Сергей Всехсвятский - Планета Земля и ее соседи

Наиболее вдохновляющие перспективы связаны с выходом человека в космическое пространство и непосредственным изучением природы поверхности ближайших планет. Не остается сомнений в том, что уже в ближайшие годы мы будем свидетелями новых открытий в солнечной системе, которые позволят осветить многие неясные стороны физической природы Земли и ее прошлого.

Летом 1610 г. Галилей, наблюдая в Падуе своим первым телескопом планету Сатурн, обнаружил, что она тройная. Галилей писал одному из своих корреспондентов: «Я нашел целый двор у Юпитера и двух прислужников у Старика (Сатурна), они его поддерживают в шествии и не отходят от его боков». Однако, вновь обратившись к наблюдениям Сатурна в 1612 г., Галилей был чрезвычайно удивлен, не увидев его тройным; два тесных «спутника», являвшиеся как бы ушками кольца планеты, пропали.

Только Гюйгенсу в Гааге через 45 лет удалось приоткрыть тайну Сатурна. Сопоставляя свои и чужие наблюдения, он пришел к заключению, что «спутники», открытые Галилеем, являлись просто ушками тонкого, плоского кольца, почти сплошного, наклоненного к плоскости эклиптики. Именно поэтому с Земли можно наблюдать его при разных раскрытиях. Дважды в течение обращения планеты вокруг Солнца кольцо может располагаться так, что его плоскость становится параллельной лучу зрения. В это время Земля проходит через плоскость кольца, и оно к нам обращено ребром. Именно тогда кольцо не видно; оно пропадает потому, что оно очень тонкое и с громадного расстояния в 8,5 астрономической единицы (1,3 млрд, км), которое отделяет Сатурн от Земли во время противостояний, просто не различается в небольшие телескопы. Кольцо исчезает через каждые 14–16 лет.

В 1966 г. в начале апреля, в конце октября и в середине декабря Земля находится в плоскости Сатурнова кольца.

Некоторые астрономы XVIII и начала XIX века допускали, что кольцо может быть сплошным и твердым или состоять из ряда тонких сплошных колец, твердых или жидких.

Однако уже к середине прошлого столетия астрономам, наблюдавшим кольцо, стало ясно, что оно не могло быть твердым телом. В 1857 г. К. Максвелл рассмотрел теоретически вопрос о равновесии колец Сатурна; он пришел к заключению, что они не могут быть твердыми, не могут быть жидкими, а должны состоять из отдельных частиц — пылинок или камней, из которых каждая как независимый спутник обращается вокруг Сатурна.

В 70-х годах прошлого столетия Софья Ковалевская дала наиболее полный теоретический анализ строения и устойчивости кольца. Ее выводы вскоре подтвердили спектроскопическими наблюдениями Килер, А. А. Белопольский, Кэмпбелл и Деландр. Кольцо действительно оказалось состоящим из множества независимых спутников, обращающихся вокруг планеты по законам Кеплера.

С середины прошлого столетия, когда астрономы с помощью все более совершенных телескопов изучали систему Сатурна, они отметили многие изменения в кольце.

Темный промежуток в кольце — так называемая щель Кассини, отделяет внешнюю область кольца А от средней, самой яркой части — В; внутренняя, гораздо более слабая, зона С носит название крепового кольца. Еще более 115 лет назад Бонд обратил внимание на то, что тонкие деления в кольце А и в кольце В, несомненно, изменяются. В некоторые периоды они видны хорошо, в другие незаметны. Например, темная щель в кольце А, открытая Энке, исчезала при других раскрытиях кольца. Часто наблюдалось появление различных неоднородностей, ярких сгущений в кольце, в другие периоды не отмечавшихся. Креповое кольцо С представлялось то ярким, легко наблюдаемым, то бывало едва видимо; иногда оно простиралось до самой поверхности планеты. В 1907–1909 гг. французские и английские астрономы наблюдали появление слабого кольца, еще более внешнего, чем кольцо А. В это же время американскими астрономами была отмечена необычно высокая яркость внутренней зоны С.

Астроном Струве (Пулковская обсерватория) еще 100 лет назад заподозрил постепенное расширение кольца и приближение его внутреннего края к поверхности планеты. Сопоставив точные измерения размеров колец, сделанные на протяжении 200 лет, он нашел, что за это время внутренний край кольца приблизился к планете на 18 тыс. км. Современные наблюдения как будто бы подтверждают расширение колец, хотя цифры получаются несколько иными.

В конце прошлого столетия известный русский астроном А. А. Белопольский отметил, что распределение яркости в спектре кольца отличается от спектра самой планеты. На фотографиях в разных лучах, полученных Г. А. Тиховым в 1909 г. с помощью 30-дюймового пулковского телескопа, ясно было видно, что кольцо значительно «голубее» планеты. В 30-х годах этот вопрос детально исследовал Г. А. Шайн с помощью метрового рефлектора Симеизской обсерватории. Результаты этих исследований и ряд более поздних работ привели астрономов к убеждению, что в отдельных частях кольца, помимо твердых частиц и тел метеоритной природы, находится лед и некоторое количество газа. В последние годы присутствие льда в кольцах Сатурна было подтверждено.

Лед в свободном состоянии не может длительно существовать, на том расстоянии от Солнца, где движется Сатурн (9,5 астрономической единицы). Вплоть до 11 астрономических единиц, т. е. до расстояний в 1,7 млрд. км, солнечная фотонная и корпускулярная радиация должна испарять льды, выбрасывая газовые частицы из солнечной системы. Именно такой процесс мы наблюдаем в кометах, у которых бурно испаряющиеся замороженные газы образуют туманные головы и хвосты, являющиеся потоками заряженных частиц — атомов, молекул и электронов, отбрасываемых солнечным ветром от Солнца.

Наблюдающиеся изменения и особенности кольца Сатурна говорили о сравнительно быстрой его эволюции и о происходящем даже в наше время пополнении вещества колец. Следовательно, на самой планете и на ее спутниках происходят могучие вулканические процессы, когда вещество (обломки коры, замерзших газов и пепла) должно выбрасываться со скоростью в несколько километров в секунду. Такой вывод сделан был автором этой брошюры еще в 1952 г. Он подтверждается тем, что известно из наблюдений поверхности Сатурна. В 1876, 1891, 1895, 1933 и 1946 гг. ученые наблюдали появление ярких белых пятен на планете, существовавших в течение длительного времени. Эти явления, замеченные на громадном расстоянии, должны быть грандиозными процессами космических масштабов.

Кольцо Сатурна, по-видимому, имеет кометно-метеоритную природу. Что известно сейчас ученым о кометах и метеоритах, имеющих такое близкое отношение к планетам и, следовательно, к нашей Земле?

Почти каждый год наблюдается около 10 комет; общее число отмеченных появлений превышает 1800. Однако только для 860 из них были определены орбиты. Оказалось, что они относятся к 580 независимым кометам. Из них 445 имеют периоды обращения больше 1000 лет, а некоторые обладают даже гиперболическими эксцентриситетами, т. е. навсегда уходят из солнечной системы. 77 комет движутся по эллиптическим орбитам небольших размеров с периодами около 6 лет. Эти кометы принадлежат к семейству Юпитера. Остальные 57 комет обладают периодами обращения от 15 до 1000 лет. Часть из них относится к семействам Сатурна, Урана и Нептуна.