Удивительная космология - Лев Шильник

Юпитер (снимок из космоса)

Царственный Юпитер смотрится весьма внушительно даже на фоне своих газовых собратьев. Например, Сатурн, мало уступающий ему в размерах, в три с лишним раза легче Юпитера. Видимая поверхность пятой планеты – это слой сплошной облачности из чередующихся темных и светлых поясов, окрашенных в разные цвета и простирающихся от экватора до сороковых параллелей северной и южной широты. Пестрота широтных поясов объясняется примесью различных химических соединений. Пожалуй, самая известная деталь на поверхности Юпитера – так называемое Большое красное пятно, овальное образование переменных размеров, расположенное в южной тропической зоне. В настоящее время его размеры составляют 15 000 × 30 000 километров, так что внутри красного пятна можно без труда уложить бок о бок два земных шара. Астрономы наблюдают эту загадочную структуру на протяжении 300 лет. Некоторые ученые считали красное пятно твердым и достаточно легким телом, плавающим в верхних слоях атмосферы, но сия экстравагантная версия не нашла подтверждения. По современным представлениям, Большое красное пятно – это свободно мигрирующий атмосферный вихрь антициклонического типа, однако о происхождении этого вихря и причинах его поразительной стабильности планетологи не могут сказать ничего определенного.

Несмотря на свою увесистость, Юпитер очень резво вращается вокруг оси. Полный оборот совершается всего за 9 часов 50 минут, так что продолжительность юпитерианских суток не превышает 10 часов. А поскольку планета представляет собой нетвердое тело, скорость осевого вращения разнится в зависимости от широты, поэтому экваториальные зоны вращаются быстрее полярных. Смены времен года на Юпитере не бывает, так как плоскость его экватора практически лежит в плоскости орбиты (угол наклона составляет всего 3 градуса). Как уже говорилось, основными компонентами Юпитера, слагающими тело планеты, являются водород и гелий в соотношении 80 и 20 % соответственно (по массе). При этом исследования с помощью космических зондов показали, что верхний слой облачности, по всей вероятности, состоит из перистых аммиачных облаков, а ниже находится смесь водорода, метана и замерзших кристаллов аммиака. За счет конвективных процессов в атмосфере Юпитера формируется система устойчивых зональных течений в виде сильных ветров, дующих в одном направлении. Скорость их весьма значительна и колеблется от 50 до 150 метров в секунду. У Юпитера обнаружено мощное магнитное поле, по напряженности на порядок превосходящее магнитное поле Земли. Планету окружают протяженные радиационные пояса, а шлейф магнитосферы Юпитера можно зафиксировать даже за орбитой Сатурна.

Юпитер расположен от Солнца впятеро дальше, чем Земля, на расстоянии около 800 миллионов километров, поэтому температура внешнего облачного покрова гигантской планеты не поднимается выше минус 130 градусов по Цельсию. Однако тепловое излучение его недр вдвое превышает приток солнечного тепла, что говорит о сложных процессах, совершающихся в глубинах планеты. С глубиной давление и температура стремительно растут, достигая очень больших величин. В 1995 году окрестности Юпитера посетил американский зонд «Галилео», спускаемый аппарат которого сумел с помощью парашюта проникнуть в атмосферу газового гиганта вплоть до глубины 156 километров, в результате чего были получены ценные данные о внутреннем строении планеты. А сам зонд впервые в истории вышел на орбиту вокруг Юпитера и до 2003 года изучал планету и ее спутники. Приведу цитату из фундаментального труда «Астрономия: век XXI», выпущенного к 175-летию Государственного астрономического института им. П. К. Штернберга.

На основе данных, полученных космическими зондами, и теоретических расчетов построены математические модели облачного покрова Юпитера и уточнены представления о его внутреннем строении. В несколько упрощенном виде Юпитер можно представить в виде оболочек с плотностью, возрастающей по направлению к центру планеты. На дне атмосферы толщиной 1500 км, плотность которой быстро растет с глубиной, находится слой газо-жидкого водорода толщиной около 7000 км. На уровне 0,9 радиуса планеты, где давление составляет 0,7 Мбар (то есть в 700 000 раз больше земного. – Л. Ж), а температура около 6500 К, водород переходит в жидкомолекулярное состояние, а еще через 8000 км – в жидкое металлическое состояние. Наряду с водородом и гелием в состав слоев входит небольшое количество тяжелых элементов. Внутреннее ядро диаметром 25 000 км – металлосиликатное, включающее также воду, аммиак и метан. Температура в центре составляет 23 000 К, а давление – 50 Мбар. Похожее строение имеет и Сатурн.

