Лев Мухин - В нашей галактике
Гюйгенс решился открыто расшифровать ее только через три года после опубликования, когда убедился в правильности своих результатов. Запись Гюйгенса выглядела так: «Кольцом окружен тонким, плоским, нигде не прикасающимся, к эклиптике наклонным».
Вообще говоря, такой метод научных публикаций стоит взять на вооружение некоторым авторам — любителям дешевых научных сенсаций, которые, не колеблясь ни секунды, печатают статьи и книги, полные сомнительных, а иногда и полностью лженаучных сообщений. Но вернемся к кольцам Сатурна, которые в 1980 году были сфотографированы с космических аппаратов, сотни лет спустя после анаграмм Галилея и Гюйгенса.
В ноябре 1980 года, когда начались съемки Сатурна и его колец с расстояния в 8 миллионов километров, фотографии стали приносить сюрприз за сюрпризом. Выявилось, что кольца состоят из 95 концентрических полос, на которых, в свою очередь, можно различить около тысячи деталей, напоминающих канавки граммофонной пластинки. Чуть позже данные «Вояджера-2» продемонстрировали, что у Сатурна десятки тысяч колец. Заодно были открыты и несколько новых спутников Сатурна. До полетов «Вояджеров» было известно 10 спутников Сатурна. Сейчас — 17.
Кольца Сатурна именуют буквами латинского алфавита: внутреннее, самое близкое к планете, называют кольцом C, подальше — кольцами B, A… «Вояджеры» открыли новые кольца D, F, G, E. Самое невероятное — это структура кольца F, которое само состоит из трех отдельных колец, как бы переплетенных в жгут. Как такое объяснить законами небесной механики?
Главная головоломка с кольцами Сатурна (кстати, похожая на загадку колец Юпитера) — их устойчивость, вернее, неустойчивость. У них не может быть, как говорят планетологи, космогонический возраст, то есть возраст, близкий к возрасту Солнечной системы. Следовательно, некий источник снабжает кольца соответствующим материалом.
Высказана идея, что совсем недавно, несколько тысяч лет назад, взорвался Титан — громадный спутник Сатурна. И взорвался он из-за электролиза льдов под воздействием тока (вспомним Ио), текущего через его тело. Так вот, ледяные и горные осколки после чудовищного взрыва будто бы и пополняют веществом кольца Сатурна. Увы, последние данные о Титане делают эту гипотезу не очень-то правдоподобной, хотя она и красива.
Писали и о том, что кольцо F состоит из плазменных шнуров. Но это уж совсем невероятно: для шнуров требуется такая высокая плотность плазмы, что она явно будет неустойчива.
Очень интересную гипотезу по поводу происхождения колец Сатурна и их особенностей выдвинул сотрудник Института космических исследований В. Давыдов. Множество отдельных очень узких элементов, из которых состоят кольца, Давыдов объясняет тем, что в пространстве между кольцами находятся «дымящие» тела, непрерывно снабжающие кольца веществом в виде микрочастиц. Общее количество этих «дымящих» тел достигает тысячи.
Эти тела представляют собой кометоподобные образования, которые постепенно разрушаются, питая своим веществом кольца Сатурна. В этом случае все особенности кольца F получают достаточно естественное объяснение. Неровности нитей могут быть обусловлены не только гравитационными возмущениями, но и вращением «дымящего» тела и неравномерностью выделяющегося из него дыма. Скорость вылета микрочастиц из «дымящего» тела невелика — около 10 метров в секунду.
Но не только кольцо F поставило после полета «Вояджеров» ряд сложных вопросов. На многих снимках кольца В мы видим темные полосы размером более 7 тысяч километров, которые имеют радиальную структуру и вращаются вокруг Сатурна. Они сохраняют свою форму в течение продолжительного времени. Ученые назвали их «спицами». Предполагается, что «спицы» — облака мелких наэлектризованных частиц, вытолкнутых из плоскости кольца и увлекаемых магнитным полем Сатурна.
В. Давыдов предложил другую гипотезу. Он считает, что если в кольце есть удлиненные частицы, то они под воздействием магнитного поля планеты ориентируются перпендикулярно плоскости кольца и поднимаются как ворс на бархате.
