Астрономия для "чайников"

На рис. 5.1 показаны четыре картинки Земли из космоса. Ясно видны очертания континентов, океаны и облака.

Ученые различают следующие оболочки Земли (или геосферы):

литосферу, т. е. твердую (каменную) оболочку Земли;

гидросферу, которая включает воду океанов, рек, озер и других водных ресурсов;

криосферу, т. е. ледовый покров Земли — в основном, в Арктике, Антарктике и Гренландии;

атмосферу, т. е. воздушный слой над землей толщиной в тысячи километров;

биосферу, включающую все формы жизни на суше, в воздухе, в воде и под землей.

Так что мы — часть биосферы, которая живет на литосфере, пьет из гидросферы, возможно, катается на криосфере или использует ее для охлаждения напитков и дышит атмосферой. Я не знаю другого места в космосе, где мы могли бы делать все то же самое.

Помимо всех описанных выше оболочек, существует еще одна, причем очень важная, — магнитосфера, которая играет заметную роль в защите Земли от ультрафиолетового и других жестких излучений Солнца, о чем мы поговорим в главе 10. Магнитосфера порождается геомагнитным полем, о котором пойдет речь в следующем разделе.

Магнитосфера

Магнитосферу иногда называют поясами земного излучения, или поясами излучения Ван-Аллена[13]. Она состоит из заряженных частиц, в основном, электронов и протонов, которые хаотично движутся над Землей, захваченные ее магнитным полем.

Время от времени некоторые электроны "вырываются на свободу" и, попадая в находящуюся под магнитосферой атмосферу, ударяют атомы и молекулы, заставляя их светиться. В результате получается полярное сияние — северное, которое наблюдается в Северном полушарии, и южное, наблюдаемое в Южном полушарии. Во врезке, помещенной в конце главы, подробно говорится о наблюдении полярных сияний.

Магнитное поле Земли

Твердая поверхность Земли, на которой вы стоите, — это кора. Под корой находится мантия, а еще глубже — ядро. Ядро в основном состоит из расплавленного железа и никеля; температура в центре ядра достигает 6200 °C. Ядро тоже состоит из слоев: внешний находится в расплавленном состоянии, а внутренний — твердый.

Причиной затвердения расплавленного железа во внутреннем слое ядра считается чрезвычайно высокое давление верхних слоев. И по мере остывания Земли на протяжении будущих миллионов лет твердая часть ядра будет увеличиваться в размере за счет окружающей расплавленной части ядра, так же как кубик льда увеличивается, когда окружающая его жидкость становится холоднее.

Ядро Земли намного глубже, чем мы могли бы докопаться при всем желании, но оно создает эффекты, которые все могут наблюдать на поверхности. Движущиеся потоки расплавленного железа во внешнем ядре генерируют магнитное поле, которое охватывает всю планету и простирается далеко в космос. Оно называется геомагнитным полем.

Геомагнитное поле:

заставляет стрелку компаса указывать в определенном направлении;

создает невидимую систему ориентации для почтовых голубей, перелетных птиц и даже живущих в океане бактерий;

формирует магнитосферу высоко над Землей;

защищает Землю от летящих из космоса заряженных частиц — солнечного ветра и многих видов космического излучения.

Геомагнитное поле — это глобальное планетарное магнитное поле. Это означает, что оно охватывает всю Землю и генерируется непрерывно. Ни на Марсе, ни на Венере, ни на Луне нет глобального магнитного поля, как на Земле, и этот важный факт позволяет ученым делать выводы относительно ядра данных небесных тел. В частности, о ядре Луны речь пойдет в разделе "Гигантское столкновение. Теория происхождения Луны" в этой главе.

Расширение дна океана

Согласно результатам геофизических исследований, по обеим сторонам срединно-океанических хребтов существует "узор" намагниченной породы. Намагничивание породы происходило по мере ее остывания из расплавленного состояния, что привело к фиксации определенного направления магнитного поля, которое действовало во время затвердевания породы. Поэтому породы на океанском дне — это магниты, поле которых имеет определенную силу и направление. После затвердения породы ее магнитное поле уже не может измениться; теперь это магнитное поле представляет собой "окаменелость", такую же, как окаменелые остатки динозавров, которые навсегда останутся такими, какими были в момент смерти.

"Узор", обнаруженный возле срединно-океанических хребтов, состоит из полосок намагниченной породы длиной в сотни километров, параллельных хребту и чередующихся по направлению магнитного поля. У одной полоски магнитное поле направлено на север, у следующей — в противоположном направлении, т. е. на юг, и т. д.

Вы спросите, почему я говорю обо всех этих вещах на дне океана в книге по астрономии? Потому что это необычное свойство Земли может быть связано с феноменом, открытым на Марсе. Ученые, собирая различные сведения о планетах земной группы, включая Землю, находят сходства и различия, которые помогают лучше понять происходящие процессы. Такой вид исследований называется сравнительной планетологией и более подробно о ней мы поговорим при описании Марса и Венеры в главе 6.

Чередующиеся полоски с противоположной магнитной ориентацией сформировались в результате того, что в центре срединно-океанических хребтов появлялась новая порода, которая остывала, намагничивалась и расходилась в стороны от хребтов, по мере того как ее отодвигала более новая порода. Чередование полосок с противоположной намагниченностью говорит о том, что направление геомагнитного поля периодически меняется на противоположное, причем период этот составляет несколько сотен тысяч лет.

Что заставляет геомагнитное поле Земли, генерируемое ее ядром, так часто менять направление на противоположное, — неизвестно. Но свидетельства этого сохранились как на дне океана, так и в некоторых местах суши, которые когда-то находились под водой.

В наши дни для измерения времени с большой точностью используются атомные часы. Но в древности и еще совсем недавно система измерения времени в нашем мире была основана на вращении Земли.

Земля совершает один оборот вокруг своей оси за 24 часа. Она вращается с запада на восток (или против часовой стрелки, если смотреть сверху, со стороны Северного полюса). И вокруг Солнца Земля обращается против часовой стрелки (если смотреть из космоса сверху, со стороны северного небесного полюса). Продолжительность дня, 24 часа, — это среднее время, которое (с нашей точки зрения) требуется Солнцу, чтобы взойти, сесть и взойти опять. Это называется средним солнечным временем (mean solar time), которое эквивалентно стандартному времени, отсчитываемому на наших часах.

Поэтому продолжительность дня равна 24 часам среднего солнечного времени. А в году приблизительно 365 дней — именно такое время требуется Земле, чтобы совершить один полный оборот вокруг Солнца.

Системы измерения времени

Поскольку Земля движется вокруг Солнца, время его восхода зависит и от вращения Земли, и от ее движения по орбите.

Относительно звезд Земля совершает полный оборот вокруг своей оси за 23 часа 56 минут и 4 секунды. Этот промежуток времени называется сидерическими (или звездными) сутками (sidereal day). Заметьте, что разница между 24 часами и 23 часами 56 минутами 4 секундами равна 3 минутам 56 секундам, что составляет всего 1/365 долю суток. И это не совпадение. Это вызвано тем, что в течение суток Земля проходит 1/365 часть своей орбиты вокруг Солнца.

Астрономы привыкли пользоваться особыми, звездными часами, которые отмеряют сидерическое время: 24 сидерических часа равны 23 часам 56 минутам 4 секундам среднего солнечного времени. Сидерические часы, минуты и секунды немного короче соответствующих им единиц измерения солнечного времени. Использование сидерических часов позволяет астрономам следить за звездами и правильно направлять телескопы. Но теперь ни астрономам, ни вам больше не нужно этого делать. Компьютерные программы-планетарии, которые определяют направление телескопов или создают изображение неба (об этом говорилось в главе 2) сделают за вас все необходимые вычисления. Поэтому, чтобы выяснить, в каком месте неба появятся определенные звезды и созвездия, вам достаточно взять за основу стандартное время.

С другой стороны, в отчетах об астрономических наблюдениях обычно применяются стандартные системы времени, принятые астрономами всего мира: это всемирное время (Universal Time — UT) или время по Гринвичу (Greenwich Mean Time). UT — это просто стандартное время в Гринвиче (Великобритания). Согласно международному соглашению, принято считать, что сутки начинаются в Гринвиче. (Иными словами, они начинаются, когда в Гринвиче полночь, т. е. 0:00 часов UT.) Например, в Москве разница со всемирным временем составляет плюс 3 часа, а в Нью-Йорке — минус 5 часов, потому что в Москве солнце встает на три часа раньше, а в Нью-Йорке — на пять часов позже, чем в Гринвиче. Таким образом, когда в Гринвиче 6 часов утра, в Москве уже 9 часов утра, а в Нью-Йорке — только час ночи.

Еще одна сложность в определении местного времени связана с тем, что во многих странах для более полного использования светлого времени суток и экономии электроэнергии осуществляют переход на "летнее" и "зимнее" время. При переходе на "летнее" время стрелки часов сдвигают на час вперед по сравнению с "зимним".

Более точно определенное время, всемирное координированное время (Coordinated Universal Time — UTC), которое совпадает с UT, если использовать его во всех практических целях, — это официальный международный стандарт[14].

Смена времен года

Объяснить студентам причину смены на Земле времен года — это, наверное, самая сложная задача для любого преподавателя астрономии. Как бы преподаватель ни старался объяснить, что смена времен года никак не связана с тем, насколько далеко Земля находится от Солнца, многие или даже большинство студентов в это не верят. Проведенные опросы показали: даже выпускники Гарвардского университета думают, что лето — это когда Земля находится ближе всего к Солнцу, а зима — когда Земля дальше всего от Солнца.

При этом студенты забывают, что, когда в Северном полушарии лето, в Южном полушарии — зима. И когда в Австралии лето, в России — зима. Но и Австралия, и Россия находятся на одной и той же планете Земля.

Истинная причина смены времен года — это наклон земной оси (рис. 5.2). Ось вращения, воображаемая линия, соединяющая северный и южный полюса Земли, не перпендикулярна плоскости земной орбиты, по которой она движется вокруг Солнца. И отклонение оси от перпендикуляра составляет 23,5°. Ось направлена на север в точку среди звезд возле Полярной звезды. (На самом деле, ось медленно меняет свое направление и со временем будет указывать не на Полярную, а на другую звезду.)

В настоящее время Полярная звезда (т. е. та, на которую указывает северный полюс Земли) — это α Малой Медведицы. Если вы потеряетесь ночью и захотите идти на север, то ищите Малую Медведицу (более подробно о поиске Полярной звезды говорится в главе 3).

Ось Земли направлена "вверх" сквозь Северный полюс и "вниз" — сквозь Южный. Когда Земля находится на одной стороне своей орбиты, ось, направленная "вверх", указывает тоже примерно в сторону Солнца, поскольку в полдень в Северном полушарии Солнце находится высоко в небе. Через шесть месяцев ось, направленная "вверх", теперь будет указывать в противоположную сторону от Солнца. На самом деле, ось всегда направлена в одном и том же направлении в космосе, но теперь Земля находится с противоположной стороны от Солнца.

Лето приходит в Северное полушарие, когда ось, направленная через Северный полюс вверх, указывает примерно в сторону Солнца. В этой ситуации Солнце в полдень находится выше над горизонтом, чем во все остальные сезоны года, поэтому оно лучше освещает Северное полушарие и дает больше тепла. В это же самое время ось, проходящая вниз через Южный полюс, направлена от Солнца, поэтому Солнце в полдень находится ниже над горизонтом, чем в любое другое время года, и хуже освещает Южное полушарие. В это время в Австралии наступает зима.

Летом светлого времени суток больше, чем зимой, потому что Солнце находится выше над горизонтом. Поэтому ему требуется больше времени, чтобы сначала подняться на эту высоту, а потом — спуститься. И, поскольку день длится дольше, в это время года теплее.

По мере того как Земля движется по орбите вокруг Солнца, кажется, что Солнце перемещается по небу по некой окружности, которая называется эклиптикой (об этом говорилось в главе 3). Плоскость эклиптики наклонена к плоскости экватора точно под таким же углом, как ось Земли — 23,5°. С этой точки зрения определим следующие понятия.

Момент пересечения небесного экватора центром видимого солнечного диска. Весеннее равноденствие наступает, когда Солнце переходит из южного полушария небесной сферы в северное и обычно происходит около 21 марта. Осеннее равноденствие бывает около 23 сентября. Вблизи равноденствия продолжительность дня в средних широтах примерно равна продолжительности ночи.

Когда Солнце переходит из южного полушария небесной сферы в северное, т. е. пересекает небесный экватор "снизу вверх", наступает первый день весны, который называется днем весеннего равноденствия. Он приходится на 20–21 марта. В Южном полушарии Земли наступает астрономическая осень, а в Северном — астрономическая весна. Вблизи равноденствия продолжительность дня в средних широтах примерно равна продолжительности ночи.

Когда Солнце достигает самой высокой (северной) точки на эклиптике, это день летнего солнцестояния. Приходится примерно на 21–22 июня. С этого дня в Северном полушарии начинается астрономическое лето, а в Южном — астрономическая зима.

Когда Солнце переходит из северного полушария небесной сферы в южное, т. е. пересекает небесный экватор "сверху вниз", это начало осени, день осеннего равноденствия. Обычно он приходится примерно на 23 сентября. В Южном полушарии Земли наступает астрономическая весна, а в Северном — астрономическая осень.

Когда Солнце достигает самой нижней (южной) точки на эклиптике, это день зимнего солнцестояния. Приходится примерно на 21–22 декабря. С этого дня в Северном полушарии начинается астрономическая зима, а в Южном — астрономическое лето.

В Северном полушарии летнее солнцестояние приходится на день, когда светлое время суток наибольшее в году. В этот день Солнце поднимается на самую высокую точку над горизонтом, поэтому ему требуется больше всего времени, чтобы подняться на эту высоту, а потом спуститься. Аналогично, зимнее солнцестояние в Северном полушарии приходится на день, когда светлое время суток наименьшее в году.

Ну вот, пожалуй, и все, что я хотел сказать о времени и временах года.

