Гайд по астрономии. Путешествие к границам безграничного космоса

Ближайшие к Солнцу планеты (Меркурий, Венера, система Земля — Луна и Марс) имеют среднюю плотность, которая согласуется с тем, что они почти полностью состоят из камня. Кроме того, они намного меньше газовых гигантов (Юпитера и Сатурна) и ледяных гигантов (Урана и Нептуна), пребывающих во внешней Солнечной системе. Возможно, их самая характерная черта — это их непосредственная близость к нашей звезде. Обильно согретые солнечным светом в самом начале своего формирования, планеты земной группы, по всей видимости, не могли накапливать и удерживать водород и гелий, на которые приходится основная масса Юпитера и Сатурна — эти газы слишком летучие, чтобы оставаться на месте под активным влиянием Солнца. В итоге возникли восхитительные уникальные миры — совершенно несхожие и непредставимо загадочные. На рис. 4.2 показано внутреннее строение планет земной группы. У Меркурия аномально большое металлическое ядро, размеры которого составляют 75 % его радиуса и 42 % его объема. А металлическое ядро Луны, напротив, очень маленькое. Считается, что Венера и Земля по внутреннему строению похожи друг на друга: на ядра приходится примерно 55 % их радиусов и 16 % их объемов. Марс по размерам находится между Меркурием и «сестрами-близнецами» — Венерой и Землей.

Магматическая активность на поверхности этих небесных тел возрастает с увеличением их размера. Например, Луна, Меркурий и Марс некогда были активны, но уже примерно миллиард лет на них почти ничего не происходит. Земля и Венера, напротив, продолжают активно преображать свой внешний облик. Атмосфера, по всей видимости, тоже зависит от массы. На Луне и Меркурии имеются лишь малейшие следы атмосферных газов. Марс занимает промежуточное положение: в его атмосфере преобладает углекислый газ, но давление на поверхности составляет всего 1/157 от земного. А вот Венера скрыта облаками углекислого газа, количество которого в 93 раза превышает уровень, свойственный Земле, поэтому парниковый эффект нагревает ее поверхность до 477 °C — такая температура достаточно высока, чтобы расплавить свинец и испарить серу.

Рис. 4.2. Изображения планет земной группы и Луны в разрезе. У каждой планеты есть металлическое ядро (разного размера), мантия и кора. (Источник: NASA.)

Газовые гиганты

Юпитер и Сатурн, подобно уличным хулиганам, наводят свои порядки по всей Солнечной системе. В частности, Юпитер когда-то помешал сформироваться настоящей планете — она могла появиться в зоне, занятой в наши дни астероидами. Его гравитационное воздействие вытеснило большую часть субпланетных обломков, некогда занимавших эту кольцевую зону, за пределы Солнечной системы или к Солнцу, и осталась лишь горстка астероидов, которую мы видим сегодня. Сурово Юпитер обошелся и с кометами — вытеснил их с «родных земель» вблизи орбиты Нептуна и перенаправил во внутреннюю Солнечную систему или к кометному облаку Оорта, расположенному в 5000–50 000 а. е. от Солнца. Конечно, эти гигантские миры по праву вызывают наш интерес, а их системы колец и группы спутников поистине поразительны.

Юпитер

Юпитер, названный в честь верховного бога древних римлян, содержит более трех четвертей всего планетарного вещества в Солнечной системе. Нам это известно, поскольку мы можем отслеживать орбитальные движения его спутников и знаем, как далеко от них до Юпитера, а закон всемирного тяготения Ньютона помогает нам определить гравитационную массу, ответственную за поддержание этих движений. Расчетная масса, в 318 раз превышающая земную, и объем, в котором поместилось бы 1405 таких планет, как наша, дает среднюю плотность 1,34 г/см³. Эта величина примерно равняется трети средней плотности каменистой Земли и очень близка к плотности воды в земных океанах (1 г/см³). Если честно, Юпитер лучше было бы назвать не «газовым гигантом», а «жидким». Его внутреннее строение остается довольно неопределенным, но считается, что он содержит относительно плотное ядро неизвестного состава, окруженное последовательными слоями жидкого атомарного водорода — настолько плотного, что он проводит электричество подобно металлу, — а дальше идут слои жидкого молекулярного водорода, газообразного молекулярного водорода, аммиака и воды (рис. 4.3). Со всем этим богатством Юпитер совершает полный оборот вокруг своей оси за каждые 9,8 часа, отчего в атмосферных поясах, зонах и пятнах планеты рождаются сильные ветры. Вокруг этого гиганта, охваченного вихрями, обращаются по меньшей мере семьдесят девять спутников, включая четыре галилеевых — это Ио, Европа, Ганимед и Каллисто, — каждый из которых сам по себе может рассматриваться как удивительный мир.