Айзек Азимов - Вид с высоты

Легкие элементы, которыми особенно богаты гигантские планеты, скорее способствовали бы увеличению их атмосферы и гидросферы, чем литосферы. Следовательно, центральная литосфера у них была бы больше литосферы Земли (но не обязательно чрезвычайно большой) и окружала бы ее гигантская гидросфера и не менее гигантская атмосфера.

Но что значит гигантская?

Здесь мы можем принять во внимание сжатие гигантов у полюсов. Хотя диаметр Юпитера у экватора равен 142 000 километров, диаметр его от полюса до полюса составит всего 132 000 километров. Сплюснутость составляет 7 %, в то время как у Земли она равна примерно 0,33 %. У Юпитера явно эллиптическая форма. У Сатурна она выражена еще отчетливее, так как его экваториальный диаметр равен 120 000 километров, полярный диаметр — 106 000 километров, сплюснутость — примерно 12 % (Уран и Нептун сплюснуты меньше, чем Юпитер и Сатурн).

Степень сплюснутости планеты частично зависит от скорости вращения и возникающей центробежной силы. Хотя Юпитер и Сатурн гораздо больше Земли, их периоды вращения равны примерно 10 часам в отличие от нашего двадцатичетырехчасового. Поэтому поверхность Юпитера на экваторе движется со скоростью 40 000 километров в час, а Земли — со скоростью 1600 километров в час. Естественно, поверхность Юпитера растягивается сильнее, чем земная (даже несмотря на большее тяготение Юпитера), и поэтому гигантская планета больше вспучивается на экваторе и больше сплющивается у полюсов.

Сатурн значительно меньше Юпитера, и его период вращения приблизительно на 20 минут больше. Центробежная сила на экваторе у него меньше; несмотря на меньшее тяготение, он должен быть сплюснут слабее, чем Юпитер, — на самом деле он сплюснут сильнее. Причина в том, что степень сплюснутости зависит еще и от распределения плотности, и если атмосфера Сатурна намного толще атмосферы Юпитера, то и сплюснутость у него будет больше.

Астроном Руперт Вильдт оценил толщину литосферы, гидросферы и атмосферы каждой планеты, для того чтобы получить наблюдаемую среднюю плотность и полярную сплюснутость. (С его соображениями согласны далеко не все астрономы, но мы все-таки примем их за основу.) Ниже (в таблице) приводятся полученные Вильдтом числа, к которым для сравнения я добавил данные, относящиеся к Земле.

1 Разумеется, наша атмосфера толще 13 километров и, в сущности, не имеет постоянной толщины. Однако я беру земную атмосферу (и позже подсчитаю ее объем) только до верхних слоев ее облаков, так же как в случае с гигантскими планетами.

Как видите, у Сатурна, который меньше Юпитера, гораздо более толстая атмосфера, что и объясняет его низкую плотность и необыкновенно высокую степень сплюснутости. У Нептуна самая тонкая атмосфера, и поэтому это самая плотная планета-гигант.

Кроме того, оказывается, Земля не такой уж пигмей по сравнению с гигантами, если говорить только о литосфере. Но, приняв, что все литосферы имеют одинаковую плотность, и взяв массу земной литосферы за 1, мы получим такие массы литосфер у других планет:

Юпитер … 100

Сатурн … 45

Уран … 5,5

Нептун … 3,5

Именно необычайная величина гидросферы и атмосферы обусловливает огромные размеры планет-гигантов.

Последнее утверждение лучше всего можно проиллюстрировать, рассмотрев не толщину различных составляющих планет, а их объем. Ниже (в таблице) названы объемы в триллионах кубических километров. И снова для сравнения приводятся данные, относящиеся к Земле.

Из таблицы видно, что литосфера гигантских планет составляет лишь небольшую часть общего объема, тогда как объем литосферы Земли почти равен общему объему планеты. Для большей наглядности выразим объем каждой составляющей в процентах к общему объему планеты.

В то время как на литосферу Земли приходится 99,5 % общего объема планеты, литосфера гигантских планет в лучшем случае составляет всего 8 %. Примерно 1/ 3объема Нептуна — это газ. У Юпитера и Урана газ занимает 1/ 2общего объема, у Сатурна, наименее плотного из четырех планет, объем газа составляет 4/ 5общего объема. Гигантские планеты иногда называют «газовыми гигантами», и, как видите, свое название они оправдывают, особенно Сатурн.

На гигантских планетах все выглядит совершенно не так, как на Земле. Атмосферы их очень ядовиты, чрезвычайно протяженны и пропускают так мало света, что на поверхности планет даже на стороне, освещенной Солнцем, постоянно царит полный мрак. Атмосферное давление на этих планетах огромно, и, судя по тому, что мы видим в телескоп, там постоянно бушуют неистовые ураганы.

Обычно считается, что самая высокая температура видимой поверхности этих планет (Юпитер) равна –100 градусам (по новым данным, –140 градусам. — Ред. ), а самая низкая (Нептун) доходит до –230 градусов, так что если бы даже мы не погибли от ураганов, чудовищного давления и ядовитых газов атмосфер, то нам пришлось бы опуститься на колоссальный, покрывающий всю планету слой замерзшего аммиака толщиной в тысячи километров.

Тут уж не только нельзя представить себе, что человек высадится на такую планету и станет жить на ней. На ней вообще невозможна какая бы то ни было жизнь, хотя бы отдаленно напоминающая нашу земную.

А нет ли какого-либо изъяна в нарисованной нами картине?

Есть и, возможно, большой: речь идет о температуре. Вероятно, на Юпитере совсем не так уж холодно, как мы думаем.

Разумеется, от Солнца он находится раз в пять дальше, чем Земля, и поэтому получает раз в 25 меньше солнечного тепла. Однако суть дела не в том, чтобы получить побольше тепла, а в том, чтобы удержать его; 4/ 9света, приходящего от Солнца, отражаются, а остающиеся 5/ 9поглощаются. Поглощенная часть не доходит до поверхности планеты в виде света, но она все равно добирается до нее… в виде тепла.

Планета обычно испускает это тепло в виде длинноволнового инфракрасного излучения, но компоненты атмосферы Юпитера (особенно аммиак и метан) довольно плохо пропускают инфракрасные лучи, которые вследствие этого удерживаются и вызывают повышение температуры. Лишь когда температура достаточно высока, для того, чтобы инфракрасные лучи пробились сквозь атмосферу, устанавливается температурное равновесие.

Возможно даже, что благодаря такому «парниковому эффекту» температура поверхности Юпитера так же высока, как и температура поверхности Земли. И это не только теоретические выкладки, потому что радиоизлучение Юпитера, открытое в 1955 году, по-видимому, говорит о том, что температура его атмосферы гораздо выше той, которую долго считали возможной для этой планеты.