры внутри орбиты Земли является такая же, как у Луны, смена фаз, открытая еще в 1610г Г. Галилеем. Во время наибольшего сближения, когда Венера становится особенно яркой, даже в небольшой телескоп можно увидеть, что планета имеет вид серпа. Кроме того можно наблюдать довольно редкое явление - прохождение Венеры по диску Солнца. Событие довольно редкое, происходящее примерно дважды в столетие - точнее периодичность 121,5-8-105,5-8 лет. Предыдущее прохождение было 6 декабря 1882 г, а следующие было 8 июня 2004 года и следующее будет 6 июня 2012г.
     Период вращения планеты и координаты ее Северного полюса, полученные в результате совместной обработки бортовых радиолокационных и доплеровских измерений "Магеллана" и "Венеры-15, -16" для 20 опорных точек поверхности Венеры, оказались следующими: Период вращения Т=243,0183 земных суток. Прямое восхождение = 272,57. Склонение = 67,14.

     Единственный способ получить изображение поверхности Венеры извне и составить ее карту - это радиолокационные наблюдения. Изображения, полученные радиолокатором (радаром) бокового обзора, практически не отличаются от чернобелых фотографий или телевизионных снимков. Их анализ-главный способ изучения геологического строения поверхности Венеры. Важным дополнением к ним служат данные о высотах поверхности, получаемые с помощью радиовысотомера (радиосигнал посылается по вертикали к поверхности планеты, отражается от нее и принимается на борту спутника). По времени между посылкой радиоимпульса и его приемом определяется высота спутника над планетой и строится карта высот поверхности. Среди структур рельефа, выявленных на поверхности Венеры с помощью радиолокационных снимков, особый интерес представляют два типа свойственных только Венере образований - тессеры и венцы. Впервые они были обнаружены при анализе данных, полученных с отечественных искусственных спутников «Венера-15 и -16» в 1983-1984 годах.
     Тессеры (от греч. - «черепица») представляют собой возвышенности, нагорья размером от сотен до тысяч километров, поверхность которых пересечена в разных направлениях системами хребтов и разделяющих их желобов-долин. Эти хребты образуют сложную мозаику, напоминающую черепичную крышу, так как поверхность их имеет многочисленные ступенчатые перепады высот. Тессеры образованы в результате неоднократных сложных тектонических движений верхних слоев планеты, сопоовождаемых расколами, поднятиями и опусканиями различных участков поверхности. Областям тессер, как наиболее древним структурам планеты, присвоены имена различных богинь, связанных со временем и судьбой. Так, крупное нагорье такого типа, протянувшееся на 3 000 км неподалеку от северного полюса Венеры, названо тессерой Фортуны, а к югу от него находится тессера Лаймы, носящая имя латышской богини счастья и судьбы. Тессеры, занимающие 8% территории планеты, - второй по распространенности тип рельефа на Венере после равнин (около 80% территории). На все остальные 10 типов рельефа при- ходится примерно 12% всей площади планеты.

Долина Лунанг - извилистая ложбина, вьющаяся между горными отрогами тессеры Атропос. Это ныне сухое русло длинной 250 км и шириной 1-1,5 км образовалось в результате быстрого течения очень подвижной лавы малой вязкости, излившейся на поверхность Венеры из вулканического кратера на склоне высокогорного массива (3-я часть). Большие порции лавы растекались по низинам, где медленно застывали, образуя базальтовые равнины. А более поздние излияния промывали в еще не затвердевшей поверхности своего рода русла, по которым текла лава.

Вулканическая деятельность на Венере

Крупнейший вулкан Венеры - гора Маат возвышается на 8 км над своим подножьем и на 11 км - над средним уровнем планеты. Диаметр основания этого вулкана - 600 км. Только здесь найдены признаки недавней активности - вершина горы покрыта темным веществом с уникальными характеристиками, которых нет ни у одного из сотен вулканов Венеры. На переднем плане - свежий лавовый поток, в центре - кратер Пископия диаметром 26 км, узкая светлая линия - тектонический разлом, указывающий, что в этой области были землетрясения. На горизонте - еще один крупный вулкан высотой 7 км - гора Уззы.

      Второй тип уникальных образований - венцы (округлые возвышенности диаметром от 100 до 600 км), состоящие из кольца горных гряд с межгорным плато в центре. Плато расположено, как правило, ниже, чем кольцо гряд, но выше, чем равнинная местность вокруг него. Таких венцов на Венере несколько сотен. Считается, что эти структуры образовались над так называемыми мантийными плюмами (потоки разогретого материала, поднимающегося к поверхности из частично расплавленной мантии, расположенной под твердой корой планеты). Вокруг многих из венцов наблюдаются застывшие лавовые потоки, расходящиеся в стороны в виде широких языков с фестончатым внешним краем. Венцы могли служить основными источниками, через которые на поверхность планеты поступало расплавленное вещество из недр. 3астывая, эти лавы сформировали обширные равнинные участки, занимающие теперь около 80% территории Венеры. Названия этим изобильным источникам расплавленных горных пород даны по именам богинь, связанных с плодородием и изобилием.
      Поскольку на Венере нет ни океанов, ни морей, то она представляет собой своего рода огромный единый материк. Поэтому и карта Венеры - это изображение бесконечной суши. Площадь венерианской поверхности - 460 млн. км², максимальные различия высот - 13 км (на 3емле - 20 км). Около 80% поверхности Венеры - это высоты, отклоняющиеся от среднего ее радиуса не более чем на 500 м. Однако отдельные вулканические горы гораздо крупнее по площади, чем земные вулканы. Диаметр основания многих венерианских вулканов достигает от 100 до 500 км, а высота их - не более 1-5 км.
      На Венере обнаружено около 1 000 метеоритных кратеров (в среднем по 2 кратера на 1 млн. км₂). Поскольку такая плотность намного меньше, чем на Луне, Меркурии или Марсе, то венерианские кратеры либо образовывались в меньшем количестве, из-за экранирующего действия плотной атмосферы, либо были «стерты» последующими геологическими процессами (например, обширными излияниями лав, покрывающих большую часть этой планеты). Кратеры Венеры, диаметром от 2 до 270 км, расположены по территории в беспорядке и накладываются на самые разные геологические структуры случайным образом. Вокруг большинства из них виден покров выброшенного материала, который расположен в виде лучей. Несколько кратеров затоплено лавой, поступившей с прилегающих равнин, но подавляющее их большинство имеет очень отчетливый, «свежий» облик, что указывает на слабую интенсивность процессов эрозии материала на поверхности Венеры, что естественно для планеты, на которой отсутствует жидкая вода. Детальный анализ изображений поверхности Венеры уже проявил общую картину ее геологической эволюции. Наблюдаемые на ней геологические образования формируют 3 структурных этажа. В первый, наиболее древний, входят тессеры, горные пояса, равнины с густой сетью борозд-трещин и пояса гряд. Во второй, промежуточный по возрасту,- обширные равнинные области. В третий, наиболее молодой, - гладкие равнины и равнины с языковидными лавовыми потоками. Вещественный состав первого «этажа» неизвестен, ни один из космических аппаратов не совершал посадку в такие районы. Горные породы второго и третьего - это базальтовые лавы, сходные с теми, что слагают дно океанов на 3емле. Их химический состав был неоднократно определен при посадках автоматических станций в различных районах Венеры с помощью комплекса аналитических приборов, созданных в лаборатории Ю.А. Суркова в ГЕОХИ. Достоверных следов современной геологической активности на планете не обнаружено. Считается, что за последние 500 млн. лет там не произошло сколько-нибудь существенных изменений. В возможной активности «подозревается» только один из крупнейших вулканов планеты - гора Маат.

