Часто на небе видна яркая, желтовато-серебристая звезда, которая, в отличие от других звезд, не мерцает. Это загадочный Юпитер, возле которого кружилась космическая станция «Галилей». Но даже ей оказалось не под силу разгадать многие тайны планеты.Знакомьтесь — Юпитер
Еще 5 тысячелетий назад в долине реки Инд верховным богом считалась планета Юпитер, до сих пор занимающая видное место в индийских мифах как Брихаспати. Тогда, каждый раз по истечении 12-летнего периода обращения планеты вокруг Солнца, даже царь должен был лишиться своей власти и уступить трон более молодому лидеру.
В месопотамской мифологии планета отождествлялась с Мардуком, который был главным богом Вавилона. Его культ стал особенно важен в правление Хаммурапи (XVIII в. до н. э.). Огромного роста, с двумя головами и горячим дыханием, Мардук был послан другими богами, чтобы побороть Тиамат — первобытного дракона, напоминающего на древних изображениях птиценогого ящера мезозоя. После убийства демона победитель из туши Тиамат создал землю, море и небо, а также людей. Затем Мардук стал царем богов.
У древних римлян Юпитер также был царем богов и господином жизни и смерти. Хотя римляне отождествляли его с греческим богом Зевсом, Юпитер сохранил до некоторой степени и свои особенности. Например, в отличие от Зевса, он никогда не спускался на Землю. Юпитер обычно представляли в искусстве сидящим на троне из слоновой кости и держащим сноп молний.
Большинство надписей майя, перечисляющих деяния вождей, датируются положениями на небе небесных светил — особенно Луны, Венеры и Юпитера. Например, все основные события в жизни одного из правителей города Паленке совпадали с перемещениями Юпитера.
Действительно, это светило является самой крупной и влиятельной планетой Солнечной системы. По массе он в 318 раз, а по объему более чем в 1000 раз превосходит нашу Землю. Удивительно, что без телескопа и современных астрономических знаний древние люди считали эту планету главной, хотя она отнюдь не самая яркая, не самая быстрая и не самая медленная из небесных светил. В этом состоит одна из многочисленных ее загадок.
Юпитер, по видимому, подобно Солнцу, образовался при гравитационном сжатии части первобытной солнечной туманности, состоящей из газа и пыли. Хотя он не был достаточно массивным, чтобы в нем начались ядерные реакции горения водорода и дейтерия, его гравитационное сжатие сопровождалось механическим выделением огромного количества тепла при формировании планеты. Даже теперь, 4,6 млрд лет спустя, Юпитер излучает почти в 2 раза больше тепла, чем получает от Солнца. Скалистое ядро Юпитера с массой в несколько раз большей, чем у Земли, окружено обширной оболочкой из водорода, гелия и небольшой примеси других химических элементов. Поскольку температура достаточно высока, под обширной атмосферой нет твердой поверхности, только постепенный переход к жидкости. Приблизительно в одной четверти пути к центру планеты давление и температура так высоки, что жидкость уподобляется металлу — электроны перестают принадлежать отдельным атомам водорода.
Вращение и течения в ядре из металлического водорода генерируют магнитное поле Юпитера, подобно тому как это происходит в земных недрах. Но поле Юпитера в 4000 раз сильнее земного. В грубом приближении оно соответствует полю магнита, смещенного на 10 тысяч км от центра планеты и наклоненного к ее оси под углом 11 градусов. При вращении планеты магнитное поле также вращается, модулируя радиоизлучение околоюпитерианской плазмы на удалении по крайней мере до 20 радиусов Юпитера. Плазма, или газ заряженных частиц, захваченная и удерживаемая магнитным полем, вращается вместе с ним подобно исполинской карусели.
Атмосфера Юпитера содержит некоторые количества воды, а также аммиака, метана и других органических соединений. Астрономы предполагали, что там существуют 3 слоя облаков, удаленных друг от друга по высоте приблизительно на 30 км. Самый низкий слой состоит из водяного льда или капелек воды, следующий — из кристаллов соединения аммиака и сероводорода и самый верхний — из аммиачного льда. Из наблюдаемых облаков синие являются самыми теплыми и находятся на самых низких высотах. Коричневые, белые и красные облака располагаются гораздо выше. Полагают, что эти оттенки определяются свойствами серы, фосфора и органических соединений, окрашивающих облака. Окраска может быть следствием влияния заряженных частиц, быстрого вертикального перемешивания атмосферы или разрядов молний. Два космических корабля «Вояджер-1, -2» пролетели мимо Юпитера в 1979 г. Они наблюдали мощные молнии в сотни километров длиной, а также северное сияние на ночной стороне Юпитера.
Ветры на Юпитере формируют пояса облаков, перемещающиеся параллельно экватору — некоторые на восток, другие на запад. Скорость ветров меняется с широтой и составляет десятки метров в секунду относительно вращающегося магнитного поля, то есть недр планеты. Эти полосы хорошо видны с Земли даже в небольшие телескопы как желтые, коричневые и белесые ленты. В одних поясах из глубин атмосферы всплывают нагретые массы газов, в других же полосах остывший газ погружается вглубь планеты.
Погода на Юпитере во многом все еще остается загадкой. По неизвестной причине там возникают гигантские вихри или бури, одни из которых продолжаются только несколько дней, другие — значительно более длинный промежуток времени. Большие вихри, как, например, долгоживущие белые пятна или Большое Красное Пятно, размером превосходящее Землю, прокручиваются подобно колесам между соседними поясами облаков, движущимися с различными скоростями ураганных ветров.
Большое Красное Пятно — это красный вихрь эллиптической формы на диске Юпитера. Оно наблюдается с XVII столетия, когда Пятно было независимо открыто Р. Гуком и Дж. Кассини. Находящееся на 22-градусной южной параллели, это образование простирается на 40 тысяч км с востока на запад и на 13 тысяч км с севера на юг. Цвет Пятна и его яркость изменяются очень сильно: то оно становится иногда почти невидимым желтым овалом, то — бросается в глаза как красно-розовая отметина. Пятно не остается все время на одном месте, а медленно колеблется около своего среднего положения. Космическая станция «Галилей» недавно передала на Землю его детальные снимки, отлично демонстрирующие вихревую природу этого образования.