Возраст Земли

Радиоактивное датирование — это единственный имеющийся у нас точный способ датирования различных древностей, как на Земле, так и в Солнечной системе. Некоторые химические элементы, такие как уран, имеют разновидности (отличающиеся атомной массой), называемые радиоактивными изотопами. Радиоактивный изотоп превращается в другой изотоп того же самого элемента или в другой элемент со скоростью, определяемой периодом полураспада радиоактивного элемента. Предположим, период полураспада составляет миллион лет. Тогда через миллион лет половина имевшегося первоначально радиоактивного изотопа превратится в другое вещество (называемое дочерним изотопом), а вторая половина останется радиоактивной. Затем за следующий миллион лет в дочерний изотоп превратится половина оставшегося вещества. Таким образом, через два миллиона лет останется только 25 % первоначального количества атомов радиоактивного изотопа. А через три миллиона лет останется только 12,5 % и т. д.

Когда первоначальные атомы радиоактивного изотопа, называемые родительскими атомами, и дочерние атомы оказываются вместе в куске камня (или металла), например в метеорите, ученые могут подсчитать соответствующее количество атомов и определить возраст этого камня. Это называется методом радиоактивного датирования.

Но, согласно методу радиоактивного датирования, самые древние породы на Земле имеют возраст примерно 3,8 миллиарда лет. А Земля, без сомнения, гораздо старше. Эрозия, процессы горообразования и вулканические процессы (извержение расплавленной лавы из недр Земли, а также образование новых вулканов) — все это постоянно оказывает разрушающее влияние на породы на поверхности Земли, поэтому первоначальные породы, из которых состояла поверхность Земли, давно исчезли.

Однако для метеоритов метод радиоактивного датирования дает возраст примерно 4,6 миллиарда лет. Считается, что метеориты — это осколки астероидов, а астероиды — это фрагменты вещества, из которого состояла Солнечная система в самом начале ее образования, когда происходило формирование планет (более подробно об астероидах речь пойдет в главе 7).

Поэтому ученые считают, что возраст Земли и других планет — примерно 4,6 миллиарда лет. Луна, как оказывается, моложе. Но это уже другая история.

Диаметр Луны — 3476 км; это немного больше, чем 1/4 часть диаметра Земли. Масса Луны составляет только 1/81 часть массы Земли, а ее плотность примерно в 3,3 раза больше плотности воды, что заметно меньше плотности Земли (поскольку ее плотность в 5,5 раза больше плотности воды). На Луне практически нет атмосферы, только "следы" водорода, гелия, неона и аргона и других элементов в еще меньших количествах. По всей видимости, Луна состоит из твердых каменистых пород (рис. 5.3).

Плотность Луны, хотя и меньше средней плотности Земли, такая же, как плотность мантии Земли, т. е. слоя, расположенного между корой и ядром. Средняя плотность Земли больше плотности ее мантии, потому что ядро почти целиком состоит из железа и никеля, которые намного плотнее камня. Плотность ядра Земли больше средней ее плотности, а плотность мантии — меньше средней плотности. Эти различия очень важны, как вы поймете в разделе "Теория возникновения Луны".

Фазы Луны

За исключением времени лунного затмения, одна половина Луны всегда освещена Солнцем, в то время как на другой — ночь. Некоторые люди думают, что это ближняя и дальняя стороны Луны, но это не так. Ближняя и дальняя — это стороны Луны, которые обращены к Земле и от нее соответственно, и это всегда одни и те же стороны (т. е. Луна всегда обращена к Земле одной и той же стороной). А половинки Луны, на которых день или ночь — это полусферы, обращенные к Солнцу и от него соответственно. И они все время меняются по мере движения Луны вокруг Солнца (рис. 5.4).

Новолуние — это начало месячного лунного цикла, или лунного месяца. В это время ближняя к Земле сторона Луны повернута от Солнца, поэтому она темная и не видна. Первая фаза — молодой лунный серп, или растущая Луна — видна через 24 часа после новолуния (в наиболее благоприятных случаях). Это означает, что освещенная область Луны увеличивается. Во время этой фазы Луна постепенно отходит от положения на одной линии с Землей и Солнцем (в новолуние), одновременно обращаясь вокруг Земли. Одна половина Луны, обращенная к Солнцу, всегда освещена, но в фазе роста большая часть освещенной области повернута от Земли и не видна нам.

Двигаясь по орбите, Луна достигает точки, в которой линия "Земля-Луна" образует прямой угол с линией "Земля-Солнце". В этой фазе, которая называется первой четвертью, мы видим ровно половину лунного диска.

Как же может половина равняться четверти? Видите ли, то, что в обычной жизни невозможно, у астрономов — нормальное явление. Дело в том, что в этой фазе освещена половина ближней стороны Луны, т. е. обращенной к Земле. Но освещенная часть Луны, которую мы видим, — это только половина освещенной полусферы, обращенной к Солнцу, а половина половины — это четверть. Поспорьте с друзьями, что четверть может равняться половине, и вы выиграете!

Когда освещенная часть Луны, которую мы видим, уже больше половины, но пока еще меньше полной Луны, ее называют прибывающей.

Люди часто спрашивают, почему солнечное затмение не происходит каждый месяц в новолуние. Причина в том, что Земля, Луна и Солнце в новолуние обычно не выстраиваются точно на одной линии. А вот когда выстраиваются, тогда и случается солнечное затмение. А когда Земля, Луна и Солнце точно выстраиваются на одной линии в полнолуние, происходит затмение Луны.

Когда Луна оказывается в самой дальней точке своей орбиты противоположно Солнцу, то лунное полушарие, обращенное к Земле, полностью освещено. Это фаза полнолуния. По мере дальнейшего движения Луны по орбите освещенная область уменьшается, и эта фаза называется убывающей Луной, или ущербом (Луна меньше полной, но больше половины). Вскоре от Луны остается половина — эта фаза называется последняя четверть. Затем, по мере приближения к моменту, когда она снова окажется на одной линии с Землей и Солнцем, наступает фаза стареющего лунного серпа. Затем наступает новолуние, и цикл фаз начинается сначала.

Самое удивительное, что у Земли есть такие же фазы, как и у Луны! Но, чтобы увидеть их, нужно смотреть на Землю с Луны. Когда люди на Земле видят полнолуние, для наблюдателей на Луне наступит фаза "новой Земли", а когда для землян настанет новолуние, "луняне" будут наслаждаться зрелищем полной Земли.

Затмения Луны

Полные затмения Луны не так знамениты, как полные затмения Солнца, но мы можем наблюдать их чаще. Дело в том, что полное затмение Солнца можно наблюдать только с узкой полосы Земли. Но когда тень Земли закрывает Луну, ее затмение можно видеть во всем полушарии Земли, где в данный момент ночь.

Лунное затмение происходит, когда Луна выстраивается точно по линии "Солнце-Земля". И тогда Луна попадает в полную тень (umbra) Земли. Лунное затмение выгодно отличается от солнечного тем, что на него смотреть совершенно безопасно (постарайтесь только не удариться обо что-то в темноте и не стойте посреди дороги).

Во время полного затмения Луна все-таки видна, хотя и находится в тени Земли (рис. 5.5). На Луну не попадает прямой солнечный свет, но некоторые лучи, искривляясь при прохождении через земную атмосферу по краям Земли (как видно с Луны), падают на Луну. Солнечный свет, проходя через земную атмосферу, "фильтруется", и обычно остаются только красные и оранжевые лучи. Этот эффект меняется от одного затмения к другому, в зависимости от метеорологических условий и наличия облаков над Землей. Поэтому во время полного затмения Луна может быть бледно-оранжевого цвета или бледно-красного или очень темно-красного. А в некоторых случаях различить Луну во время полного затмения можно только еле-еле.

Вот расписание полных затмений Луны на следующие годы:

4 мая 2004 года;

28 октября 2004 года;

3 марта 2007 года;

28 августа 2007 года;

21 февраля 2008 года;

21 декабря 2010 года;

15 июня 2011 года;

10 декабря 2011 года.

О точном времени лунных затмений и о том, в какой части Земли они будут видны, можно узнать заранее на англоязычных Web-сайтах Astronomy.com (ww2.astronomy.com) и Sky & Telescope (www.skypub.com) и русскоязычных Web-сайтах (www.astronet.ru, www.astronomy.ru, http://cobr.kts.ru/astron/moon/moonz5.htm), а также в астрономических журналах.

Частичные затмения не так интересны. Во время частичного затмения только часть полной Луны попадает в тень Земли, и это выглядит так, как будто Луна просто находится в другой фазе. Люди, которые не знают, что происходит лунное затмение, или не знают, что сейчас должно быть полнолуние, вообще не заметят ничего особенного. Они просто подумают, что сейчас время какой-либо четверти или лунного серпа. Но если бы они продолжали наблюдать в течение часа или больше, то увидели бы, как полная Луна выходит из тени Земли. И тогда они поняли бы, что происходит.

Лунная "геология"

Вся поверхность Луны усеяна кратерами всевозможных размеров, от микроскопических ямок до огромных бассейнов диаметром в сотни километров. Самый большой — бассейн "Южный полюс-Эйткен" (South Pole-Aitken)[15] диаметром 2600 км. Эти кратеры появились в результате столкновения с Луной различных небесных объектов (астероидов, метеорных тел и комет), которые происходили, по большей части, очень давно. Появление микроскопических кратеров, которые были обнаружены на камнях, взятых с поверхности Луны, вызвано микрометеоритами, т. е. мельчайшими каменными частицами, летающими в космосе. Всем этим кратерам и бассейнам дали общее название ударные кратеры (impact crater), чтобы отличать их от вулканических кратеров.

Да, на Луне происходили вулканические процессы, но не в такой форме, как на Земле. Здесь нет вулканов, т. е. больших вулканических гор с кратерами наверху. Но зато есть небольшие вулканические холмы с закругленной вершиной, какие встречаются в некоторых районах Земли, где идут вулканические процессы. Кроме того, извилистые каналы на лунной поверхности (борозды) похожи на пути прохождения потоков лавы, что также типично для рельефа в районах Земли с вулканической активностью (например, в северной Калифорнии). Но самый заметный признак — то, что на Луне есть огромные, покрытые лавой равнины, образующие дно больших бассейнов, возникших в результате столкновения. Эти равнины лавы называют морями.

Если всмотреться в очертания лунных кратеров, то можно увидеть "человека на Луне". Так вот, темные области, которые сформировали некоторые его очертания, и есть моря.

В древние времена некоторые ученые думали, что лунные моря — это настоящие океаны. Но, увы, это просто безжизненные высохшие пласты лавы. Если бы это были океаны, то мы увидели бы яркое отражение от них солнечного свега, — такое же, как от моря в солнечный день, если смотреть на него сверху, с самолета. Большие светлые участки на "лице человека" — это лунные материки, сильно испещренные кратерами. В морях тоже есть кратеры, но в расчете на квадратный километр их меньше, чем на материках, а это означает, что моря моложе. Бассейны морей были образованы в результате ударов огромной мощности, и эти удары "стерли" существовавшие прежде кратеры. Затем бассейны заполнились лавой, излившейся из глубин и уничтожившей следы всех новых кратеров, образовавшихся после этих мощных ударов. И все кратеры, которые видны в морях сейчас, — это результат метеоритных ударов уже после застывания лавы.

В конце 1990-х годов с помощью космического аппарата NASA под названием Lunar Prospector удалось получить косвенное свидетельство возможности существования замерзшей воды на дне нескольких кратеров в районах северного и южного полюсов Луны, которые никогда не освещаются Солнцем. На полюсах Луны Солнце, в лучшем случае, висит низко над горизонтом и края кратеров не дают его лучам достать до дна. Возможно, этот лед был принесен кометами, которые "бомбардировали" Луну в прошлом, поскольку эти ледяные пришельцы время от времени попадают в Луну и другие планеты. Другой воды на Луне, похоже, нет.

Лунный пейзаж

Луна — это один из самых "благодарных" объектов для наблюдения. Ее можно увидеть в туманную погоду, когда небо частично покрыто облаками, а иногда даже днем. Причем кратеры видны даже в самый малый телескоп. С помощью небольшого телескопа хорошего качества можно увидеть сотни и даже тысячи элементов лунной поверхности.

Ударные кратеры. Круглые структуры, образовавшиеся от ударов метеорных тел и других крупных объектов; самые большие кратеры называются бассейнами.

Моря. Слои лавы, устилающие дно бассейнов.

Лунные материки (или возвышенности). Области лунной поверхности, сильно испещренные кратерами.

Лучи. Светлые радиальные линии, выходящие из молодых светлых ударных кратеров, таких как Тихо и Коперник (рис. 5.6). Они образованы выбросами мелко раздробленного лунного вещества от ударов крупных небесных объектов.

Борозды. Извилистые каналы; на самом деле, вероятно, представляют собой пути прохождения лавы. Самая знаменитая — борозда Хэдли, на которой были астронавты с Apollo[16].

Центральные горки. Горки из валунов, образовавшиеся в результате реакции Луны на мощный удар. Центральные горки обнаружены в некоторых, но не во всех ударных кратерах.

Лунные горы. Края больших кратеров или ударных бассейнов, разрушенные; последующими ударами, в результате чего остались только части стены, напоминающие горные цепи. Но они совсем не похожи на горы Земли.

Чтобы узнать, какой кратер, борозду или лунную горную цепь вы видите в телескоп, вам понадобится карта Луны (которую можно приобрести, например, в планетарии).

Карты Луны и их подробное описание можно найти в Web, например, по таким адресам http://cobr.kts.ru/astron/moon/moonch.htm, http://www.astrolab.ru/cgi-bin/manager2.cgi?id=31&level=2.

Как выглядит обратная сторона Луны

С Земли можно увидеть только одну сторону Луны, потому что последняя находится в синхронном вращении, т. е. за время одного оборота вокруг Земли она делает ровно один виток вокруг своей оси (и это время составляет 27 дней 7 часов 43 минуты).

Но, тем не менее, в планетариях продаются глобусы Луны, на которых отображена вся ее поверхность — и видимая, и обратная стороны. Первые фотографии обратной стороны Луны были сделаны 4 октября 1959 года с помощью советской автоматической станции "Луна-3". С тех пор Луну постоянно изучали и фотографировали советские и американские космические аппараты, включая Lunar Orbiter и Clementine. Но для наблюдения Луны вам не понадобится карта ее обратной стороны, поскольку вы ее не увидите.