     Согласно решению Международного астрономического союза на карте Венеры - только женские имена, поскольку и сама она, единственная из планет, носит женское имя. Названия для деталей ее рельефа, которые берутся из мифологий различных народов мира, присваиваются в соответствии с заведенным порядком. Так, например, возвышенностям (горы, плато, хребты, гряды) даются имена богинь, низменностям - героинь мифов. Нашлось на Венере место и для реальных имен и фамилий женщин - они служат названиями кратеров. Причем кратеры покрупней (диаметром более 20 км) называются фамилиями известных личностей (посмертно), а малые кратеры - просто обычными личными именами. Так, на высокогорном плато Лакшми можно встретить небольшие кратеры Берта, Людмила и Тамара, расположенные южнее гор Фрейи и восточнее крупного кратера Осипенко. Горную местность в северном полушарии планеты пересекает протяженный каньон Бабы-яги, а по одной из равнин протянулись гряды Ведьмы.
     Вокруг северного полюса простираются равнина Лоухи - хозяйки Севера в карельских и финских мифах, а также равнина Снегурочки. В другой части планеты рядом с венцом Нефертити находится кратер Потанина, носящий имя русской исследовательницы Центральной Азии, а рядом - кратер Войнич (английской писательницы, автора романа «Овод»). По разным районам Венеры разбросан весь гарем Абдуллы из фильма «Белое солнце пустыни», не забыта также «любезная Катерина Матвеевна», жена товарища Сухова.

Кратер Зоя диаметром 22 км - типичный малый кратер на Венере. 80% из 967 метеоритных кратеров Венеры имеют диаметр менее 30 км. На радарных снимках днище их темное, что указывает на гладкую поверхность. Валы этих кратеров и выбросы из них - светлые, из-за сильного рассеивания радарного сигнала, обусловленного большой шероховатостью поверхности, покрытой обломками каменного материала, выброшенного при взрыве во время образования кратера.

     Вообще же, эта планета лидирует по числу наименованных деталей среди всех планетных тел. На Венере же и самое большое разнообразие названий по их происхождению. 3десь встречаются имена из мифов 192 различных национальностей и этнических групп со всех континентов мира. Причем названия располагаются по планете вперемешку, без образования «национальных районов». Самые крупные детали рельефа на Венере-обширные возвышенности, своего рода континенты - называются «землями». Они имеют в поперечнике от 5 до 10 тыс. км и высоту до 3-5 км над прилегающими низменностями. Их на Венере три, и все носят имена богинь любви. У экватора расположена самая крупная - 3емля Афродиты - греческой богини, у северного полюса -3емля Иштар, вавилонской богини, а ближе к южному полюсу-3емля Лады, славянской богини.

Георгий Бурба, кандидат географических наук

    

Загадочный спутник Энцелад

    С небольшим ледяным спутником Сатурна Энцеладом (Enceladus) связаны едва ли не самые захватывающие открытия, сделанные в ходе экспедиции американской АМС "Кассини" (Cassini). И еще больше открытий ожидают от Энцелада в будущем. Первые сведения о необычном с точки зрения земной геологии строении Энцелада появились еще в августе 1981 года, в ходе сближения с этим небесным телом "Вояджера-2" (Voyager 2). "Вояджер" передал на Землю снимки необычного гладкого ландшафта, который свидетельствовал о том, что эта луна была геологически активна по крайней мере 100 миллионов лет назад. Однако удовлетворительного объяснения тому обстоятельству, что крошечный Энцелад (поперечник которого около 500 километров) некогда был столь горяч, что плавился, дать никто не мог. Энцелад вряд ли может содержать достаточное количество радиоактивных материалов, чтобы разогреваться за их счет, его орбита недостаточно эксцентрична для того, чтобы нагрев объяснить приливно-отливными взаимодействиями с планетой-гигантом (орбита Энцелада - 237 378 километров от Сатурна, это две трети расстояния от Земли до Луны (384 400 км), и там нет даже достаточного количества аммиака, чтобы этим можно было обосновать пониженную температуру плавления поверхности луны. После "Вояджера" исследователи просто отложили проблему Энцелада на неопределенное время, сочтя ее на текущем этапе неразрешимой (некоторые планетологи, впрочем, считали и считают, что разогреть внутренности Энцелада и послужить причиной его "водного вулканизма" могли бы приливно-отливные взаимодействия между Энцеладом и Мимасом (Mimas) - соседним спутником Сатурна).

На данном изображении показана одна из возможных моделей работы холодных гейзеров на Энцеладе, где разогрев идет за счет гравитационно - приливных сил. Подобные гейзеры выстреливают в высоту на 100 км.

Влияние приливных сил на Энцелад - АТМОСФЕРА

    Только в начале 2005 года "Кассини", направив на Энцелад свои более совершенные фотокамеры и приборы, смог сдвинуть изучение Энцелада с мертвой точки. Результаты, полученные в ходе пролетов этого спутника 17 февраля, 9 марта и 14 июля, ошеломили и восхитили ученых. Теперь по установленному графику следующий "контакт" с Энцеладом произойдет 12 марта 2008 года. И в очередной раз высоту этого пролета решено снизить до 100 километров - это станет новым рекордным сближением. Крошечная луна, может похвастаться разреженной атмосферой, состоящей из водяного пара с примесью азота, углекислого газа и т.д. Простейшие молекулы на основе углерода (то есть простейшая органика; простые органические соединения включают в себя углекислый газ и молекулы, содержащие водород и углерод, - вроде метана, этана и этилена) были обнаружены в районе его южного полюса. Сам южный полюс Энцелада представляет собой своего рода райское местечко в условиях ледяной пустыни - там царят более высокие (если сравнивать с ожидаемыми минус 203 градусами Цельсия) температуры - минус 183 градуса. Энцелад отражает почти 100% света, поскольку покрыт льдом (плотность Энцелада 1,1 г/см³), поэтому температура там по идее должна быть очень низкой. Кроме всего прочего, южный полюс Энцелада - это средоточие геологической активности. Данная область исчерчена параллельными трещинами длиной около 81 мили (130 км), отстоящими одна от другой на 40 км. Эти трещины, получившие наименования "тигриных полос", изрыгают пар и крошечные капельки воды, которые кристаллизуются на поверхности Энцелада уже тысячу лет. Температура около этих полос на несколько десятков градусов выше, чем на окружающих равнинах. Мельчайшие ледяные осколки - это, вероятно, основной источник частиц, которые непрерывно пополняют наиболее удаленное и самое широкое кольцо Сатурна, кольцо "E", растянувшееся на 302 557 километров. "Кассини" тогда (июль 2005) так и не смог обнаружить никаких ледяных гейзеров или ледяных вулканов, но почти полное отсутствие аммиака и объемы покидающего спутник водяного пара позволяли предположить, что вулканические процессы на Энцеладе все-таки продолжаются, и все это может считаться своеобразным водным вулканизмом.
    "Мы обнаружили простейшую органику в "тигриных полосах", - заявил на 37-й ежегодной встрече Отделения планетарных наук Американского астрономического общества, работающей в Кембридже, доктор Роберт Браун (Robert Brown), руководитель группы визуальных и инфракрасных спектрометрических исследований Аризонского университета (Тусон, США). - Метан был, вероятно, заперт в глубинах Энцелада со времен формирования Солнечной системы, и теперь он просачивается сквозь щели". Визуальный и инфракрасный спектрометры не смогли обнаружить азот, однако ионный масс-спектрометр "Кассини", похоже, все же зарегистрировал следы его присутствия в атмосфере Энцелада. Все остальные показания этих двух очень различных по принципу действия приборов (в одном случае регистрируется спектр излучения вещества, а в другом - его состав определяется путем разделения ионизованных частиц по массам в магнитном поле) полностью совместимы между собой, что позволяет поверить в надежность полученных результатов. "Так что мы имеем дело с подповерхностной жидкой водой, простейшей органикой и водяным паром. За долгие годы (а возраст Энцелада составляет приблизительно 4,5 миллиарда лет, точно так же как и у Земли и остальной части Солнечной системы) нагревание этого "коктейля" из простой органики, воды и азота могло породить некоторые из самых основных стандартных кирпичиков жизни, - фантазирует Браун. - Случилось ли нечто подобное на Энцеладе? Это пока не ясно, но Энцелад очень похож на юпитерианскую луну Европу (хотя Энцелад в 6 раз ее меньше) и планету Марс, и теперь он должен стать местом, где мы в конечном счете будем искать жизнь".
    Ключевая информация может также поступить от магнитометров "Кассини". Во всяком случае, именно колебания магнитного поля Европы в свое время убедили специалистов в том, что ее подповерхностный океан - реальность. Возможно то же самое случится и с Энцеладом. В настоящее время данные анализируются учеными лондонского Имперского колледжа (Imperial College).