Тайны Соляриса
Подобно разумному океану далекой планеты, придуманному С. Лемом, облачный океан Юпитера тоже показывает странные вещи. И порой настолько удивительные, что современная научно-популярная литература предпочитает о них помалкивать.
Например, видный астроном XIX века Дж. Саут (его именем назван кратер на Луне) 3 июня 1839 г. увидел на Юпитере громадное пятно поперечником в четверть диаметра планеты. По размеру оно превосходило даже Красное. И только наблюдатель приготовился измерить и зарисовать рекордсмена, как прямо на глазах оно стало светлеть в центре и почти исчезло за каких-то 34 минуты. Обычно, чем крупнее образование, тем дольше оно видно. Так, более скромное Красное Пятно существует уже не менее 330 лет. Дж. Стаут же видел, как уже через 34 минуты «жалкие откосы были единственными остатками пятна, которое за несколько минут до этого простиралось по меньшей мере на 20 000 миль». Нечто подобное видел и Г.С. Швабе.
Возможно, то были разбегающиеся волны от каких-то взрывов в таинственных глубинах юпитерианской атмосферы. А таковые там возможны. Огромные облака, превосходящие порой нашу Землю, непрерывно электризуются восходящими потоками воздушных масс. Там бушуют фантастически мощные грозы, вспышки молний которых неоднократно фотографировали станции «Вояджер» и «Галилей». Большие размеры облаков приводят к большей энергии электрического поля и соответственно к увеличению энергии разрядов. И если на Земле радар обнаружил молнию длиной более чем 150 км, то на Юпитере возможны тысячекилометровые разряды. Такие сверхмолнии могут быть в миллиард раз более мощными, чем наши типичные грозовые разряды в 1–2 км.
Понятно, облака Юпитера не могут двигаться быстрее скорости звука. Но именно сверхзвуковое движение и наблюдал Молесворт 20 декабря 1903 г. Он описал, как за считанные минуты возник блестящий поток от одного белого пятна к другому. Светило отечественной астрофизики, будущий академик В.Г. Фесенков писал об этом:
Гораздо более загадочное явление было наблюдаемо Молесвортом в Тринкомали (о. Цейлон), довольно опытным наблюдателем… Молесворт говорит, что он никогда не видел ничего подобного за всю свою долгую практику, но тем не менее он убежден в реальности этого явления.
Если мы примем с этим наблюдателем, что дело идет о передвижении материальных тел, то придется допустить, что материя обладала невероятной скоростью около 200 км в секунду…
Менее скандальна загадка наклоненных зон и поясов Юпитера. Как известно, период осевого вращения видимой поверхности Юпитера зависит от широты. Там сутки короче всего на экваторе и длиннее у полюсов. Неоднородное вращение выстраивает облака в полосы, параллельные экватору планеты. Это придает Юпитеру сходство с арестантом в полосатой одежде. Однако изредка наблюдатели видят исключения из этого правила — полосы, заметно наклоненные к экватору. В.Г. Фесенков перечисляет целый ряд таких случаев:
Чамберс опубликовал 2 рисунка Юпитера с полосами, наклоненными к экватору, которые 9 апреля 1860 г. простирались через весь диск. Наклонение было 32° на одном рисунке и 14° на другом.
Болл видел 9 декабря 1881 г. темную полосу в южной полусфере Юпитера, наклоненную к экватору на 15°. Замечательно, что граница темной полярной области была также наклонена на тот же угол.
Скривен Болтон наблюдал в течение 6 ночей наклонную темную полосу, соединяющие полосы V и VI.
Аманн в Аосте (Италия) видел 13 декабря 1902 г. часть полосы, наклоненной на 12° к экватору…. Что касается частоты этого явления, то Аманн говорит, что на 886 рисунках Юпитера, сделанных в течение 14 лет, подобные аномалии встречаются только 7 раз.
Известны и более поздние зарисовки таких феноменов.
Иногда возмущения атмосферы Юпитера так значительны, что планета утрачивает знакомый вид, вызывая сенсации в прессе. Например, 30 марта 1990 г. газета «Известия» сообщала следующее.
Изменения лика Юпитера — самой большой планеты Солнечной системы — зарегистрировали сотрудники Астрофизического института имени В.Г. Фесенкова Академии наук Казахской ССР. Установлено, что за последнее время на ней практически полностью исчезла южная экваториальная полоса облаков.
Что же случилось на далекой планете-гиганте?
— Нетипичный вид Юпитера свидетельствует о том, что в его атмосфере происходят особые динамические процессы, — пояснил доктор физико-математических наук В.Г. Тейфель. — Нам удалось получить наблюдательные данные, относящиеся к необычному состоянию атмосферы этой планеты в период 1989–1990 гг. Их обработка и анализ помогут установить причины грандиозных изменений на ней…
Оказывается, сходный с нынешним облик Юпитер имел треть века назад. Причем и тогда и сейчас изменения в его атмосфере совпали с периодами максимума солнечной активности.
Похоже планета тогда пережила настоящий катаклизм.
Во второй половине 1961 г. произошло радикальное изменение вида планеты. Наблюдалось образование на месте светлой экваториальной зоны широкого и очень темного экваториального пояса с одновременным исчезновением обычных южной и северной экваториальных полос. Эти грандиозные изменения сопровождались сильным увеличением яркости и цветности Красного Пятна и наступлением периода чрезвычайно активных процессов как в южной, так и северной полусферах.
Подобное превращение светлой экваториальной зоны Юпитера в темный пояс наблюдалось еще в 1872 г. Причины столь кардинальных изменений на планете остаются загадкой. Хотя профессор С.К. Всехсвятский видел в этих переворотах доказательство активного вулканизма на планете, под облаками там все же находится отнюдь не твердая поверхность, а колоссальный океан металлического водорода.
