Лев Шильник Удивительная космология

Девять или десять?

Девятая планета кружится в такой несусветной дали, что разглядеть ее в небесах до начала XX столетия было решительно невозможно. Даже световому лучу, пробегающему расстояние от Земли до Солнца всего-навсего за восемь минут, требуется пять с половиной часов, чтобы с грехом пополам доползти до Плутона. Плутон отыскали совсем недавно – в 1930 году, и с момента его открытия прошло немногим более трех с половиной плутоновских месяцев, ибо полный оборот вокруг Солнца эта небольшая и очень холодная планета совершает почти за 246 земных лет. Честь открытия девятой и самой маленькой планеты Солнечной системы принадлежит американскому астроному Клайду Томбо, которому в ту пору едва-едва стукнуло 24 года. Однако судьба Плутона как-то сразу же не задалась. Беднягу то вышибали с позором из членов планетного семейства, то вновь принимали обратно под гром рукоплесканий. Эта бестолковая чехарда продолжалась довольно долго, пока в августе 2006 года на Генеральной ассамблее Международного астрономического союза в Праге шумные делегаты большинством голосов окончательно не лишили многострадальный Плутон почетного статуса классической планеты и не поместили его вместе со спутником Хароном в группу так называемых транснептуновых объектов (ТНО). Основными причинами столь возмутительной дискриминации стали малые размеры девятой планеты и некоторые особенности ее орбиты. Плутон – самая маленькая планета Солнечной системы (всего 2300 километров в диаметре, то есть в полтора раза меньше Луны), однако площадь его поверхности (17,9 млн км2) вполне сопоставима с территорией России.

Плутон, единокровный брат Зевса-Юпитера и Посейдона-Нептуна, был повелителем царства мертвых, а Сатурн и Уран приходились ему отцом и дедом, поэтому он замечательно вписался в семью самых далеких планет Солнечной системы. Древние греки считали его редким богачом, ибо ему принадлежали не только души умерших, но и несметные сокровища, таящиеся в земных глубинах. У владыки античного Эреба было и другое имя – Аид, или Гадес, что переводится как «безвидный», «невидимый», «ужасный». Когда в 1978 году американский астроном Джеймс Кристи обнаружил у Плутона естественный спутник, его почти сразу же окрестили Хароном в честь мифического лодочника из царства мертвых. Этот хмурый и неприветливый старик, облаченный в ветхое рубище, перевозил умерших по водам подземных рек, которых в Аиде было полным-полно: бурный Стикс, огненный Флегетон, Лета – река забвения и непроглядно-черный Коцит. Увы, но все на свете имеет свою цену, а потому трудился Харон отнюдь не бесплатно. Помните Бродского, читатель?
Тщетно драхму во рту твоем ищет угрюмый Харон,

тщетно некто трубит наверху в свою дудку протяжно.

Посылаю тебе безымянный прощальный поклон

с берегов неизвестно каких. Да тебе и не важно.

Именем бога смерти хороший мир не назовут. По сравнению с Землей Плутон получает в полторы тысячи раз меньше солнечного тепла, поэтому на его поверхности всегда царит ледяная стужа – от минус 220 до минус 240 градусов Цельсия. При таких низких температурах замерзает даже азот, образуя крупные прозрачные кристаллы до нескольких сантиметров в поперечнике. Обычный водный лед тоже можно найти на Плутоне, правда, в небольших количествах. В некоторых районах встречается замерзший угарный газ – окись углерода. Путешественнику, ступившему на поверхность девятой планеты, откроется пейзаж потрясающей красоты, удивительный мир совершенных геометрических форм наподобие ледяных чертогов Снежной Королевы из сказки Ганса Христиана Андерсена. Подобно мальчику Каю, он даже может попытаться сложить слово «вечность» из прозрачных кристаллов, ибо где, как не на Плутоне, можно в полной мере ощутить ее царственное равнодушие? Угольно-черное небо над головой в тифозной сыпи звезд, нагромождение вековых льдов под ногами и огромный Харон, неподвижно висящий в зените, как напоминание о тщете всего сущего.