    17 февраля 2005 года Кассини пролетел на расстояниии около 17 тысяч километров от поверхности спутника Сатурна - Энцелада. Полученные данные указывают, что у этого спутника есть довольно динамичная атмосфера. Атмосфера у Энцелада была обнаружена с помощью магнетометра Cassini. С помощью масс-спектрометра и ультрафиолетового спектрографа удалось установить, что атмосфера Энцелада на 65% состоит из водяного пара, 20% приходятся на молекулярный водород, а остальные 15% - это углекислый газ, молекулярный азот и моноксид углерода (СО). Причем, характер распределения плотности водяного пара по высоте указывает на то, что он, скорее всего, выделяется из какого-то геотермального источника. Гравитационное притяжение Энцелада очень мало и его атмосфера должна была бы давно рассеяться в космосе. Это означает, что на поверхности Энцелада идет постоянное выделение водяного пара. Температура поверхности вблизи экватора Энцелада составляет -193°С. Она примерно совпадает с теоретической, рассчитанной на основе данных об интенсивности излучения Солнца в этой части солнечной системы. По идее на полюсах Энцелада должно быть холоднее, чем на экваторе, так как солнечные лучи здесь падают на поверхность почти по касательной. Однако средняя температура южной приполярной области составляет -188°, а на некоторых небольших участках вблизи большого разлома она еще выше - -163°. Ученые считают, что именно в этих местах под действием внутреннего тепла происходит испарение поверхностного льда с образованием облаков водяного пара. Подобные данные озадачивают ученых: ведь если нагрев недр происходит из-за приливной раскачки, то почему разогреву подвергается только область вокруг южного полюса, где расположены загадочные полосы.
    14 июля 2005 станция "Кассини" прошла на рекордно близком расстоянии от поверхности спутника Сатурна (пролет на расстоянии 175 км от поверхности). Сделанные снимки повергли астрономов в изумление: оказалось, что ледовая поверхность Энцелада сплошь покрыта гигантскими валунами диаметром в 10-20 метров (а камера ISS способна различать предметы размером всего в четыре метра). Нигде больше в Солнечной системе ничего подобного не наблюдалось. Поверхность Энцелада испещрена трещинами, возникшими, вероятно, вследствие мощного воздействия гравитации Сатурна и других его спутников, однако, как ни парадоксально, вышеуказанные валуны имеют тенденцию располагаться где угодно, но только не в трещинах. Следовательно, трещины возникли уже после того, как эти "айсберги" окончательно сформировались. Учёные теряются в догадках относительно природы такого ландшафта. Есть, однако, и некоторые догадки. Геологи различают на поверхности Энцелада следы не менее 5 этапов его геологической эволюции. Бескратерные районы датируются возрастом менее 100 млн. лет. Это всего 2% продолжительности истории Энцелада. Теоретики в качестве возможного источника активности сейчас называют приливное рассеяние энергии, вызываемое Дионой и самим Сатурном, но для этого спутник должен был находиться на более вытянутой орбите.

Наиболее впечатляющие изображения Энцелада полученные аппаратами Кассини (NASA/ESA)
1 - Тигровые полосы Энцелада - области повышенной температуры. 2/3/4 - Конец 2005 года Кассини зарегистрировал гейзеры на Энцеладе. Солнце на этих снимках расположено позади спутника Сатурна. Область, в которой происходит выброс больших масс тончайшей ледяной пыли, это район вблизи южного полюса Энцелада, покрытый многокилометровыми разломами под названием "полосы тигра". Это, по всем признакам, геологически активный участок луны, а сами "полосы тигра" вполне могли образоваться всего 10-20 лет назад. Таким образом, гипотеза о прямой связи активной области "тигриных полос" и атмосферы спутника - блестяще подтвердилась. 5 - Энцелад 15 января расстояние около 367000 км с разрешением около 2 км на пиксель. 6 - Мозаика из снимков Энцелада с Вояджера. 7 - Трещины на "ледяной" поверхности Энцелада чем то напоминают Европу - спутник Юпитера, хотя снег здесь может быть из аммиака. 8 - Это изображение сделано в видимом свете узкоугольной камерой с расстояния 10 750 километров, разрешение оригинала составляет 60 метров на пиксель. 9 - Панорамный снимок Энцелада. 10 - Энцелад (Enceladus) заметно меньше нашей Луны, но помещённый на её место освещал бы Землю намного сильнее. 11/12/14/15/16 - Трещины и борозды на поверхности Энцелада. И температурная зависимость. 13 - Сравнение размеров Энцелада и Великобритании.
Наиболее впечатляющие изображения Энцелада полученные аппаратами Кассини (NASA/ESA)

    В конце 2005 года зонд Cassini, который работает на орбите Сатурна, проводил съемку Энцелада, одного из спутников этой планеты. На снимках, сделанных в тот момент, когда Энцелад подсвечивался сзади Солнцем, ученые обнаружили нечто похожее на фонтаны. На поверхности Энцелада в его южной приполярной области, как оказалось, есть источники, выбрасывающие в окружающее пространство "фонтаны" мелких частиц. Таких фонтанов там несколько и они разных размеров. Для получения более надежной информации команда ученых провела обработку снимков, чтобы усилить слабый сигнал и сделать более наглядными контуры факелов выбрасываемой материи. На основе данных о рассеянии света выбрасываемыми частицами ученые определили, что частицы представляют собой главным образом маленькие кристаллики водяного льда и что высота этих фонтанов составляет не менее 100 км. Пока точно неизвестно, что вызывает такой выброс льда с поверхности Энцелада. Но есть две гипотезы. Первая состоит в том, что частички водяного льда - это замерзшие пары воды, образовавшиеся при нагревании поверхностного льда Солнцем. Вторая предполагает, что на некоторой глубине под поверхностью Энцелада температура породы достаточно высока для превращения льда в воду и эта вода под давлением выбрасывается на поверхность как в гейзере. Чтобы прояснить ситуацию, зонду Cassini нужно продолжить исследования Энцелада.