Ясно: Юпитер – это мир, так отличающийся от нашего, что было бы чересчур опрометчиво с порога отвергать возможность существования необычных форм жизни в недрах огромной планеты. В атмосфере Юпитера обнаружены кислород, азот и углерод, причем содержание кислорода, по некоторым оценкам, может в 5—10 раз превышать солнечное. И хотя поиски воды дают самые противоречивые результаты, вопрос о присутствии водяных паров в атмосфере пятой планеты окончательно не решен. Во всяком случае, наличие короткоживущих кучевых облаков в окрестностях Большого красного пятна заставляет о многом задуматься.

Ничуть не менее интересны и большие спутники Юпитера, которые принято называть галилеевыми, в честь открывшего их в начале XVII века итальянского физика и астронома Галилео Галилея. Их четыре – Ио, Европа, Ганимед и Каллисто, причем Ганимед – самый большой спутник в Солнечной системе; он превосходит по размерам даже Меркурий. Однако в настоящее время пристальное внимание большинства ученых привлекает второй из галилеевых спутников – Европа, как возможный кандидат на роль колыбели простейших форм жизни. Дело в том, что поверхность этой небольшой планеты (ее диаметр чуть меньше лунного) покрыта мощной ледяной корой стокилометровой толщины, а под ней лениво катит волны сплошной океан жидкой воды, глубина которого может достигать 50 километров. Подледный океан представляет собой своего рода мантию Европы, причем вполне вероятно, что вода в нем теплая, поскольку подогревается поступающим из недр планеты теплом. Таким образом, второй спутник Юпитера – единственное, кроме Земли, небесное тело Солнечной системы, не испытывающее нехватки животворной влаги.

Средняя плотность Европы приближается к плотности планет земной группы и составляет около 3 г/см3. Следовательно, 80 % ее массы приходятся на силикатные породы, слагающие разогретое ядро, а 20 % – на водяной лед (жидкая водно-ледяная мантия плюс ледовая кора). Ледовый панцирь планеты покрыт густой сетью трещин и разломов, что говорит об активных тектонических процессах, протекающих в недрах Европы. Крупные трещины простираются на тысячи километров, а их ширина колеблется от 20 до 200 километров. Не исключено, что в теплом подпанцирном океане второго спутника Юпитера могут существовать простейшие формы жизни. Некоторые ученые полагают, что наиболее благоприятные условия должны складываться не в океанских глубинах, а в области тектонических разломов на поверхности планеты. Дело в том, что из-за приливного эффекта Юпитера трещины периодически сужаются и расширяются. В последнем случае вода поднимается почти до самой поверхности, и тогда в ее толщу начинает проникать солнечный свет, необходимый для поддержания жизни.

Другой спутник Юпитера – Ио – немного больше Луны и примечателен активным вулканизмом, который стимулируется приливным воздействием материнской планеты и гравитационными возмущениями его ближайших соседей – Европы и Ганимеда. Ио почти целиком состоит из горных пород, а десятки действующих вулканов выбрасывают пары серы и сернистый газ на высоту в сотни километров со скоростью 1 километр в секунду. Поэтому при весьма низких средних значениях температуры на поверхности Ио (минус 140 градусов по Цельсию) там можно обнаружить горячие пятна размером от 75 до 250 километров, температура которых достигает 100–300 °C. Самые крупные спутники Юпитера – Каллисто и Ганимед – наполовину состоят изо льда. Диаметр Каллисто почти равен диаметру Меркурия, а Ганимед превосходит его по размерам.

Шестая планета Солнечной системы, известная с глубокой древности, была названа в честь римского бога Сатурна, которого принято отождествлять с греческим Кроносом. Сатурн имел скверную привычку глотать своих новорожденных детей, ибо, по предсказанию Геи, его должен был лишить власти собственный сын. Избежать печальной участи удалось только младшему, Зевсу-Юпитеру, вместо которого Рея, жена Сатурна, подсунула мужу завернутый в пеленку камень. Возмужав, Юпитер учинил дворцовый переворот, а прожорливого родителя сбросил в Тартар. В старину Кронос-Сатурн символизировал неумолимое всепожирающее время. Личность, что и говорить, малоприятная, хотя и сынок с папашей тоже не особенно церемонился. Так что поэт имел полное право написать: