Йэн Стюарт - Математика космоса [Как современная наука расшифровывает Вселенную]

В 1993 году Кэролин и Юджин Шумейкер и Дэвид Леви открыли новую комету, которая получила название кометы Шумейкеров — Леви 9. Эта необычная комета была к тому времени захвачена Юпитером и находилась на орбите вокруг этой гигантской планеты. Комета Шумейкеров — Леви 9 была необычна в двух отношениях. Во-первых, это была единственная известная нам комета, обращавшаяся вокруг планеты, а во-вторых, она, как выяснилось, уже распалась на части.

Причина этого выявилась при моделировании орбиты объекта назад во времени. Расчет показал, что в 1992 году комета должна была на какое-то время зайти внутрь юпитерианского предела Роша. Именно тогда приливные гравитационные силы разломали ядро кометы, породив цепочку из примерно 20 фрагментов. Комета была захвачена Юпитером примерно в 1960–1970 годах, и это тесное сближение с планетой сделало ее орбиту вытянутой и узкой.

Моделирование орбиты вперед по времени позволило предсказать, что при следующем прохождении перицентра, в июле 1994 года, она столкнется с Юпитером. Никогда прежде астрономам не удавалось впрямую наблюдать небесное столкновение, поэтому известие об этом вызвало нешуточный ажиотаж. Столкновение должно было взбаламутить атмосферу Юпитера и дать ученым возможность побольше узнать о более глубоких ее слоях, обычно скрытых облачным покровом. Столкновение, случившееся в назначенный срок, оказалось даже более драматичным, чем ожидали ученые, и оставило на лице планеты цепочку гигантских шрамов, которые, медленно заплывая, оставались видны на протяжении нескольких месяцев. Всего был зарегистрирован двадцать один удар; при самом мощном из них выделилось в 600 раз больше энергии, чем выделилось бы при одновременном взрыве всех ядерных вооружений на Земле.

Падение кометы рассказало ученым о Юпитере много нового. Одно из открытий состояло в том, что Юпитер играет в Солнечной системе роль небесного пылесоса. Возможно, комета Шумейкеров — Леви 9 — единственная комета, которую земные астрономы наблюдали на орбите вокруг Юпитера, но, судя по нынешним орбитам комет, по крайней мере пять из них в прошлом тоже должны были на нее попасть. Все подобные захваты носят временный характер: либо такую комету вновь перехватывает Солнце, либо она рано или поздно с чем-то сталкивается. Тринадцать цепочек кратеров на Каллисто и три на Ганимеде свидетельствуют, что захваченная Юпитером комета не всегда сталкивается с ним самим. Все вместе указывает на то, что Юпитер выметает из Солнечной системы кометы и другой космический мусор, захватывая блуждающие тела, а затем и сталкиваясь с ними. По нашим меркам, такие события редки, но в космическом масштабе они происходят часто: комета 1‒2 километров в поперечнике падает на Юпитер примерно раз в 6000 лет, а более мелкие кометы — еще чаще.

Данное свойство Юпитера помогает защитить внутренние планеты от кометной и астероидной опасности. Это заставило Питера Уорда и Дональда Браунли предположить в книге «Уникальная Земля», что наличие крупной планеты, такой как Юпитер, делает внутренние миры системы более пригодными для жизни. К несчастью для этой соблазнительной гипотезы, Юпитер также сбивает с пути истинного астероиды главного пояса, после чего они могут столкнуться с какой-то из внутренних планет. Если бы Юпитер был чуть меньше, его присутствие оказалось бы вредоносным для жизни на Земле. Тот Юпитер, который существует в действительности, судя по всему, не обеспечивает для земной жизни никаких особых преимуществ. Впрочем, «Уникальная Земля» противоречива в своей оценке столкновений: Юпитер превозносится в книге как наш спаситель от комет и в то же время положительно оценивается его способность срывать с орбит астероиды как способ лишний раз перетряхнуть экосистемы и тем самым подстегнуть эволюцию.

Комета Шумейкеров — Леви 9 сумела донести до многих американских конгрессменов чудовищную разрушительную силу кометного удара. Самый большой след этого столкновения на Юпитере по размеру сравним с Землей. Мы никак не смогли бы защитить себя от столкновения такого масштаба при помощи нынешних технологий или всего того, что у нас может появиться в обозримом будущем, но эта история обратила взгляды политиков на возможность менее масштабных столкновений, будь то с кометой или с астероидом, где нам, возможно, удалось бы предотвратить катастрофу, если бы мы позаботились о том, чтобы вовремя заметить опасность и принять меры. Конгресс тут же поручил NASA каталогизировать все сближающиеся с Землей астероиды более километра в поперечнике. На данный момент их обнаружено 872 штуки, из которых 153 потенциально могут представлять для нас опасность. Согласно текущим оценкам, существует, но пока не обнаружено еще штук 70 подобных объектов.

У Плутона пять спутников. Харон — спутник округлый и необычно большой для такого центрального тела, тогда как Никта, Гидра, Кербер и Стикс — крохотные комки неправильной формы. Харон и Плутон синхронизированы таким образом, что всегда повернуты друг к другу одной и той же стороной. Для остальных спутников это неверно. 2015 год. Космический телескоп имени Хаббла зарегистрировал нерегулярные изменения отражения света от Никты и Гидры. Воспользовавшись математической моделью вращающихся тел, астрономы сделали вывод, что эти две луны, должно быть, кувыркаются в полете, причем кувыркаются не аккуратно и регулярно, а хаотически.

В математике прилагательное «хаотичный» — это не просто модное слово, означающее «беспорядочный и непредсказуемый». Оно обозначает детерминистский хаос, то есть нерегулярное на вид движение, совершаемое тем не менее по вполне регулярным правилам. Вероятно, это звучит парадоксально, но такое сочетание часто бывает неизбежным. Хаос выглядит — а в некоторых отношениях и является — случайным, но проистекает из тех же математических законов, которым подчиняется регулярное, предсказуемое поведение, такое как ежедневный восход Солнца.

Дальнейшие измерения, проведенные телескопом Хаббла, указывали на то, что Стикс и Кербер тоже вращаются хаотично. Одной из задач межпланетного аппарата New Horizons во время визита к Плутону была проверка этой теории. Данные с этого зонда должны были передаваться на Землю на протяжении 16 месяцев, и в настоящий момент, когда я это пишу, они еще не поступили полностью [45] NASA отчиталось об окончании приема записанной на борту информации 27 октября 2016 года. — Прим. ред. .