Маркус Чаун - Гравитация. Последнее искушение Эйнштейна

Каждый год Ио выбрасывает в вакуум около 10 000 миллионов тонн вещества, которое затем опадает на поверхность, покрывая её серой, как землю вокруг гейзеров в Йеллоустоуне. Вот почему на фотографиях Ио выглядит как гигантская пицца. Яркие цвета — это всего лишь слои серы, имеющие разную температуру.

Ключом к пониманию супервулканов Ио является Юпитер, в 318 раз превышающий по массе Землю. Ио находится от него на том же расстоянии, что Луна от Земли. Но из-за огромной силы притяжения Юпитера Ио обращается вокруг него не за 27 дней, как наша Луна, а всего за 1,7 дня. Гравитация, воздействующая на приливные горбы Ио, уже давно остановила её вращение, так что теперь луна постоянно повёрнута к своей планете одной стороной. Только представьте, какой вид откроется перед людьми, если космический корабль когда-нибудь сядет на поверхность Ио: Юпитер и его разноцветные облачные кольца будут занимать четверть неба.

Так как Ио зафиксирована в одном положении, два приливных горба, возникших под влиянием притяжения Юпитера, будут направлены прямо на него и прямо от него. Они не будут двигаться в камне, как земные приливные горбы движутся в океанах. Если бы на Ио происходило что-то подобное, твёрдые породы постоянно растягивались бы и сжимались, постепенно нагреваясь из-за трения (точно так же нагревается резиновый мяч, который вы сжимаете в руке). Раз этого не происходит, логично предположить, что температура Ио не растёт под приливным влиянием Юпитера.

Но это не так.

Ключевую роль в нагревании Ио играют две другие открытые Галилеем луны, которые движутся по более удалённым от планеты орбитам, — Европа и Ганимед. Ганимед представляет собой самую большую луну в Солнечной системе и превышает по размерам Меркурий. За то время, которое требуется Ио, чтобы обойти вокруг Юпитера четыре раза, Европа делает это дважды, а Ганимед — один раз. Из-за этого два спутника периодически оказываются выстроенными в одну линию, что усиливает их воздействие на Ио. Они как будто дёргают Ио в сторону, удлиняя её орбиту. Таким образом Ио постоянно перемещается по направлению то к Юпитеру, то от него. Именно это движение и заставляет Ио разогреваться изнутри.

Да, приливные горбы Ио направлены прямо на Юпитер и от него. Но когда Ио подходит близко к своей планете, приливный горб растёт, а когда удаляется — горб уменьшается. Из-за постоянного движения порода то сжимается, то растягивается, и из-за этого процесса Ио разогревается так сильно, что больше всего тепла на один килограмм веса в Солнечной системе выделяет именно она, а вовсе не Солнце. [82] На самом деле Солнце использует самую неэффективную из возможных ядерных реакций. Оно превращает ядра самого лёгкого элемента, водорода, в ядра следующего за ним гелия. Водород состоит из одного ядерного «кубика» и гелия-4, так что сжигание водорода — это многоэтапный процесс. Первый этап представляет собой слияние двух ядер водорода — протонов. Но для того, чтобы два протона внутри Солнца встретились и соединились друг с другом, в среднем требуется около десяти миллионов лет. Вот почему именно такой срок необходим Солнцу, чтобы полностью сжечь своё водородное топливо. Половина данного пути уже пройдена, но этого времени оказалось достаточно для эволюции сложных жизненных форм вроде нас с вами. Солнце производит тепло настолько неэффективно, что, если взять кусок солнечного ядра размером с ваш живот, ваш живот будет излучать больше тепла. Возникает вопрос: почему же Солнце такое горячее? Всё дело в том, что оно состоит из бесконечных миллиардов таких кусков, слепленных воедино.

Пара Юпитер–Ио — не единственная в Солнечной системе, в которой два небесных тела, движущиеся по орбитам вокруг друг друга, оказались зафиксированными в таком положении, что каждому из них видна только одна сторона другого. Существует ещё Плутон и его огромная луна Харон.

Самое интересное в Хароне то, что его диаметр равен половине диаметра Плутона. Благодаря этому Плутон некоторое время считался планетой с самой большой луной (относительно его собственных размеров) в Солнечной системе. Но в 2006 году Международный астрономический союз лишил Плутон статуса планеты и перевёл в разряд карликовых планет. Теперь он всего лишь один из многих десятков тысяч ледяных обломков, вращающихся вокруг Солнца на границе Солнечной системы.

Пояс Койпера состоит из ледяных обломков, оставшихся после появления планет. Из них планета не получилась, потому что они были слишком разреженными. Пояс Койпера похож на внутренний пояс астероидов Солнечной системы — ещё одну свалку планетарного строительного мусора, который не смог сконцентрироваться в одной точке под влиянием силы притяжения Юпитера.

Внутренний край пояса Койпера начинается недалеко от Нептуна (то есть расстояние от него до Солнца примерно в 30 раз больше, чем от Земли), а внешний заканчивается на расстоянии от Солнца в 50 раз большем, чем то, на котором находится Земля. Несмотря на название, первым существование этого пояса предсказал бывший ирландский солдат и астроном-любитель Кеннет Эджворт в 1943 году, так что по справедливости он должен был бы называться поясом Эджворта–Койпера.

Плутон соответствует двум критериям планеты, сформулированным Международным астрономическим союзом в 2006 году: он круглый и движется по орбите вокруг Солнца. Но так как рядом с ним находится множество объектов из пояса Койпера, он не соблюдает третье требование — свободная орбита, на которой нет других небесных тел.

Четырнадцатого июля 2015 года станция NASA «New Horizons» пролетела через систему Плутон–Харон, словно скоростной поезд, пройдя всего в 14 000 километров над небесным телом, которое в момент отправки станции ещё считалось планетой. Сотрудники Центра управления полётами на Земле были поражены. Они ожидали увидеть мёртвый, неподвижный мир, скованный космическим холодом вдали от Солнца. Вместо этого перед ними предстали азотные ледники и горы льда, вершины которых были скрыты в завихрениях тонких облаков. Наиболее удивительным было то, что так называемая область Томбо (розовое пятно на Плутоне, имеющее форму облака и названное в честь первооткрывателя Плутона Клайда Томбо) не имела ни одного кратера, в отличие от остальной поверхности планеты. Это означало, что лёд здесь образовался сравнительно недавно.

Откуда же берётся энергия для этой необычной активности? Внутренние слои Земли нагреваются за счёт радиоактивности урана, тория и калия, но для того, чтобы разогреть Плутон, этого недостаточно. Нагревание под воздействием приливной силы Харона тоже исключается, так как подобный процесс невозможен в системе, где луна движется по кругу вокруг планеты и оба небесных тела всегда повёрнуты друг к другу одной и той же стороной. Однако это правило работает только в том случае, если Харон оказался на орбите Плутона в момент образования Солнечной системы, примерно тогда же, когда Луна стала спутником Земли. Если же Плутон заполучил свой спутник недавно (в течение последних полумиллиарда лет), то нагрев под воздействием приливных сил имел бы место и продолжался до тех пор, пока Плутон и Харон не оказались бы зафиксированы в текущем положении относительно друг друга. Никто не знает, как всё было на самом деле. Этот вопрос остаётся открытым.