Подружитесь с терминатором

Терминатор — это линия, отделяющая темную часть обращенного к Земле диска Луны от светлой. Самое лучшее время для наблюдения практически любого объекта на Луне — это когда он находится рядом с терминатором. Дело в том, что в это время (когда объект наблюдения находится на освещенной стороне совсем рядом с терминатором) лучше всего можно рассмотреть детали.

И, наверное, самое худшее время наблюдения объектов на Луне — это полнолуние. В полнолуние Солнце находится высоко в небе над большей частью видимой стороны Луны, поэтому теней почти нет или они невелики. А ведь именно тени помогают лучше выявить неровности рельефа.

В течение месяца, т. е. примерно от одного полнолуния до другого, терминатор равномерно перемещается по видимой стороне лунной поверхности, поэтому раньше или позже любой объект на этой стороне окажется рядом с терминатором. В зависимости от фазы Луны, терминатор находится или с той стороны, где Солнце восходит, или с той, где оно заходит. Как нам известно из "земного" опыта, предметы отбрасывают самые длинные тени, когда Солнце встает или садится, и самые короткие — когда оно находится высоко над горизонтом (в полдень). Зная длину тени и высоту Солнца над горизонтом, можно определить высоту элемента лунного рельефа, отбрасывающего ее.

Гигантское столкновение. Теория происхождения Луны

Ученые собрали большой объем информации о породах, залегающих в различных районах Луны. Эти данные были получены с помощью метода радиоактивного датирования образцов лунной породы, привезенных на Землю шестью экипажами астронавтов кораблей Apollo, которые высаживались на Луне в разное время с 1969 по 1972 год.

До осуществления лунной программы Apollo несколько высококлассных специалистов уверенно предсказывали, что Луна будет "розеттским камнем"[17] Солнечной системы. При отсутствии воды в жидком состоянии, которая размывала бы поверхность, атмосферы и активных вулканических процессов на поверхности Луны, по их мнению, должно было быть много первичного материала, сохранившегося со времени образования Луны и планет Солнечной системы. Но, увы, лунные образцы, полученные с помощью кораблей Apollo, "бросили камень" в их теорию.

Когда порода плавится, остывает и снова кристаллизуется, все ее "радиоактивные часы" устанавливаются в нулевое положение (т. е. время обнуляется). Радиоактивные изотопы начинают превращаться в новые дочерние изотопы, которые оказываются во вновь сформированных кристаллах минералов. Породы, полученные с помощью лунной программы Apollo, показали, что практически вся Луна или по меньшей мере ее кора на значительную глубину была в расплавленном состоянии 4,6 миллиарда лет назад. Поэтому максимальный возраст самых древних лунных пород "всего лишь" 4,5 миллиарда лет. Разница между 4,6 и 4,5 миллиарда лет составляет 100 миллионов лет. И, в отличие от минералов в земных породах, в структуре которых в связанном состоянии содержится вода, в лунных породах совершенно нет воды.

Чтобы объяснить все эти факты и избавиться от недостатков предыдущих теорий, была выдвинута теория происхождения Луны под названием "Гигантское столкновение"[18]. Согласно этой теории, Луна состоит из материала, вырванного из мантии Земли гигантским объектом, в три раза массивнее Марса, который нанес юной Земле удар по касательной. Считается, что Луна также содержит часть пород из мантии этого объекта.

От этого мощного удара по юной Земле часть ее вещества испарилась и была выброшена в космическое пространство. А из этого облака образовалась Луна. Все удары, породившие кратеры, которые мы теперь видим на поверхности Луны, происходили гораздо позже, но большинство — свыше 3 миллиардов лет назад.

Согласно этой теории, плотность Луны в целом меньше плотности Земли и примерно совпадает с плотностью мантии Земли (поскольку Луна состоит из материала мантии). По этой же теории, у Луны не должно быть большого железного ядра (либо его вообще нет). Если же у малого объекта (т. е. у Луны) малое ядро, то он должен был остыть и замерзнуть очень давно, и вряд ли вообще когда-либо содержал железо в жидком состоянии. Исходя из этого, Луна не должна генерировать глобальное магнитное поле. Именно об этом и говорят факты, полученные в результате космических экспериментов и измерений. Lunar Prospector, искусственный спутник, запущенный на орбиту вокруг Луны в конце 1990-х годов, обнаружил магнитные поля, но только в отдельных местах Луны. Это просто остатки древних магнитных полей, которые были генерированы неизвестным путем в древние времена.

Сегодня эта теория считается самой лучшей теорией происхождения Луны. К сожалению, пока никто не придумал простого способа ее проверки. Например, не существует особого вида лунной породы, которая могла бы доказать правильность этой теории.

Будем считать, что это хорошая теория, хотя на самом деле мы можем так никогда и не раскрыть тайну происхождения Луны.

Для Марса были составлены очень точные топографические карты. Новейшую карту всей планеты можно найти на Web-сайте NASA (ltpwww.gsfc.nasa.gov/tharsis/global_paper.html). Поскольку карты топографические, на них отражены высоты форм рельефа. Они сделаны с помощью лазерного альтиметра (высотомера), установленного на искусственном спутнике Mars Global Surveyor (MGS), вращающемся по орбите вокруг Марса. На борту MGS установлен фотоаппарат, и самые последние сделанные им фотографии можно посмотреть на сайте Malin Space Systems (www.msss.com) — компании, разработавшей этот фотоаппарат и осуществляющей управление им.

Куда исчезла вся вода?

Топографическая карта Марса показывает, что большая часть северного полушария расположена намного ниже, чем территория южного полушария. Вполне возможно, что эти огромные северные низменности — бывшее дно древнего моря. Но даже если это не так, существуют убедительные доказательства того, что когда-то на Марсе была вода в жидком состоянии.

В настоящее время поверхность Марса холодная и сухая, а на полюсах есть большие шапки льда. По некоторым оценкам, этого льда достаточно для того, чтобы, в случае их таяния, всю планету затопило море глубиной примерно 30 м. Но этот лед не растает, потому что на Марсе слишком холодно. Атмосфера состоит в основном из углекислого газа, а зимой часть этого газа замерзает на поверхности планеты, оставляя тонкие слои сухого льда. На том полюсе, где зима, тонкий слой сухого льда часто покрывает шапку льда из замерзшей воды. Сухие русла рек с островами обтекаемой формы, и галька, которая выглядит так, как будто ее обточили водяные потоки, — вот всего несколько свидетельств в пользу того, что в прошлом на Марсе существовала вода в жидком состоянии. Изображения гальки были получены с помощью космического аппарата Mars Pathfinder (которые совершил посадку на Марс в 1997 году) и его автоматического транспортного средства, первого марсохода Sojourner.

Магнитометр, установленный на MGS, обнаружил длинные параллельные полосы противоположно направленных магнитных полей, "застывших" в каменистой коре Марса. В настоящее время у Марса нет глобального магнитного поля, но данное открытие может означать, что когда-то у него было такое поле и оно периодически меняло свое направление на противоположное, — точно так же, как магнитное поле Земли (см. главу 5). Это может также означать, что в коре Марса происходили процессы, аналогичные расширению океанского дна на Земле, которые и привели к возникновению подобного магнитного "узора". Но расплавленное железное ядро Марса должно было затвердеть очень давно, поэтому в настоящее время оно уже не генерирует магнитное поле и тепловой поток из глубин планеты к ее поверхности настолько незначителен, что сегодня на ней, вероятно, уже нет вулканических процессов.

Вулканические процессы, которые в давние времена происходили на Марсе, привели к возникновению гигантских вулканов, таких как Гора Олимп (Olympus Mons), имеющий ширину около 600 км и высоту около 24 км! Это значит, что он в пять раз шире и почти в три раза выше крупнейшего вулкана Земли, Мауна-Лоа. На Марсе также много каньонов; в их числе такой огромный каньон, как Долина Маринер, длина которого составляет примерно 4000 км. Есть и ударные кратеры. Они имеют более размытую форму, чем лунные, потому что подвергались более сильному воздействию эрозии, вероятно, за счет действия воды, когда-то вызывавшей сильные наводнения на Марсе.

У Марса только два естественных спутника — Фобос и Деймос. Но они очень малы и поэтому их нельзя увидеть в любительский телескоп.

Есть ли жизнь на Марсе?

Относительно Марса существует множество заблуждений. Есть также гипотезы, которые могут оказаться правильными, но они пока еще не доказаны. Эти гипотезы связаны с возможностью существования жизни на Марсе. Но большинство из них так же неправдоподобны, как анекдот об астронавте будущего, который вернулся с этой планеты. На вопрос корреспондента "Ну что, есть на Марсе жизнь?" он отвечает: "В течение недели — не особенно, но зато в субботу вечером…"

Удары по гипотезе о существовании жизни на Марсе

Открытие "каналов" на Марсе породило первые широко обсуждавшиеся гипотезы о возможности жизни на этой планете. Об этом говорили некоторые знаменитые астрономы конца XIX — начала XX века. От планетарной фотографии в то время было мало толку, поскольку выдержки были слишком большими, а изображения — размытыми по причине плохой видимости, обусловленной атмосферными явлениями (об этом говорилось в главе 3). Поэтому ученые считали, что зарисовки, сделанные астрономами-профессионалами, которые вели наблюдения с помощью телескопа, — это самые точные изображения Марса. На некоторых из этих карт были видны линии, протянувшиеся и пересекающие вдоль и поперек всю поверхность Марса. Американский астроном Персиваль Лоуэлл выдвинул гипотезу, что эти прямые линии — каналы, созданные древней цивилизацией для хранения и транспортировки воды во времена высыхания Марса. Он пришел к выводу, что в местах пересечений линий были оазисы.

Со временем гипотеза о "каналах" и другие свидетельства существования на Марсе жизни в прошлом или настоящем были опровергнуты.

Когда американский космический аппарат Mariner-4 в 1965 году достиг Марса, сделанные им фотографии показали отсутствие каналов, и это было подтверждено изображениями (сделанными с более высоким разрешением и для всей поверхности Марса), полученными последующими космическими аппаратами, отправленными на Марс. Таким образом, от этой гипотезы пришлось отказаться.

Два последующих зонда, Viking Landers, провели химические эксперименты на Марсе, чтобы получить свидетельства протекания биологических процессов, таких как фотосинтез. Сначала, когда к образцу почвы добавили воду, показалось, что найдены свидетельства биологической активности. Но большинство ученых, исследовавших этот вопрос, пришли к заключению, что просто произошла химическая реакция воды и почвы, и это вовсе не служит доказательством существования жизни. Это была опровергнутая гипотеза № 2.

Космические аппараты Viking Orbiter, двигаясь по орбите вокруг Марса, также отправляли на Землю изображения его поверхности. Они показали в одном месте поверхности форму, напоминающую человеческое лицо. И хотя очень многие естественные горные и каменные структуры на Земле напоминают профили знаменитых людей, по имени которых они и были названы, некоторые энтузиасты заявили, что "лицо на Марсе" — это некий памятник, воздвигнутый развитой цивилизацией. Но впоследствии более четкие изображения, полученные MGS, показали, что данная форма рельефа вообще не похожа на лицо. И это был третий удар по защитникам гипотезы о жизни на Марсе.

Но самое интересное, что, несмотря на эти три удара, сама гипотеза о существовании жизни на Марсе вовсе не опровергнута окончательно.

Ископаемое доказательство?

В 1996 году ученые проанализировали образцы метеорита, который, как они считают, является осколком Марса и был отколот от него в результате удара небольшого астероида или кометы. В ходе исследований они обнаружили химические соединения и мельчайшие минеральные структуры, которые они интерпретировали как побочные продукты химических реакций и, возможно, окаменелые остатки микроорганизмов древности. Эта работа очень противоречива, и большинство последующих исследований показали, что сделанные выводы были ложны. На основании имеющихся в настоящее время данных ученые не могут привести убедительные доказательства в пользу того, что в прошлом на Марсе существовала жизнь.

Единственное, что можно сделать, — это проводить на Марсе систематический поиск свидетельств существования жизни, в прошлом или настоящем, причем в тех районах, где это имеет смысл, т. е. там, где в прошлом, судя по всему, было много воды и где на дне древних озер или морей остались слои осадочных пород. Именно в таких местах находят большинство окаменелостей на Земле.

Современные исследования Марса: хроника последних событий

В 2003 году начался новый этап освоения Красной планеты. И это не случайно, потому что это год великого противостояния Марса: летом 2003 года он приблизился к Земле ближе всего за последние 60 тысяч лет.

Было запланировано несколько независимых программ изучения Марса — японская, европейская и американская. В ходе европейской программы 2 июня 2003 года с космодрома Байконур был осуществлен запуск космического аппарата Mars Express с помощью российской ракеты "Союз". В конце 2003 года Mars Express достиг окрестностей Марса, и от него успешно отделился спускаемый аппарат Beagle-2, разработанный в Великобритании. Планировалось, что Beagle-2 будет проводить исследования почвы и атмосферы Марса в течение полугода, a Mars Express останется на марсианской орбите и будет под держивать связь с Землей.

В ночь на 25 декабря 2003 года Beagle-2 вошел в атмосферу Марса и достиг поверхности планеты. Однако на связь космическая лаборатория так и не вышла. Европейские специалисты считают, что Beagle-2, скорее всего, разбился о поверхность Марса.

Итак, выяснилось, что аппарат Beagle-2 потерян. Но миссия Mars Express на этом не закончилась: установленная на его борту мощная стереокамера будет передавать на Землю цветные трехмерные изображения поверхности Марса с очень высоким разрешением. Затем на основании полученных данных будет проведено подробное и качественное картографирование всей поверхности Марса. Mars Express оснащен мощными и чувствительными приборами для дистанционного зондирования марсианской поверхности, в создании которых принимали участие российские ученые. С помощью этой аппаратуры ученые намереваются обнаружить под поверхностью планеты продукты жизнедеятельности, в частности, метан, который вырабатывается микроорганизмами.

Европейская межпланетная станция Mars Express передала на Землю первые высококачественные снимки поверхности Марса с высоким разрешением. На них отображена Долина Маринер, каньон длиной 4000 км и глубиной до 10 км. Насколько известно, это самый крупный каньон в Солнечной системе.