  Из множества спутников Юпитера (63 спутника), перечисленных в таблице, выделяются 4 галилеевых спутника, известных со времен Галилея. Это Ио (имя женского рода), Европа, Ганимед и Каллисто. Они выделяются большими размерами (от размеров Луны до размеров Меркурия) и близостью к планете. Известны еще более близкие к Юпитеру спутники: это 3 совсем маленьких тела, и Амальтея, имеющая неправильную форму (ее размеры примерно 130х80 км). Вместе с ними галилеевы спутники образуют так называемую правильную систему, которая отличается компланарностью (расположением орбит спутников в плоскости экватора планеты) и почти круговой формой орбит. Если сравнить их с положением нашей Луны, то Ио находится на 10% дальше, а Каллисто — в 4,9 раза дальше Луны. Но из-за огромной массы Юпитера на один оборот вокруг планеты они затрачивают всего 1,8 и 16,7 сут.
    Со времени их открытия они оставались одним из самых популярных объектов астрономических наблюдений. Но если бы астрономы тогда знали, какие чудеса таятся на этих небесных телах!

    Закон Мерфи: Краткая история исследований космоса полна забавных, а иногда и невеселых происшествий, недоразумений и неожиданных открытий. Постепенно возник некий фольклор, которым специалисты обмениваются при встречах. Часто он связан с неожиданностями в поведении космических аппаратов. Недаром в кругах исследователей космоса родилась полушутливая, полусерьезная формулировка закона Мерфи—Чизехолма: «Все, что может испортиться, — портится. Все, что не может испортиться, портится тоже». Одна из сугубо научных статей в журнале «Сайенс» так и начиналась: «В соответствии с законом Мерфи...» Но к счастью, бывает и наоборот. Случай, о котором мы расскажем, скорее относится к такому удивительному везению. Трудно сказать, сколько здесь правды, но научная канва этой истории вполне достоверна.

ИО - ГАЗОВЫЕ СТОЛБЫ PROMETHEUS и ZAMARA

    Точному знанию положения космического аппарата у далекой от Земли планеты способствуют не только средства радионавигации, но и передаваемые аппаратом телевизионные изображения, на которых видны спутники на фоне звезд. Получаемые относительные положения небесных тел вводятся в вычислительную машину, которая уточняет координаты аппарата. Одна из легенд рассказывает, что когда «Вояджер-1» приближался к Юпитеру, ЭВМ указала руководительнице эксперимента на ошибку во вводимой в ЭВМ магнитной ленте с записью изображения спутника Ио. Причина была непонятной, но в конце концов ученой удалось выяснить, что форма лимба Ио не соответствовала заложенным в ЭВМ представлениям о круглом небесном теле. Сбоку у Ио что-то выступало. Это «что-то» впоследствии оказалось огромным газовым султаном, который поднимался на высоту около 250—300 км над действующим вулканом.
    Следует сказать, что Ио давно удивляет астрономов. Мы уже говорили, что несколько лет назад вдоль орбиты Ио было обнаружено излучение кислорода, паров натрия и серы. Как сохраняется такой тор («бублик») в пространстве? Вначале ученым показалось, что все объяснили телевизионные снимки Ио: 7—8 действующих вулканов на ее поверхности выбрасывают фонтаны газообразных веществ, поднимающихся на сотни километров. Бледно-оранжевый цвет некоторых участков поверхности Ио вызван, по-видимому, отложениями серы и сконденсированного сернистого газа. Если предположить, что часть продуктов извержений рассеивается в космосе, происхождение газового тора вдоль орбиты Ио находит объяснение.

ГАЗОВЫЕ СТОЛБЫ НА ИО

    Но дело в том, что Ио — довольно массивное небесное тело (на 20% больше массы Луны), а средняя плотность составляет 3,53 г/см³. Диаметр Ио 3620 км (Луны 3476 км). Расчеты показывают, что ускорение свободного падения на ее поверхности достаточно велико, 1,81 м/с². Тяжелый сернистый газ, а также пары серы, выброшенные из вулканической кальдеры, из-за низкой температуры быстро конденсируются и в таком виде, как иней и снег, выпадают на поверхность Ио. Этот процесс опережает разрушение молекулы газа ультрафиолетовым излучением Солнца (фотодиссоциацию). В то же время ускорение свободного падения недостаточно, чтобы удержать такую атмосферу, как у Марса, хотя какие-то следы атмосферы Ио имеет. Выброс газа на высоту несколько сотен километров требует скоростей истечения газа из жерла примерно 1 км/с. Высокой скорости истечения способствует ничтожная плотность атмосферы Ио: от 10 до 100 миллионов раз меньше, чем у поверхности Земли. По земным понятиям — это глубочайший вакуум. Но концентрация молекул не так уж мала, около
10¹¹ см^-3. У всех остальных спутников Юпитера, Сатурна и Урана, как и у планеты Меркурий, плотность атмосферы еще в миллиарды раз ниже. Попросту говоря, атмосферы у них нет. Исключение — спутник Сатурна Титан. Отложим немного разгадку, как сера и натрий попадают в космос и образуют тор из нейтральных и ионизованных атомов и обратимся к удивительному механизму извержений на Ио.
    Энергия для вулканов: Ио недостаточно велика, чтобы радиоактивный распад элементов в ее недрах вызвал сильный разогрев коры, как это происходит на Земле. Энергия для разогрева черпается совсем из другого источника: из приливных воздействий второго галилеева спутника, Европы, самого Юпитера и в небольшой степени третьего спутника — Ганимеда. Подобно тому как в атомах запрещены определенные сочетания состояний электронных оболочек, в системе Юпитера запрещены (хотя и по другим причинам) некоторые конфигурации (взаимные расположения) спутников. Как только Ио приближается к определенной точке относительно Европы и Ганимеда, влияние последних начинает искажать орбиту Ио. За каждый оборот Ио дважды изменяет орбиту, смещаясь радиально на 10 км «вверх» и «вниз». Орбита становится не совсем круговой, хотя эксцентриситет всего 0,004. Ио имеет значительный приливный выступ (отличие от сферичности) и при движении вдоль орбиты испытывает сильную либрацию (покачивание), хотя, подобно другим галилеевым спутникам, находится в синхронном вращении, т. е. всегда обращена одной стороной к Юпитеру.
    Приливные силы изгибают литосферу Ио и разогревают ее подобно тому, как нагревается изгибаемая проволока. Благодаря приливным воздействиям в недрах Ио выделяется огромная энергия — 60—80 млн. МВт. По-видимому, она распределяется неравномерно, больше выделяется в приповерхностных слоях небесного тела. В результате рассеяния этой энергии движение всех трех тел постепенно замедляется, но происходит это чрезвычайно медленно.
    Нечасто бывает, чтобы предсказание теории нашло подтверждение всего через 2 месяца, но в случае Ио было именно так. Ее вулканические извержения были предсказаны на основе анализа взаимных возмущений галилеевых спутников. Предсказание было опубликовано незадолго до сближения с Ио «Вояджера». Мощность, рассеиваемая в приливных возмущениях Ио, достигает 2 Вт/м² — это в 30 раз больше тепла, чем выделяется через поверхность Земли. Дистанционные измерения температуры поверхности, которая при равновесии с получаемой от Солнца энергией должна составлять примерно 140 К в районе экватора Ио, привели к совсем удивительным результатам. Равнины, покрытые слоем белых отложений, имеют даже более низкую температуру, 130 К. Это понятно: высокое альбедо поверхности уменьшает количество поглощаемой энергии.
    Вулканы и горячие пятна: Вместе с тем около 2% поверхности занимают активные горячие пятна. Их насчитывается более 10. Температура в пятнах 310, 400 и даже 600 К, причем размеры пятен колеблются в пределах от 75 до 250 км. «Вояджер-1» застал 8 активных гигантских извержений, места которых были отождествлены с горячими пятнами. Сблизившийся с Ио через 4 месяца «Вояджер-2» обнаружил, что 7 из них все еще продолжают извергаться. «Выключился» только один из наиболее крупных вулканов, получивший название Пеле (в честь бога вулканов). В 1979 г. в точке, которая оказалась вулканической кальдерой Пеле, была зарегистрирована наивысшая температура, 600 К.

