Удивительная Солнечная система - Александр Громов

О других спутниках мы поговорим ниже, а пока перейдем к Сатурну (рис. 39 на цветной вклейке). Вот уж у кого кольца так кольца! Их открыл еще Галилей в свою крайне несовершенную трубу с апертурой 4,5 см и увеличением 30 крат. Правда, неизбежно сильная при однолинзовом объективе хроматическая аберрация и посредственное качество самих линз не позволили великому итальянцу понять, что же все-таки такое он увидел. Галилей сумел разглядеть лишь какие-то «придатки» по краям диска Сатурна. Это явно не были спутники, но что это было такое? В те времена, как и ныне, ученые заботились о приоритете, и если совершалось открытие, но требовалось подтверждение, они, не теряя времени, составляли анаграммы – перемешивали буквы в краткой формуле открытия, иногда еще добавляя лишние буквы, чтобы труднее было догадаться. Составил такую анаграмму и Галилей. Ее попытался расшифровать Кеплер – и расшифровал неправильно, решив в итоге, что Галилей открыл два спутника Марса. Однако до открытия Фобоса и Деймоса оставалось еще более двух столетий, а на самом деле анаграмма Галилея расшифровывалась так: «Высочайшую планету тройною наблюдал».

В наше время автору такого открытия, вероятно, посоветовали бы лучше закусывать, но тогда были иные времена. Прошло несколько лет, и Галилей перестал видеть в свой телескоп упомянутые «придатки». Произошло это из-за того, что время от времени Сатурн поворачивается к нам так, что его кольцо становится невидимым. Но Галилей решил, что «придатки» ему померещились, и больше не возвращался к ним. По-настоящему кольцо – пока еще кольцо, а не кольца! – Сатурна открыл Христиан Гюйгенс и по обычаю составил анаграмму, расшифровывающуюся так: «Кольцом окружен тонким, плоским, нигде не прикасающимся, к эклиптике наклоненным». И это правда: кольца Сатурна лежат в плоскости экватора планеты, наклоненной к эклиптике под углом 26,73°. Соответственно, бывают периоды, когда кольца видны нам в максимальном раскрытии, а случается, что либо луч зрения лежит как раз в плоскости колец, либо они строго параллельны солнечным лучам – и тогда с Земли не увидеть никаких колец. Предыдущий период невидимости колец пришелся на лето 2009 года, и сейчас кольцо постепенно раскрывается все сильнее, чтобы максимально раскрыться в 2016 году. В течение 15 лет 9 месяцев Солнце освещает северную поверхность колец, а 13 лет 8 месяцев – южную. Кольца имеют толщину не более 1–2 км, поэтому их невозможно разглядеть с Земли, когда они стоят к нам ребром. За несколько дней до периода невидимости и в течение нескольких дней после него кольца видны как тонкая игла, пронзающая диск планеты.

Любой человек, впервые взглянувший на Сатурн в телескоп, конечно же, первым делом любуется кольцами (рис. 40). Самой планете достается меньше внимания, наблюдатель лишь отмечает, что она тоже сплюснута, причем даже чуть сильнее, чем Юпитер (l: 10,2), а полосы на ней гораздо более широки, менее контрастны, но более четко ограничены. Любоваться там в общем-то нечем. Нет ничего похожего на Красное Пятно, не видно и фестонов на краях полос. Право слово, если бы не роскошные кольца, Сатурн казался бы нам младшим и каким-то плохо удавшимся братом Юпитера.

Рис. 40. Сатурн. Игры теней. Видна относительная прозрачность колец

В общем-то древние греки, а за ними и римляне не зря дали «высочайшей планете» имя бога времени, старости и дряхлости – и притом бога, свергнутого Зевсом (Юпитером), а потому второстепенного. С Земли Сатурн, конечно, заметен хорошо, имея наибольшую звездную величину – 0,9, но все же уступая по блеску даже Меркурию. Одно хорошо: Сатурн со своим 30-летним (точнее, 29,67-летним) периодом обращения вокруг Солнца движется среди созвездий еще медленнее Юпитера, и уж если его положение на небе удобно для наблюдений, то это надолго.

Кроме того, Сатурн, будучи меньше Юпитера и дальше от нас, все же достаточно велик, чтобы быть приятным объектом для наблюдения в небольшой телескоп. При апертуре от 80–90 мм можно уверенно обнаружить деление Кассини в, казалось бы, сплошном кольце планеты, а при апертуре от 250–300 мм – и более узкое деление Энке, разумеется, при достаточном раскрытии кольца. Угловой экваториальный диаметр самой планеты достигает в противостоянии 20,8”, что лишь немногим меньше углового диаметра Марса в противостоянии. Казалось бы, Сатурн должен был дать богатейший материал и при чисто наземных средствах его наблюдения.

