Разведка далеких планет

Узнав о планетах с временными атмосферами, мы, естественно, должны задуматься: а чем же в таком случае отличаются кометы от астероидов? До недавних пор астрономы могли четко указать отличие астероидов от комет. Кометы движутся по вытянутым, произвольно ориентированным орбитам, а с приближением к Солнцу окутываются обширной атмосферой – комой – и отращивают газово-пылевые хвосты, за что и получили прозвище летающих айсбергов. В отличие от них астероиды движутся по орбитам, значительно более близким к окружности и лежащим вблизи основной плоскости Солнечной системы, и состоят из тугоплавких веществ, не испаряющихся даже при сближении с Солнцем. Однако эта простая классификация больше не годится, поскольку обнаружены объекты со свойствами, характерными как для астероидов, так и для комет.

Рис. 7.9. Строение Солнечной системы по современным представлениям. Кометы в облаке Оорта слабо связаны с Солнцем и подвержены гравитационному влиянию окружающих звезд и других массивных объектов. Поэтому они часто покидают Солнечную систему, но эти потери компенсируются кометами из значительно более населенного облака Хилса, иначе называемого поясом Хилса или внутренним облаком Оорта.

Первые два из них были найдены еще в 1996 г. Тогда в Европейской южной обсерватории (ESO) открыли объект Р/1996 N2 (Elst-Pizarro) с кометным хвостом, хотя двигался он по типично астероидной орбите. А почти одновременно найденный американскими астрономами объект 1996 PW хоть и был лишен хвоста, но двигался по очень вытянутой орбите, как комета. А в 1997 г. европейские астрономы добавили к ним третью «комету-астероид», получившую из-за своего хвоста кометное обозначение Р/1997 ТЗ. Открытие состоялось в ходе исследования астероидов-троянцев, сопровождающих Юпитер в его орбитальном движении двумя группами – вблизи точек Лагранжа L ₄и L ₅(см. с. 185–186). Это открытие отлично демонстрирует интернациональный характер работы астрономов.

Детальное изучение района точки L ₄начали Герхард Хан, Стефано Моттола, Магнус Лундстрем и Ури Карсенти из Института планетных исследований (Берлин) и Клаес-Ингвар Лагерквист из Уппсальской обсерватории (Швеция). В ходе «Троянского обзора» на телескопе системы Шмидта ESO Гвидо и Оскаром Пизарро были получены фотографии области вокруг точки L ₄Юпитера, покрывшие 900 квадратных градусов небесной сферы. Изучивший их К.-И. Лагерквист нашел около 400 астероидов, большинство из которых не было известно ранее. К их изучению обратились и другие астрономы. В октябре 1997 г. Андреас Натуес с помощью 60-сантиметрового телескопа обсерватории Ла-Силья (Чили) получил изображение одного из новых астероидов 19 ^m, на котором У. Карсенти обнаружил у объекта небольшой хвостик. Детально изучив находку с помощью 3,5-метрового Телескопа новой технологии (NTT), астрономы убедились, что это направленный в сторону Солнца пылевой хвост длиной 1,5′, а ядро объекта окутано слабой пылевой комой. Его орбита оказалась умеренно вытянутой (e= 0,36) со средним расстоянием от Солнца 6,67 а. е. и периодом около 17 лет. Следовательно, это был не «троянец», поскольку Юпитер движется вокруг Солнца на расстоянии 5,2 а. е. с периодом 11,86 лет.

Можно было бы отнести этот объект к группе кентавров, но возникло немало вопросов. Например, почему эта странная комета имеет только направленный к Солнцу аномальный хвост, состоящий из крупных пылинок, нечувствительных к давлению солнечных лучей. Где же обычный для комет газовый хвост, повернутый от Солнца? И что представляют собой другие астероиды, движущиеся по вытянутым орбитам: быть может, при рассмотрении в мощные телескопы у них тоже обнаружатся хвостики и кома? До сих пор неясными остаются строение и эволюционный статус «комето-астероидов»: особые ли это тела, или под поверхностью многих астероидов находятся залежи льда, который при сильном нагревании или соударении с другим астероидом имитирует кометное поведение?