Избиение начальника богов
Летом 1994 г. страшные слухи будоражили общество — ожидались всякие беды, вызванные падением кометы на планету Юпитер. Комета благополучно упала, и, действительно, до нас докатились отголоски гигантской катастрофы в виде «цунами» научных статей о небесном столкновении. Результаты наблюдений, наконец-то появившиеся в научной печати, позволяют представить, как гигант Юпитер был нокаутирован небольшой кометкой…
Начало драмы. Роковая встреча прошла незамеченной еще за 2 года до катастрофы. 8 июня 1992 г. одну из скромных комет угораздило пролететь слишком близко от грозного Юпитера — всего в 21 тысяче км от вершин облаков, окутывающих исполинскую планету. «Нахалка» была тут же наказана — приливные напряжения разорвали ядро кометы «в клочки» (как минимум на 23 осколка) и они превратились в спутники Юпитера. С этого момента жить комете оставалось всего пару лет, что хватило лишь на один виток по новой орбите. От своего мучителя она смогла удалиться только на 50 млн км, когда 25 марта 1993 г. ее и заметили известные американские «ловцы комет» Кэролайн Шумейкер и Дэвид Лэви. Поэтому-то находка и была названа «комета Шумейкер-Лэви 9».
Вид объекта был весьма необычен — полоска туманного света, от которой тянулось много параллельных, явно кометных хвостов. Более крупные телескопы разрешили полоску в целую вереницу из 2 десятков светлых точек. Этот «поезд» осколков неумолимо несся навстречу своей гибели. Он должен был врезаться в Юпитер 16–22 июля 1994 г. Комета была вполне заурядной и поперечник ее ядра оценивался в 1 — 10 км. По сравнению с диаметром Юпитера (140 тысяч км) она выглядит несерьезно — весовые категории несоизмеримы. Но огромная скорость кометы в 60 км/с сделала ее опасным противником, ведь при ее падении должна была выделиться энергия, равная взрыву сотни миллионов мегатонн тротила, что эквивалентно полумиллиону тунгусских катастроф!
Поэтому научный мир начал лихорадочно готовиться к наблюдениям экзотического шоу. Были задействованы не только все наземные обсерватории и крупнейшие телескопы, но и космический телескоп Хаббл, находящийся на геоцентрической орбите, и зонд «Галилей», летевший к Юпитеру. Огорчало лишь одно обстоятельство — катастрофа должна была случиться на… невидимой стороне планеты. Но с помощью «Галилея», инфракрасной техники и слежения за яркостью спутников Юпитера астрономы надеялись заглянуть за горизонт. И это удалось…
Вскоре Юпитер был расстрелян как бы очередью из исполинского пулемета. Расправа началась 16 июля 1994 г. в 20 ч 12 м по Гринвичу. Зрелище было фантастически красивым для тех несчастных, кто мог бы его увидеть с вершин аммиачных облаков.
Вначале в ночном небе Юпитера замелькал целый ливень множества метеоров, превратившийся затем в почти сплошной поток огня, как бы вылетавшего из одной точки небосвода. Это на Юпитер обрушилась многотысячекилометровая оболочка из пыли и мелких осколков, окружавшая первый фрагмент ядра кометы. Огненный ливень длился уже полминуты, когда с шипением и грохотом появился сам фрагмент кометы в виде ослепительно яркого огненного шара, быстро летящего с запада на восток и разгоревшегося до такой степени, что его заметила межпланетная станция «Галилей» с расстояния в полтора раза большего, чем дистанция от Земли до Солнца. Светлую точку того потрясающего болида фотографирует и околоземный космический телескоп Хаббл. За болидом клубится широкий пылевой след, отражающий сияние болида и делающий его доступным для наблюдения с Земли. Через 16 секунд полета болид опускается глубоко в облака и виден как яркое туманное пятно далеко внизу.
Вдруг ужасный взрыв потрясает облачный океан и неописуемая вспышка пробивается к звездам. Пятно света внизу вспыхивает и расширяется, поверхность облаков вспучивается исполинским холмом. И вот уже над облаками зловеще горит гигантский шар газа гораздо более горячего, чем видимая поверхность Солнца. Поперечник шара исчисляется многими сотнями километров и продолжает расти со скоростью 17 км/с. Как при ядерном взрыве, вырастает «гриб» высотой в 3000 км. Он хорошо виден с Земли, поскольку поднялся уже выше горизонта! Затем миллионы тонн вещества начинают падать обратно на планету, разгоняясь до скоростей искусственных спутников Земли и нагревая при этом стратосферу до температуры плавления стали. При этом с Земли видна ярчайшая вспышка инфракрасного излучения, слепящая детекторы земных телескопов. Постепенно облако оседает, и на снимках Хаббяа остается лишь гигантское, почти плоское кольцо исполинской волны, быстро расширяющееся прочь от страшного места. А ведь с момента начала бомбардировки прошло всего 15 минут!
Светает… Юпитер поворачивает место удара к Земле, и взору изумленных людей предстает своеобразный «синяк». На фоне облаков хорошо видно темно-коричневое треугольное облако с Австралию величиной, окруженное двумя кольцами такого же цвета, расширяющимися, как круги, на воде, со скоростью 450 м/с. Широкий коричневый полумесяц охватывает своими рогами место падения снаружи, как бы обрамляя его. Это след осевшего облака выбросов. Химический состав коричневого вещества отметины остается пока неизвестным. Хотя, возможно, оно является полимером водородного цианида. По крайней мере, оптические свойства этого вещества подобны тому, что наблюдается в месте падения.
За неделю по Юпитеру было нанесено 23 аналогичных удара. Все куски кометы падали практически на одной параллели — 44 градуса южной широты, но на разных долготах. И постепенно на Юпитере появилась цепочка темных пятен, будто дыры от автоматной очереди. Коричневые облака размером в тысячи километров постепенно размывались ветрами, но были видны как слабая полоса в облаках даже 9 месяцев спустя. Разрушение кометы вызвало также увеличение плотности плазмы в ближайших окрестностях планеты, что привело к большому увеличению радиоизлучения радиационных поясов Юпитера и даже к заметным вспышкам полярных сияний около полюсов.
Однако, несмотря на богатство полученных результатов, обилие статей и научных форумов, уникальный эксперимент дал довольно мало для понимания физики и химии комет. Дело в том, что молекулы вещества кометы, столь желанного для исследователей, были разрушены чудовищной температурой при взрыве. Поэтому молекулы, обнаруженные после падения, вряд ли имеют прямое отношение к комете. Специалисты так и не смогли решить — принадлежит ли вещество коричневых облаков комете или же самому Юпитеру. Осталось также неясным, как глубоко в атмосфере происходили взрывы и соответственно какие вещества могли быть вынесены из недр Юпитера на суд астрономов. В печати появились даже сомнения: был ли объект Шумейкер-Лэви 9 кометой, а не астероидом?