Плутон исследован из рук вон плохо, потому что на сегодняшний день это единственная планета Солнечной системы, до которой пока еще не добрался ни один космический зонд. Полет к Плутону – весьма сложная техническая задача, поскольку шесть миллиардов километров, отделяющие девятую планету от Солнца, предъявляют максимум требований и к проблеме радиосвязи с автоматической станцией, и к элементам ее энергоснабжения. Стандартные солнечные батареи на таком огромном расстоянии совершенно бесполезны. Тем не менее в январе 2006 года к Плутону стартовал американский аппарат «New Horizons», который должен встретиться с повелителем холодных миров в июле 2015 года. Если все сложится благополучно, космический зонд продолжит полет, все дальше уходя от Солнца. Его новой целью станут объекты пояса Койпера – аморфное облако насквозь промороженных ледяных глыб, лежащее за орбитой Плутона.

В 1988 году у девятой планеты была обнаружена очень разреженная атмосфера, предположительно состоящая из азота, метана, аргона и неона. Давление этой почти невесомой дымки совершенно ничтожно, что, однако, не мешает протеканию химических реакций. Под влиянием солнечного ветра атомы азота, углерода, водорода и кислорода взаимодействуют между собой, порождая сложные органические соединения. Оседая на поверхность планеты, они окрашивают ее в желтовато-розовый цвет. Но наиболее примечательная особенность атмосферы Плутона – ее сезонные метаморфозы, связанные со сменой времен года. По мере приближения к Солнцу температура начинает расти, что приводит к испарению азотного льда и «распуханию» атмосферы. Но стоит Плутону улететь от Солнца подальше (его орбита представляет собой сильно вытянутый эллипс), как температура немедленно падает, а газы вновь конденсируются и выпадают на поверхность планеты в виде кристаллов азотного льда. Наступает сезонный ледниковый период, и атмосфера на долгое время улетучивается без следа. Таким образом, Плутон – единственная планета Солнечной системы, атмосфера которой периодически рождается и гибнет, как у комет во время их движения вокруг Солнца.

Параметры орбиты Плутона тоже заслуживают внимания. В момент его открытия он располагался достаточно далеко от Солнца, по праву занимая место девятой планеты. Но поскольку его орбита имеет весьма значительный эксцентриситет (0,25, то есть заметно больше, чем даже у Меркурия), расстояние до Плутона от Солнца на протяжении его года меняется почти в два раза – от 29,6 а. е. в перигелии до 48,8 а. е. в афелии. Таким образом, время от времени Плутон оказывается ближе к Солнцу, чем Нептун. Через ближнюю точку своей орбиты Плутон прошел в сентябре 1989 года и теперь продолжает удаляться в сторону афелия (точка максимального удаления от Солнца), которого достигнет лишь в 2112 году, а первый полный оборот вокруг Солнца после своего открытия завершит лишь к 2176 году. Вдобавок орбита Плутона сильно наклонена к плоскости эклиптики (17 градусов, на 10 градусов больше, чем у Меркурия), что также нетипично для большинства планет Солнечной системы.

Осевое вращение девятой планеты тоже имеет свои особенности. Угол между плоскостью экватора Плутона и его орбитальной плоскостью составляет 32 градуса, поэтому при движении по орбите он перекатывается с боку на бок, как колобок. В этом смысле он немного напоминает Уран, хотя у последнего, как мы помним, осевое наклонение еще больше: седьмая планета фактически лежит на боку.

Полный оборот вокруг оси Плутон совершает за 6,4 земных суток, а его спутник Харон оборачивается вокруг материнской планеты в точности за то же самое время. Кроме того, орбита Харона лежит в экваториальной плоскости Плутона, поэтому он виден только с одного полушария и никогда не скрывается за горизонтом. А поскольку расстояние между Плутоном и Хароном не превышает 19 400 километров, с поверхности Плутона его спутник смотрится весьма внушительно: его видимый диаметр в семь раз больше диаметра Луны на земном небосводе.

Надо сказать, что Плутон и Харон представляют собой совершенно уникальный тандем среди других планет Солнечной системы. Они очень близки по размерам (2300 и 1200 километров соответственно) и расположены на небольшом расстоянии друг от друга. Соотношение их масс тоже является беспрецедентно высоким, поскольку Плутон всего в восемь раз тяжелее Харона. Для сравнения: Луна, которая традиционно считается весьма крупным спутником, в 81 раз легче Земли, да и расположена гораздо дальше. Аналогичные соотношения масс других планет Солнечной системы и их спутников дают несопоставимо меньшие величины. Скажем, спутники Юпитера (не говоря уже о спутниках Марса) уступают ему по массе в несколько тысяч раз. С другой стороны, Плутон и Харон ощутимо различаются по параметру средней плотности, что позволяет задуматься об их независимом происхождении. Поэтому большинство астрономов полагают, что Плутон и Харон – двойная карликовая планета.

