Разведка далеких планет

Из сотен зарегистрированных сегодня спутников только Луна была известна с глубокой древности, а остальные открыли с помощью телескопов и космических зондов. Конечно, Луну трудно не заметить: в полнолуние ее блеск достигает почти -13^m. Спутники других планет недоступны невооруженному глазу, и только четыре галилеевых спутника Юпитера могли бы быть видны как звездочки 5^m, если бы не соседство яркого Юпитера. Люди с особо острым зрением способны заметить присутствие спутников вблизи Юпитера (я этому свидетель), но верно интерпретировать увиденное, вероятно, может только человек, заранее знающий о существовании этих тел. Без труда спутники Юпитера различаются в полевой бинокль, по характеристикам близкий к первым телескопам Галилея.

Именно галилеевы спутники Юпитера были открыты первыми сразу после изобретения телескопа. А затем, по мере совершенствования астрономической оптики, становились известными все более мелкие и далекие спутники (см. табл. 3.1). Применение фотографии еще дальше продвинуло эту работу, позволив обнаруживать рядом с ближайшими планетами — гигантами спутники размером 10–20 км. Наконец, запуск космических зондов и использование ПЗС — камер на телескопах 10–метрового калибра сделали возможным обнаружение совсем крохотных тел размером до 1 км.

Неудивительно, что неспециалисту многочисленные спутники планет кажутся «все на одно лицо». Лишь упоминание Луны вызывает у несведущего человека интерес и некоторые ассоциации. А со спутниками других планет не связаны легенды и предания, в их честь не совершали жертвоприношения, древние народы не использовали их для счета времени. Однако для специалиста — планетолога каждый спутник — это уникальный мир, не менее важный и интересный, чем наша вечная соседка Луна. Более того, система спутников каждой планеты — это своеобразный аналог Солнечной системы, со своими закономерностями в распределении спутников по орбитам и их физическим свойствам. Поэтому поиск новых спутников будет продолжаться как вглубь — ко все более мелким телам, так и вширь — охватывая все большую область вокруг каждой планеты. В связи с этим зададимся вопросом: каков максимально возможный размер спутниковой системы?

Поскольку спутником мы называем объект, постоянно сопровождающий планету, то максимальный размер системы спутников определяется областью гравитационного контроля планеты. Хотя она и не совсем сферическая, ее принято называть сферой Хилла. Если отвлечься от деталей, то на границе этой области, очевидно, должно наступать равенство двух сил: силы притяжения спутника к планете (F) и силы, действующей со стороны Солнца и старающейся «оторвать» спутник от планеты (f). Силу f обычно называют приливной, поскольку именно она, действующая со стороны Луны и Солнца, вызывает приливы в океанах и теле Земли. Найдем эти силы в расчете на единицу массы спутника. Пусть M и m — массы Солнца и планеты, R и r — расстояние планеты от Солнца и спутника от планеты, G — постоянная тяготения. Тогда

F=(GM)/r²

f=(GM)/(R‑r)²-(GM)/R².

Полагая, что R≫r, мы легко преобразуем выражение для/(отбросив малые величины) к виду

Тогда радиус сферы Хилла (г) определится равенством F=f и

составит

Эта формула не учитывает характера движения спутников, но для оценок она годится. Поскольку нас в основном интересуют системы спутников планет — гигантов (R≫1 а. е.), то угловой радиус их сфер Хилла для земного наблюдателя составит

Например, для Юпитера (М/т≈1000) получим а=4,5°. А в противостоянии, когда Земля и Юпитер сближаются на минимальное расстояние и поиск спутников наиболее продуктивен, это значение возрастает до 5,6°. Следовательно, астроному приходится вести поиск в круге диаметром 11,2°, что по площади равно 500 лунным дискам! Для Сатурна диаметр зоны спутников составляет 6°, для Урана и Нептуна — около 3°. Именно таковы наблюдаемые с Земли предельные размеры спутниковых систем планет-гигантов.

А насколько исчерпаны эти области? Насколько близки к их границам наиболее далекие известные спутники планет? Самый удаленный спутник Юпитера (S/2003 J2) в противостоянии планеты отходит от нее для земного наблюдателя на 3,3°. То есть до границы остается еще 2,3° — изрядная область для поиска неизвестных объектов. В системе спутников Сатурна самый далекий (Форньот) виден на расстоянии 1,3° от планеты: до границы еще 1,7°. Внешний спутник Урана (Фердинанд) удаляется на 0,6°, а внешний спутник Нептуна (Heco) — на 1°. Как видим, у всех этих планет осталось большое пространство в сфере Хилла, где могут прятаться неизвестные спутники. Разумеется, вблизи границ этих областей движение спутников неустойчиво и связь с планетой очень слаба. Уже найденные там объекты движутся хаотически, но все же они могут жить там довольно долго. Возможно, эти спутники иногда теряют связь с планетой, а затем они — или им подобные — возвращаются в ее гравитационные объятия. Там их и надо искать.