    Интересно отметить, что центр извержения почему-то темный, а в стороны распространяются оранжевые потоки — продукты извержений. По-видимому, они накапливаются в глубинных резервуарах расплавленных веществ. Есть признаки того, что продолжительность существования вулканической кальдеры тем больше, чем из более глубоких резервуаров происходит извержение.
    Вулканы Ио делятся на несколько типов. Первые имеют температуру 350—400 К и скорость выброса газовых продуктов около 500 м/с. Высота газового султана достигает 100 км и более, а выпадающие осадки имеют белый цвет. Таких большинство. Вторые отличаются очень высокой температурой кальдеры, имеют скорость выбросов около 1 км/с и высоту султана до 300 км. Главная их особенность — темная кольцевая окантовка на расстояниях нескольких сотен километров от кальдер, К ним относится Пеле и найденные позднее Сурт и Атен. Кольцо газоконденсатной природы вокруг Пеле имеет характерную форму следа подковы диаметром около 1000 км, а отложения на поверхности составили эллипс размерами 950х1400 км.
    В центре извержения расположено несколько обширных плоскогорий с обрывистыми краями и разделяющей их широкой долиной. Вся поверхность имеет темные оттенки оранжевого и коричневого цветов. Лишь плоскогорье выделяется более светлой окраской. Среди интересных гипотез имеется предположение о гейзерном характере извержений второго типа, когда происходит внезапный фазовый переход летучих веществ (жидкость — газ). Такой фазовый переход в глубинном резервуаре известен для земных вулканов, например, острова Св. Елены. Для сернистого газа переход должен происходить при температуре 400 К, а для серы примерно при температуре 700 К. Если принять эту гипотезу, малые султаны соответствуют выбросам с небольших глубин, большие — выбросам из глубоких резервуаров.

ВУЛКАНИЧЕСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ НА ИО

    Состав продуктов извержений (сера, сернистый газ и некоторые сульфиды) присутствует и в вулканических извержениях на Земле, но к основным составляющим извержений не относится. Чтобы судить о реальной мощности вулканизма на Ио, важно знать, много ли вещества выбрасывается в извержениях, для чего можно воспользоваться сведениями о возрасте поверхности. В свою очередь, для оценки (относительной) возраста поверхности небесных тел широко используется метод подсчета количества метеоритных кратеров, приходящихся на единицу поверхности. Метод дает оценку возраста, если, конечно, известна средняя плотность метеоритной бомбардировки (о некоторых трудностях такой оценки мы расскажем в разделе, посвященном Каллисто). По отсутствию метеоритных кратеров на поверхности Ио было установлено, что поверхность эта очень молодая, около 1 млн. лет. Ее составляют продукты извержений. Из-за низкой температуры конденсации отложения конденсатов, как серы, так и сернистого ангидрида, сохраняются очень долго. Толщина слоя отложений оценивается от 3—4 до 20—30 км. В извержениях выбрасываются также силикатные магмы — возможно, таково происхождение темных пятен на поверхности Ио. Общее количество вулканических кальдер на поверхности Ио, в том числе горячих, несколько десятков, но действующих, как уже говорилось, гораздо меньше. Общая площадь вулканических кальдер составляет примерно 2% территории спутника. Все они довольно мелкие (по глубине).
    Необычный вид имеет вулканический объект, получивший название Патера Ра. Отходящие радиально от него змеевидные потоки простираются на расстояния до 200 км, изменяя оттенки от коричневого до светло-оранжевого и снежно-белого тонов. Природа вулканических потоков остается непонятной, как и еще более загадочные объекты — лавовые озера, к которым мы теперь перейдем. На их примере можно также кое-что узнать о времени жизни крупных извержений. Самый сильный сигнал был зарегистрирован тепловыми радиометрами «Вояджеров» от не вполне понятного объекта, который получил имя Локи. На телевизионных снимках с высоким разрешением он предстает как слегка срезанное круглое (кольцевое) образование темного оттенка; в центре его имеется угловатой формы светло-желтый объект размерами примерно в половину всего образования, которое само имеет размер 250 км. По-видимому, темный объект представляет собой озеро расплавленной серы, в центре которого плавает 100-километровый «айсберг» из твердой серы! Вокруг него на темном фоне видны более мелкие обломки того же светлого материала. Примерно в 300 км севернее центра Локи проходит слегка наклонный разлом (трещина), длиной около 200 км, с таким же темным дном, имеющий в центре примерно такой же «айсберг». (Виды Локи на снимках первого и второго аппаратов несколько различаются.) С обеих сторон трещины в небо Ио на высоту 250 км бьют два мощных белых газовых султана, выделяющихся на фоне светло-серой поверхности. Измерения показывают, что жидкий темный материал кальдеры Локи не такой уж темный, он светлее поверхности Луны.
    Тепловой поток: Район Локи давал основной тепловой поток при пролете и «Вояджера-1» и «Вояджера-2» в 1979 г. Но этим дело не ограничилось. Наземные телескопические наблюдения вскоре также позволили зарегистрировать мощный тепловой поток, который появлялся, когда Ио» входила в тень Юпитера. Потом вспомнили, что такое же явление наблюдалось лет за 15 до того и осталось загадкой. Как часто ученых обманывают обстоятельства, что отмечается в известной поговорке, пришедшей еще от древних греков: «После того — не значит вследствие того!» Если бы миллионы мегаватт рассеянной энергии излучались всей поверхностью Ио, температура спутника возросла бы всего на 2 К. Здесь же излучал определенно горячий район относительно небольших размеров. Сопоставление показало также, что источники излучения распределены по поверхности очень неравномерно, появляются и исчезают при вращении спутника, а появление горячих пятен при затмении Юпитером Солнца объясняется попросту тем, что именно в это время мы видим постоянно обращенную к Юпитеру сторону спутника, где расположен... кратер Локи. Дальнейшие наземные исследования показали, что тепловое излучение Ио в течение всех последующих лет неизменно» резко возрастает, как только становится виден меридиан 300—306° з. д., т. е. Локи. Его вклад в излучение Ио составляет половину. В самое последнее время появился новый метод исследований — тепловая поляриметрия. Эти исследования показали, что излучение исходит от гладкой поверхности, расположенной на 13° с. ш. и 303° з. д. С учетом ошибки ±5°, указанной авторами, это снова координаты Локи (16—19° с. ш., 300—306° з. д.). Ученых чрезвычайно интересует, сколько же лет может непрерывно происходить это извержение?