Совокупность всех этих обстоятельств – чрезвычайно вытянутая орбита девятой планеты, сильно наклоненная к эклиптике, ее очень небольшие диаметр и масса, наличие крайне нестандартного спутника – в конце концов побудили специалистов решительно и бесповоротно изгнать Плутон из числа планет Солнечной системы и поместить его в список объектов пояса Койпера (ОПК).

Читатель уже столько раз встретился на страницах этой книги с транснептуновыми объектами (или объектами пояса Койпера, что практически одно и то же), что настало время поговорить о далеких окрестностях Солнечной системы более обстоятельно. Если бы некий межзвездный скиталец посмотрел на Солнечную систему со стороны, он бы увидел, что она окружена сферическим облаком протопланетных тел, роем каменных и ледяных глыб сравнительно небольших размеров. По некоторым оценкам, их там насчитывается несколько миллиардов, а суммарная масса этих небесных тел сопоставима с массой Юпитера. Эту сферическую оболочку, удаленную на 20–50 тысяч астрономических единиц от Солнца, назвали облаком Оорта в честь ее первооткрывателя, голландского астронома Яна Хендрика Оорта. Вспомним, что одна астрономическая единица (1 а. е.) – это среднее расстояние от Земли до Солнца, составляющее около 150 миллионов километров. Таким образом, облако Оорта расположено чудовищно далеко – в 20–50 тысяч раз дальше от Солнца, чем Земля. Даже Плутон находится в тысячу раз ближе, поскольку афелий его орбиты лежит «всего» в 50 астрономических единицах от нашего светила. Такие расстояния уже не имеет смысла измерять в километрах, потому что от обилия нулей начинает рябить в глазах. Дабы вы, читатель, могли сколько-нибудь наглядно представить себе эти просторы, достаточно сказать, что центральная часть облака Оорта лежит в половине светового года от земного наблюдателя. Проксима Центавра, ближайшая к нам звезда, находится всего лишь в восемь раз дальше.

Небесные тела, составляющие облако Оорта, медленно вращаются вокруг Солнца, совершая полный оборот за несколько миллионов лет. Астрономы полагают, что именно оттуда, с далекой периферии Солнечной системы, приходят так называемые долгопериодические кометы, которые движутся по чрезвычайно вытянутым орбитам с перигелием ниже орбиты Меркурия. При этом точка их максимального удаления теряется в несусветной дали – в тысячах или даже десятках тысяч астрономических единиц от Солнца. Наконец, орбиты планет лежат приблизительно в одной плоскости (плоскости эклиптики), а кометы летят как бог на душу положит – под самыми причудливыми углами, из чего, собственно, и был сделан вывод о сферической форме облака Оорта.

Но какая сила выталкивает ледяные обломки с их спокойных орбит, заставляя поменять почти круговую траекторию на эллиптическую? До недавнего времени считалось, что аномалии в движение некоторых объектов облака Оорта вносит суммарное гравитационное воздействие едва ли не всех звезд Млечного Пути, поскольку долгопериодические кометы равномерно распределяются по небосводу. Однако несколько лет назад американский астроном Джон Матезе выступил с сенсационной гипотезой. Тщательно проанализировав траектории 82-х наиболее хорошо изученных долгопериодических комет, он пришел к выводу, что в распределении их траекторий обнаруживается отчетливая избирательность. Примерно треть этих комет приходит преимущественно с одной стороны, поэтому говорить о равномерном распределении не приходится. Вдобавок все они имеют атипичные орбиты – слишком короткие по сравнению с орбитами других комет. По мнению Матезе, причиной подобного аномального поведения является не суммарная гравитация звезд, а влияние некоего массивного тела – десятой планеты Солнечной системы, которая выталкивает кометы из облака Оорта по направлению к Солнцу. Согласно его расчетам, эта планета в несколько раз увесистее Юпитера и прячется в самой сердцевине облака, на расстоянии примерно 25 тысяч астрономических единиц (около 0,4 светового года), совершая полный оборот вокруг Солнца за 4–5 миллионов лет.