Следы прежних побоев?
Как часто повторяются такие катастрофы? Оценки специалистов расходятся в широких пределах. Так, ведущий российский специалист по Юпитеру В. Г. Тейфель за год до падения заявил в печати: «Это случается раз в 10 млн лет, но мы сможем это увидеть». К. Шумейкер же придерживался иной точки зрения: судя по обилию ударных кратеров на спутниках Юпитера, падение столь крупной кометы на Юпитер может происходить раз в столетие. Тогда резонен вопрос: а не наблюдались ли и ранее на Юпитере загадочные вспышки и внезапные появления темных пятен? Да, такие наблюдения были, но они не вызывали интереса у профессиональных астрономов.
Так, в «Дайджесте Астроклуба» (г. Краснодар) опубликовано сообщение нижегородского любителя астрономии Д.А. Ляха об увиденной им загадочной вспышке на Юпитере 13 июля 1986 г. «Вспышка была яркой, рубиново-красно-го цвета», — писал очевидец. Она длилась всего секунду и выглядела как звездочка.
А в «Известиях Русского Общества Любителей Мироведения» (1917 г., т. 6, № 5 (29). с. 263) В.М. Златинский сообщил о внезапном появлении в июле 1917 г. на диске Юпитера необычного «черного пятна» продолговатой формы. По размерам, внезапности появления и необычно темной окраске («пятно это настолько интенсивно, что является в настоящее время самым темным образованием на Юпитере») оно напоминает следы падений фрагментов кометы Шумейкер-Лэви 9!
Р. Хилл занялся систематическими поисками кандидатов в незамеченные падения комет на Юпитер. Он внимательно просмотрел множество зарисовок и фотографий планеты, сделанных с 1891 по 1943 г. При этом оказалось, что основной вклад в синоптическое слежение за планетой сделали любители астрономии, а профессионалы явно пренебрегали крупнейшей планетой (особенно в США). В этом смысле полезными оказались публикации Секции Юпитера Британской Астрономической Ассоциации. В них Р. Хиллу удалось разыскать 5 пятен-кандидатов в следы падений комет или астероидов, предположительно состоявшихся 25 октября 1895 г., в апреле — мае 1909 г., в мае — июне 1921 г., в январе — марте 1932 г. и 27–28 декабря 1941 г.
Сразу же разгорелась дискуссия. Директор Секции Юпитера Британской Астрономической Ассоциации Дж. Роджерс подробно изучил ранее неизвестные, неопубликованные зарисовки тех пятен и отнес их к обычным облачным образованиям Юпитера, поскольку они появлялись в зонах возмущений атмосферы, нередко порождающих небольшие темные пятна. Но так как и кометы случайно могли попадать в многочисленные зоны возмущений, заключение эксперта трудно считать «закрытием» темы. К тому же и сам Дж. Роджерс оценил, что 2/3 падений комет могло быть незамеченным из-за плохих условий наблюдений и путаницы с другими пятнами Юпитера.
Масла в огонь спора подлила статья Т. Доббинса и У. Шихана о наблюдениях необычных групп компактных, короткоживущих темных пятен на Юпитере еще И.И. Шретером в 1785–1786 гг. Например, 26 октября 1785 г. он зарисовал цепочку из 5 темных пятен, протянувшуюся параллельно экватору планеты, чуть южнее его. Цепочка не походит на гирлянды голубых пятен Юпитера, но поразительно напоминает… следы падений фрагментов кометы Шумейкера-Лэви 9. Время жизни тех образований исчислялось днями, а не месяцами и годами, как у заурядных юпитерианских вихрей.
Мнения экспертов об этих образованиях разделились. Дж. Роджерс по-прежнему отнес все темные пятна к атмосферным возмущениям Юпитера, в то время как американский планетолог С.С. Лимай заявил: «По-моему, нет сомнения в том, что описанное Шретером было серией кометных ударов».
Вскоре японский любитель астрономии И. Табе обнаружил в библиотеке Парижской обсерватории неопубликованную записку «Новое открытие на шаре Юпитера» и рисунок темного пятна почти в центре диска планеты. Директор Парижской обсерватории Ж.Д. Кассини впервые заметил его 5 декабря 1690 г. 18 дней он зарисовывал, как пятно теряет округлую форму и вытягивается ветрами в цепочку из 3 неправильных пятнышек. Эти рисунки хорошо соответствуют результатам компьютерного моделирования размывки пятна юпитерианскими ветрами. И вполне может быть, что Дж. Д. Кассини видел след от падения одиночной кометы на Юпитер. Свыше 300 лет его рисунки не интересовали астрономов.
Казалось бы, какое нам дело до катастроф на Юпитере, ведь живем-то на Земле… Но крупные небесные тела падали и сюда (см. главу «Космические убийцы»). О них напоминают огромные кратеры-астроблемы на поверхности Земли. По-видимому, одна такая, но далеко не самая крупная из бывших катастроф, привела к гибели многочисленных динозавров…
Пока последствия катаклизмов планетарных масштабов приходится моделировать лишь с помощью компьютеров. Расчеты последствий падения на Землю космического тела размером в 1 — 10 км уже проведены в России и США. А насколько хороши те модели, помогут решить исследования аналогичных процессов на Юпитере, имевших место не на бумаге, а на самом деле. Ведь реальность всегда оказывается сложнее наших представлений о ней. Так, несмотря на многочисленные попытки предсказать детали падения кометы на Юпитер, теоретики не смогли предвидеть сложную структуру и оптические свойства остающихся следов.