Первый японский космический аппарат Nozomi, предназначенный для работы на орбите Марса, был запущен 4 июля 1998 года со стартового комплекса космического центра Кагосима. Его главной целью было изучение магнитного поля и верхних слоев атмосферы Марса, их взаимодействия с солнечным ветром. Но проблемы начались вскоре после старта. Из-за технических сбоев на Nozomi стало заканчиваться топливо, что стало причиной изменения его маршрута, а в 2002 году электронная система аппарата была повреждена солнечным излучением. Вторая попытка направить станцию к Марсу была предпринята в 2003 году и оказалась успешной. Однако в полете был исчерпан почти весь запас топлива Nozomi. Неоднократные попытки запустить двигатели станции для коррекции траектории не принесли результата. Станция сбилась с курса из-за нарушений в программе полета и не сможет выйти на нужную орбиту. В декабре 2003 года в японском космическом агентстве JAXA признали, что японская экспедиция по исследованию Марса потерпела неудачу.

Американская программа исследований оказалась более успешной. 10 июня и 7 июля 2003 года с космодрома на мысе Канаверал NASA запустило два космических корабля с марсоходами Spirit и Opportunity на борту. В начале 2004 года оба американских марсохода осуществили посадку на Марс. Они сели на противоположных сторонах планеты: Spirit — в кратере Гусева, a Opportunity — в заливе Меридиана. По словам ученых, выбор места не случаен: существуют предположения, что кратер Гусева когда-то был дном огромного озера, а залив Меридиана — морским дном. По имеющимся данным, кратер Гусева и залив Меридиана — одни из самых перспективных районов для поиска воды в экваториальной области Марса, так как влажность грунта там составляет примерно 7 %.

Марсоходы Spirit и Opportunity — это шестиколесные аппараты, способные перемещаться по поверхности планеты со скоростью до 18 км/час. Их основные задачи — разведка местности, исследование марсианского грунта, сбор образцов различных минералов, анализ и передача научных данных на Землю. Ну и, конечно, главная задача — поиск воды. Для определения химического состава марсианского грунта используются спектрометры Мессбауэра российского производства, сделанные по заказу NASA и установленные на обоих марсоходах. Opportunity будет изучать территорию с залежами красного железняка, или гематита. Дело в том, что на Земле гематит обычно находят там, где происходило взаимодействие минералов с водой.

12 января 2004 года NASA распространило первую цветную панораму поверхности Марса разворотом в 360°, полученную с борта марсохода Spirit. Кроме того, Spirit обнаружил в образцах породы следы кристаллической соли. По мнению ученых, это может указывать на вулканическое происхождение камня, а также на то, что соль осталась после испарения соленой морской воды.

Марсоходы Spirit и Opportunity передали сведения о погоде на Марсе. По этим данным, погода на Красной планете не слишком благоприятна: днем — +20, ночью —125 °C. Причем перепад между дневной и ночной температурами происходит в считанные минуты. Американские ученые связывают это с тем, что марсианская атмосфера не может удерживать тепло. Кроме того, резкие изменения температуры приводят к частым пыльным бурям, во время которых скорость ветра достигает 100 м/с.

За последними новостями о миссии марсоходов Spirit и Opportunity можно следить на Web-сайте NASA по адресу http://marsrovers.jpl.nasa.gov/home/index.html.

В конце января 2004 года Европейское космическое агентство сообщило, что европейская космическая станция Mars Express нашла на южном полюсе планеты воду, вернее, лед. Ученые заявили, что открытие сделано с помощью спектрометра, анализирующего минеральный состав почвы. Но воды в жидком агрегатном состоянии или микроорганизмов пока не обнаружено. Поиск воды — главная цель всех трех аппаратов, занимающихся исследованием Марса. Ее наличие может означать, что в прошлом на планете существовала жизнь. Кроме того, марсианская вода позволит существенно сократить затраты на планирующуюся NASA межпланетную экспедицию.

Неудача проекта Beagle-2 не сломила ученых; в Европе уже начали обсуждать новый марсианский проект Beagle-З. Судя по всему, европейские ученые не опускают руки и готовы к новым экспедициям на Марс.

После успешной посадки марсоходов Spirit и Opportunity на поверхность Красной планеты президент США Джордж Буш сделал сенсационное заявление о предстоящей колонизации Марса, которая должна начаться в ближайшие 10–20 лет. По мнению российских ученых, эти сроки нереальны. Однако они считают, что в более отдаленном будущем (примерно через 200 лет) это вполне осуществимо.

А вот пилотируемые полеты на Марс возможны уже в ближайшие 10 лет. Российские ученые считают, что для успешного полета на Марс у них есть все, кроме государственного финансирования. Еще в Советском Союзе было разработано несколько проектов пилотируемой экспедиции на Марс. Спектрометры Мессбауэра, работающие сегодня на Spirit и Opportunity, были созданы в советское время. Для спуска марсоходов на поверхность Красной планеты американцы использовали метод, разработанный советскими учеными для спуска на Луну советских луноходов. В России уже разработан эскизный проект корабля многоразового использования, способного доставить людей на Марс и вернуть их на Землю. И если удастся решить проблему финансирования и найти 15 миллиардов долларов (в такую сумму оценивается стоимость российской экспедиции на Марс), то первыми на Марсе могут оказаться русские. Для сравнения отметим, что американские специалисты оценивают проект пилотируемого полета на Марс в 150 миллиардов долларов.

Ученые считают, что исследования Марса очень важны и занимают особое место в изучении Солнечной системы. По научным данным, в процессе эволюции Марс и его атмосфера претерпели кардинальные изменения. Поэтому изучение этих изменений и причин, их вызвавших, имеет огромное значение для понимания прошлого и будущего Земли[20].

С помощью указаний из астрономических журналов и Web-сайтов или программы-планетария (см. главу 2) можно попытаться найти на небе Меркурий, Венеру и Марс. Легче всего обнаружить Венеру, потому что это самый яркий объект на ночном небе после Луны.

Меркурий находится ближе всего к Солнцу, а Венера — следующая за ним. Обе этих планеты находятся внутри орбиты Земли, поэтому и Меркурий, и Венера всегда находятся в том же районе неба, что и Солнце (если смотреть с Земли.) Поэтому эти планеты можно найти в западной части неба после заката или в восточной перед рассветом. Когда Солнце находится под самой линией горизонта (сразу после заката или перед самым рассветом), можно увидеть объекты, которые находятся рядом с Солнцем, но западнее его, утром, до восхода Солнца, и объекты, которые находятся рядом с Солнцем, но восточнее его, вечером, после захода Солнца. Вашим девизом при поиске Меркурия или Венеры должны стать слова "Смотреть на восток" или "Смотреть на запад" в зависимости от того, проводите вы наблюдения перед рассветом или после заката.

Яркую планету, появляющуюся на востоке перед рассветом, обычно называют утренней звездой, а яркую планету, появляющуюся на западе после заката, — вечерней звездой. Поскольку Меркурий и Венера быстро движутся вокруг Солнца, утренней звездой на этой неделе может быть тот же объект, который станет вечерней звездой в следующем месяце (рис. 6.1).

В следующих разделах я укажу самое лучшее время для наблюдения этих планет на основе элонгации, соединения и противостояния (три термина, описывающих расположение планет относительно Солнца и Земли) и расскажу, как использовать эти знания в наблюдениях планет земной группы.

Элонгация, противостояние и соединение

Элонгация, противостояние и соединение — это термины, с помощью которых описывают расположение планеты относительно Солнца и Земли. Вы встретите эти термины, когда, планируя свои наблюдения, будете просматривать координаты положений планет. Давайте выясним, что же они означают.

Элонгация — это угол между планетой и Солнцем, видимый с Земли. Орбита Меркурия так мала, что эта планета никогда не отходит от Солнца дальше, чем на 28°. А в некоторые периоды Меркурий находится от Солнца на расстоянии не больше 18°, из-за чего его очень трудно разглядеть. Венера может удаляться от Солнца на расстояние до 47°.

Максимальная западная (или восточная) элонгация имеет место, когда планета находится на максимальном удалении от Солнца, возможном в данный период видимости (т. е. когда планета видна с Земли). Одни максимальные элонгации больше других, потому что в одних случаях Земля ближе к планете, чем в других. Элонгации особенно важны при наблюдении Меркурия, поскольку эта планета обычно настолько близка к Солнцу, что небо вокруг нее не слишком темное и поэтому ее трудно разглядеть.

Противостояние происходит, когда планета находится с противоположной от Солнца стороны Земли. Конечно, это невозможно для Меркурия или Венеры (поскольку они движутся внутри орбиты Земли), но зато противостояние Марса происходит примерно каждые 26 месяцев. Это самое лучшее время его наблюдения, потому что диск планеты имеет наибольший размер и он лучше всего виден в телескоп. И во время противостояния Марс в полночь находится на наибольшей высоте в небе, поэтому его можно наблюдать всю ночь.

Термин соединение часто используется, когда два объекта Солнечной системы находятся рядом один с другим в небе, например, когда Луна проходит рядом с Венерой (как нам кажется с Земли). И хотя на самом деле Венера далеко от Луны, такое положение называется соединением Луны и Венеры.

Термин соединение имеет также практическое значение. Вместо того чтобы описывать положение планеты с помощью прямого восхождения и склонения, астрономы иногда используют эклиптические широту и долготу. Эклиптика — это воображаемая окружность в небе, соответствующая видимому с Земли годичному пути Солнца вдоль зодиакальных созвездий. Эклиптические широта и долгота — это значения углов, измеряемые в северном-южном направлении (широта) или западном-восточном (долгота) относительно эклиптики. (Не волнуйтесь, вам не понадобится использовать эклиптическую систему координат. Но знать о ней необходимо, чтобы понять определения, приведенные ниже.)

Верхнее и нижнее соединения

Внешними называют планеты, которые движутся за пределами земной орбиты. Это Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и Плутон. Предположим, внешняя планета находится на той же долготе, что и Солнце. Такое положение планеты называют соединением (или верхним соединением) (рис. 6.2).

Соединение — это неудачное время для наблюдения планеты, потому что она находится с обратной стороны Солнца (по отношению к наблюдателю на Земле). Поэтому не пытайтесь наблюдать Марс в соединении: вы его не увидите. Самое лучшее время наблюдения Марса — когда он находится в противостоянии.

Внутренними называют планеты, которые движутся внутри земной орбиты. Это Меркурий и Венера. Они могут находиться на той же долготе, что и Солнце, когда они окажутся между Землей и Солнцем, т. е. в нижнем соединении (как показано на рис. 6.3), или с обратной стороны Солнца в верхнем соединении.

В следующих разделах я расскажу вам, как наблюдать планеты земной группы в порядке возрастания сложности. Начнем с Венеры, поскольку ее наблюдать легче всего.

Венеру лучше всего наблюдать в нижнем соединении, когда она кажется самой большой и самой яркой. Но Меркурий слишком близок к Солнцу, чтобы его можно было наблюдать в нижнем соединении, поэтому лучшее время его наблюдения — максимальная элонгация.

Венера и ее фазы

Венера — это планета, которую найти проще всего. Она настолько яркая, что люди, не имеющие никаких познаний в астрономии, иногда вдруг обращают на нее внимание и звонят на радиостанции, в газеты и планетарии, чтобы спросить, что это за "яркая звезда".

Когда редкие облака движутся с запада на восток перед Венерой, то некоторые люди неправильно воспринимают то, что видят. Им кажется, что это Венера (которую они не узнали) движется так быстро с востока на запад (т. е. в противоположном направлении относительно движения облаков). По причине яркости планеты и ложного впечатления от ее быстрого движения за завесой облаков Венеру часто принимают за НЛО. Увы, это не НЛО, а хорошо известная нам Венера.

Лучше узнав Венеру, вы сможете находить ее даже при свете дня. Очень часто Венера настолько яркая, что если небо чистое и нет ни тумана, ни дымки, ее можно обнаружить в небе с помощью бокового зрения. Это означает, что вы будете смотреть на нее "уголком глаза". Существуют причины, по которым иногда легче найти небесное тело с помощью бокового зрения, чем глядя прямо на него. (Боковое зрение — это способность, развившаяся у человека, вероятно, для выживания; благодаря этому врагу или хищнику труднее незаметно напасть на человека сбоку.) Но, какими бы ни были причины, это факт, о котором нужно знать при наблюдении неба.

В небольшой телескоп можно различить самые заметные характеристики Венеры: ее фазы и изменения видимого размера. У Венеры есть фазы, как и у Луны, причем по той же причине: иногда часть полушария Венеры, обращенного к Солнцу (и поэтому освещенного), оказывается повернутой от Земли. Поэтому в телескоп Венера выглядит как диск, частично освещенный и частично темный.

Разделительная линия между светлой и темной частями диска Венеры называется терминатором, точно так же, как и у Луны. Только не путайте это с персонажем Арнольда Шварценеггера! Наш терминатор не представляет никакой опасности; это всего лишь воображаемая линия на диске Венеры.

По мере того как Венера и Земля обращаются вокруг Солнца, расстояние между этими планетами существенно меняется. В точке максимального приближения к Земле Венера находится от нее на расстоянии не больше 40 миллионов километров, а в точке максимального удаления — на расстоянии целых 256 миллионов километров. Здесь очень важно соотношение между данными цифрами: в точке максимального приближения Венера примерно в 6 раз ближе к Земле, чем в точке максимального удаления. И в телескоп она выглядит в 6 раз больше.

Но чего вы не увидите на Венере — так это следов столкновений, таких как кратеры. Венера полностью укрыта толстым слоем облаков, сквозь который ничего нельзя разглядеть. Яркость Венеры объясняется ее относительной близостью к Земле и Солнцу, а также наличием этого облачного слоя, имеющего высокую отражательную способность. Но иногда можно заметить рога серпа Венеры, выступающие гораздо дальше в темную часть диска, чем это должно быть в соответствии с ее фазой в данный день (иногда эти рога даже смыкаются). Это явление объясняют тем, что солнечный свет преломляется в атмосфере Венеры и переходит через терминатор в темную часть диска.

Изображения Венеры с эффектным узором облаков, которые часто помещают в книгах, делались в ультрафиолетовом диапазоне, поэтому и возникли эти узоры. Ультрафиолетовый свет задерживается атмосферой Земли (от этой опасной радиации нас защищает озоновый слой), поэтому вы не сможете увидеть Венеру в этом свете. В сущности, вы в любом случае не сумеете увидеть ультрафиолетовый свет, потому что он невидим для человеческого глаза. Но телескопы, установленные на искусственных спутниках и космических аппаратах, находящихся в космосе, т. е. за пределами земной атмосферы, могут делать фотографии в ультрафиолетовом диапазоне.