РАЗНЫЕ ЦВЕТОВЫЕ ОТТЕНКИ НА ПОВЕРХНОСТИ ИО

    Разные цветовые оттенки поверхности Ио указывают, что, кроме серы и сконденсированного сернистого газа, там имеются и другие составляющие. Цвет отложений серы также зависит от температуры и может быть белым, желтым, красным, коричневым и даже черным. Широкий выбор цветов могут дать также полисульфиды. Чего определенно нет ни на поверхности Ио, ни в ее вулканических выбросах — это воды, ее снега или инея. А именно вода составляет основную массу вулканических выбросов на Земле. Сейчас воды на Ио, по-видимому, нет совсем. Но всегда ли спутник был безводным или его запасы воды растеряны в извержениях? Этот вопрос еще ждет своего решения, особенно если учесть, что Ганимед и Каллисто на 50—60% состоят из водяного льда и, возможно, жидкой водяной мантии.
    Рельеф Ио: Несколько слов о рельефе Ио. Он в основном равнинный. Кроме гор в центре комплекса Пеле, есть еще несколько крупных массивов. Имеются высокие горы у южного полюса, занимающие площадь около 150х80 км. Интересный объект обнаружен на телевизионных снимках: это гора высотой до 2,5 км с диаметром основания около 85 км, конической формы, которую специалисты относят к щитовым вулканам (отличающимся очень текучими лавами) и которые характеризуются совсем другим типом извержений. Здесь было бы уместно перейти к внутреннему устройству Ио, но у специалистов оно вызывает так много споров, что мы ограничимся лишь общей схемой галилеевых спутников.
    Взаимодействие: Орбита Ио расположена в той части магнитосферы Юпитера, где потоки заряженных частиц особенно плотны — в центре радиационного пояса. Эта часть магнитосферы напоминает 100-кратно увеличенные в размерах радиационные пояса Земли. Плазма здесь сосредоточена в объеме, весьма приближенно имеющем вид диска, который жестко связан с вращающимся магнитным полем планеты. Наряду с протонами и электронами в радиационных поясах Юпитера найдены ионы серы, кислорода и других элементов. Поскольку магнитосфера вращается быстро, часть заряженных частиц выбрасывается из нее центробежными силами и движется в межпланетной среде в виде медленного компонента космических лучей, пульсирующего с периодом вращения Юпитера (9 ч 55,5 мин). На орбите Ио находится тор горячей плазмы с температурой до 5х10⁴ К.

СТРОЕНИЕ ИО

    Электрические и магнитные явления очень интенсивны в магнитосфере Юпитера. Среди чудес природы — мощный естественный электрический генератор, составная часть которого — спутник Ио. Только, пожалуй, «мощный» — не то слово. Между Юпитером и Ио течет ток в 5 млн. А. Мощность этой энергосистемы в 20 раз превышает суммарную мощность всех земных электростанций. Механизм, с помощью которого вырабатывается эта фантастическая мощность, по-видимому, связан с весьма своеобразной структурой так называемых токовых оболочек в плазмосфере Юпитера. Интересно отметить, что такая структура давно была предсказана известным шведским ученым X. Альфвеном для протопланетной туманности. Высказано предположение, что сильные электрические токи у поверхности Ио могут благодаря самостягиванию разряда (пинч-эффекту) концентрироваться на малой площади. Не связаны ли извержения с таким продолжительным прожигающим электрическим разрядом? По-видимому, Ио «работает» как одна из частей гигантского. природного ускорителя заряженных частиц.

    Ио активно взаимодействует с магнитосферой и самим тором, перемешивая частицы средних и низких энергий и поглощая частицы Электрические процессы в магнитосфере на уровне орбиты Ио связаны с радиоизлучением, приходящим с Юпитера в декаметровом диапазоне. Еще в 1964 г. было доказано, что оно определенно зависит от положения Ио: вероятность регистрации радиоизлучения наибольшая, когда Ио оказывается на максимальном угловом расстоянии, от Юпитера, если смотреть с Земли. В меньшей степени такую же зависимость показывают Европа и Ганимед. Космическими аппаратами было зарегистрировано и более длинноволновое излучение — в диапазоне от 0,3 до 30 км. Оно также, по-видимому, генерируется в плазменном торе на орбите Ио.
    Тор вращается со скоростью, почти равной скорости магнитосферы, поэтому частицы в нем движутся намного быстрее, чем Ио. Их относительная скорость достигает 57 км/с, что вызывает интенсивную бомбардировку поверхности спутника и ежесекундно выбивает из нее примерно 1—2 т сернистого газа, который поступает в тор уже в виде однократно и двукратно ионизованных атомов серы и ионизованного кислорода. Измерения показали, что из тора исходит интенсивное излучение сильно ионизованных паров серы на длинах волн 953 и 672 нм и что температура плазмы в торе достигает 50— 100 тыс. К. Это означает, что в тор накачивается огромная энергия порядка 500 тыс. МВт, причем механизм поступления этой энергии в газовое кольцо остается неизвестным. На орбите находится также облако паров щелочного металла натрия, тоже очень большой протяженности — почти в диаметр Юпитера. Сравнительно низко над спутником обнаружены облака нейтральных натрия, калия, кислорода и серы. Структура тора и облаков до конца еще не исследована.

Вулканы в Солнечной системе

    Девять вулканов на Ио: первые активные вулканы вне Земли были обнаружены на Ио, одном из четырех так называемых галилеевых спутников Юпитера. Эта честь в 1979 году выпала Линде Морабито, инженеру калифорнийской Лаборатории реактивного движения NASA. Выполняя рутинную работу по изучению снимков Ио, только что полученных с автоматической станции Voyager-1, она совершенно неожиданно нашла действующие вулканы в космосе - сразу два! На одном из снимков Линда увидела серое грибообразное пятно с расплывчатыми границами, нарушавшими линию горизонта, отображавшуюся на остальных фотографиях четкой светлой полосой на фоне темного неба. Внимательно присмотревшись, она увидела на том же снимке еще одно серое пятно, на этот раз уже на границе освещенной и затененной частей спутника - как будто огромная гора «выпирала» с дневной стороны на ночную. Эти образования можно было бы принять за облака, но в данном случае такое предположение не подходило - ведь атмосферы-то нет. Разгадку нашли, когда после просмотра большого количества снимков обнаружили еще несколько подобных нечетких пятен. Нанеся их на карту, увидели, что всего таких пятен девять и расположены они как раз над яркими оранжевыми кругами на поверхности спутника. Стало ясно, что эти «грибы-зонтики» высотой до 300 км представляют собой газовые фонтаны, бьющие из недр спутника Юпитера, вещество которых, оседая на поверхность, образует яркие оранжевые пятна вокруг вулканических жерл. Первые два вулкана назвали Пеле и Локи в честь гавайской богини вулканов и скандинавского бога огня.

Выброс сернистого газа на дневной стороне Ио. Такие фонтаны достигают 500 км в высоту. Поскольку на этом спутнике Юпитера нет атмосферы, то небо там всегда черное со звездами.

Извержение миров: Ио, Енцелад и Тритон

Крупнейший лавовый поток в Солнечной системе (темная полоса) простирается по поверхности Ио на 500 км. Этот поток в 50 раз длиннее самого большого активного потока Земли (кратер Килауза)