Юпитер наглядно демонстрирует беспечному человечеству лишь одну из опасностей, таящихся в космической бездне…
«Галилей» спускается в ад
Человечество узнало о Юпитере гораздо больше, когда итальянский ученый Г. Галилей направил первый телескоп на эту планету. Теперь у него есть достойный однофамилец — «Галилей» — первый космический аппарат, созданный для орбитальных исследований Юпитера и посылки зонда в атмосферу планеты. После 3-летней задержки, из-за катастрофы космического корабля «Чеменджер», «Галилей» был запущен НАСА с борта космического «челнока» 18 октября 1989 г. 6-летний путь к Юпитеру был полон приключений. В 1993 г. станция пролетела около Венеры, исследовав эту планету. Дважды «Галилей» возвращался к Земле и получил ценные снимки обратной стороны Луны, в том числе первые снимки неисследованной космическими аппаратами области около южного лунного полюса. Эти сближения позволили станции набрать необходимую скорость для долгожданного перелета к Юпитеру. На этом этапе впервые с близкого расстояния были получены детальные изображения астероидов Гаспры и Иды, зарегистрировано плотное облако межпланетной пыли. Наконец, в декабре 1995 г. «Галилей» был выведен на орбиту вокруг Юпитера. Но, к несчастью, так и не удалось открыть основную антенну для связи с Землей, что сильно уменьшило объем информации, передаваемой через небольшую резервную антенну.
За 150 дней до прибытия к Юпитеру «Галилей» выбросил в космос атмосферный зонд, который взял курс на один из облачных поясов планеты. Материалы, опубликованные в журналах «Сайенс» и «Sky and Telescope», позволяют представить, как происходило это историческое событие — первое вторжение землян на Юпитер.
Итак, 7 декабря 1995 г. зонд, напоминающий летающую тарелку, вонзился в юпитерианскую атмосферу. Он падал в гигантскую прореху в облачном покрове планеты. Аппарату здорово «повезло», поскольку такие образования занимают лишь 1 % видимой поверхности планеты. «Дыра» величиною с нашу планету выглядела в земные телескопы зловещей темно-голубоватой бездной, пышущей жаром на инфракрасных снимках, полученных Хабблом с околоземной орбиты. Однако «жар» был весьма относительным, поскольку исходил от непрозрачного газового «дна» провала в облаках, где царил по нашим меркам трескучий мороз в -18 градусов по Цельсию.
Из-за мелкой технической неисправности зонд начал промеры параметров атмосферы на 53 с позднее, чем планировалось, — в нижней части самого верхнего слоя облаков из кристаллов аммиака, где давление было лишь в 3 раза меньше, чем на поверхности Земли. За бортом мороз в —140 градусов. Аппарат, медленно снижаясь на парашюте, пронизывает верхний ярус облаков из относительно крупных снежинок аммиака. Антенна зонда улавливает характерный радиотреск далеких грозовых разрядов, пронизывающих тучи в тысячах километрах от аппарата. Быстро теплеет до — 90 градусов Цельсия. Вскоре зонд пересекает второй ярус облаков толщиною в 10 км, состоящий из капелек гидросульфида аммония (NH4SH), и оптика аппарата покрывается весьма дурнопахнущей «росой». Давление уже в полтора раза превосходит земное, и аппарат «выныривает» из облаков. Под ним чистый воздушный океан. Радиошум от молний становится заметно слабее. Но до спокойствия здесь далеко — зонд уносится ветром со скоростью смерча. Скорость воздушного потока почти не меняется с глубиной — 200 м/с! По мере погружения уменьшается различие между небом и «землей» — зонд как бы равномерно освещен со всех сторон. Быстро темнеет, и через 40 мин полета освещенность уменьшается в 100 раз, температура поднимается до +152 градусов, а давление достигает 13 земных атмосфер. Из-за невыносимого жара начинают давать сбои некоторые приборы зонда. Наконец, зонд замолкает навсегда, опустившись на глубину 160 км и достигнув уровня с давлением 22 атмосферы. Падая дальше, посланец Земли был раздавлен, как субмарина в океанской бездне, а его обломки постепенно превратились в капли расплавленного металла.
Однако так и не были обнаружены облака водяного пара, давно предсказанные теоретиками. Необычная сухость атмосферы Юпитера была подтверждена и в ходе других экспериментов. Так, бортовой масс-спектрометр вовсе не смог заметить воду, а зависимость температуры от давления во время спуска соответствует сухой, хорошо перемешанной атмосфере. Данные же радиометра свидетельствуют о том, что воды в атмосфере Юпитера раз в 10 меньше, чем ожидалось, исходя из химического состава Солнца. Поскольку Солнце и Юпитер образовались из единой газопылевой туманности, «недостача» воды, а значит, кислорода, на Юпитере является загадкой. Тем более что содержание основных химических элементов в его атмосфере близко к ожидавшемуся (водорода — 86 %; гелия — 14 %).
Юпитерианский «алфавит»
По словам знаменитого американского астронома Отто Струве, история открытия радиоизлучения Юпитера является настоящим анекдотом. В первой половине 1950-х первые радиоастрономы полагали, что если и существует заметное радиоизлучение Юпитера, то это скорее всего треск электрических разрядов в его атмосфере. Но действительность превзошла все ожидания. Радиоизлучение планеты бога-громовержца было открыто в 1955 г. американцами Б.Ф. Бер-ком и К.Л. Франклином совершенно случайно как странный движущийся радиоисточник на небе, который то появлялся, то исчезал. Когда они поняли, что это сигналит Юпитер, в архиве нашлись ленты самописца с радиобурями планеты, записанными за 5 лет до открытия. Более того, оказалось, что на длинах волн 10–30 м Юпитер столь же мощный радиоисточник, как и Солнце. Его излучение было доступно еще радиолюбителям 1930-х годов! Теперь же каждый желающий может через Интернет получить из НАСА инструкции, как принять участие в проекте Radio Jove и с помощью простого радиоприемника слушать «голос» планеты-гиганта.
Пишущий эти строки 20 лет наблюдал Юпитер на крупнейшем декаметровом радиотелескопе УТР-2 Радиоастрономического института НАН Украины (г. Харьков) и знает проблему не понаслышке. Радиобури Юпитера бывают двух типов. В наушниках они слышны как шипение (так называемые L-всплески) и как треск (S-всплески). И то и другое происходит в определенное время. Дневной прием затруднен земной ионосферой, «усиленной» солнечными лучами. Лучше всего Юпитер слышен заполночь в одно и то же время (±15 минут) 2 ночи подряд, которые следуют с недельным периодом.
