Лев Шильник Удивительная космология

Со страниц «Марсианских хроник», вышедших из-под пера американского писателя-фантаста Рея Брэдбери, встает очень разный Марс. Но в самых пронзительных новеллах этого цикла мы видим все то же самое – хрупкую изысканную культуру, гибнущую под сапогами бесцеремонных и необразованных колонистов с Земли. Эти крепкие и бодрые ребята прекрасно знают, с какой стороны у бутерброда масло, а малейшее проявление интеллигентности вызывает у них здоровый жизнеутверждающий смех. Они весело расстреливают игрушечные марсианские городки, давным-давно покинутые их жителями, и невесомые фарфоровые башенки беззвучно рассыпаются в пыль. Вымирающие аборигены кое-как доживают свой век в самых глухих и недоступных уголках планеты, и только редко-редко можно увидеть стремительные белоснежные парусники марсиан, режущие острыми форштевнями красные пески марсианских пустынь. А на перекрестках дорог, как грибы после дождя, вырастают уродливые бидонвили, открываются сосисочные под аляповатыми вывесками и урчат тяжелые грузовики, неуклюже разворачиваясь в облаках тонкой оранжевой пыли. Одним словом, повторяется великий американский фронтир, в результате которого сгинула и растаяла без следа уникальная культура целого континента.

А какова четвертая планета в действительности? Что представляет собой реальный, а не воображаемый Марс? До недавнего времени на эти вопросы не было ответа. Ученые фантазировали кто во что горазд. Марс – мертвая планета, говорили одни. Если там и была жизнь, то она погибла сотни миллионов лет назад, когда по Земле разгуливали допотопные ящеры. Ничего подобного, возражали другие. А что прикажете делать с разветвленной сетью каналов (между прочим, до 50 километров шириной!), которые соединяют полярные шапки с умеренными широтами Марса? Не подлежит сомнению, что это сложные ирригационные сооружения, перераспределяющие драгоценную марсианскую влагу? Бред сивой кобылы, кипятились скептики. Так называемые каналы – это всего-навсего естественные разломы марсианской коры. А кто сказал, что Марс – суровый и древний мир, вопрошали энтузиасты. Быть может, большая его часть – океаны, скованные ледяным панцирем, а пресловутые каналы – просто-напросто треснувший лед или растительность, питаемая подледной влагой.

Относительная ясность пришла лишь с началом эпохи космонавтики. Первые же зонды, добравшиеся до четвертой планеты, зарегистрировали чрезвычайно разреженную атмосферу, полное отсутствие сколько-нибудь крупных водоемов и многочисленные следы интенсивной метеоритной бомбардировки. Сегодня, когда в окрестностях Марса (и на его поверхности в том числе) побывало множество автоматических станций, мы имеем право подвести первые предварительные итоги. И если пассаж популярного киноактера Филиппова до сих пор остается без ответа («Есть ли жизнь на Марсе, нет ли жизни на Марсе – это пока науке неизвестно»), то относительно цветения яблонь можно высказаться более определенно.

Поскольку Марс получает от Солнца в два с лишним раза меньше тепла, чем Земля, среднегодовая температура на его поверхности составляет минус 60 градусов Цельсия. И хотя летом на экваторе столбик термометра иногда поднимается на несколько градусов выше нуля, суточные перепады температуры огромны и достигают нескольких десятков градусов. Например, в южном полушарии на пятидесятой параллели температура в разгар осени не поднимается выше минус 18 градусов по Цельсию в полдень и падает ночью до минус 63 градусов. Столь значительный размах температурных колебаний на протяжении суток объясняется крайней разреженностью марсианской атмосферы, состоящей на 95 % из углекислого газа. На долю азота и аргона приходится 2,5 и 1,6 % соответственно, а содержание кислорода не превышает 0,4 %. На северной полярной шапке зарегистрированы исключительно низкие температуры порядка минус 138 градусов Цельсия. Атмосферное давление на поверхности Марса в 160 раз меньше, чем на Земле на уровне моря. Только на дне самых глубоких впадин оно «подрастает» вдвое. Марсианская атмосфера чрезвычайно суха и почти полностью лишена водяных паров. Вдобавок на Марсе периодически вспыхивают сильнейшие бури, поднимающие в воздух миллиарды тонн пыли. Их продолжительность доходит до 100 суток, а скорость ветра достигает 70 километров в час.

Таким образом, современный Марс – это очень суровый мир, и говорить о существовании сколько-нибудь сложных форм жизни в таких экстремальных условиях, по всей вероятности, не приходится. С другой стороны, не следует забывать, что жизнь отличается необыкновенной пластичностью и высоким адаптивным потенциалом. Нам уже случалось упоминать о сообществах организмов, великолепно себя чувствующих вблизи «черных курильщиков» на океанском дне, где температура достигает 250–300 градусов Цельсия. Некоторые земные бактерии могут обходиться без кислорода и выживать в кислотах и щелочах. Твердая поверхность Земли и Мировой океан – лишь небольшая часть обжитого мира, а глубоко в недрах нашей планеты процветает сложная экосистема микроорганизмов, почти не сообщающаяся с внешним миром. По мнению некоторых ученых, количество организмов, обосновавшихся под землей, заметно превышает число наземных обитателей. Споры многих бактерий могут в течение длительного времени выживать в космосе, что было не раз доказано экспериментально. Разумеется, жесткий ультрафиолет их убивает, но тонкого защитного слоя пыли, как правило, оказывается вполне достаточно, чтобы ощутимо повысить их жизнестойкость.