Тайна «комето-астероидов» стала приоткрываться только в октябре 2009 г., когда на поверхности астероида 24 Фемида с помощью ИК-телескопа NASA (Мауна-Кеа, о. Гавайи) американские астрономы Эндрю Ривкин, Джошуа Эмери, Умберто Кампинс и их коллеги обнаружили снег, в котором довольно много органического вещества, включая полициклические ароматические углеводороды (ПАУ). Фемида – крупное тело диаметром около 200 км, она движется в диапазоне от 2,7 до 3,5 а. е. от Солнца. Температура ее поверхности – около -114 °C. Учитывая расстояние от Солнца, это довольно высокая температура; она объясняется темной поверхностью Фемиды, которая отражает менее 7 % света, напоминая своей чернотой поверхность Луны или свеженакатанный асфальт. Удивительно, как при таком поглощении тепла Фемида смогла сохранить на поверхности водяной лед. Однако наблюдения показывают, что слой замерзшей воды покрывает всю поверхность астероида. Толщина этого слоя неизвестна. Он может испаряться и постоянно подпитываться из недр; тогда запасы воды велики. Но, возможно, обнаруженная вода «синтезируется» в тонком поверхностном слое из бомбардирующих его протонов солнечного ветра и атомов кислорода, входящих в состав окислов грунта. Авторы открытия считают, что льда на астероиде много и что он не единственный такой. Льдистым астероидам уже придумали название – кометы Главного пояса (main-belt comets, MBCs). Возможно, члены именно этого семейства занесли когда-то на Землю воду и органику. Нужны новые наблюдения и новые открытия.

Это относится и к планетам-карликам. Их исследования продвигаются медленно, поскольку требуются гигантские телескопы с фантастическим качеством изображений. Новое поколение телескопов диаметром 20÷50 м сможет разрешить многие проблемы, над которыми бьются сейчас астрономы. Внешняя граница пояса Койпера располагается на расстоянии около 50 а. е., где существует орбитальный резонанс 2:1 с Нептуном; далее число объектов резко уменьшается, в основном там присутствуют члены рассеянного диска, имеющие вытянутые и сильно наклоненные орбиты.

Объекты за Нептуном пока трудно отнести к какому-либо классу – к каменистым астероидам или к ледяным ядрам комет. Новооткрытые тела в большинстве своем имеют темную красноватую поверхность, что указывает на ее древний состав и возможное присутствие органических соединений. С помощью гигантских телескопов можно будет детально изучить спектры этих тел, выяснить их состав и, может быть, даже получить четкие изображения поверхности. К наиболее интересным из них нужно будет отправлять зонды.

Однако пояс Койпера, рассеянный диск и группа обособленных объектов с большими перигелиями (detached objects) – это еще не последние рубежи Солнечной системы. Далеко за ними на основе изучения комет предполагается существование объектов облака Хилса (Hills cloud objects) и еще более далеких объектов облака Оорта (Oort cloud objects), о которых почти ничего не известно. Так что для разведчиков далеких планет еще осталось много белых пятен даже в пределах нашей родной Солнечной системы.

8. Планеты-спутники

«Семья Солнца» – так в русском переводе называется книга известного американского астронома Фреда Уипла, имеющая подзаголовок «Планеты и спутники Солнечной системы» (М.: Мир, 1984). Сегодня, окидывая взглядом это множество космических «родственников», хочется назвать их не семьей, а племенем, в котором несколько семей совместно живут в одной деревне под руководством верховного вождя. Разумеется, вождь – это Солнце; в его лучах греются окружающие: лучше других согреваются приближенные, но и далеким кое-что достается. Гравитация Солнца поддерживает общий порядок и сплоченность племени, не вмешиваясь, однако, с мелочной опекой в семейные дела. А семьи, как вы поняли, – это планеты с их спутниками. Среди них нет двух одинаковых, хотя у них есть нечто общее – иерархия.