В редких случаях наблюдатели сообщают о бледном свечении на темной части диска Венеры. Это загадочное свечение, называемое пепельным светом (ashen light), в одних случаях — реальное явление, а в других — оптическая иллюзия. После многих веков исследований специалисты все еще не могут дать объяснение этому явлению, поэтому некоторые из них отрицают его существование. Если повезет, вы тоже сможете увидеть этот загадочный свет. Астрономы-любители сообщали также о других явлениях на Венере, которые они наблюдали в телескоп, но почти все эти сообщения оказались ложными. Эксперименты показали, что этот эффект имеет психологическую природу: если люди наблюдают на расстоянии чисто-белый шар (без каких бы то ни было рисунков на поверхности), то они могут "различить" узоры, которых на самом деле нет.

Марс делает петлю

Марс — это ярко-красный небесный объект, но далеко не такой сияющий, как Венера. Поэтому, чтобы убедиться, что вы не перепутали Марс с какой-нибудь ярко-красной звездой, например, с Антаресом из созвездия Скорпиона (название которого, кстати, означает "соперник Марса"), сверьтесь с картой звездного неба.

Большое преимущество Марса в том, что когда он виден на ночном небе, его, как правило, можно наблюдать почти всю ночь. Это вам не Меркурий с Венерой, которые садятся очень быстро после заката или восходят перед самым рассветом, так что не дают долго любоваться собой. А с Марсом у вас будет время и поужинать, и посмотреть вечерние новости, прежде чем вы пойдете во двор глядеть в телескоп.

В небольшой телескоп можно различить, по меньшей мере, несколько темных отметин на Марсе. Лучшее время наблюдения Марса длится несколько месяцев, но наступает оно только раз в 26 месяцев, когда Марс находится в противостоянии. В этом положении Марс выглядит самым большим и самым ярким, поэтому рассмотреть детали его поверхности совсем нетрудно.

Приведем даты предстоящих противостояний Марса:

ноябрь 2005 года;

декабрь 2007 года;

январь 2010 года.

Не пропустите!

Самое лучшее противостояние Марса в этом десятилетии происходило 27 августа 2003 года, когда его видимый диаметр имел 25 угловых секунд, что в полтора раза больше его видимого диаметра во время противостояния в апреле 1999 года. Самое лучшее противостояние Марса происходит, когда он находится южнее небесного экватора, но его все же можно увидеть в умеренных широтах Северного полушария.

В небольшой телескоп легче всего увидеть такую деталь поверхности Марса, как Большой Сирт, — большую темную область, простирающуюся от экватора на север. Продолжительность марсианского дня примерно равна земной: 24 часа 37 минут. Поэтому, если в течение ночи вы будете периодически смотреть на Марс, то, скорее всего, сможете увидеть Большой Сирт, медленно перемещающийся по диску планеты по мере ее вращения. А астрономы-любители, уже имеющие опыт наблюдения планет, смогуг увидеть полярные шапки Марса, а также другие элементы его поверхности.

При наблюдении планет самое главное — это воспользоваться преимуществами времени хорошей видимости, т. е. спокойного состояния атмосферы. В такие моменты звезды не очень сильно мерцают и можно использовать для телескопа окуляр с более сильным увеличением, чтобы выявить мелкие детали на поверхности Марса или какой-либо другой планеты. Когда видимость не очень хорошая, изображение в телескопе кажется размытым и "дергается". При таких условиях высокое увеличение не имеет смысла; это приведет только к увеличению размытого скачущего изображения. В этом случае лучше взять окуляр с небольшим увеличением.

Изображения Марса, полученные NASA с помощью межпланетных космических аппаратов и телескопа "Хаббл", слишком подробные для того, чтобы вы могли ими пользоваться при наблюдении в малый телескоп. Вам понадобится простая карта альбедо (отражательной способности), на которой отмечены формы и названия ярких и темных областей на Марсе, видимых в малый телескоп. Конечно, даже на карте альбедо показано больше деталей, чем может увидеть среднестатистический наблюдатель в среднестатистический телескоп, но все-таки это хороший справочник и ориентир, а также, в некотором смысле, вызов вашим наблюдательным способностям. Такую карту можно найти, например, на Web-сайте Mars Watch (Наблюдение Марса) по адресу mpfwww.jpl.nasa.gov/mpf/marswatch/marsnom.html.

Астрономы подразделяют условия наблюдения с точки зрения видимости ("спокойствия" атмосферы над телескопом), прозрачности (отсутствия облаков, тумана и дымки) и темноты неба (отсутствия мешающего искусственного освещения, лунного или солнечного света). При наблюдении такой яркой планеты, как Марс, наиболее важным фактором будет хорошая видимость, а наименее важным — темнота неба. Но чем темнее небо, спокойнее атмосфера и выше прозрачность, тем больше вам посчастливится наслаждаться картиной ночного неба.

К сожалению, даже во время противостояния Марса при идеальных атмосферных условиях в месте наблюдения случаются неудачи. Дело в том, что Марс — это планета, на которой происходят глобальные пыльные бури, тогда вся его поверхность скрывается из поля зрения.

Профессиональные астрономы просят астрономов-любителей помочь им в наблюдении Марса и сообщать о времени начала пыльной бури и других явных изменениях внешнего вида планеты. Получить информацию об этой программе можно на Web-сайте MarsNet по адресу astrosun.tn.cornell.edu/marsnet/mnhome.html. Конечно, намного интереснее наблюдать Марс при хорошей видимости, но если тут вас постигнет неудача, то можно, по крайней мере, приписать себе честь открытия пыльной бури. Специалисты радостно примут ваш отчет о пыльной буре, а не выбросят его с раздражением, так что не сомневайтесь.

Но, чтобы стать заслуживающим доверия наблюдателем Марса в телескоп, вы должны приобрести некоторый опыт. А если вы пока еще начинающий, то только из-за того, что вы не можете различить никаких деталей поверхности, не делайте вывод, что на Марсе пыльная буря. Сначала постарайтесь привыкнуть к наблюдению деталей поверхности Марса. И только научившись это делать, можете, не увидев привычной картины, предполагать, что дело действительно в самой планете, а не в вашей неопытности.

В научной среде есть знаменитое высказывание: "Отсутствие доказательств необязательно есть доказательство отсутствия". Проводя наблюдения в первый раз, вы можете не увидеть деталей, но это не означает, что причиной тому — пыльная буря. Вы должны натренировать свои способности наблюдения в телескоп, так же как гурманы и знатоки вин тренируют свои вкусовые рецепторы.

Как превзойти Коперника при наблюдении Меркурия

Говорят, что великий польский астроном XVII века Николай Коперник, предложивший гелиоцентрическую теорию (т. е. с Солнцем в центре) строения Солнечной системы, так и не смог обнаружить планету Меркурий. Но у Коперника не было современных инструментов и средств, таких как программы-планетарии, астрономические Web-сайты и астрономические журналы. С помощью этих средств вы можете выяснить, когда Меркурий будет находиться в лучшем месте для наблюдения в течение года. Это моменты максимальной западной и восточной элонгации, которые происходят примерно шесть раз каждый год.

Например, в умеренных широтах (т. е. на большей части территории России и Украины), Меркурий обычно виден только в сумерках (утренних или вечерних). Когда небо становится темным, т. е. когда после заката проходит достаточно много времени, Меркурий тоже заходит. И утром его нельзя обнаружить до того, как приближающийся рассвет начнет осветлять небо. Он напоминает яркую звезду, но все же выглядит намного более тусклым, чем Венера на западе после заката или на востоке перед рассветом.

Чтобы увидеть Меркурий, надо рано встать

Меркурий намного меньше Венеры, но его фазы можно увидеть в телескоп. Лучше всего это делать, когда Меркурий находится в западной элонгации и появляется в утренних сумерках. Состояние атмосферы или видимость почти всегда лучше на востоке перед рассветом, чем на западе после заката. Поэтому утром Меркурий виден лучше и четче. В различных руководствах, астрономических журналах и на Web-сайтах можно узнать, когда Меркурий находится в нужной элонгации.

Вы должны найти место, откуда будет хорошо просматриваться горизонт на востоке, потому что Меркурий поднимается в небе не слишком высоко, когда Солнце еще находится за горизонтом. Если вам трудно найти Меркурий невооруженным глазом, попробуйте исследовать этот участок неба с помощью бинокля с небольшим увеличением. Если же у вас телескоп с компьютерным блоком управления и встроенной базой данных, просто введите слово "Меркурий" и предоставьте телескопу сделать все остальное.

Не рассчитывайте увидеть детали поверхности Меркурия

Увидеть детали поверхности Меркурия в малый телескоп, да и в любой телескоп на Земле, чрезвычайно трудно. Видимый размер Меркурия в максимальной элонгации составляет примерно 6–8 угловых секунд.

Некоторые опытные астрономы-любители сообщают о наблюдении деталей поверхности Меркурия, но эти наблюдения никогда не давали полезной информации. Некоторые величайшие планетные наблюдатели всех времен и народов думали, что они смогли увидеть и зарисовать детали поверхности Меркурия. И на основании полученных рисунков эти наблюдатели пытались установить период вращения или меркурианские "сутки". Они пришли к выводу, что меркурианские сутки равны 88 земным. Но они ошибались. Впоследствии с помощью радиолокационных методов удалось установить, что меркурианские сутки равны только 59 земным.

Но, тем не менее, когда вы научитесь находить Меркурий невооруженным глазом, а затем наблюдать его фазы в телескоп, то оставите Коперника далеко позади!

Более подробную информацию о наблюдении Меркурия и других планет можно найти на Web-сайте Ассоциации наблюдателей Луны и планет (Association of Lunar and Planetary Observers — ALPO) по адресу www.lpl.arizona.edu/alpo, а также на сайте журнала "Звездочет" (www.astronomy.ru/old_articles/1999/planets.htm), сайте "Астрономия и телеско-построение" (www.astronomer.ru/data/library/books/planets/planets.htm) и др.

К сожалению, не все астероиды безопасно расположены за орбитой Марса. Орбиты тысяч мелких астероидов подходят близко к орбите Земли или даже пересекают ее. В эту группу околоземных объектов (Near Earth Object— NEO) входит около 170 тысяч потенциально опасных астероидов (Potentially Hazardous Asteroids — РНА); это означает, что однажды они могут оказаться в опасной близости от Земли или даже врезаться в нее. Центр малых планет (Minor Planet Center) Международного астрономического союза ведет учет РНА, и несколько обсерваторий занимаются "прочесыванием" неба в поисках новых РНА.

Астрономам не известны какие-либо особые объекты, которые в настоящее время угрожают Земле. Те, кто верят в теории о заговоре молчания, считают: если бы астрономы знали об астероиде "конца света", то не сказали бы. Но посудите сами: если бы я знал, что Земля в опасности, то оставил бы все дела и отправился куда-нибудь к южным морям, а не писал эту книгу.

В 1998 году в голливудских фильмах "Армагеддон" и "Столкновение с бездной" представили сенсационные версии того, что может случиться, если крупный астероид или комета окажутся на пути Земли. Истории о подобных катастрофах отчасти основаны на широко признанном выводе о том, что около 65 миллионов лет назад в Землю врезался астероид диаметром примерно 10 км. Возможно, в результате этого столкновения образовался кратер Чиксулуб диаметром 180 км, который частично находится на полуострове Юкатан, а частично — в море, в Мексиканском заливе. Существует мнение, что именно это событие стало причиной исчезновения динозавров (во всяком случае, можно с уверенностью утверждать, что ничего хорошего это им не принесло).

В марте 1998 года всеобщий ажиотаж вызвало объявление в СМИ о том, что только что открытый небольшой NEO может врезаться в Землю в 2028 году. Но вскоре, после проведения дополнительных наблюдений и расчетов, ученые установили, что орбита этого астероида не пересечется с орбитой Земли.

В настоящее время считается, что Земле ничто не угрожает. Но вполне возможно, что в будущем обнаружат NEO, который окажется на пути Земли, поэтому ученые размышляют о том, что можно сделать в такой ситуации.

Как подтолкнуть астероид

Некоторые специалисты предлагают создать ракету с мощным ядерным зарядом, чтобы остановить астероид-убийцу до момента столкновения. Но если мы взорвем астероид, направляющийся в нашу сторону, то результат может быть хуже, чем в случае столкновения.

Если мы взорвем астероид атомной бомбой, то на смертельной траектории по направлению к Земле окажется не один большой камень, а множество мелких, как разделяющиеся боеголовки с индивидуальным наведением баллистической ракеты СС-20. А СС-20 (или ее аналоги) — это баллистическая ракета с самой мощной поражающей способностью. Она несет на борту несколько атомных зарядов, которые выпускают и наводят по разным вражеским целям. Но осколки астероида обладают гораздо большей энергией, чем все оружие России и США вместе взятое. Поэтому лучше не взрывать астероид, а использовать ракету с ядерным зарядом (или, возможно ракету какого-то другого типа), только чтобы подтолкнуть астероид, тогда он окажется в расчетной точке встречи немного раньше или немного позже Земли. И столкновения не будет. Фу! (можно вздохнуть с облегчением).

Но проблема в том, что ученые не знают, какую силу нужно приложить, чтобы подтолкнуть астероид. Мы не хотим разбивать его на части, но, поскольку механическая прочность астероида неизвестна, не знаем, насколько сильно нужно ударить по нему. Астероиды могут состоять из твердых или хрупких каменистых пород, а некоторые — почти полностью из металла. И весь вопрос в том, с каким именно нам придется иметь дело. А если не знать врага, то, ударив по нему, можно получить еще худший результат. Поэтому нужно разработать систему надежной защиты Земли от астероидов.

Предупрежден — значит вооружен

У астрономов есть план создания системы защиты Земли от опасных астероидов. Он состоит в следующем.

Во-первых, создать полный список околоземных объектов, чтобы быть уверенными в том, что мы обнаружили все камни диаметром в километр и больше, относящиеся к сфере нашего интереса. Имеются в виду астероиды, достаточно большие и близкие для того, чтобы представлять потенциальную угрозу Земле.