Поэтому совершенно не исключено, что в марсианском грунте могут обнаружиться примитивные формы жизни, особенно если учесть тот факт, что вода на Марсе имеется. Нижний слой полярных шапок Красной планеты толщиной в несколько километров сложен из обычного водяного льда, перемешанного с пылью, а сверху они прикрыты тонкой пленкой замерзшей углекислоты. Это так называемый «сухой лед», который наверняка хорошо вам знаком, читатель: его широко используют в летнюю жару, чтобы уберечь от преждевременного таяния некоторые пищевые продукты, например мороженое. Между прочим, сезонные изменения полярных шапок связаны как раз с испарением этого тонкого (около 1 метра) верхнего слоя. Кроме того, в некоторых областях под поверхностью Марса должна располагаться многокилометровая толща вечной мерзлоты. О наличии криолитосферы свидетельствуют, в частности, некоторые особенности строения геологических структур на поверхности Марса. А сравнительно недавно теоретические выкладки получили надежное экспериментальное подтверждение. Американский космический зонд «Марс Одиссей», запущенный в апреле 2001 года, обнаружил на 60-м градусе южной широты огромный океан подповерхностного водяного льда. Более того, по мнению некоторых ученых, в марсианском грунте на глубинах от 100 до 400 метров вода может находиться даже в жидком состоянии: в противном случае трудно объяснить происхождение специфических борозд на стенках каньонов и кратеров. Правда, не совсем понятно, как при жутких марсианских холодах, промораживающих грунт на пару километров вглубь, может сохраниться жидкая вода. С другой стороны, вблизи магматических очагов, которых на Марсе достаточно, лед может плавиться, переходя в жидкую фазу.

Несколько обескураживает тот факт, что спускаемые аппараты американских «Викингов», совершившие мягкую посадку на поверхность Марса и на протяжении нескольких лет изучавшие состав атмосферы, метеоусловия и грунт, не обнаружили следов органики, которая могла бы быть продуктом жизнедеятельности микроорганизмов. Однако вполне возможно, что конструкторы самоходных устройств просто-напросто неверно выбрали направление поисков. Если микробы прячутся глубоко в грунте, «Викинги» элементарно не сумели бы их отыскать.

Таким образом, вопрос о марсианской жизни можно сформулировать в трех вариантах: 1) на Марсе никогда не было жизни; 2) на поверхности планеты жизни нет, но она может существовать в ее недрах; 3) сегодня на Марсе жизни нет, но она существовала в прошлом, поэтому можно отыскать ее следы. С первым вариантом все ясно. Относительно второго возможны разные мнения, но чтобы уверенно рассуждать о подпочвенных бактериях, необходимы дополнительные исследования. А вот третий вариант представляет бесспорный интерес, поскольку многие ученые убеждены, что в далеком прошлом воды на Марсе было в избытке. По некоторым расчетам, 4 миллиарда лет назад ее было даже больше, чем на Земле.

Об этом свидетельствуют грандиозные каньоны и высохшие речные русла, во множестве встречающиеся на поверхности Марса. Некоторые из них достигают 200-километровой ширины при длине несколько тысяч километров. Даже могучая Амазонка – самая полноводная река нашей планеты – выглядит на этом фоне довольно бледно. Куда могла подеваться вода, сформировавшая эти геологические структуры, возраст которых оценивается в 3 миллиарда лет и более? Между тем планетологи не исключают, что в ту далекую эпоху обширные районы северного полушария Марса были покрыты океаном километровой глубины. Мертвых марсианских озер тоже найдено видимо-невидимо. Одно из них было сравнительно недавно идентифицировано американскими геологами. Его размеры могут поразить самое богатое воображение: по площади оно вполне сопоставимо с суммарной территорией Техаса и Мексики, а глубина этого монстра достигала 2 километров.

Так что же все-таки стряслось с Марсом? Сценариев катастрофы придумано великое множество. Например, французский астроном Жак Ласкар полагает, что угол наклона оси вращения Марса к плоскости его орбиты есть величина переменная. Сегодня, как известно, марсианская ось наклонена к эклиптике под углом 25 градусов, то есть всего на два градуса больше, чем угол наклона земной оси. По мнению Ласкара, 6 миллионов лет назад эта величина составляла 47 градусов. Марс лежал практически на боку, и его полюса получали максимум солнечного тепла.

Полярные шапки растаяли полностью, и в атмосферу планеты поступили огромные количества углекислого газа и водяных паров. Углекислота обеспечила парниковый эффект, а водяные пары сконденсировались и выпали на поверхность, образовав океан глубиной в несколько километров. Ласкар считает, что на протяжении последних 10 миллионов лет угол наклона марсианской оси к плоскости эклиптики неоднократно менялся в очень широких пределах – от 13 до 47 градусов. Причиной тому было мощное гравитационное поле ближайших соседей Марса, в первую очередь – Юпитера. Четвертая планета напоминает детский волчок, или юлу, в состоянии неустойчивого равновесия, на который оказывают воздействие извне. Марс все время «пляшет», и полюса планеты получают то избыток, то недостаток солнечного тепла. Сегодня на Марсе ледниковый период. Между прочим, по мнению французского астронома, земная ось тоже могла бы «прыгать» взад-вперед, если бы не стабилизирующее влияние Луны.

