Сергей Попов - Вселенная. Краткий путеводитель по пространству и времени: от Солнечной системы до самых далеких галактик и от Большого взрыва до будущего Вселенной

Марс почти в 10 раз легче Земли, не имеет мощного магнитного поля и в настоящее время обладает довольно разреженной атмосферой. Однако недавние исследования показали, что в прошлом ситуация на Марсе могла быть иной. В частности, на его поверхности в больших количествах могла существовать жидкая вода, о чем свидетельствует анализ некоторых минералов. Возможно, в далеком прошлом этой планеты мощный вулканизм привел на какое-то время к существованию более плотной атмосферы и жидкой воды на поверхности.

Климат Марса и Венеры в далеком прошлом был иным.

Венера, несмотря на отсутствие магнитного поля, наоборот, имеет очень плотную атмосферу, в основном состоящую из CO2. Из-за этого мощнейший парниковый эффект привел к очень высокой температуре на поверхности (около 450 °C). Возможно, в далеком прошлом условия на Венере были гораздо более мягкими, пока парниковый эффект не начал существенно менять климат.

По составу и строению планеты-гиганты удобно разделить на две группы, поскольку более массивные Юпитер и Сатурн в основном состоят из водорода и гелия, в то время как более легкие Уран и Нептун имеют лишь относительно небольшие (по массе) самые внешние оболочки из этих легких элементов.

В Юпитере общая масса элементов тяжелее гелия может составлять до 40 масс Земли. Масса ядра при этом около 10 масс Земли. У Сатурна, в состав которого входит примерно 20–30 масс Земли в виде тяжелых элементов, ядро более тяжелое – от 10 до 20 земных масс. Расчеты показывают, что ядра этих планет не могут находиться в твердом состоянии, так что эти гиганты, вероятно, не имеют твердых составных частей (ни в ядре, ни во внешних оболочках), и потому конвекция играет большую роль в их структуре и эволюции. Нептун, по всей видимости, также не имеет твердого ядра. Ситуация с Ураном более сложная. Не исключено, что у этой планеты есть небольшое твердое ядро. Все планеты-гиганты обладают достаточно сильным магнитным полем, особенно Юпитер.

Внешние слои планет-гигантов – это толстые газовые оболочки. Поскольку все четыре гиганта быстро вращаются, мы видим их атмосферы «полосатыми» из-за зональных ветров, а ориентация полос перпендикулярна оси вращения. В верхних слоях дуют сильные ветры и возникают крупномасштабные вихревые структуры (самая известная из них – Большое красное пятно на Юпитере), связанные с штормовыми явлениями в атмосфере. Также из-за быстрого вращения все планеты-гиганты заметно сплюснуты.

Все четыре планеты-гиганта имеют системы колец. Самая большая и известная из них – у Сатурна. Еще в 1610 г. ее наблюдал Галилео Галилей, однако понять, что речь идет именно о кольцах, удалось лишь спустя несколько десятилетий Христиану Гюйгенсу (Christiaan Huygens). В наши дни наиболее детальные данные по кольцам Сатурна получены межпланетной станцией Cassini («Кассини»). Кольца Урана и Нептуна были открыты при наземных наблюдениях покрытий этими планетами звезд во второй половине XX в. А вот кольца Юпитера как следует разглядел только космический аппарат Voyager 1 («Вояджер-1»).

Планеты-гиганты (кроме, возможно, Урана) не имеют твердых ядер или оболочек.

В вопросе происхождения колец остается много неясного. Кольца Юпитера состоят из мелких пылинок размером порядка микрометра. За появление этой пыли отвечают близкие спутники (Амальтея и др.), которые постоянно бомбардируются микрометеоритами. Без них кольца исчезли бы за сотню тысяч лет. Кольца Урана и Нептуна, по-видимому, старые, их возраст может составлять миллиарды лет. Красивые кольца Сатурна могут в основном состоять из вещества, попавшего туда достаточно давно, но структура колец со временем должна меняться, так что современный облик колец, видимо, не старше нескольких десятков миллионов лет.

Спутники делятся на регулярные и иррегулярные. Первые из них имеют почти круговые орбиты, лежащие вблизи плоскости экватора. Орбиты иррегулярных могут быть сильно наклонены к экватору планеты, вытянуты, а кроме того, направление вращения может быть обратным. Считается, что регулярные спутники в основном образовались вместе с планетами, а иррегулярные были захвачены впоследствии.

Спутники планет-гигантов могут быть достаточно крупными. Самым большим (если считать массу и радиус твердой поверхности) является спутник Юпитера Ганимед. Он в два раза тяжелее Луны, а по размерам превосходит Меркурий. Спутник Сатурна Титан лишь немногим меньше и легче, но зато он имеет плотную атмосферу, и его видимый размер больше, чем у Ганимеда.

Все планеты-гиганты имеют системы колец.

По всей видимости, четыре крупнейших спутника Юпитера (так называемые галилеевы спутники – Ио, Европа, Ганимед и Каллисто), как и Титан, образовались вместе с планетой. Это регулярные спутники. А вот большой спутник Нептуна Тритон, который лишь втрое легче Луны, вероятно, был захвачен ледяным гигантом во время миграции в эпоху поздней тяжелой бомбардировки.

Для Луны был предложен особый механизм формирования, отличный от прочих спутников. Весь комплекс данных говорит о том, что примерно спустя 60–100 млн лет после образования Солнечной системы Земля столкнулась с массивным телом (по массе сравнимым с Марсом) и в результате этого катаклизма у нашей планеты появился необычно крупный спутник, чья масса составляет более 1 % массы Земли. В некоторых сценариях Луне отводится важная роль в эволюции Земли, в том числе в развитии жизни.

Луна сформировалась в результате столкновения молодой Земли с крупным телом.

Некоторые из спутников считаются кандидатами в обитаемые миры. Разумеется, речь может идти лишь о простейших формах жизни. В первую очередь потенциально обитаемыми считают подледные океаны, которые есть, например, на спутнике Юпитера Европе и спутнике Сатурна Энцеладе. Также существуют экзотические модели, в которых обсуждается потенциальная обитаемость Титана. При этом метаболизм гипотетических организмов должен принципиально отличаться от такового у земных существ. Наличие толстой азотной атмосферы (давление на поверхности сравнимо с земным) и озер из жидких углеводородов дает основания для таких экстравагантных гипотез.

Термин «астероиды» объединяет большую группу объектов Солнечной системы с довольно разными свойствами. В первую очередь их роднит то, что по размерам они уступают карликовым планетам (размеры астероидов менее 600 км) и не являются спутниками других тел (кроме разве что в редких случаях других астероидов). Кроме того, они обычно отличаются от комет, не проявляя бурной активности в виде выбросов газа и пыли при приближении к Солнцу (хотя бывают и важные отклонения от этого общего правила). Нижняя граница размеров астероидов не определена жестко: в настоящее время самые маленькие объекты, классифицированные как астероиды, имеют размеры около метра. Так что определение астероида не является достаточно строгим, и зачастую необходима более тонкая классификация.