    Более подробное исследование вулканов на Ио было выполнено с помощью американской автоматической станции Galileo, которая была искусственным спутником Юпитера с 1995 по 2003 год. Эта станция даже пролетела однажды внутри газового фонтана высотой 500 км - выбросом вулкана Тор, названного в честь скандинавского бога-громовержца. Дремавший до 2001 года вулкан неожиданно проснулся, и станции Galileo удалось провести химический анализ выбрасываемого вещества. Оказалось, что это - иней сернистого газа (диоксида серы), состоящий из нанохлопьев, всего по 15-20 молекул SO₂ в каждом. Вообще на этом небесном теле обнаружено несколько сотен активных вулканов, среди которых есть крупные, интенсивно фонтанирующие и совсем небольшие с раскаленной лавой на дне кратеров.
    Наибольшее количество действующих вулканов на Ио обнаружила геолог Розали Лопес, уроженка Бразилии, работающая в той же Лаборатории реактивного движения NASA, где были открыты самые первые вулканы на этом спутнике. Она выявила 71 вулкан и за это достижение внесена в 2006 году в «Книгу рекордов Гиннесса» как человек, открывший наибольшее количество действующих вулканов - столько не открывал никто даже на Земле. Вся поверхность планетоида покрыта разноцветными лавовыми потоками, многие из которых окрашены в желто-оранжевые тона благодаря примесям серы. Это небесное тело расположено в пять раз дальше от Солнца, чем Земля, поэтому на его поверхности довольно холодно. В наиболее теплой, экваториальной области температура не поднимается выше –50°С. На фоне такой холодной поверхности имеется множество теплых и даже горячих участков с температурой от 0 до +30°С, нагретых в результате вулканической деятельности. В некоторых кратерах наблюдаются лавовые озера с температурой +1 100°С, что указывает на силикатную лаву, то есть не c серой, а с расплавленным каменным материалом, подобным лавам на Земле. Среди вулканов Ио весьма примечателен Прометей, извержение которого длится 20 лет. В греческом мифе Прометей похитил у богов огонь, чтобы дать его людям, а его тезка на Ио неустанно раздает вулканический жар. Крупнейший в Солнечной системе активный поток лавы находится как раз на этом спутнике Юпитера. Он протянулся на 500 км от действующего вулкана Амирани, который носит имя грузинского мифологического героя, обучившего людей добывать огонь.
    При извержениях на Ио из недр выбрасывается гораздо больше энергии, чем при типичной вулканической деятельности на Земле. Более того, вулкан Локи, например, мощнее, чем все земные вулканы, вместе взятые. Почему же на сравнительно небольшом спутнике (его диаметр - 3 630 км, это чуть больше, чем у Луны) поддерживается такая бурная вулканическая активность? Разгадка кроется не в самой Ио, а в ее соседе Юпитере - крупнейшей планете Солнечной системы - и эллиптичности ее орбиты. Этот гигант, масса которого в 318 раз больше, чем у Земли, постоянно сжимает спутник в объятиях своего гравитационного поля, оказывая на него столь сильное приливное воздействие, что поверхность Ио прогибается с амплитудой 500 м. Подобный процесс, но с меньшей интенсивностью происходит и на Земле. Это - приливы и отливы в океанах под влиянием лунной и солнечной гравитации. В недрах же Ио за счет такой сильной приливной деформации выделяется огромная энергия, расплавляющая образующее ее вещество. Считается, что слой расплавленного вещества начинается уже на глубине 20 км от поверхности. Если бы орбита спутника была точно круговой, то приливные силы давно бы «повернули» его строго одной стороной к Юпитеру, и нагрев прекратился бы. При движении по эллипсу такое абсолютно синхронное вращение невозможно, и Ио, двигаясь по орбите, вынуждена чуть-чуть поворачиваться к гиганту то одним, то другим боком. Изменение расстояния до Юпитера также приводит к периодическому сжатию этого спутника.
    Снегопад на Энцеладе: имя гиганта Энцелада, погребенного, согласно древнегреческой мифологии, под вулканом Этна на средиземноморском острове Сицилия, получил в свое время один из спутников Сатурна. Оно оказалось пророческим, поскольку как раз на данном спутнике позже обнаружилась сильно развитая вулканическая активность. Энцелад стал четвертым небесным телом после Земли, Ио и Тритона, на котором нашли действующие вулканы. Произошло это совсем недавно, в прошлом году, хотя предположения высказывались еще за четверть века до открытия, когда в 1981 году Энцелад был впервые детально заснят с борта автоматической станции Voyager-2. Оказалось, что его поверхность - самая светлая среди всех планет и спутников Солнечной системы, она отражает практически весь падающий на нее свет, то есть Энцелад выглядит белее свежевыпавшего снега. На этом основании решили, что поверхность спутника время от времени покрывается свежими отложениями снега или льда. Такое возможно лишь путем выброса какого-то вещества из недр, поскольку атмосферы у этого небольшого спутника нет, ведь его диаметр всего лишь 500 км и удержать газовую оболочку вокруг себя он не может.
    Энцелад находится в 10 раз дальше от Солнца, чем Земля, поэтому там весьма холодно: средняя температура его поверхности -200°С. Несмотря на столь сильный холод, на этом спутнике бьют водяные фонтаны. Они вырываются время от времени из недр Энцелада через расположенные в районе южного полюса протяженные трещины и поднимаются на высоту до 500 км. Эти несколько трещин в ледяном панцире, температура вдоль которых на несколько десятков градусов выше, чем на окружающих равнинах, получили прозвище «тигровые полосы» - настолько они ровные и параллельные друг другу. Впервые выбросы вещества на этом небесном теле были сфотографированы в 2005 году европейско-американской автоматической станцией Cassini, которая стала первым искусственным спутником Сатурна. Двигаясь по сильно вытянутой орбите вокруг планеты-гиганта, она время от времени пролетает рядом с одним из его многочисленных спутников, после чего передает на Землю их подробные фотографии. В июле 2005 года Cassini пролетела прямо через облако выброшенного вещества. Было установлено наличие паров воды и мельчайших кристаллов льда. Частички, из которых состоят «фонтаны» над южным полюсом Энцелада, имеют в среднем размер 10 микрон. Это крошечные кристаллики водного инея, застывшего при выбросе воды из недр в холодное космическое пространство. Наиболее крупные из них падают на поверхность спутника, постоянно обновляя ее, поэтому она чрезвычайно светлая. Мелкие частички, размером 3 микрона и меньше, навсегда остаются в космосе, распределяясь вдоль орбиты Энцелада. Они образуют самое внешнее из колец Сатурна, называемое кольцом Е. Это очень слабо заметное кольцо, хотя оно и наиболее широкое, простирающееся на 1 миллион километров.

Наиболее вероятная модель работы "холодных гейзеров" на Энцеладе. Трещины на Энцеладе это своеобразные вулканические жерла, из которых иногда вырываются фонтаны водяного пара.

Извержение миров: Ио, Енцелад и Тритон

Газовые гейзеры на Тритоне, Нептун, выбрасывают струи азота на высоту до 8 км. Темные углеводородные соединения, захваченные ими из-под слоя азотного льда, оседают на поверхности.