Другую версию катастрофы предложил наш соотечественник Александр Портнов, статья которого была опубликована в февральском номере журнала «Знание – сила» за 2004 год. Марс нередко называют Красной планетой, и в этом названии нет никакого преувеличения: его поверхность действительно имеет красноватый оттенок из-за высокого содержания в марсианском грунте так называемых красноцветных песков. Вот эти совершенно необычные красные пески Марса, напоминающие по цвету кровь, как раз и заинтересовали Портнова. Дело в том, что и красный цвет крови, и красный цвет марсианских песков объясняется одной и той же причиной – обилием оксида железа. Гемоглобин, придающий крови специфический цвет, содержит оксид железа, а его трехвалентные окислы в виде песка и пыли покрывают поверхность Марса. Портнов пишет:

Откуда же взялась марсианская «ржавчина», если содержание кислорода в атмосфере четвертой планеты совершенно ничтожно – не более 0,4 %? Такого его количества явно недостаточно для образования мощного слоя красноцветных пород. Следовательно, эти породы очень древние и сформировались тогда, когда свободного кислорода было много. Он был изъят из марсианской атмосферы и окислил железо горных пород, образовав знаменитые красные пески. Разветвленная речная сеть неопровержимо свидетельствует об изобилии воды в далеком прошлом. Резюме: столь мощный слой «ржавчины» на Марсе мог возникнуть только при совместном действии воды и свободного атмосферного кислорода в условиях теплого климата. А поскольку кислород в таких количествах должен иметь биогенное происхождение, на Марсе некогда шумели леса.

Что же произошло? Что погубило жизнь на Красной планете? Портнов полагает, что на поверхность Марса рухнули обломки его третьего спутника – Танатоса. Однако обо всем по порядку.

У марсианских красных песков есть уникальная особенность – они магнитны. Нередко их так и называют – магнитные красноцветные пески Марса. А вот земные красноцветы, странным образом, не намагничены. В чем же тут дело? Еще раз послушаем Портнова:

Гематит и лимонит – широко распространенные руды железа, а маггемит образуется изредка при окислении магнетита, если сохраняются его первичная кристаллическая структура и магнитные свойства. При нагревании выше 200 °C маггемит превращается в гематит и становится немагнитным.

Маггемит считался на Земле минералом редким до тех пор, пока я не обнаружил, что территория Якутии буквально засыпана огромным количеством магнитной окиси железа. Это были красно-бурый песок или стяжения различной формы. Но свойства этого маггемита были необычными: после прокаливания он оставался магнитным, подобно его синтетическому аналогу. Я описал его как новую минеральную разновидность и назвал «стабильным маггемитом». Возникли вопросы: почему он отличается по свойствам от «обычного» маггемита, почему его так много в Якутии, но нет среди многочисленных красноцветов экваториальной зоны Земли?
Остается объяснить, откуда взялся стабильный маггемит, да еще в таких количествах. Портнов пишет, что он легко образуется при прокаливании лимонитовых кор выветривания, которых в Якутии очень много. Следовательно, нужно искать источник высокой температуры. Поначалу ученые грешили на лесные пожары, но это не объясняло ровным счетом ничего: леса горят повсюду, в том числе и на экваторе, а магнитной окиси железа там или вовсе нет, или ничтожно мало. Разгадка пришла, как это часто бывает, с неожиданной стороны.

В бассейне сибирской реки Попигай был обнаружен гигантский метеоритный кратер около 130 километров в поперечнике, возраст которого, по мнению специалистов, составляет 35 миллионов лет. Грандиозная катастрофа произошла на рубеже двух геологических периодов кайнозойской эры – эоцена и олигоцена, когда флора и фауна Земли претерпели значительные изменения. В частности, граница этих эпох отмечена дивергенцией единого ствола приматов и появлением первых человекообразных обезьян. Вполне вероятно, что одной из причин, перекроившей лицо нашей планеты, стала метеоритная атака из космоса. Предположительно Попигайский астероид достигал 8—10 километров в диаметре и летел со скоростью около 30 километров в секунду. Он пробил атмосферу насквозь, а высвободившаяся при ударе энергия была столь велика, что моментально расплавила несколько тысяч кубических километров горных пород, перемешав воедино базальты, граниты и осадочные отложения. В радиусе нескольких тысяч километров все сгорело дотла, испарились воды озер и рек, а поверхность планеты на значительном протяжении прожарилась, как кость в огне.

А теперь вспомним, что непосредственно за орбитой Марса располагается пояс астероидов – огромный рой миниатюрных планет и обломков неправильной формы, обращающихся вокруг Солнца между орбитами Марса и Юпитера. Самая большая из малых планет – Церера, открытая еще в 1801 году, имеет диаметр около 1000 километров, но подавляющее большинство небесных тел в поясе астероидов гораздо меньше – от сотен метров до нескольких километров. На Марсе выявлены следы интенсивной метеоритной бомбардировки; одних только гигантских кратеров, каждый из которых больше Попигайского, насчитывается на его поверхности более сотни. Таким образом, мы вправе предположить, что магнитные красно-цветы Марса обязаны своим происхождением сильнейшему прокаливанию его грунта в результате астероидного удара. Разреженная атмосфера четвертой планеты тоже получает естественное объяснение, поскольку газы при высоких температурах превращаются в плазму и улетучиваются в космос. А кислород, обнаруживаемый сегодня на Марсе в ничтожных количествах, можно смело назвать реликтовым: это убогие остатки того кислорода, который некогда породила уничтоженная жизнь.