Этот недельный период «радиопередач» сам по себе является чудом. Собственно, наиболее мощные радиобури слышны тогда, когда Земля попадает в радиолуч Юпитера. Как догадался Е.К. Бигг в 1964 г., радиолуч связан… со спутником Ио, облетающим Юпитер с периодом Рио= 1,769 суток. Заметьте, что 4 орбитальных периода Ио составляют 7,076 суток. Поэтому мощная радиобуря повторяется с почти недельным периодом. Получается, что движение Ио находится в резонансе с суточным вращением далекой Земли. И, что уж совсем удивительно, формально есть совпадение и с нашей неделей!
Картина юпитерианского радиоизлучения оказалась настолько сложной, что она во многом остается загадкой до сих пор. В отечественной литературе крайне мало публикаций на эту тему. А советские радиоастрономы начали регулярно наблюдать «декаметровое радиоизлучение Юпитера» лишь в 1980 г. — через 30 лет после его обнаружения! Атмосферу таинственности хорошо передают слова профессора Г. Покровского, писавшего в 1964 г.:
Радиотелескопы время от времени улавливают мощные радиоимпульсы, исходящие из тех или иных точек в глубине мощных облачных масс, окружающих эту огромную планету. Каков источник этих радиоимпульсов? Отыскивая аналогичные явления в окружающей нас действительности, мы встречаем нечто подобное при работе мощных ракетных двигателей.
Речь идет об S-всплесках, которые на диаграмме «частота — время» выглядят то наклоненными палочками, то замысловатыми фигурами, напоминающими арабскую вязь. Специалисты терялись в догадках об их происхождении. Гипотезы ограничивались, как правило, рассуждениями об излучении сгустка электронов размером менее 20 км, летящих от Юпитера по силовым линиям магнитного поля со скоростями порядка 20–30 тысяч км/с. Такой сгусток излучает приблизительно на той частоте, с которой электроны вращаются вокруг магнитных силовых линий (так называемая циклотронная частота). Поскольку с удалением от Юпитера магнитное поле слабеет и циклотронная частота уменьшается, излучение образует наклоненную «палочку» на плоскости «частота — время». Это наиболее распространенная форма (рис. 55, вверху).
Но наблюдаются случаи, когда S-всплески выглядят, как буквы (рис. 54, внизу). Причем эти «буквы» могут детально повторяться даже в разные дни. Их разнообразие и повторяемость настолько поразительны, что радиоастрономы занялись классификацией, составляя юпитерианский «алфавит». Первым попытку составления «алфавита» опубликовал финский радиоастроном Й.Й. Риихимаа в 1990–1991 гг. (рис. 56, 57). Затем последовал эффектный «алфавит» франко-украинской группы исследователей (рис. 54). И эта работа еще не завершена, поскольку Й.Й. Риихимаа отметил: «Картина юпитерианских декаметровых S-бурь далека от полноты, и, может быть, лишь 10 % от множества их вариантов записаны до сих пор».
Теоретики принялись за работу по расшифровке загадочных знаков. Появились несколько интерпретаций простейших форм S-всплесков (слабо искривленных линий). Для этого приходилось вводить сложные изменения концентрации электронов или ускоряющих электрических полей. Но и этими путями удавалось объяснить лишь небольшую часть «алфавита». Трудность заключалась в том, что «спектры такого рода трудно объяснимы с точки зрения причинно-следственных связей, так как излучение возникает в какой-то момент времени независимо на 2 значительно разнесенных частотах, и затем спектр плавно сливается в одной точке на плоскости «частота — время»».
Рис. 55. Простейшая форма загадочных S-всплесков Юпитера — наклоненные полоски на плоскости «частота-время». Излучение показано черным цветом. Ниже находится таблица сложных форм S-всплесков — «Алфавит».
Именно эти слова и подталкивают к разгадке. Когда возникают проблемы с причинностью, логично задаться вопросом: видим ли мы истинный порядок событий или он нарушен из-за условий наблюдения? Теоретики давно пишут о том, что S-излучение вблизи своего источника должно распространяться гораздо медленнее скорости света в вакууме. При этом раньше видно не то излучение, которое испущено ранее, а то, чей источник к нам ближе. Силовая линия магнитного поля, вдоль которой летит источник S-излучения, не обязательно гладкая, как считали до сих пор. Согласно измерениям космических аппаратов «Вояджер» и «Галилей», вдоль таких линий, как по струнам, от Ио к Юпитеру распространяются волны Альвена. Линия искривляется, и траектория радиоисточника становится волнистой или спиральной. Соответственно возникает различная задержка сигнала при радиоприеме на Земле. Несложная модель позволила автору этих строк воспроизвести на экране компьютера практически все многообразие S-всплесков (рис. 56–58).
Рис. 56. Редкие формы декаметрового радиоизлучения Юпитера как они опубликованы Й.Й. Риихимаа и смоделированы на компьютере (радиоисточник висит на фиксированной высоте).
Рис. 57. Формы S-всплесков, наблюдавшиеся Й.Й. Риихимаа и воспроизведенные на компьютере (радиоисточник удаляется от Юпитера).
Таким образом, «алфавит» несет ценную информацию об очень низкочастотных волнах около Юпитера, наблюдать которые с Земли напрямую невозможно. По сути, полоски S-всплесков являются графиками, осциллограммами этих колебаний. Нужно лишь знать, как их «читать». Именно с такими низкочастотными волнами теоретики связывают загадку механизма генерации S-всплесков. И, возможно, именно хитрые последовательности фигур юпитерианского «алфавита» дадут ключ к разгадке.
Рис. 58. «Алфавит» самых сложных форм S-всплесков и попытки их моделирования.
Кипящая Ио
Ио — это спутник планеты Юпитер, названный по имени одной из многочисленных любовниц Зевса. Он немного крупнее нашей Луны и является одним из самых экзотических мест в Солнечной системе. Много таинственных историй связано с этим миром, который сейчас исследует американская межпланетная станция «Галилей».