Кроме того, орбита гипотетической планеты, по всей вероятности, сильно наклонена к плоскости эклиптики, а сама она вращается ретроградно, то есть в направлении, прямо противоположном движению большинства планет Солнечной системы. Орбита с такими параметрами должна быть нестабильной, поэтому планета «икс» Джона Матезе не родная, а пришлая: она не могла сформироваться внутри газово-пылевого диска, который 4,5 миллиарда лет назад породил восьмерку классических планет – от Меркурия до Нептуна включительно. Следовательно, «неправильная» десятая планета изначально представляла собой бездомную странницу, блуждавшую в межзвездном пространстве, и только сравнительно недавно была приголублена и удочерена, когда случайно оказалась в окрестностях Солнца.

Впрочем, рассуждать всерьез о десятой планете в облаке Оорта пока не приходится, поскольку реально ее никто не наблюдал – она существует исключительно «на кончике пера» Джона Матезе. А вот в поясе Койпера, который начинается почти сразу же за орбитами Нептуна и Плутона, в последнее время обнаружено немало планет. Американский астроном Джерард Койпер еще в 50-х годах минувшего века выдвинул гипотезу о том, что на задворках Солнечной системы существует обширный пояс астероидов номер два (в отличие от хорошо известного пояса астероидов между орбитами Марса и Юпитера), который простирается на миллиарды километров и постепенно сходит на нет, оставляя между собой и облаком Оорта внушительный пустой промежуток. Долгое время гипотеза американца оставалась не более чем изящной игрой ума, пока в начале 90-х годов прошлого века за орбитой Плутона не обнаружили несколько ледяных обломков. С тех пор существование пояса Койпера стало бесспорным фактом, а список транснептуновых объектов год от года неуклонно пополняется новыми представителями.

Пояс Койпера и облако Оорта

Серьезные проблемы у Плутона начались в 2003 году, когда группа американских астрономов во главе с Майклом Брауном обнаружила в поясе Койпера довольно яркий объект, получивший каталоговый номер 2003UB313. В 2005 году удалось рассчитать его орбиту и вычислить размеры новой планеты. Оказалось, что она движется по чрезвычайно вытянутой орбите и сегодня находится в точке максимального удаления от Солнца, на расстоянии 97 астрономических единиц. А вот когда она достигнет перигелия, то будет располагаться втрое ближе – почти на таком же расстоянии от Солнца, как и Плутон. Правда, это произойдет еще не скоро, поскольку Зена (именно так назвал свою планету Браун, в честь героини известного сериала о женщине – воине) совершает полный оборот вокруг Солнца за 650 лет. По оценкам Брауна и его группы, диаметр Зены должен составлять около 3000 километров, что сразу же поставило Плутон в неловкое положение, ибо его поперечник значительно меньше. Вдобавок группа Брауна открыла еще два ярких объекта пояса Койпера на расстоянии 51 астрономической единицы от Солнца, лишь немного уступающих в размерах девятой планете (примерно 70 % ее диаметра).

А когда выяснилось, что поперечник Зены, возможно, определен неверно, а истинные ее размеры могут в два с лишним раза превышать диаметр Плутона, страсти и вовсе разгорелись не на шутку. С какой такой, спрашивается, стати мы должны считать его девятой и последней планетой Солнечной системы, если много дальше вокруг Солнца обращается куда более внушительное небесное тело? Не проще ли безжалостно вычистить незадачливый Плутон из дружной планетной семьи, переквалифицировав его в объект пояса Койпера? Особенно если учесть, что у Зены найден спутник, названный Габриелой в честь верной подруги отважной воительницы. В скобках заметим, что впоследствии Зену переименовали в Эриду – древнегреческую богиню вражды и раздора, урезав ее поперечник до 2400 километров. Тем не менее он все равно больше Плутона, диаметр которого составляет 2300 км. Габриелу тоже вычеркнули из святцев – сегодня она называется Дисномией. Между прочим, именно Эрида поссорила Афродиту, Афину и Геру, бросив на стол знаменитое яблоко раздора с надписью «Прекраснейшей», что привело к Троянской войне. Хорошо, что у греков было так много богов…

В начале 2004 года американский космический телескоп «Спитцер» отыскал в поясе Койпера еще одну планету, которая сейчас находится в 13 миллиардах километров от Солнца, то есть вдвое дальше, чем Плутон. Как и Зена-Эрида, она движется по безбожно растянутому эллипсу, совершая один оборот вокруг Солнца за 10 500 лет. Ее афелий (точка максимального удаления) должен лежать в 130 миллиардах километров от нашего светила, что составляет около 900 астрономических единиц, поэтому размеры пояса Койпера следует, по всей видимости, увеличить как минимум на порядок. Новую планету назвали Седной – в честь эскимосской богини океана и повелительницы морских животных, а ее диаметр оценивается в 1800 километров. Среди других находок «нулевых» годов есть еще несколько примечательных объектов: планеты-карлики 2003EL61 и 2003FY9, почти не уступающие Плутону в размерах, и Квавар с поперечником около 1300 километров (Квавар – это божество-созидатель у индейцев племени Тонгва). Первая из этих планет имеет форму эллипсоида вращения и путешествует в сопровождении двух спутников.