У Марса имеются два крохотных спутника – Фобос и Деймос («страх» и «ужас» в переводе с греческого), которые вращаются вокруг материнской планеты на очень низких орбитах. Их происхождение окончательно не установлено. В свое время известный отечественный астрофизик И. С. Шкловский даже высказал гипотезу, что Фобос может иметь искусственное происхождение, однако впоследствии его гипотеза не подтвердилась. По мнению большинства ученых, спутники Марса захвачены им из пояса астероидов. Они представляют собой небесные тела неправильной формы с почти круговыми орбитами. Фобос напоминает картофелину длиной 26 и шириной 18 километров. Размеры Деймоса еще меньше – 16 и 10 километров соответственно. Деймос обращается вокруг Марса на расстоянии около 23 тысяч километров, а вот Фобос стелется совсем низко: его отделяют от планеты чуть менее 6 тысяч километров. Период его обращения очень мал – за одни марсианские сутки он успевает трижды обогнуть Марс. Фобос быстро приближается к материнской планете, и вполне возможно, что он довольно скоро (по астрономическим меркам, разумеется) пересечет так называемый предел Роша, то есть некоторое вполне определенное критическое расстояние (свое для каждого небесного тела), на котором гравитационные силы разрывают спутник на части.

На Марсе предел Роша проходит в 5 тысяч километров от поверхности планеты, поэтому Фобосу осталось чуть да маленько до бесславной, но шумной гибели. По оценкам специалистов, трагедия приключится примерно через 40 миллионов лет и будет иметь катастрофические последствия. Когда обломки спутника рухнут на Марс, его поверхность разогреется до высочайших температур, а остатки атмосферы в виде плазмы улетят в мировое пространство.

Портнов пишет:

Между прочим, наша планета тоже знавала нелучшие времена и не уставала шарахаться из крайности в крайность. На протяжении последних двух миллионов лет жестокие оледенения с завидной регулярностью сменялись теплыми межледниковьями. Около 10 тысяч лет назад, в так называемый максимум голоцена, ледники окончательно растаяли и среднегодовая температура упрямо полезла вверх. За сравнительно короткое время она выросла весьма основательно, превысив на 3–5 градусов современные значения. В ту пору все климатические пояса были сдвинуты на 800—1000 километров к северу, и на широте современного Мурманска шумели дубравы. Пустыня Сахара была цветущей саванной, на просторах которой щипали травку необозримые стада копытных, а в илистой жиже теплых водоемов плескались крокодилы и бегемоты. Но разве кто-нибудь сегодня об этом помнит? Дела давно минувших дней, преданья старины глубокой…

Заслуживает внимания рассказ Александра Портнова о долетевших до Земли фрагментах марсианской коры после падения Танатоса. Метеоритов родом с Марса известно несколько десятков, что уже само по себе наводит на определенные размышления. Сегодня их марсианское происхождение сомнений практически не вызывает, поскольку изотопный состав редких газов этих небесных тел идентичен составу атмосферы Марса. Но метеорит ALH84001 весом около 2 килограммов, найденный в Антарктиде в 1984 году, вызвал настоящую сенсацию. Тщательное изучение находки показало, что упомянутый метеорит испытал сильное ударное воздействие около 16 миллионов лет назад, а на Землю попал сравнительно недавно (13 тысяч лет назад). Все бы ничего, но исследование его внутренней структуры с помощью сканирующего электронного микроскопа позволило выявить в теле небесного гостя весьма специфические детали, напоминающие окаменелости микроорганизмов. По характеру химических отложений, внутри которых «законсервированы» бактерии, ученые пришли к выводу, что их возраст составляет 3,6 миллиарда лет, то есть бесспорно относится к моменту пребывания метеорита в марсианских породах. Правда, специалистов смущает тот факт, что гипотетические марсианские бактерии в 100—1000 раз уступают в размерах их земным аналогам. Микробиологи пожимают плечами: в столь малом объеме не смогут уместиться внутриклеточные органеллы, необходимые для их жизнедеятельности.

Размеры «марсианских» бактерий вполне сопоставимы с земными вирусами, но последние не имеют клеточной структуры и не могут существовать самостоятельно. С другой стороны, в какой степени можно доверять микробиологам, если речь идет о законах чужой эволюции? Одним словом, вопрос остается открытым: к настоящему времени в распоряжении земной науки имеется один-единственный свидетель внеземной жизни, весьма, впрочем, ненадежный.

Пятая планета Солнечной системы по праву носит имя верховного бога из древнеримского пантеона. Олимпиец Юпитер, он же греческий Зевс-громовержец, суровый, но справедливый господин: ему ничего не стоит шарахнуть смертоносным перуном по паршивому неслуху, кем бы тот ни был – человеком или еще какой иной божьей тварью. Чтобы слепить один Юпитер, потребовалось бы 318 Земель – именно в такое количество раз он превосходит Землю по массе. И хотя он в два с лишним раза увесистее всех остальных планет Солнечной системы вместе взятых, необходимо не меньше 1047 Юпитеров, чтобы вылепить одно-единственное Солнце. Диаметр Юпитера превосходит земной в 11 раз и составляет почти 143 тысячи километров. Как и подобает патриарху планетного семейства, он плывет по небу с приличествующим его сану достоинством, вальяжно и неторопливо, в сопровождении почетного эскорта из своих 63 спутников, совершая полный оборот вокруг Солнца за 12 без малого лет. Царствующим особам с Олимпа спешить некуда, у них впереди вечность.