Что ж, с помощью наземных средств астрономы сделали все, что смогли. Был определен период вращения Сатурна (10 часов 12 минут на экваторе и более и часов в приполярных областях), был определен спектроскопически газовый состав планеты, оказавшийся схожим с составом Юпитера, но с несколько меньшим содержанием водорода (если не считать атмосферы, где все наоборот), была определена масса планеты. Она оказалась равной 95,16 массы Земли, что составляет менее 30 % массы Юпитера. Как следствие, Сатурн имеет меньшую плотность: всего 0,70 г/см3, что составляет всего 13 % плотности Земли и 52,6 % плотности Юпитера. Он просто недостаточно массивен, чтобы давление газа сильно сжало его внутренние слои. Однако и Сатурн излучает в тепловом диапазоне вдвое больше тепла, чем получает от Солнца, – правда, надо учесть, что получает он гораздо меньше Юпитера, поскольку и расположен значительно дальше, и сам несколько меньше (экваториальный радиус равен 60 268 км, что все-таки на порядок превышает радиус Земли). Нет ни малейших сомнений в том, что механизм тепловыделения Сатурна точно такой же, как у Юпитера и коричневых карликов, – медленное сжатие, еще более медленное, чем у Юпитера. Соответственно, и конвективные процессы в атмосфере Сатурна выражены гораздо слабее. Иногда на поверхности планеты появляются белые пятна, некоторое время спустя растягивающиеся в полосы. По всей видимости, эти пятна образуются вследствие извержений нагретого вещества из глубины, однако они вовсе не настроены принимать вид устойчивых атмосферных вихрей, как на Юпитере. Все говорит за то, что конвекция в атмосфере Сатурна носит более упорядоченный характер, что при относительно малом тепловыделении и неудивительно.

Как и Юпитер, Сатурн обладает собственным магнитным полем и радиационными поясами. Это значит, что внутри планеты имеется твердое ядро, окруженное жидким металлическим водородом. В отличие от Юпитера, магнитное поле Сатурна чисто дипольное, почти точно совпадающее с осью вращения планеты. Само собой разумеется, напряженность магнитного поля Сатурна слабее, чем у его более массивного соседа, – ничего иного и не следовало ожидать. Годы, предшествовавшие началу исследования Сатурна космическими аппаратами, принесли мало новой информации собственно о планете. Открывались новые спутники, были замечены «спицы» в кольцах, но и только.

Лишь с началом исследования Сатурна американскими АМС на астрономов обрушился вал новой информации. Опять-таки он больше касался колец и спутников, но и планета преподнесла некоторые сюрпризы. Сенсацией оказалось обнаружение в высоких южных широтах «горячей» области и шестиугольной (а не кольцеобразной) полосы вокруг него (рис. 41).

Конечно, «горячей» эту область можно назвать лишь с большой натяжкой – просто ее температура на несколько градусов выше средней температуры атмосферы планеты, составляющей около 95 К. Поначалу астрономы объясняли этот феномен энергией, получаемой Сатурном от Солнца, так как на момент обнаружения планета была повернула к Солнцу южным полушарием, но позднее инфракрасный спектрометр зонда «Кассини» обнаружил зону локального разогрева и на северном полюсе Сатурна. Более того, вокруг северного полюса Сатурна расположен такой же шестиугольный вихрь. Собственно говоря, самопроизвольное появление упорядоченных структур в таком, казалось бы, хаотичном процессе, как конвекция, был известен и ранее (например, так называемая неустойчивость Бенара[16]), так что сама по себе шестиугольная структура нашла если не объяснение, то во всяком случае земные аналоги. Сложнее оказалось с объяснением отвода тепла через полюса. Какие конкретно процессы в атмосфере планеты отвечают за этот феномен, пока неясно[17].

Рис. 41. «Шестиугольный шторм» вокруг южного полюса Сатурна

И все же мир ахнул не от этих нежданных чудес, а от тонкой структуры колец Сатурна (рис. 42), чье изображение впервые передал «Пионер-11».

Рис. 42. Тонкая структура колец Сатурна

До этого считалось, что у Сатурна лишь несколько колец, впрочем, очень ярких и оказывающих влияние на блеск планеты при наблюдениях с Земли. Выделялись 3 основных кольца: А (внешнее), В (среднее) и С (внутреннее, оно же креповое). Среди них кольцо В – самое яркое, а кольцо С – очень слабое, трудно наблюдаемое. Позднее были добавлены кольцо Е (самое внешнее, размытое), G (очень узкое кольцо между кольцами F и Е), D (внутри кольца С) и F (очень узкое кольцо с внешней стороны кольца А); их яркость совсем мала. Давно уже не было никаких сомнений в том, что кольца Сатурна состоят из мелких частиц, так что кадры из некоторых художественных фильмов, где кольца состоят из сплошного камня, являются болезненным бредом недоучки-режиссера. То, что кольца не могут быть сплошными, доказал французский астроном Э. Рош еще в 1848 году, что и подтвердилось на практике. Минимальное расстояние до планеты, ближе которого крупный спутник не может сохранить устойчивую форму и будет разорван приливными силами на мелкие фрагменты, определяется выведенной Рошем формулой. Суть доказательства: кольца Сатурна находятся внутри «полости Роша» и уже по этой причине не могут быть сплошными. Частицы, составляющие кольца, имеют высокое альбедо, а их инфракрасный спектр похож на спектр обыкновенного земного инея. Яркость колец удивительно велика и заметно влияет на общий блеск планеты.