Пояс Койпера загадал астрономам немало загадок. Например, выяснилось, что он не редеет постепенно, как полагал его первооткрыватель, а резко и неожиданно обрывается на некотором – очень большом – расстоянии от Солнца. По мнению специалистов, подобное «усекновение» объясняется взрывом сверхновой звезды неподалеку от нашего светила, в результате чего вся окраинная часть газово-пылевого облака, послужившего материалом для формирования планет Солнечной системы, оказалась начисто выметенной. Первоначальное представление о поясе Койпера как о плоском диске протопланетных тел (в отличие от сферического облака Оорта) тоже, по-видимому, следует признать ошибочным. Скажем, орбита Зены-Эриды не только сильно вытянута, но и наклонена к плоскости эклиптики под углом 44 градуса, а угол наклона орбит двух других объектов пояса Койпера, открытых группой Брауна, составляет 28 градусов. А если вспомнить, что и орбита Плутона тоже лежит вне плоскости орбит всех остальных планет Солнечной системы (правда, у Плутона этот угол меньше – всего 17 градусов), то уже только по этому параметру его следует исключить из списка классических планет.

Таким образом, орбиты едва ли не всех объектов пояса Койпера наклонены к плоскости эклиптики совершенно произвольно, что решительно противоречит господствующей ныне теории образования планет Солнечной системы. Если судить по ортодоксальному сценарию, планеты рождались из плоского газово-пылевого диска, который окружал созревающую в его центре звезду – будущее Солнце. Однако новейшие наблюдательные данные неопровержимо свидетельствуют, что пояс Койпера – никакой не пояс и его нельзя рассматривать в качестве плоского диска.

Скорее всего, он представляет собой сферическое образование, напоминающее гораздо более удаленное облако Оорта. Тогда наша Солнечная система, если посмотреть на нее извне, будет похожа на матрешку или луковицу: одна большая сфера (облако Оорта), внутри нее сфера поменьше (пояс Койпера) и, наконец, Солнце и восемь планет, лежащих практически в одной плоскости.

Старая теория происхождения планет такой картины не дает, поэтому в последние годы некоторые астрономы стали активно развивать принципиально иной сценарий, получивший название олигархического. В рамках этой версии главная роль отводится так называемым планетам-олигархам, которые силой своей гравитации существенно повлияли на поведение других небесных тел. После рождения Солнца, классических планет и поясов астероидов процесс формирования Солнечной системы отнюдь не завершился, а продолжал набирать обороты. Астероиды бурно росли и по пересечении некоторого предела начали энергично притягивать к себе другие тела, превращаясь в большие планеты. Сергей Ильин в статье «Бурная биография десятой планеты», опубликованной в июньском номере журнала «Знание – сила» за 2006 год, подробно излагает суть олигархического сценария.

А как обстоит дело с планетами возле других звезд? Ведь если наше Солнце, представляющее собой заурядную желтую звезду спектрального класса G, сумело обзавестись внушительным семейством из восьми классических планет и десятков тысяч разномастных астероидов и планет-карликов, то логично предположить, что у других звезд тоже могут быть свои собственные планеты. А поскольку главным пристанищем жизни во Вселенной являются именно планеты (во всяком случае, так склонны думать большинство биологов), поиск внесолнечных планет приобретает особую актуальность. Правда, вывод о непременной «привязке» жизни к поверхности планет сделан на основе нашего весьма скудного опыта (жизнь известна нам в одном-единственном земном варианте), но гадание на кофейной гуще еще менее плодотворно. Конечно, вполне вероятно, что жизнь может зародиться даже в межзвездной среде (в свое время английский астрофизик Фред Хойл написал на эту тему фантастический роман под названием «Черное облако»), однако подобная гипотеза будет еще более спекулятивной. С планетами все же как-то яснее – тому примером наше собственное существование. Поэтому если мы хотим знать, насколько распространена жизнь во Вселенной, следует сначала разобраться с планетными системами у других звезд.