Затем следить за этими NEO и рассчитывать параметры их орбит, чтобы знать, не может ли какой-либо из них врезаться в Землю в обозримом будущем.

И наконец, изучать физические свойства астероидов, чтобы узнать о них как можно больше.

Затем, когда мы будем знать опасность в лицо, разработать ракету, чтобы противостоять нависшей угрозе.

Для наблюдения NEO в нескольких местах установлены телескопы, специально предназначенные для поиска астероидов. О результатах их работы можно узнать, например, на следующих сайтах.

Проект Исследование околоземных астероидов в Лаборатории им. А. Линкольна (Lincoln Near Earth Asteroid Research — LINEAR), финансируемый Военно-воздушными силами США. Телескоп установлен в Вайт-Сендсе, штат Нью-Мексико (www.ll.mit.edu/LINEAR).

Проект NASA слежения за околоземными астероидами (Near Earth Asteroid Tracking — NEAT). Наблюдения проводятся из обсерватории на Гавайях (http://neat.jpl.nasa.gov).

Существует также негосударственная организация, Spaceguard Foundation, цель которой — спасение Земли от астероидов-убийц. Возможно, они переоценивают свои силы; одно только спасение китов или пятнистых сов — уже очень сложная задача. Но вы можете более подробно узнать об этой организации на Web-сайте spaceguard.ias.rm.cnr.it и даже присоединиться к ней.

Список потенциально опасных астероидов ведется Центром малых планет на сайте сfa-www.harvard.edu/iau/lists/Dangerous.html. Видимо, ни один из этих астероидов не больше 16 км в диаметре, причем большинство намного меньше. Но если астероид диаметром в несколько километров врежется в Землю на скорости 11 км/с, то произойдет гораздо более страшная катастрофа, чем при одновременном взрыве всех атомных бомб, созданных человечеством. И это именно тот редкий случай, когда астрономия — не удовольствие и не шутки.

Маленькие световые точки: поиск астероидов

Поиск астероидов чем-то напоминает поиск комет (см. главу 4), за исключением того, что на этот раз нужно искать небольшие световые точки, которые не размыты, а похожи на звезды. Но, в отличие от звезд, движение астероидов заметно на фоне звездного неба — от часа к часу и от ночи к ночи.

В малый телескоп легко увидеть самые крупные астероиды, такие как Церера и Веста; в периоды их хорошей видимости в астрономических журналах и на Web-сайтах обычно заранее публикуют карты, по которым можно ориентироваться. С помощью хороших программ-планетариев также можно создать звездные карты, на которых будет показано местонахождение этих астероидов.

В табл. 7.1 перечислены самые крупные объекты пояса астероидов. Два самых крупных, Церера и Паллас, находятся примерно на одинаковом расстоянии от Солнца, но орбита Палласа представляет собой намного более вытянутый эллипс, чем орбита Цереры.

Поиск неизвестных в настоящее время астероидов часто ведут опытные астрономы-любители с помощью установленных на телескопах фотоаппаратов с электронным блоком управления. Они делают ряд снимков выбранной области неба, обычно в направлении, противоположном Солнцу (которое, естественно, находится за горизонтом), а затем сравнивают их. И если заметно, что маленькая световая точка (похожая на звезду) меняет свое положение от одного снимка к другому, то, вероятно, это астероид.

Вы сумеете вести систематический поиск неизвестных астероидов только через несколько лет практики, когда станете опытным астрономом-любителем. Но как только вы научитесь использовать телескоп, займитесь наблюдением некоторых хорошо известных астероидов. Поищите в астрономических журналах и на Web-сайтах звездные карты и описания к ним, которые помогут вам сориентироваться для обнаружения крупных астероидов.

Астероидные покрытия

Покрытие — это вид затмения, которое происходит, когда движущееся тело в Солнечной системе проходит перед звездой. Бывают покрытия звезд Луной (лунные покрытия), астероидами (астероидные покрытия), планетами (планетные покрытия), спутниками и кольцами планет, а также кометами.

Конечно, можно просто получать удовольствие от наблюдения покрытия, не занимаясь сбором научных данных, но зачем же терять уникальную возможность! Параметры покрытия меняются в зависимости от того, в какой точке Земли находится наблюдатель. На основании данных о покрытии астрономы могут получить более точные сведения о количестве небесных объектов. Например, иногда покрытие позволяет обнаружить, что объект, казавшийся обычной звездой — на самом деле двойная звезда, т. е. система из двух звезд, обращающихся вокруг общего центра масс.

Чтобы ваши наблюдения представляли научную ценность, нужно точно отмечать время и место (широта, долгота и высота над уровнем моря) их проведения. В прошлом наблюдатели определяли свое местонахождение по топографическим картам. Но сегодня, если наблюдения проводятся группой астрономов-любителей, у одного из них, возможно, есть GPS-терминал (т. е. терминал глобальной системы определения местонахождения). Такой прибор можно купить примерно за 350 долларов, и с его помощью вы сумеете точно определить свои координаты.

Помощь в наблюдении покрытий

Астероидные покрытия наблюдать намного сложнее, чем лунные, потому что их, как правило, нельзя предсказать заранее с достаточной точностью. Астрономы отправляются в различные места, где, по прогнозам, можно наблюдать астероидные покрытия. Но поскольку диаметр, параметры орбиты и форма большинства астероидов известны с недостаточной точностью, прогнозы также не могут быть точными. В одних местах покрытия видны, а в других — нет, поэтому для наблюдения за ними нужны добровольцы в разных местах. Любительские наблюдения помогают определить форму и размеры астероидов — участников покрытия.

Самые последние прогнозы покрытий можно найти на Web-сайте Международной ассоциации определения моментов покрытий (International Occultation Timing Association — IOTA) по адресу lunar-occultations.com/iota/iotandx.htm. А в русскоязычной Internet о покрытии звезд астероидами в 2004 году можно узнать на сайте Дениса Денисенко по адресу hea.iki.rssi.ru/~denis/occ2004.html; на этом же сайте приведены карты наблюдения покрытий по регионам Европа, Сибирь и Дальний Восток.

ЮТА рекомендует начинающим наблюдать покрытия вместе с опытным астрономом, чтобы научиться этому искусству и приобрести нужные навыки.

Масса Юпитера составляет примерно тысячную долю массы Солнца. Иногда его называют даже "неудавшейся звездой". Если бы его масса была всего в 80–90 раз больше, то температура и давление в его центре стали бы столь высокими, что начался бы процесс ядерного синтеза. И тогда Юпитер действительно стал бы звездой!

Юпитер легко найти, потому что он, как и Венера, ярче любой другой звезды в небе. (Небольшое исключение: когда Юпитер находится с обратной стороны Солнца, он выглядит тусклее, чем самая яркая звезда, Сириус.) Если использовать телескоп с компьютерным блоком управления, который может ориентироваться по положению планеты, или просто знать, куда смотреть, то иногда можно увидеть Юпитер даже днем.

Юпитер — это действительно огромный газовый шар, экваториальный диаметр которого составляет примерно 143 тысячи километров. Эта гигантская планета вращается с огромной скоростью, делая один полный оборот всего за 9 часов 55 минут 30 секунд. Из-за такой большой скорости создаются постоянно меняющиеся полосы облаков, параллельные экватору планеты. Наблюдая Юпитер в телескоп, вы на самом деле видите верхний слой его облаков. В зависимости от условий наблюдения, размера и качества телескопа, а также состояния самого Юпитера, можно увидеть от всего одной до целых 20 полос облаков (рис. 8.1).

Более темные полосы облаков Юпитера называют поясами, а более светлые— зонами. Рядом с центром диска находится Экваториальная Зона, ограниченная по бокам Северным и Южным экваториальными поясами (North Equatorial Belt — NEB и South Equatorial Belt — SEB). В SEB находится Большое Красное Пятно, самая заметная деталь Юпитера. Это атмосферное возмущение, которое иногда сравнивают с мощным ураганом, "висит" в атмосфере Юпитера уже по меньшей мере 120 лет. На самом деле Большое Красное Пятно можно было увидеть уже в 1664 году, но затем оно "угасло" и появилось снова лишь в XIX веке.

В поисках Большого Красного Пятна

Большое Красное Пятно, показанное на рис. 8.2, — это вихревое образование размером с Землю, а иногда и больше. Как и большинство деталей Юпитера, оно меняется день ото дня. Его цвет может побледнеть или стать более насыщенным. Белые облака, которые настолько велики, что их видно в некоторые любительские телескопы, образуются возле этого пятна и движутся вдоль Южного экваториального пояса. Иногда кажется, что облако в SEB или в другом поясе растягивается по всей планете. Облако такой формы называется гирляндой (festoon) и наблюдение этого удивительного зрелища — настоящий праздник!

В начале 1990-х годов один из поясов Юпитера, казалось, внезапно исчез. Но впоследствии он появился вновь. И если это произойдет опять, то, вполне возможно, первым это обнаружит какой-нибудь астроном-любитель.

У Юпитера тоже есть кольца[22], состоящие из небольших каменистых частиц. В отличие от колец Сатурна, они темные и не видны в любительские телескопы. Но на самом деле их трудно увидеть в любой телескоп, за исключением телескопа "Хаббл" и тех инструментов, которые доставляют прямо к Юпитеру космические зонды.

Если сначала вы не увидите Большое Красное Пятно, то, возможно, вы смотрите на него в момент, когда оно побледнело. Но вероятнее, что пятно просто находится на обратной стороне Юпитера. Поэтому вам придется подождать, пока Юпитер повернется так, чтобы оно показалось снова. Если вы будете рассматривать в телескоп детали Юпитера с часовыми или двухчасовыми интервалами в течение ночи, но увидите, что эти детали перемещаются по диску планеты по мере вращения Юпитера.

Юпитер вращается так быстро, что это вращение делает его выпуклым возле экватора и сплющенным на полюсах. Если наблюдать его ясной ночью при спокойном состоянии атмосферы, то можно увидеть в телескоп этот сплющенный сфероид.

Охота за Галилеевыми спутниками

При спокойном состоянии атмосферы и хорошей видимости можно увидеть в телескоп детали Юпитера и, возможно, один или несколько его спутников. У Юпитера четыре крупных спутника — Ио, Европа, Ганимед и Каллисто.

Четыре самых известных спутника Юпитера называют также Галилеевыми спутниками в честь их первооткрывателя Галилео Галилея[23]. Орбиты всех этих четырех спутников практически полностью лежат в экваториальной плоскости Юпитера. Поэтому каждый из них всегда находится прямо над какой-либо точкой экватора Юпитера. Спутники Юпитера можно увидеть в любой телескоп, а многим даже удается увидеть два-три спутника в хороший бинокль. Спутник Юпитера Ио, находящийся ближе всего к его поверхности, трудно увидеть в бинокль, потому что он всегда расположен рядом со своей яркой планетой. Помимо перечисленных крупных, у Юпитера есть еще множество более мелких спутников.

Вы не сумеете увидеть в свой телескоп много деталей на любом из спутников Юпитера (или Сатурна) и, таким образом, понять, что представляет собой их поверхность. Но наверняка заметите разницу в их яркости и (при внимательном наблюдении), возможно, в цвете.

Но если вы посмотрите на фотографии Галилеевых спутников, сделанные с помощью космического зонда, то увидите, что каждый спутник— это маленький самостоятельный мир, структура и пейзаж которого придает ему индивидуальный характер.

Ганимед, диаметр которого составляет 5268 км, — больше Меркурия (диаметр которого — 4880 км); он считается самым крупным спутником в Солнечной системе. Пятнистая поверхность Ганимеда состоит из светлых и темных зон; предполагают, это покрытые льдом и каменистые районы соответственно. Самая заметная его деталь — Валгалла, огромный кольцевидный ударный бассейн, по размерам примерно такой же, как континентальная часть США (если оценивать его размер по самому внешнему кольцевому гребню).

Поверхность Ио усеяна более чем 80 активными вулканами. Помимо Земли, это единственное место, где есть явные свидетельства идущих вулканических процессов. Вероятнее всего, вулканы Марса давно мертвы, а свидетельства активного вулканизма на Венере весьма противоречивы — здесь можно различить большие вулканы, но они, скорее всего, тоже мертвы.

На Европе есть складчатые структуры, похожие на ледяные торосы. Похоже, ее поверхность — это ледяная корка, под которой находятся талый снег и океаны воды, возможно, глубиной 150 км. Помимо Земли, это единственное место в Солнечной системе, где есть веские доказательства наличия воды в жидком состоянии. Наличие воды на Марсе под слоем вечной мерзлоты — это только теория.

У Каллисто темная поверхность, усеянная многочисленными белыми кратерами. Вероятно, ее поверхность представляет собой грязный лед, смесь льда и камня. А в местах ударов астероидов, комет и крупных метеоритов на поверхность из нижних слоев вышел чистый лед. Отсюда и белые кратеры.

Конечно, вы не будете наблюдать спутники Юпитера крупным планом, так как для этого необходимо очень сложное специальное оборудование. Но в телескоп можно увидеть некоторые аспекты этих спутников (об этом — в следующем разделе).

Ио, Ганимед, Европа и Каллисто постоянно движутся, меняют свое относительное положение и, по мере обращения вокруг Юпитера, то появляются, то исчезают. Если вы не видите один из этих спутников, то вот некоторые вероятные причины.

Может, сейчас покрытие, когда один из спутников проходит за диском Юпитера.

Может, сейчас затмение спутника, когда он заходит в тень Юпитера. Поскольку Земля обычно находится в стороне от прямой линии "Солнце-Юпитер", тень Юпитера может простираться далеко в сторону от него (с точки зрения наблюдателя с Земли). Когда хорошо видимый спутник, находящийся далеко от Юпитера (а не за его диском), внезапно тускнеет и исчезает, значит, он зашел в тень Юпитера.

Спутник может быть в транзите перед диском Юпитера; в это время его особенно трудно увидеть. Дело в том, что спутники имеют бледные цвета, и по этой причине их трудно разглядеть на фоне облачной атмосферы Юпитера. На самом деле спутник в транзите разглядеть намного труднее, чем его тень (см. ниже).