Очень интересно поведение двух спутников Сатурна — S10 и S11. Подумать только — они обращаются вокруг Сатурна практически по одной орбите! Минимальное расстояние между ними всего каких-то 50 километров! В то же время размер S10 около 100, a S11 — около 65 километров. Казалось бы, в точке сближения они неминуемо столкнутся. Однако этого пока не было. Почему? Одно из объяснений таково: в тот момент, когда S10 и S11 сближаются, происходит так называемое «возмущение» их орбит, и спутники по подковообразной траектории огибают друг друга.
Поговорим теперь об одном из самых замечательных тел Солнечной системы, о луне Сатурна — Титане. Это самый большой из спутников Сатурна. Единственная из лун Солнечной системы, которая имеет плотную атмосферу, причем более плотную, чем наша Земля. Мало того, вполне возможно, что Титан и Земля — два члена семейства Солнца, которые имеют океаны на своей поверхности. Только земные океаны абсолютно непохожи на океаны Титана.
Титан был открыт X. Гюйгенсом весной 1655 года. Около двух веков он оставался безымянным, до тех пор, пока сэр Д. Гершель не решил дать названия семи известным к тому времени спутникам Сатурна. Название было вполне удачным, так как по своим размерам с учетом атмосферы Титан — самая большая из лун Солнечной системы, а размеры твердого тела Титана (радиус 2575 километров) превосходит лишь Ганимед, радиус которого 2640 километров. Первым, кто сказал об атмосфере Титана, был каталонский астроном Д. Солá. Сейчас трудно сказать, действительно ли видел атмосферу Титана Сола. Он скомпрометировал себя ошибочными публикациями об облаках над спутниками Юпитера. Тем не менее после публикаций Сола сэр Д. Джинс включил Титан как пример в свои знаменитые расчеты об ускользании атмосфер с различных планет Солнечной системы. Джинс показал, что если температура Титана находится в пределах 60–100 градусов Кельвина, то вещества с молекулярным весом более 16 никогда не смогут оставить луну Сатурна.
Много газов имеют молекулярный вес свыше 16, и среди них наибольший интерес представляет аммиак, который присутствует в атмосферах Юпитера и Сатурна, но аммиак при тех температурах, которые предполагались на Титане, не мог бы существовать в виде газа, он должен быть твердым, замерзать. Есть, конечно, и другие газы: аргон, азот, но поиски их были затруднены тем обстоятельством, что эти газы не поглощают свет в инфракрасной области. Поэтому астрономы стали искать в атмосфере Титана метан (молекулярный вес равен 16), и в 1944 году Д. Койпер из Чикагского университета обнаружил его при исследовании спектров Титана.
В течение последующих перед полетом «Вояджера» десятилетий появились дополнительные модели атмосферы Титана. Многие из них были противоречивы.
К концу 70-х годов остались лишь две конкурентоспособные модели. Согласно одной из них температура поверхности Титана 86 градусов Кельвина, давление у поверхности 20 миллибар, около 0,02 давления у поверхности нашей Земли, а атмосфера на 90 процентов состоит из метана. Эту модель предложили ученые из Принстона. Д. Хантен, о котором мы упоминали ранее, был не согласен с этой моделью. По его мнению, атмосфера Титана должна состоять из азота, температура у поверхности — около 200 градусов Кельвина, а давление в тысячу раз больше, чем давали его коллеги из Принстона, — около 20 бар, то есть в двадцать раз больше, чем на Земле. Эксперименты, проведенные в ноябре 1980 года, когда «Вояджер» прошел всего в 7 тысячах километрах от Титана, прояснили картину и позволили понять истинное положение вещей.
Хочу заметить, что мы современники удивительных событий, происходящих на наших глазах в науке. Если сравнительно недавно наши знания основывались лишь на данных чисто астрономических наблюдений и были поэтому неполными, то сегодня положение резко изменилось. Космические исследования настолько сузили диапазон ошибок, исключили столь много неоднозначностей в наших представлениях, что в ряде случаев только изучение планет с помощью космических аппаратов дает возможность расставить все точки над «и» и добиться окончательного решения того или иного научного вопроса.
Справедливости ради необходимо сказать, что и космические исследования отнюдь не всегда являются истиной в конечной инстанции. Но в случае Титана именно эксперименты «Вояджера» помогли правильно решить загадки спутника Сатурна. Истина, как всегда, лежала посредине. Хантен оказался прав в отношении азота. Именно он основной компонент в атмосфере Титана. Но принстонцы были правы в отношении температуры, она оказалась равной 95 градусам Кельвина у поверхности. Давление же атмосферы составляет около полутора атмосфер. Чуть выше, чем у поверхности Земли.