Юпитер возглавляет список газовых гигантов, которые разительно отличаются от планет земной группы. Во-первых, они очень велики и массивны: на их долю приходится 99,5 % массы всей планетной семьи. Во-вторых, они состоят в основном из водорода и гелия, поэтому средняя плотность вещества планет-гигантов приближается к плотности воды – от 0,7 г/см3 у Сатурна до 1,6 г/см3 у Нептуна. Средняя плотность планет земной группы много выше и колеблется от 5,5 г/см3 у Земли до 3,9 г/см3 у Марса. В-третьих, они лишены отчетливой грани, разделяющей атмосферу и поверхность планеты: их мощная газовая оболочка плавно переходит в океан жидкого молекулярного водорода. Наконец, все планеты-гиганты окольцованы, но если о знаменитых кольцах Сатурна наслышаны все, то аналогичные образования у Нептуна, Юпитера и Урана были обнаружены сравнительно недавно.

Юпитер (снимок из космоса)

Несмотря на свою увесистость, Юпитер очень резво вращается вокруг оси. Полный оборот совершается всего за 9 часов 50 минут, так что продолжительность юпитерианских суток не превышает 10 часов. А поскольку планета представляет собой нетвердое тело, скорость осевого вращения разнится в зависимости от широты, поэтому экваториальные зоны вращаются быстрее полярных. Смены времен года на Юпитере не бывает, так как плоскость его экватора практически лежит в плоскости орбиты (угол наклона составляет всего 3 градуса). Как уже говорилось, основными компонентами Юпитера, слагающими тело планеты, являются водород и гелий в соотношении 80 и 20 % соответственно (по массе). При этом исследования с помощью космических зондов показали, что верхний слой облачности, по всей вероятности, состоит из перистых аммиачных облаков, а ниже находится смесь водорода, метана и замерзших кристаллов аммиака. За счет конвективных процессов в атмосфере Юпитера формируется система устойчивых зональных течений в виде сильных ветров, дующих в одном направлении. Скорость их весьма значительна и колеблется от 50 до 150 метров в секунду. У Юпитера обнаружено мощное магнитное поле, по напряженности на порядок превосходящее магнитное поле Земли. Планету окружают протяженные радиационные пояса, а шлейф магнитосферы Юпитера можно зафиксировать даже за орбитой Сатурна.

Юпитер расположен от Солнца впятеро дальше, чем Земля, на расстоянии около 800 миллионов километров, поэтому температура внешнего облачного покрова гигантской планеты не поднимается выше минус 130 градусов по Цельсию. Однако тепловое излучение его недр вдвое превышает приток солнечного тепла, что говорит о сложных процессах, совершающихся в глубинах планеты. С глубиной давление и температура стремительно растут, достигая очень больших величин. В 1995 году окрестности Юпитера посетил американский зонд «Галилео», спускаемый аппарат которого сумел с помощью парашюта проникнуть в атмосферу газового гиганта вплоть до глубины 156 километров, в результате чего были получены ценные данные о внутреннем строении планеты. А сам зонд впервые в истории вышел на орбиту вокруг Юпитера и до 2003 года изучал планету и ее спутники. Приведу цитату из фундаментального труда «Астрономия: век XXI», выпущенного к 175-летию Государственного астрономического института им. П. К. Штернберга.
На основе данных, полученных космическими зондами, и теоретических расчетов построены математические модели облачного покрова Юпитера и уточнены представления о его внутреннем строении. В несколько упрощенном виде Юпитер можно представить в виде оболочек с плотностью, возрастающей по направлению к центру планеты. На дне атмосферы толщиной 1500 км, плотность которой быстро растет с глубиной, находится слой газо-жидкого водорода толщиной около 7000 км. На уровне 0,9 радиуса планеты, где давление составляет 0,7 Мбар (то есть в 700 000 раз больше земного. – Л. Ж), а температура около 6500 К, водород переходит в жидкомолекулярное состояние, а еще через 8000 км – в жидкое металлическое состояние. Наряду с водородом и гелием в состав слоев входит небольшое количество тяжелых элементов. Внутреннее ядро диаметром 25 000 км – металлосиликатное, включающее также воду, аммиак и метан. Температура в центре составляет 23 000 К, а давление – 50 Мбар. Похожее строение имеет и Сатурн.
Ясно: Юпитер – это мир, так отличающийся от нашего, что было бы чересчур опрометчиво с порога отвергать возможность существования необычных форм жизни в недрах огромной планеты. В атмосфере Юпитера обнаружены кислород, азот и углерод, причем содержание кислорода, по некоторым оценкам, может в 5—10 раз превышать солнечное. И хотя поиски воды дают самые противоречивые результаты, вопрос о присутствии водяных паров в атмосфере пятой планеты окончательно не решен. Во всяком случае, наличие короткоживущих кучевых облаков в окрестностях Большого красного пятна заставляет о многом задуматься.