Вы можете наблюдать также тень спутника, когда один из них оказывается между Юпитером и Солнцем и отбрасывает тень на планету. Тень — это черное пятно, намного более темное, чем любое облако, перемещающееся на фоне диска планеты. Спутник, отбрасывающий тень, в это время может быть в транзите, т. е. с точки зрения наблюдателя на Земле он виден на фоне диска Юпитера. Но так бывает не всегда. Когда Земля находится далеко в стороне от линии "Солнце-Юпитер", на Юпитер может отбрасывать тень спутник, который не находится перед его диском.

Когда наблюдать спутники

Ежемесячное расписание покрытий, затмений, транзитов и других астрономических событий четырех Галилеевых спутников можно найти в журналах и на Web-сайтах. Можно найти также ежедневные схемы положений этих четырех спутников относительно диска Юпитера. Чтобы отличить один спутник от другого, нужно сравнить то, что вы видите в телескоп, с картой. При наблюдении покрытий, затмений, транзитов и других астрономических событий помните следующее.

Все четыре Галилеевых спутника обращаются вокруг Юпитера в одном направлении. Когда они находятся с ближней к Земле стороны Юпитера (с точки зрения наблюдателя на Земле), то движутся с востока на запад, а когда с обратной — то движутся с запада на восток.

Поэтому спутник в транзите движется в западном направлении, а спутник, с которым должно произойти покрытие или затмение, — в восточном. Имеются в виду географические направления (восток-запад) в небе над Землей.

При отличных условиях видимости в телескоп с диаметром объектива 15 см и больше можно даже рассмотреть некоторые детали на Ганимеде, самом крупном из Галилеевых спутников. (Более подробно о телескопах говорилось в главе 3.) Но, чтобы рассмотреть детали поверхности, необходимо изображение, полученное межпланетным космическим аппаратом, посетившим систему Юпитера.

Самые лучшие изображения Юпитера и его спутников получены космическими зондами Galileo и Voyager-1 и Voyager-2, а также космическим телескопом "Хаббл". Изображения, сделанные Galileo, находятся по адресу galileo.iw.nasa.gov/images.html. А коллекцию изображений, сделанных телескопом "Хаббл", можно посмотреть на сайте Института космических исследований с помощью телескопов (Space Telescope Science Institute) по адресу oposite.stsci.edu/pubinfо/SolarSystemT.html#Jupiter. Изображения, полученные космическим зондом Voyager, а также некоторые другие, вы найдете на Web-сайте "Планетный фотожурнал NASA" (NASA's Planetary PhotoJournal) по адресу photojournal.jpl.nasa.gov/. Чтобы попасть в нужный раздел, щелкните на изображении Юпитера.

Миссия Galileo

Космический зонд Galileo был запущен к Юпитеру в 1989 году и в декабре 1995 года вышел на орбиту планеты. В течение 8 лет Galileo изучал Юпитер с близкого расстояния. Несмотря на неудачи, преследовавшие его с самого начала, эта космическая миссия оказалась одной из самых удачных. Впервые за всю историю космических исследований, ученые получили точные данные об атмосфере Юпитера и о его естественных спутниках — Европе, Ганимеде, Ио и Каллисто.

С борта автоматической исследовательской станции на Землю была передана информация о составе атмосферы планеты и характеристиках ее магнитного поля. Эти данные помогли ученым разгадать многие загадки Юпитера, в частности причину бушующих там гроз. Однако самые сенсационные открытия были сделаны при изучении спутников Юпитера: сделаны снимки извержения вулканов на Ио и ледяной коры Европы.

Полученные данные говорят о том, что поверхность Европы не похожа ни на что другое в Солнечной системе. Она ровная и гладкая и не покрыта кратерами. Ученые предполагают, что это лед. Раз есть лед, значит, есть вода. А там, где есть вода, может быть жизнь. Данные, полученные Galileo, с высокой вероятностью говорят о том, что на Европе есть гигантский океан глубиной до 50 км. И, по мнению ученых, в нем может жить кто угодно — от простейших микробов и бактерий до таких существ, которых землянам даже трудно себе представить.

Если бы Galileo оставался на орбите до полной выработки ресурсов, то упал бы на Европу. И тогда земные микроорганизмы, живущие на космическом корабле, заразили бы маленькую планету и нанесли непоправимый вред живым микроорганизмам, которые, возможно, ее населяют. Именно поэтому руководство NASA приняло решение сжечь Galileo в атмосфере Юпитера. И 21 сентября 2003 года Galileo сгорел в его атмосфере. Даже во время падения исследовательский аппарат продолжал передавать информацию на Землю[24].

Большинство людей знают о Сатурне благодаря его удивительным кольцам. В течение многих веков астрономы считали, что Сатурн — это единственная планета, имеющая кольца. Но сегодня известно, что кольца есть у всех четырех планет — газовых гигантов: Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна. Однако большинство этих колец слишком тусклые, чтобы их можно было увидеть в малый или даже большой телескоп с Земли. И только Сатурн является счастливым исключением из этого правила!

Кольца Сатурна обычно легко увидеть, потому что они большие и состоят из ярких ледяных частиц — мириады мелких и крупных ледяных осколков. В малый телескоп можно увидеть эти кольца, а также тени, которые они отбрасывают на диск Сатурна (рис. 8.3). При отличных условиях наблюдения можно увидеть также щель Кассини — промежуток между кольцами, названный в честь исследователя, впервые сообщившего о нем.

Астроном XVII века Галилео Галилей, который открыл кольца Сатурна, был озадачен, когда они вскоре исчезли (как ему показалось). Дело в том, что после многих ночей наблюдения он застал Сатурн в тот момент, когда его кольца были направлены в сторону Земли ребром (об этом подробно говорится в следующем разделе). Кольца не видны, когда они обращены в сторону Земли ребром, а не поверхностью, потому что плоскость этих колец очень тонка.

Диаметр колец Сатурна — 200 тысяч километров, но толщина их — всего несколько десятков метров. По пропорциям эти кольца можно сравнить с "листом папиросной бумаги размером с футбольное поле", по выражению профессора Джозефа Бернса из Корнелльского университета.

Когда кольца не видны

Иногда бывает так, что кольца Сатурна, которые в этот же самый телескоп были отлично видны всего несколько месяцев назад, внезапно трудно различить. А если смотреть в малый телескоп, то может даже показаться, что они исчезли. Но все дело в том, что в это время кольца обращены к Земле ребром, а не поверхностью.

Как уже говорилось, кольца Сатурна очень большие, но очень тонкие. Они сохраняют фиксированную ориентацию, т. е. одно и то же направление в космическом пространстве. Каждый год некоторую часть времени кольца повернуты к Земле своей поверхностью (с точки зрения наблюдателя на Земле), а через три месяца они поворачиваются к Земле почти ребром; затем этот цикл повторяется сначала.

Но во время движения Сатурна по его 30-летней орбите существуют моменты — каждые 15 лет — когда его кольца оказываются точно направленными ребром к Земле и в малый (а иногда даже в большой) телескоп кажется, что они вообще исчезли. В эти моменты в мощный телескоп можно увидеть кольца, проектируемые в виде очень тонкой темной линии на диск Сатурна. Последний раз это происходило в 1996 году, а следующий такой случай не представится до 2011 года.

Наблюдайте за бурями!

У Сатурна, как и у Юпитера, тоже есть пояса и зоны, но они не так контрастируют и их труднее увидеть. Рассмотреть их удается в условиях хорошей видимости и при использовании мощного окуляра, позволяющего обнаружить детали планет.

Примерно один раз в 30 лет в северном полушарии Сатурна появляется большое белое облако (или происходит "большая белая буря"). Сильные ветры с большой скоростью разносят это облако, пока вокруг планеты не сформируется плотная светлая полоса. А через несколько месяцев все это исчезает. Иногда астрономы-любители первыми обнаруживают новую бурю на Сатурне. Последний раз сильная белая буря на Сатурне наблюдалась в 1990 году, так что увидеть следующую мы сможем примерно через 20 лет. А пока ищите меньшие пятна белых облаков, которые распространяются не над всей поверхностью планеты. Сатурн делает полный оборот вокруг своей оси за 10 часов 39 минут 22 секунды и имеет еще более сплющенную на полюсах форму, чем Юпитер. Но кольца создают некоторую оптическую иллюзию, поэтому разглядеть сплющенную форму Сатурна не так-то просто.

Самый большой спутник

Титан, самый крупный спутник Сатурна, больше Меркурия. Его диаметр составляет 5150 км. У некоторых других крупных спутников Сатурна есть очень тонкий атмосферный слой, но у Титана плотная атмосфера, состоящая из азота и следов газов (метана и других). Сквозь эту атмосферу трудно что-то увидеть, но изображения, полученные с помощью 10-метрового телескопа Keck[25], подтвердили наличие ярко выраженных темных и светлых пятен на поверхности Титана.

Согласно основной на сегодня теории, темные области на Титане — это озера или океаны жидких углеводородов, таких как этан. Если плыть по такому морю на корабле, то на нем будет действовать категорическое правило "не курить". В противном случае это будет второй "Титаник". В хороший малый телескоп можно увидеть два других спутника — Рею и Диону во время их максимальной элонгации. В астрономических журналах и на Web-сайтах можно найти ежемесячные карты положений этих спутников относительно Сатурна.

Самое новейшее и лучшее изображение Титана, спутника Сатурна, находится на Web-сайте Национальной лаборатории Лоуренса (Lawrence Livermore National Laboratory) в Ливерморе (штат Калифорния) по адресу www.llnl.gov. Самые лучшие изображения Сатурна целиком сделаны космическими зондами Voyager-1 и Voyager-2 и телескопом "Хаббл". Изображения Сатурна, сделанные зондами Voyager, вы найдете на Web-сайте "Планетный фотожурнал NASA" no адресу photojournal.jpl.nasa.gov/. Чтобы попасть в нужный раздел, щелкните на изображении Сатурна. А изображения, сделанные телескопом "Хаббл", находятся по адресу oposite.stsci.edu/pubinfo/SolarSystemT.html#Saturn.

В настоящее время к Сатурну и Титану направляется космический зонд Cassini. Следить за его продвижением можно на Web-сайте http://saturn.jpl.nasa.gov. В 2002 году NASA представила первые снимки Сатурна, сделанные автоматической межпланетной станцией Cassini. По планам NASA, Cassini достигнет Сатурна в июле 2004 года и выйдет на орбиту вокруг планеты. Кроме изучения Сатурна, аппарат будет проводить исследования Титана. У этого спутника есть атмосфера, и ученые считают, что условия на Титане аналогичны тем, которые существовали на Земле еще до возникновения на ней жизни. Титан будут изучать с помощью зонда Huygens, разработанного Европейским космическим агентством. По расчетам, он должен войти в атмосферу Титана в январе 2005 года.

По словам многих наблюдателей, Сатурн — это самая красивая планета. Его знаменитые кольца легко увидеть практически в любой телескоп и можно обнаружить также огромный спутник Сатурна, Титан. Многие профессиональные астрономы считают, что кольца Сатурна — это небесное зрелище, которое больше всего впечатляет их друзей не-астрономов, но, тем не менее, наблюдать Титан тоже очень интересно.

Приведем самые важные факты об Уране и Нептуне.

Это две планеты почти одинакового размера с похожим химическим составом; они меньше и плотнее Юпитера и Сатурна.

Каждая из этих планет находится в центре миниатюрной системы спутников и колец.

Каждая из этих планет явно пострадала от сильного столкновения с другим космическим телом в очень давние времена.

Атмосферы Урана и Нептуна, как и Юпитера и Сатурна, в основном состоят из водорода и гелия. Но Уран и Нептун астрономы называют ледяными планетами, потому что под их атмосферами находятся массивные тела из каменистых пород и различных льдов. На самом деле вода находится настолько глубоко внутри этих планет и под таким высоким давлением, что вся представляет собой горячую жидкость. Но когда миллиарды лет назад эти планеты образовались в результате слияния мелких тел, попавшая в них вода была полностью замерзшей.

Настоящего ученого астронома легко отличить от непрофессионала, потому что ученый называет горячую воду внутри Урана и Нептуна "льдом", в то время как несведущий любитель наивно называет горячую воду "горячей водой". Ученые используют научный жаргон, так же как некоторые млекопитающие используют метки, чтобы заявить свои исключительные права на некую территорию.

Масса Урана примерно в 14,5 раза, а Нептуна — в 17,2 раза больше массы Земли, но эти две планеты имеют практически одинаковый размер. Более легкий Уран немного больше; его экваториальный диаметр составляет 51118 км. А экваториальный диаметр Нептуна равен 49 532 км.

Сутки на Уране равняются примерно 17 часам 14 минутам, а на Нептуне— 16 часам 7 минутам. Таким образом, эти планеты, как и Юпитер и Сатурн, вращаются гораздо быстрее Земли.

Уран, его кольца и спутники

Доказательством того, что Уран пострадал от сильного столкновения или гравитационного притяжения другого космического объекта, служит тот факт, что он словно опрокинулся на бок. Плоскость экватора Урана даже близко не совпадает с плоскостью его орбиты вокруг Солнца, а находится почти под прямым углом к ней, так что планета вращается, "лежа на боку".

Иногда в сторону Солнца и Земли указывает северный полюс Урана, а иногда — южный. Год Урана (т. е. время, за которое он совершает полный оборот вокруг Солнца) равен почти 84 земным годам. В течение примерно четверти этого периода северный полюс Урана указывает в сторону Солнца; в течение другой четверти в сторону Солнца направлен южный полюс Урана; все остальное время к Солнцу обращен экватор.

На Земле Солнце никогда не стоит высоко в небе над Северным или Южным полюсами, а на Уране оно иногда находится прямо над полюсами.

По последним данным, у Урана 21 известный спутник; у него также есть система темных колец. Спутники и кольца Урана вращаются вокруг него в экваториальной плоскости, так же как Галилеевы спутники вращаются в экваториальной плоскости Юпитера (см. главу 8). Поэтому кольца и орбиты спутников Урана находятся почти под прямыми углами к плоскости его орбиты вокруг Солнца.

Можете представить себе систему Урана (планету и ее спутники) как большую мишень, которая иногда "смотрит" на Землю, а иногда— нет. Давным-давно кто-то поразил эту "мишень" прямо в яблочко, из-за чего несчастная планета отклонилась от первоначального нормального положения.