Ио давно удивляла астрономов. Время от времени на ней замечали странные явления, объяснить которые стало возможным только в последнее время. Вероятно, именно необычность таких феноменов и недоверие к визуальным наблюдениям прошлых лет привели к тому, что старинные сведения об извержениях вулканов Ио были просто забыты…
А тем не менее, уже в 1678 г. создатель и директор Парижской обсерватории Дж. Д. Кассини удивлялся, что иногда не может видеть тень этого спутника Юпитера на облачном покрове планеты. В первой половине XIX в. Ф. Араго, тоже директор астрономической обсерватории Парижа, объяснял этот феномен преломлением солнечного света в атмосфере Ио изменчивого состава.
Более часто замечали искажения формы тени Ио и даже ее раздвоение на глазах наблюдателей. Например, Х.О. Хоффман видел такой феномен 14 ноября 1891 г. и оставил его описание на страницах «Sideral Messenger»: «…Круглая тень стала продолговатой, в этом виде она оставалась по крайней мере 30 минут и затем тень, казалось, раскрылась и предстала двойной, обе тени были круглыми и черными, одна гораздо меньше, чем другая».
Подобное явление поразило и X. Халберта 29 сентября того же года: «Он (спутник. — А.А.) выглядел белым диском на фоне южного экваториального пояса [Юпитера], за ним следовала обычная тень, а на той же дистанции от нее находилась вторая тень, меньше настоящей и окруженная бледной каймой». Более того, раздвоение тени Ио удалось сфотографировать Ф. Гласеру 26 сентября 1963 г. Первый его снимок показывает нормальную круглую темную тень Ио на диске Юпитера. На втором снимке, сделанном через 16 минут, различимы уже две тени! Рядом четко видны пояса облаков и Красное Пятно — никаких признаков дефектов снимка. Но на третьем снимке, снятом через 3 минуты после второго, тень Ио снова имела нормальный вид… Наконец, 22 мая 1966 г. К. Делано видел, как в моменты наилучшей видимости «тень Ио выглядела двойной». Подобные сообщения о тенях других, даже более крупных спутников Юпитера (Европы, Ганимеда и Каллисто) НЕИЗВЕСТНЫ. Следовательно, речь идет не об иллюзиях, а о реальном феномене.
Но лишь через 301 год после наблюдений Кассини американская станция «Вояджер -1» передала на Землю изображения извергающихся вулканов Ио, формирующих временную, весьма изменчивую газовую оболочку спутника. Эта временная и несимметричная атмосфера способна играть роль линзы для солнечных лучей и искажать вид тени Ио. Поскольку масса спутника лишь на 20 % больше лунной, выбросы вулканов быстро рассеиваются, и тень обретает нормальный вид. К сожалению, эта возможность была пропущена исследователями, а ценные наблюдения попали в разряд курьезов и были забыты…
Впрочем, существуют и других забытые свидетельства геологических переворотов на этом спутнике. Так, старинные определения цвета Ио противоречат современным данным. Высокоточные измерения показывают, что спутник, в отличие от своих соседей, теперь является самым красным и близок по цвету к «красной планете» Марс. Но заглянем в отдел редкой книги ЦНБ ХГУ, в пыльные тома Philosophical Transactions Королевского общества Лондона. В томе за 1797 г. содержится подробнейший отчет одного из ведущих астрономов XVIII века В. Гершеля о его наблюдениях спутников Юпитера. Гершель оценивал цвет Ио 19 июля и 9 августа 1794 г., а также 24 сентября и 15 октября 1796 г. Однако всегда находил его БЕЛЫМ, хотя отмечал красноватый оттенок спутника Каллисто. «1-й [спутник Юпитера] белый, иногда более определенно, чем другие [спутники]», — делал вывод Гершель. К этому же заключению пришли также известные астрономы первой половины XIX в. В. Бэр и И. Медлер. Но из их наблюдений следовало, что Ио даже голубоватый!
Первые изображения Ио, переданные межпланетными станциями «Вояджер-1, -2» в 1979 г., показали красный лик спутника, покрытый обширными темными и голубоватыми пятнами. Геологи объясняют такой вид одной причиной — сера. Она многолика и при разных температурах имеет различную структуру и цвет. Нагретая до 600 градусов по Цельсию сера выглядит как дегтеобразная черная жидкость, при температуре 125 градусов она твердая и имеет цвет апельсина, при более низких температурах — желтая, а на морозе — 200 градусов — ослепительно белая. Космические аппараты сфотографировали почти 2 сотни вулканов в виде темных пятен, от которых растекаются языки потоков серы различных оттенков — черные, красные, желтые… Поперечники вулканических кратеров чудовищны — от 70 до 182 км. Над некоторыми из них видны султаны выбросов, вздымающиеся на 60—300 км. Одновременно «работает» около десятка вулканов, выбрасывающих громадное количество газа — в основном двуокись серы. Двуокись серы оседает на поверхности спутника в виде голубоватого инея, образующего изменчивые пятна. Эти-то пятна и могли бы объяснить белый или голубоватый цвет Ио в прошлом.
Действительно, поверхность Ио меняется буквально на наших глазах. «Вояджеры» зарегистрировали изменения больших пятен поверхности за время порядка часов. Через 18 лет после «Вояджеров-1, -2» съемка Ио была повторена станцией «Галилей». Многочисленные различия старых и новых изображений просто бросаются в глаза. Появились новые потоки серы и новые кольца голубоватого инея вокруг некоторых вулканов. Очевидно, за пару веков, прошедших со времен В. Гершеля, изменения должны были бы быть еще более разительными.
Изменения на Ио замечали даже с Земли. Например, телескоп Хаббл в июле 1995 г. получил изображение нового гигантского светлого пятна, отсутствовавшего на диске Ио еще в марте 1994 года. Размеры и положение пятна таковы, что его можно было бы заметить и в наземные телескопы. А 2 мая 1995 г. телескоп НАСА на Гавайях непосредственно наблюдал мощное извержение вулкана на Ио в виде временной яркой точки на инфракрасных изображениях спутника. Не исключено что крупнейшие извержения на Ио можно заметить с Земли и в видимом свете. По крайней мере, это может объяснить сообщения о загадочных вспышках, замеченных на спутнике. Подобный случай произошел 26 июля 1983 г., когда было отмечено увеличение яркости Ио в полтора раза на пару минут. Но более эффектный феномен увидели именно наши земляки 9 июля 1925 г. Статью об этом я случайно обнаружил в давно забытом журнале «Мироведение» за 1926 г. во время очередного похода в книгохранилище Харьковской астрономической обсерватории. Вот выписки из подробного отчета участника событий Н.П. Санютина.