Ничуть не менее интересны и большие спутники Юпитера, которые принято называть галилеевыми, в честь открывшего их в начале XVII века итальянского физика и астронома Галилео Галилея. Их четыре – Ио, Европа, Ганимед и Каллисто, причем Ганимед – самый большой спутник в Солнечной системе; он превосходит по размерам даже Меркурий. Однако в настоящее время пристальное внимание большинства ученых привлекает второй из галилеевых спутников – Европа, как возможный кандидат на роль колыбели простейших форм жизни. Дело в том, что поверхность этой небольшой планеты (ее диаметр чуть меньше лунного) покрыта мощной ледяной корой стокилометровой толщины, а под ней лениво катит волны сплошной океан жидкой воды, глубина которого может достигать 50 километров. Подледный океан представляет собой своего рода мантию Европы, причем вполне вероятно, что вода в нем теплая, поскольку подогревается поступающим из недр планеты теплом. Таким образом, второй спутник Юпитера – единственное, кроме Земли, небесное тело Солнечной системы, не испытывающее нехватки животворной влаги.

Средняя плотность Европы приближается к плотности планет земной группы и составляет около 3 г/см3. Следовательно, 80 % ее массы приходятся на силикатные породы, слагающие разогретое ядро, а 20 % – на водяной лед (жидкая водно-ледяная мантия плюс ледовая кора). Ледовый панцирь планеты покрыт густой сетью трещин и разломов, что говорит об активных тектонических процессах, протекающих в недрах Европы. Крупные трещины простираются на тысячи километров, а их ширина колеблется от 20 до 200 километров. Не исключено, что в теплом подпанцирном океане второго спутника Юпитера могут существовать простейшие формы жизни. Некоторые ученые полагают, что наиболее благоприятные условия должны складываться не в океанских глубинах, а в области тектонических разломов на поверхности планеты. Дело в том, что из-за приливного эффекта Юпитера трещины периодически сужаются и расширяются. В последнем случае вода поднимается почти до самой поверхности, и тогда в ее толщу начинает проникать солнечный свет, необходимый для поддержания жизни.

Другой спутник Юпитера – Ио – немного больше Луны и примечателен активным вулканизмом, который стимулируется приливным воздействием материнской планеты и гравитационными возмущениями его ближайших соседей – Европы и Ганимеда. Ио почти целиком состоит из горных пород, а десятки действующих вулканов выбрасывают пары серы и сернистый газ на высоту в сотни километров со скоростью 1 километр в секунду. Поэтому при весьма низких средних значениях температуры на поверхности Ио (минус 140 градусов по Цельсию) там можно обнаружить горячие пятна размером от 75 до 250 километров, температура которых достигает 100–300 °C. Самые крупные спутники Юпитера – Каллисто и Ганимед – наполовину состоят изо льда. Диаметр Каллисто почти равен диаметру Меркурия, а Ганимед превосходит его по размерам.

Шестая планета Солнечной системы, известная с глубокой древности, была названа в честь римского бога Сатурна, которого принято отождествлять с греческим Кроносом. Сатурн имел скверную привычку глотать своих новорожденных детей, ибо, по предсказанию Геи, его должен был лишить власти собственный сын. Избежать печальной участи удалось только младшему, Зевсу-Юпитеру, вместо которого Рея, жена Сатурна, подсунула мужу завернутый в пеленку камень. Возмужав, Юпитер учинил дворцовый переворот, а прожорливого родителя сбросил в Тартар. В старину Кронос-Сатурн символизировал неумолимое всепожирающее время. Личность, что и говорить, малоприятная, хотя и сынок с папашей тоже не особенно церемонился. Так что поэт имел полное право написать:
А к полночи восходит на востоке

Мертвец Сатурн и блещет, как свинец.

Поистине зловещи и жестоки

Твои дела, Творец!

Сатурн удален от Солнца почти на полтора миллиарда километров – вдесятеро дальше Земли, поэтому на единицу площади он получает в 90 раз меньше солнечного тепла, а его температура на границе верхней облачности не превышает минус 120 градусов по Цельсию. Однако тепловое излучение его недр вдвое превосходит поток энергии, получаемый им от Солнца. Сатурн – водородно-гелиевый шар, но в отличие от Юпитера он содержит значительно больше водорода по сравнению с гелием – 94 % и 6 % соответственно (по объему). Орбита этого холодного гиганта представляет собой почти правильную окружность, а полный оборот вокруг Солнца он совершает за 29 с половиной лет.

Сатурн и его спутники

Сатурн столь же полосат, как и Юпитер, но из-за низких температур, вымораживающих пары аммиака с образованием густого тумана, его широтные пояса видны не так отчетливо. Близ северного полюса обнаруживается гигантский атмосферный вихрь овальной формы размером с Землю, получивший название Большого коричневого пятна. В атмосфере Сатурна дуют сильные зональные ветра, скорость которых – от 100 до 500 метров в секунду в зависимости от широты. Подобно Юпитеру, Сатурн обладает мощным магнитным полем, ось которого совпадает с осью вращения планеты.