Нептун и его спутники

Нептун не отклонен от нормального положения; его экватор примерно находится в плоскости его орбиты. По последним данным (на 2003 год), у Нептуна 11 известных спутников. Но у его самого крупного спутника Тритона (который больше Плутона) с диаметром 2710 км ретроградная орбита. Нептун, как и почти все планеты в нашей Солнечной системе (кроме Венеры), вращается вокруг Солнца против часовой стрелки (если смотреть сверху, со стороны северного небесного полюса). И большинство спутников тоже вращаются вокруг своих планет против часовой стрелки. Но Тритон вращается вокруг Нептуна в обратном направлении — по часовой стрелке. Обсудив этот вопрос, ученые пришли к заключению, что давным-давно Тритон подошел к Нептуну слишком близко, был им захвачен и стал его спутником, хотя при других обстоятельствах он вполне мог быть планетой, такой как Плутон.

Тритон состоит из настоящего льда и камня. В этом он больше похож на Плутон, чем на Уран и Нептун. Поверхность Тритона сформировалась под влиянием криовулканизма (cryovolcanism), т. е. процессов извержения не горячей расплавленной породы, а холодного льда. Водяной лед, сухой лед, замерзший метан, замерзшая окись углерода и даже замерзший азот — все это есть на Тритоне. Здесь нет многочисленных ударных кратеров, вероятно, потому, что с течением времени они заполнились льдом и грязью.

Специалисты по охране окружающей среды говорят, что национальные парки США, такие как Иеллоустоунский, находятся под угрозой из-за чрезмерного наплыва туристов. Поэтому подумайте лучше о путешествии на Тритон. Его пейзажи не менее причудливы и, возможно, так же прекрасны, как в Иеллоустоунском парке. Но если вы соберетесь на Тритон, обязательно окунитесь в гейзер! Только здесь не горячие, а холодные источники. Гейзеры Тритона извергают длинные струи холодных, грязных испарений, а не горячие потоки пара. Но зато здесь много места для парковки и нет медведей, которые могут посягнуть на ваши припасы для пикника. Просто возьмите с собой скафандр и очень теплые ботинки.

Плутон— это самая маленькая и самая удаленная планета (рис. 9.1). Каждые 248 лет он на несколько десятилетий заходит внутрь орбиты Нептуна; таким образом, в это время он находится ближе к Солнцу, чем Нептун. Последний такой период закончился в начале 1999 года. Никто из ныне живущих на Земле людей не сможет стать свидетелем следующего такого события, если, конечно, медицина в ближайшем будущем не сделает большой шаг вперед.

Плутон делает полный оборот вокруг своей оси за 9 часов 17 минут, а его спутник Харон делает полный оборот вокруг Плутона точно за такое же время. Так что одно к другому повернуты всегда одни и те же полушария Плутона и Харона. В системе "Земля-Луна" к Земле всегда обращено одно и то же полушарие Луны, но не наоборот. Человек, находящийся на ближней к Земле стороне Луны, может увидеть всю Землю, когда в течение суток она будет оборачиваться вокруг своей оси, но человек, находящийся на Хароне, никогда не сможет увидеть больше одного полушария Плутона.

Диаметр Плутона — всего 2300 км; это самая маленькая планета Солнечной системы. Он меньше даже четырех Галилеевых спутников Юпитера, спутника Сатурна Титана и спутника Нептуна Тритона. Плутон только в два раза больше своего спутника Харона, диаметр которого 1250 км, поэтому систему "Плутон-Харон" часто называют двойной планетой.

И Плутон, и Харон — это ледяные каменистые тела. При температуре на поверхности -233 °C неудивительно, что на Плутоне почти все замерзает. Водяной лед, метановый лед, азотный лед, аммиачный лед и даже замерзшая окись углерода — все это есть на поверхности Плутона. На Хароне тоже были обнаружены некоторые из этих веществ, но не все.

Но Плутон вовсе не такой холодный, как может показаться. Астрономы подозревают, что на нем есть "тропические оазисы", где температура постоянно держится примерно на уровне -213 °C.

Плутон так далек, что ученые почти не имеют представления о его "географии". В самой отдаленной точке своей вытянутой эллиптической орбиты Плутон находится на расстоянии примерно на 7,4 миллиарда километров от Солнца, а в самой близкой — на расстоянии примерно 4,4 миллиарда километров.

На изображениях, сделанных космическим телескопом "Хаббл" (по адресу oposite.stsci.edu/pubinfo/SolarSystemT.html#Pluto), видны темные и светлые зоны, которые, возможно, соответствуют местам старого и свежего льда соответственно. Вот и все сведения! Ни один космический зонд никогда не достигал окрестностей Плутона, и хотя у NASA были планы отправки на него космического аппарата (см. Web-сайт Лаборатории реактивного движения по адресу www.jpil.nasa.gov/ice_fire//pkexprss.htm), официального приказа об этом пока не поступало.

Плутон, как и Уран, наклонен на бок, и его ось вращения почти перпендикулярна плоскости его орбиты. Так что Плутон, как и Уран, вероятно, пострадал от сильного столкновения. Как и Уран, Плутон имеет ретроградную орбиту. Некоторые астрономы считают, что Харон — это обломок Плутона, образовавшийся в результате удара по этой планете. Это аналогично теориям о том, что Луна сформировалась от столкновения Земли с неким космическим объектом (см. главу 5).

Плутон — это планета или нет?

Время от времени кто-нибудь пытается унизить Плутон, заявляя, что его вообще не следует считать планетой. Совсем недавно, в 1999 году, была сделана попытка обозвать его астероидом № 10 000. Но астрономы и простые люди сплотились вокруг этого маленького холодного тела и помешали осуществлению коварного плана. Они утверждали, что он круглый, как планета (большинство астероидов, кроме самых больших, — неправильной формы), имеет крупный спутник и считается планетой с момента его открытия американским наблюдателем Клайдом Томбо в 1930 году. Даже если астрономы изменят само определение планеты, Плутон все равно должен ею остаться.

Плутон находится в так называемом поясе Койпера[27] — пространстве, расположенном за орбитой Нептуна и заполненном мелкими ледяными телами. По приблизительным оценкам, между орбитой Нептуна и воображаемой отметкой, находящейся на расстоянии 50 а.е. от Солнца, расположено около 100 тысяч объектов пояса Койпера (Kuiper Belt Objects — КВО) диаметром больше 100 км. Они находятся вне пределов досягаемости любительских телескопов (разве что ваш телескоп установлен на Нептуне или на одном из его спутников). Первый КВО был открыт в 1992 году и с тех пор обнаружили еще около 150 объектов. Астрономы, которые считают, что Плутон следует лишить звания планеты, говорят, что он просто самый крупный КВО. Но он может быть и самым большим КВО, и планетой одновременно.

Что такое плутиносы?

Пояс Койпера еще мало изучен астрономами, и специалисты предполагают, что среди тысяч еще не открытых КВО может быть несколько таких же больших, как Плутон. Они могут быть более тусклыми, чем Плутон, потому что их поверхность темнее и/или они находятся дальше от Солнца. Открытие одного из этих больших объектов может вызвать дискуссию о том, следует ли называть Плутон планетой.

Среди примерно 150 известных КВО есть некоторые, обладающие тремя свойствами Плутона.

У них сильно вытянутые эллиптические орбиты.

Их орбитальные плоскости наклонены под большим углом к плоскости земной орбиты.

Они делают два полных оборота вокруг Солнца примерно за то же время, за которое Нептун делает три оборота (Плутон делает два оборота вокруг Солнца за 496 земных лет, а Нептун делает три оборота за 491 земной год). Этот эффект называется резонансом (resonance); благодаря ему Плутон и Нептун никогда не столкнутся и даже не подойдут близко один к другому, хотя их орбиты пересекаются. Поэтому мощное притяжение намного более крупного Нептуна ничем не угрожает Плутону, и то же самое относится к КВО, обладающим тремя перечисленными свойствами Плутона.

КВО, которые обладают этими свойствами, называются плутиносами (или плутончиками), т. е. маленькими Плутонами.

Возможно, за орбитами Нептуна и Плутона есть другие виды объектов, которые астрономы еще не открыли. Но они не могут быть очень массивными, иначе их гравитационное влияние на известные объекты уже бы обнаружили. Крупные планеты, расположенные за орбитами Нептуна и Плутона, — это уже планеты других звезд. О них пойдет речь в главе 15.

Более подробную информацию о КВО можно найти на Web-сайте Nine Planets (Девять планет) по адресу seds.lpl.arizona.edu/nineplanets/nineplanets/kboc.html.

Постепенно, приобретая опыт, вы сможете находить большие отдаленные планеты Уран и Нептун, но крохотный Плутон, наверное, окажется вам "не по зубам" (вернее сказать — "не по глазам"). Но в начале наблюдения любой из этих планет лучше прибегать к помощи более опытных астрономов-любителей.

Наблюдение Урана

Уран был открыт с помощью телескопа, но иногда он настолько яркий, что при очень хорошей видимости его можно разглядеть невооруженным глазом. В телескоп можно отличить Уран от звезды по следующим признакам:

у него маленький диск диаметром несколько угловых секунд (эту единицу измерения мы определили в главе 6);

он медленно движется на фоне тусклых звезд.

Диск Урана имеет бледно-зеленый оттенок; его можно различить при хорошей видимости в мощный окуляр. Чтобы обнаружить движение Урана, нужно отмечать на карте его относительное положение на фоне звезд в поле зрения. Для этой цели используйте окуляр малой мощности, чтобы поле зрения было шире и было видно больше звезд. Сделайте отметку, а затем снова посмотрите на этот район через несколько часов или следующей ночью, и опять отметьте положение Урана на карте.

По последним данным (на 2003 год), у Урана 21 спутник. Некоторые его крупные спутники можно разглядеть в большой любительский телескоп, но изучать их можно только с помощью мощных телескопов обсерваторий. У Урана тоже есть система темных колец, которые можно "увидеть" с помощью телескопа "Хаббл"; их изображения в инфракрасном свете получены с помощью крупных телескопов на Земле.

Изображения этих космических тел, полученные с помощью телескопа "Хаббл", можно найти по адресу oposite.stsci.edu/pubinfo/SolarSystemT.htm#Uranus. А просмотреть изображения Урана и его спутников, сделанные космическим зондом Voyager-2, можно на Web-came Planetary PhotoJoumal (photоjournal.jpl.nasa.gov). Просто щелкните на изображении Урана.

Как отличить Нептун от звезды

Нептун менее яркий, чем Уран, но по яркости достигает 8-й звездной величины. И если вы уже справились с Ураном, возьмитесь за Нептун!

Нептун имеет почти такой же размер, как Уран, но он намного дальше, поэтому при наблюдении в телескоп его видимый диск меньше. Чтобы отличить Нептун от звезды, понадобится большой любительский телескоп. И если вам удается в телескоп воспринимать бледные оттенки тусклых объектов, то вы заметите бледно-голубой оттенок Нептуна.

Поскольку Нептун дальше от Солнца, чем Уран, он обращается вокруг Солнца медленнее. Медленная скорость, наряду с большим расстоянием от Земли, означает, что скорость углового перемещения по небу — в угловых секундах в день — у Нептуна обычно меньше, чем у Урана. Поэтому вам придется подождать пару ночей, чтобы убедиться в том, что Нептун перемещается на фоне звезд.

Я сказал "обычно", потому что и Уран, и Нептун, как и все планеты за орбитой Земли, с точки зрения наблюдателя на Земле, время от времени находятся в обратном (ретроградном) движении, как и Марс (см. главу 6). Поэтому иногда кажется, что эти планеты замедляют свое движение и меняют его направление на противоположное. Так что если вам случится застать Уран во время изменения его направления движения по небу, то будет казаться, что он перемещается медленнее обычного, и, по сравнению с ним, Нептун мчится во весь опор.

В ежегодном выпуске Observer's Handbook Королевского астрономического общества Канады (www.rasc.ca) всегда публикуются хорошие карты, на которых показано изменение положения Урана и Нептуна в течение года. Сверяйтесь с ними, чтобы узнать, где находятся эти планеты и когда они изменяют свое направление. Подобные карты время от времени появляются в различных астрономических журналах (например, на сайте журнала Astronomy по адресу www.astronomy.com и Sky & Telescope по адресу www.skypub.com/sights/sights.shtml).

По последним данным (на 2003 год) у Нептуна 8 известных спутников; самый крупный из них — Тритон. Когда вы научитесь находить Нептун, попробуйте ясной темной ночью поискать Тритон в телескоп с диаметром 15 см и больше. Он движется по большой орбите, удаляясь на 8-17 угловых секунд от Нептуна (что составляет четыре-восемь диаметров Нетуна), поэтому Тритон можно ошибочно принять за звезду. Но отмечая положение Нептуна и тусклых звезд вокруг него на протяжении нескольких последовательных ночей, вы сможете выяснить, какая "звезда" движется вместе с Нептуном на фоне звездного неба и одновременно обращается вокруг Нептуна. Тритону требуется почти 6 дней, чтобы совершить один полный оборот вокруг своей планеты.

Изображения Нептуна и его спутников, сделанные космическим зондом Voyager-2, можно просмотреть на Web-сайте Planetary PhotoJournal по адресу photojournal.jpl.nasa.gov. Просто щелкните на изображении Нептуна. А изображения этих космических объектов, сделанные телескопом "Хаббл", находятся по адресу oposite.stsci.edu/pubinfo/SolarSystemT.html#Neptune.

Попытки увидеть Плутон

Увидеть Плутон намного труднее, чем любую другую планету в Солнечной системе. Он очень мал и очень далек. Обычно Плутон имеет 14-ю звездную величину. Он движется очень далеко от Солнца и Земли, делая полный оборот вокруг Солнца за 248 лет.

Опытные астрономы-любители говорят, что они наблюдали Плутон в телескоп диаметром 15 см, но я советую вам использовать самый большой телескоп, который удастся найти. Возьмите телескоп диаметром по меньшей мере 20 см. Карты с обозначением положения Плутона публикуются каждый год в выпуске Observer*s Handbook Королевского астрономического общества Канады (www.rasc.ca). Читайте также статьи и советы в журналах Astronomy (www.astronomy.com) и Sky & Telescope (www.skypub.com).

Спутник Плутона, Харон, очень близок к нему и делает полный оборот вокруг планеты за 6 дней 9 часов 17 минут. Его можно различить только в самые мощные телескопы обсерваторий.