Это явление… наблюдалось в Одессе на 1 Народной обсерватории мною и заведующим обсерваторией Я.Д. Вруном при исключительно благоприятном состоянии атмосферы… при хороших качествах 6-дюймового телескопа фирмы Бардо.
…Было замечено, что первый спутник планеты около момента 1-го контакта (наблюдалось вступление Ио на диск Юпитера. — А.А.) стал приобретать все большую яркость, которая достигла наибольшей величины во время 2-го контакта. Кроме того, маленький диск спутника в это же время казался ярко-голубым, будучи светлее центральных частей экваториальной зоны Юпитера примерно в 2 раза. По мере удаления спутника от края диска планеты яркость его стала убывать, и примерно на расстоянии 3-х своих диаметров от края диска Юпитера спутник, потеряв также свой голубой оттенок, стал неотличим для глаза на общем фоне экваториальной зоны… Далее, близ центра диска спутник был совершенно невидим, следовательно, имел те же яркость и цвет, что и центральная часть экваториальной зоны. При схождении спутника с диска планеты все изменения повторились в обратном порядке, причем снова наибольшая яркость и наиболее резко выраженный голубой оттенок были в момент 3-го контакта… Изменение яркости — и тем более цвета спутника — не может быть объясняемо исключительно явлением контраста.
Особенно интересно, что при схождении спутника с диска планеты в 23 ч 32 м наблюдатели отметили: «Мелькает яркая точка в центре (диска Ио. — А.А.)». В 23 ч 37 м записано: «Очень ярок — голубой фосфорический блеск». Но уже в 23 ч 45 м: «Принял обычный вид». На следующий деньте же наблюдатели, в тот же телескоп, проследили выход Ио из-за диска Юпитера. Однако: «… Самые тщательные сравнения не могли обнаружить никакого различия его яркости, по сравнению с экваториальной зоной планеты. Также совершенно отсутствовала голубая окраска». Поэтому заманчиво предположить, что мелькание яркой точки в центре Ио, вспышка и голубая окраска спутника были вызваны необычно мощным извержением на спутнике.
Но сенсационное сообщение было проигнорировано научным миром. «Ошибка или мистификация,» — такова обычная реакция научного сообщества на сообщения об уникальных феноменах, которые нельзя повторить и проверить. Кстати, и открытие самого Ио Г. Галилеем 387 лет назад поначалу было поставлено под сомнение — астроном Мартин Горкин выпустил тогда книгу об оптическом обмане телескопа и жадности к золоту первооткрывателя. Время расставило все по местам, и теперь уже космическая станция «Галилей» исследует спутники Юпитера.
7 декабря 1995 г. станция пролетела всего в тысяче километров от поверхности Ио. К сожалению, неисправность бортового магнитофона и нераскрывшаяся главная антенна станции не позволили получить беспрецедентные изображения спутника с разрешением порядка 10 метров. Но и с дальних дистанций удалось многое увидеть. Была сфотографирована гигантская струя, бьющая из ранее неизвестного вулкана и вздымающаяся голубым «грибом» на сотню километров над краем диска Ио. На снимке Ио, сделанных в инфракрасном свете в сентябре 1996 г., виден десяток ярких пятен — это вулканы, раскаленные до температуры около 700 градусов Цельсия. На экваторе, у края диска, заметны слабые свечения — по-видимому, полярные сияния в атмосфере Ио. Общая съемка поверхности спутника выявила сильные изменения вида многие деталей, произошедшие за 18 лет со времени работы «Вояджеров». Это прямое следствие высокой вулканической активности спутника, разогретого трением огромных приливных горбов под действием мощного притяжения Юпитера. Пролетая около Ио, «Галилей» впервые прозондировал его гравитационное поле. На основании этих данных американские ученые сделали вывод о существовании у Ио массивного, по-видимому, металлического ядра с радиусом около половины радиуса спутника.
Во время последующих сближений с Ио (10 октября и 25 ноября 1999 г.) станция «Галилей» передала на Землю феерические пейзажи спутника с рекордным разрешением до 9 м. Земляне увидели высокие горы, фонтан лавы, разогретой до +2000 °C, ползущие потоки изверженных пород, наконец, многочисленные изменения темных пятен на поверхности.
Вся орбита Ио окружена обширным «бубликом» светящихся газов, выброшенных вулканами спутника. Его свечение хорошо видно даже с Земли. В этом торе из плазмы идут пока еще плохо понятые процессы, вызывающие мощное радиоизлучение Юпитера на длинах волн более десяти метров. Это излучение уже много лет наблюдают харьковские радиоастрономы на крупнейшем в мире низкочастотном радиотелескопе УТР-2, расположенном у железнодорожной станции Граково. Результаты наблюдений однозначно свидетельствуют о теснейшей связи радиоизлучения Юпитера и… Ио. Через атмосферу Ио текут электрические токи в миллионы ампер и замыкаются в полярных областях Юпитера, где порождают полярные сияния и мощное радиоизлучение, направленное в виде воронки. Эта «воронка» привязана к Ио силовыми линиями магнитного поля, а потому вращается в такт с движением спутника по орбите. Большинство специалистов полагает, что эта система работает как огромный радиолазер, называемый мазером. И когда этот «маяк» поворачивается к Земле, харьковские радиоастрономы записывают мощную радиобурю — своеобразный привет от Ио и ее вулканов.
Возможно, огнедышащая Ио с ее потоками серы и непрекращающимися извержениями покажется адом. Но для вулканологов и геологов это, без сомнения, рай, сулящий новые знания о планетах. Ведь в Солнечной системе Ио — единственное место, где геологические процессы не растянуты на миллионы лет, а идут прямо на наших глазах. И если бы астрономы доверяли глазам наблюдателей, давно сообщавших о странных феноменах на Ио, то для открытия там вулканов не потребовались бы десятки миллионов долларов и полеты к Юпитеру!