Из 56 лун Сатурна наибольший интерес представляет его крупнейший спутник – Титан, немного уступающий Ганимеду, но превосходящий по размерам Меркурий. Его диаметр составляет 5150 километров, но разглядеть детали на поверхности планеты не представляется возможным из-за плотной атмосферы, давление которой в полтора раза больше, чем на Земле на уровне моря. Атмосфера Титана почти целиком состоит из азота (98,4 %), а на долю метана приходится всего лишь 1,6 %. Кроме того, в ней обнаруживаются примеси пропана, этана, ацетилена, аргона, гелия, окиси и двуокиси углерода и некоторых других газов. Температура верхних атмосферных слоев приближается к минус 120 градусам по Цельсию, тогда как температура поверхности планеты много ниже и составляет минус 179 градусов, что объясняется своеобразным антипарниковым эффектом (густой туман рассеивает и отражает солнечные лучи). Между прочим, если бы человек каким-то чудом оказался на Титане, он, по всей вероятности, сумел бы запросто парить в его очень плотной атмосфере, прицепив к рукам крылья наподобие греческого Икара, поскольку сила тяжести на поверхности крупнейшей луны Сатурна в семь раз меньше земной.

До недавнего времени ученые полагали, что под облачной шубой Титана может скрываться океан километровой глубины из этана, метана и азота, однако данные, полученные автоматической станцией «Кассини», посетившей окрестности Сатурна и сделавшейся его искусственным спутником, заставили пересмотреть это мнение. В начале 2005 года «Кассини» отстрелила зонд «Гюйгенс», который вошел в атмосферу Титана и с помощью парашюта совершил мягкую посадку на его поверхность. Оказалось, что жидкости на Титане весьма негусто: пока удалось найти лишь сравнительно небольшие углеводородные озера в районе северного полюса. После «прититанивания» «Гюйгенса» эта планета стала единственным спутником в Солнечной системе (не считая, разумеется, Луны), на поверхность которой опустился космический зонд. А станция «Кассини» продолжает исправно трудиться на орбите Сатурна до сих пор.

До второй половины XVIII века никто и никогда не появлялся на свет под знаком Урана, ибо наши предки не ведали о существовании этого небесного тела. Седьмая планета Солнечной системы была открыта в 1781 году англичанином Вильямом Гершелем, за что он удостоился звания придворного астронома с окладом в 200 фунтов. Новичка почти сразу же окрестили Ураном, что было вполне естественно: раз Сатурн приходится Юпитеру родным папой, то очередную планету следовало назвать в честь дедушки.

Уран кружится вокруг Солнца на расстоянии около 3 миллиардов километров, совершая полный оборот за 84 года со скоростью почти 7 километров в секунду (орбитальная скорость Земли – 29 километров в секунду). Ничего удивительного в этом нет, ибо чем дальше планета отстоит от Солнца, тем медленнее она вращается – так гласит третий закон Кеплера. А вот осевое вращение Урана вполне уникально: плоскость его экватора наклонена к плоскости орбиты под углом 98 градусов, так что он вращается вокруг оси практически лежа на боку. Поэтому продолжительность дня и ночи на седьмой планете намного превышает период ее осевого вращения. Солнце, которое с поверхности Урана выглядит яркой звездой, медленно, в течение 21 земного года, поднимается в небе, а достигнув зенита, еще 21 год неторопливо ползет вниз, пока не скроется за горизонтом. Наступает 42-летняя ночь. Так обстоит дело на полюсах, где продолжительность дня и ночи составляет по 42 года. На широте 30 градусов день и ночь длятся по 14 лет, а на широте 60 градусов – по 28. Период осевого вращения Урана равняется в среднем 15 часам, ощутимо меняясь в зависимости от широты.

Как и другие планеты-гиганты, Уран представляет собой огромный газовый шар, на 85 % состоящий из водорода, на 12 % – из гелия и на 2,3 % – из метана. Его средняя плотность лишь немного превышает плотность воды и составляет 1,3 г/см3, а масса в 14,5 раза больше массы Земли. По размерам седьмая планета заметно уступает Юпитеру и Сатурну, однако ее диаметр (около 51 120 километров) в четыре раза превышает земной. Уран – очень холодный мир. Температура его поверхности почти не меняется по широте, но значительно колеблется в зависимости от глубины – от минус 210 градусов Цельсия на уровне верхней облачности до минус 170 градусов в подоблачном слое. В отличие от других газовых гигантов, Уран практически не имеет внутренних источников тепла. У седьмой планеты обнаружено мощное магнитное поле и девять очень узких и плотных колец, почти не отражающих солнечного света. До настоящего времени в окрестностях Урана побывал один-единственный космический зонд – «Вояджер-2», стремительно пролетевший мимо него в январе 1986 года.

Нептун (снимок из космоса)

Нептун был открыт в 1846 году «на кончике пера» французским астрономом Леверье. Обнаружив аномалии в орбитальном движении Урана, он предположил, что на седьмую планету Солнечной системы оказывает влияние неизвестное массивное тело, и точно рассчитал его положение на небосводе. Руководствуясь вычислениями Леверье, немецкие астрономы Галле и д’Арре без труда отыскали восьмую планету, которая обнаружилась в точке небесной сферы, указанной прозорливым французом. Это было полное торжество классической механики Ньютона.

Новую планету решено было назвать Нептуном (он же греческий Посейдон) в честь древнеримского покровителя морской стихии. Повелевающий бурями Нептун приходился родным братом Юпитеру, вместе с которым он поделил господство над миром после низвержения титанов. По жребию ему досталось в удел море, тогда как венценосный громовержец обосновался на Олимпе и стал управлять горними высями. Их третий единоутробный отпрыск – ужасный Аид (другое его имя – Плутон) – поселился во «мрачных пропастях земли» и сделался владыкой царства мертвых.