    Открытие геологической активности на Энцеладе озадачило планетологов, поскольку спутник слишком мал, чтобы сохранять внутри себя разогретые недра. Источник энергии для поддержания геологической активности на этом небольшом небесном теле остается пока загадкой. Предполагается, что сильное гравитационное воздействие Сатурна, а также соседних крупных спутников приводит к приливной «раскачке» и нагреву недр Энцелада. Однако неясно, почему разогреву подвергается только область вокруг южного полюса, которая в целом на 10° теплее, нежели районы вблизи экватора Энцелада. А узкие участки вдоль «тигровых полос» теплее еще на 70°. Неясно также, почему не подвержен такому разогреву расположенный еще ближе к Сатурну спутник Мимас, диаметр которого - 400 км - лишь немного меньше, чем у Энцелада. Некоторые исследователи сравнивают последнего с гигантской кометой, выбрасывающей порции вещества, которое рассеивается в пространстве. Правда, есть большая разница в источниках энергии - у комет это внешний нагрев Солнцем, а у Энцелада происходит разогрев вещества в недрах самого спутника. Выбросы водяных фонтанов напоминают в определенной степени деятельность гейзеров на Земле с той лишь разницей, что у земных аналогов температура весьма высокая, а гейзеры Энцелада - холодные, разбрасывающие кристаллики льда.
    Гейзеры на Тритоне: наиболее удаленная от Солнца вулканическая активность наблюдается на Тритоне - крупнейшем из спутников Нептуна. Он расположен в 30 раз дальше от Солнца, чем Земля, поэтому достоверные сведения о нем появились сравнительно недавно - в 1989 году, когда до Тритона добралась автоматическая станция Voyager-2, впервые сделавшая подробные снимки этого спутника. Главной неожиданностью, которую преподнес Тритон, оказалась вулканическая активность. Его диаметр 2 700 км, то есть лишь 0,75 от лунного. До полета Voyager-2 никто даже и не предполагал, что на этом небольшом и холодном спутнике возможна какая-либо геологическая активность. Ее объяснили необычным химическим составом Тритона, одного из самых холодных тел в Солнечной системе - температура там чрезвычайно низкая, около -240°С. Поэтому лед и иней, покрывающие его поверхность, состоят из твердого азота. В столь холодных условиях вулканизм имеет весьма необычную природу. На снимках были обнаружены газовые гейзеры - темные столбы азота, идущие строго вертикально до высоты 8 км, где под действием ветра они наклоняются и вытягиваются параллельно поверхности Тритона «хвостами» длиной до 150 км. Было обнаружено десять действующих гейзеров.
    Активность газовых гейзеров вызывается солнечным нагревом, расплавляющим азотный лед на некоторой глубине, в местах, где присутствуют водный лед и метановые соединения, имеющие темный цвет. Небольшого избыточного давления газовой смеси, возникающей в глубинном слое при его нагреве, оказывается вполне достаточно, чтобы выбросить газовый фонтан высоко в разреженную атмосферу Тритона (давление там в 60 000 раз меньше, чем на поверхности Земли). Слабый ветер, дующий в верхних слоях атмосферы, уносит выброшенный материал, окрашенный в темный цвет примесью метановых соединений, на сотни километров в сторону. Постепенно этот материал осаждается на почти белоснежную поверхность Тритона, образуя на ней темную полосу с «размытыми» краями. Такими полосами покрыта вся южная часть Тритона, сфотографированная Voyager-2, что указывает на многочисленность азотных гейзеров.

Меркурий

В "окрестностях" Солнца, залитых потоками ослепительно яркого света, движется планета Меркурий. Видимое угловое расстояние планеты от центрального светила никогда не превышает 28 градусов, поэтому наблюдать Меркурий очень трудно. Большую часть времени он буквально утопает в лучах дневного светила и только ненадолго появляется на фоне золотистой утренней зари или в отблеске вечернего заката.

Все наблюдатели, начиная со знаменитого итальянского астронома Джованни Скиапарелли, изучавшего Меркурий в конце XIX столетия, неизменно указывали на одну особенность: планета вращается вокруг оси и обращается по орбите вокруг Солнца за один и тот же промежуток времени, равный 88 земным суткам. Об этом, казалось бы, свидетельствовали зарисовки расположения пятен на планетном диске. Получалось, что Меркурий обращен к Солнцу всегда одной стороной. А если так, то на одном его полушарии должен быть вечный день, а на другом - вечная ночь. Синхронность вращения планеты ученые объясняли приливным торможением Солнца, а в качестве наглядного примера указывали на Луну, повернутую одной стороной к Земле.



Во второй половине XX века представление о характере вращения Меркурия пришлось полностью пересмотреть. Этому способствовало бурное развитие радиофизических методов исследований. Точные данные о вращении планеты были получены в результате анализа сеансов радиолокации.

В 1965 году американские астрономы с помощью гигантского 305-метрового радиотелескопа в Аресибо (остров Пуэрто-Рико) радиолокационным методом определили период осевого вращения Меркурия в 2/3 продолжительности обращения по орбите. В земных солнечных сутках это составляет 58,6457. Таков в действительности период вращения Меркурия вокруг собственной оси по отношению к далеким звездам. Следовательно, на Меркурии не может быть ни вечного дня, ни вечной ночи. При такой скорости вращения одни солнечные сутки там равны без малого 176 (175,9371) земным суткам, или двум меркурианским годам (87,96855·2 = 175,9371). Другими словами, дни и ночи на Меркурии длятся по целому году! В перигелии - точке орбиты, ближайшей к Солнцу, - середина освещенного полушария Меркурия накаляется до 467°С. А на ночной стороне - леденящий холод: температура может опускаться до -183°С.

В семье больших планет Меркурий отличается довольно скромными размерами. Его диаметр в 2,61 раза меньше диаметра Земли. Следовательно, по объему планета меньше земного шара в 17,8 раза (2,61·2,61·2,61 = 17,8). В то же время по массе планета уступает Земле в 18,1 раза. Выходит, что средняя плотность Меркурия почти равна земной - она составляет 5,43 г/см³ (у Земли - 5,52 г/см³). И это в то время, когда недра планеты не испытывают сильного сжатия! Таким образом, после нашей Земли Меркурий является самой плотной планетой.

Некоторые исследователи считают, что Меркурий - это уникальная планета-рудник, которая по массе на 60% состоит из железа. Его массивное железное ядро окружено сравнительно тонкой силикатной оболочкой с мощными разветвленными рудоносными жилами, выходящими прямо на поверхность. Вполне возможно, что днем на поверхности Меркурия, испепеленной огненным дыханием близкого Солнца, образуются "озера" из расплавленных металлов (олова, свинца, цинка), похожие на изверженную вулканическую лаву.



Американский КА "Маринер-10" (1974 г.) передал на Землю около 3000 снимков поверхности планеты с разрешением до 50 м.

Сравнение снимков Меркурия с изображениями Луны говорит об их большом сходстве. Поверхность Меркурия тоже покрыта множеством кратеров ударного происхождения, и меркурианский ландшафт легко спутать с лунным. Но при внимательном изучении снимков можно найти отличия: крупные кратеры встречаются на Меркурии реже, чем на Луне. Самый большой кратер на Меркурии носит имя великого немецкого композитора Бетховена. Его диаметр достигает 625 км!

Следующим важным различием гористых ландшафтов Меркурия и Луны является присутствие на Меркурии многочисленных зубчатых откосов, простирающихся на сотни километров. Изучение их структуры показало, что они образовались еще в ранний период развития планеты в результате глобального сжатия коры. Наличие на поверхности Меркурия хорошо сохранившихся больших кратеров говорит о том, что в течение последних 3-4 млрд лет там не происходило в широких масштабах движение участков коры, а также отсутствовала эрозия поверхности. Последнее обстоятельство почти полностью исключает существование в истории Меркурия сколько-нибудь существенной атмосферы.

На фотографиях поверхности Меркурия видно и несколько относительно гладких больших равнин, которые, очевидно, значительно моложе, чем сильно испещренные кратерами территории. Самой обширной равниной является Море Жары, или Море Зноя, достигающее в поперечнике 1300 км; расположено оно в экваториальной зоне планеты. Смотришь на него и невольно вспоминаешь лунное Море Дождей. И то и другое возникли в результате гигантских катастроф - столкновений с астероидными телами.

С помощью чувствительного магнитометра, установленного на "Маринере-10", у Меркурия было обнаружено дипольное магнитное поле, направленное примерно вдоль оси вращения планеты. Но напряженность этого поля на поверхности Меркурия не достигает и 1% от напряженности магнитного поля Земли. Тем не менее магнитное поле Меркурия значительно сильнее, чем поле Венеры или Марса.

По-видимому, для его генерации внутри планеты имеются необходимые условия.

Таким образом, в результате космических исследований было установлено, что Меркурий - это планета-парадокс: внешне и по истории формирования поверхности он похож на Луну, а по своему внутреннему строению обнаруживает удивительное сходство с Землей. Даже магнитное поле Меркурия подобно земному.                                                                        Коротцев О.Н. (по материалам сайта http://prosto-o-slognom.ru/)