С момента открытия восьмой планеты Солнечной системы прошло больше полутора веков, но один нептуновский год минул только в 2011 году, так как Нептун, удаленный от Солнца на 4 с половиной миллиарда километров (или 30 астрономических единиц), совершает полный цикл за 165 земных лет. По своим физическим параметрам он мало отличается от Урана, немного уступая ему в размерах (диаметр Нептуна составляет почти 49 530 километров), но ощутимо превосходя по массе (17 масс нашей планеты), что объясняется его большей средней плотностью (примерно 1,64 г/см3). От Солнца Нептун получает в 900 раз меньше тепла, чем Земля. Однако в отличие от спокойного Урана интенсивность теплового излучения недр восьмой планеты почти втрое превышает приток солнечной энергии извне. Этот феномен связывают с распадом тяжелых радионуклидов в ядре планеты.

Из-за огромной удаленности Нептуна изучение его поверхности сопряжено со значительными трудностями. Однако голь на выдумки хитра. Воспользовавшись уникальным взаимным расположением Земли и планет-гигантов, космический зонд «Вояджер-2» умудрился проскользнуть в 1989 году на расстоянии 5000 километров от Нептуна, сумев разглядеть некоторые детали его облачной шубы. В южном полушарии планеты обнаружено Большое темное пятно размером с Землю, стремительно дрейфующее в западном направлении со скоростью 325 метров в секунду. Ветра, дующие в атмосфере Нептуна, тоже не фунт изюму: их скорость достигает 400–700 метров в секунду. Земные ураганы, срывающие кровли с домов и опрокидывающие железнодорожные составы, на этом фоне не более чем ласковый морской бриз. У планеты выявлено магнитное поле, в два раза уступающее по мощности магнитному полю Урана, а также система колец, некоторые из которых представляют собой незамкнутые образования наподобие арок.

Как и все остальные газовые гиганты, Нептун – водородно-гелиевый мир, причем на долю гелия приходится не более 15 %, а метана и того меньше – около 1 %. Специалисты предполагают, что под облачным слоем лежит обширный водяной океан, насыщенный ионами различных химических элементов.

В. Г. Сурдин, один из авторов работы «Астрономия: век XXI», пишет:
Значительное количество метана, по-видимому, содержится глубже, в ледяной мантии планеты. Даже при температуре в тысячи градусов при давлении в 1 Мбар (один миллион бар, т. е. в миллион раз больше, чем на поверхности Земли. – Л. Ш) смесь воды, метана и аммиака может образовывать твердые льды. На долю горячей ледяной мантии, вероятно, приходится 70 % массы всей планеты. Около 25 % массы Нептуна должно, по расчетам, принадлежать ядру, состоящему из окислов кремния, магния, железа и его соединений, а также каменных пород. Модель внутреннего строения планеты показывает, что давление в ее центре около 7 Мбар, а температура – около 7000 К.
У Нептуна имеется 13 спутников, но наиболее примечателен крупнейший из них – Тритон, имеющий в поперечнике 2705 километров. Обращаясь вокруг материнской планеты на расстоянии 355 тысяч километров (примерно такое же расстояние отделяет Луну от Земли), он единственный из всех спутников Нептуна движется по орбите в обратном направлении. Температура поверхности Тритона не превышает 38 градусов Кельвина (минус 23 градуса Цельсия) и представляет собой трещиноватую равнину, напоминающую дынную корку. Предполагается, что под ледовым панцирем толщиной около 200 километров лежит водный океан 150-километровой глубины, насыщенный аммиаком, метаном и солями.

Однако самая большая загадка Тритона – это его вулканическая активность. Специалистам пришлось даже придумать специальный термин – криовулканизм, то есть вулканизм при низких температурах, ибо никому в голову не могло прийти, что насквозь промерзшие миры на задворках Солнечной системы могут обладать хоть какой-то вулканической активностью. Представьте себе гейзер, взламывающий азотный лед на поверхности планеты и взлетающий на высоту до 8 километров. При этом толщина столба тоже весьма нехилая – от 20 метров до 2 километров.

Вспорхнувшая в поднебесье струя развеивается ветрами (у Тритона есть разреженная атмосфера, состоящая из азота, небольшого количества метана и водорода) и превращается в шлейфы, тянущиеся на 150 километров.

Тритон на 70 % сложен из силикатов и на 30 % из льдов, в состав которых входят азот, окись углерода и метан. Криовулканизм внятного объяснения пока не получил, но некоторые ученые полагают, что он может быть связан с приливным разогревом поверхности планеты, а также с проникновением солнечной радиации через полупрозрачные верхние слои льда.

По сравнению с Тритоном, который лишь немногим меньше Луны, Нереида, имеющая в поперечнике какие-то жалкие 340 километров, смотрится совершенной крохой. Тем не менее это третий по величине спутник Нептуна, прежде всего интересный тем, что обращается вокруг материнской планеты по чрезвычайно вытянутой орбите с эксцентриситетом около 0,75. Такие орбиты сплошь и рядом встречаются у комет, которые то приближаются к Солнцу, истаивая в пламени его хромосферы, то улетают во мрак и холод далеких окраин Солнечной системы.