<<

стр. 14
(всего 40)

СОДЕРЖАНИЕ

>>

процессов разрушения и сглаживания рельефа поверхности,
Здесь начинается внешнее ядро, внутри которого находится еще
перемещения и отложения наносов. В южном полушарии пла-
одно — внутреннее ядро, радиус которого достигает 1250 км.
неты сохранилась первичная, сильно кратерированная кора на
Внешнее ядро, очевидно, находится в жидком состоянии, так
огромных плато, возвышающихся на 2—4 км над условным
как поперечные волны, не распространяющиеся в жидкости, не
нулевым уровнем. В северном полушарии первичная кора пред-
проходят сквозь него. Внутреннее ядро, по-видимому, твердое.
ставлена фрагментарно, здесь преобладают наложенные вул-
У нижней границы мантии давление достигает 130 ГПа, темпе-
канические депрессии, расположенные на 1—3 км ниже нуле-
ратура там не выше 5000 К. В центре Земли температура, веро-
вого уровня, и поднятия с высочайшими щитовыми вулкана-
ятнее всего, поднимается выше 10 000 К.
ми. На снимках поверхности Марса отчетливо видны «бороз-
Земля имеет естественный спутник — Луну.
ды», по форме сходные с руслами рек на Земле. Поскольку
Марс по расположению четвертая от Солнца планета Сол-
существование рек на планете исключается, можно предполо-
нечной системы. На звездном Небе она выглядит как немигаю-
жить, что эти русла возникли в результате растапливания
щая точка красного цвета, которая время от времени значи-
подповерхностного водяного льда в зонах повышенного вы-
тельно превосходит по блеску звезды первой величины. Марс
деления тепла планеты.
периодически подходит к Земле на расстояние до 57 млн. км,
Марс имеет два небольших спутника — Фобос (27 км) и
значительно ближе, чем любая планета, кроме Венеры. По ди-
Деймос (15 км). Спутники вращаются синхронно с планетой
аметру Марс почти вдвое меньше Земли и Венеры. Планета
(в плоскости ее экватора) по круговым орбитам радиусом 6 и
окутана газовой оболочкой — атмосферой, которая имеет мень-
20 тыс. км соответственно. С помощью космических аппара-
шую плотность, чем земная. Атмосфера Марса состоит из уг-
тов установлено, что спутники имеют неправильную форму и
лекислого газа (0,95 по объему), азота (0,027), аргона (0,016),
в своем орбитальном положении остаются повернутыми к пла-
кислорода (0,02) и водяного пара (0,01—0,015). Эллиптич-
нете всегда одной и той же стороной. Поверхность спутников
ность марсианской орбиты приводит к значительным разли-
состоит из очень темных минералов и покрыта многочислен-
чиям климата северного и южного полушарий: в средних ши-
ными кратерами, один из которых (на Фобосе) имеет попе-
ротах зима холоднее, а лето теплее, чем в южных, но короче,
речник около 5,3 км. Кратеры, вероятнее всего, возникли в
чем в северных. Максимально высокая температура на сторо-
результате метеоритной бомбардировки, а происхождение си-
не, обращенной к Солнцу, -33°С, самая низкая — вблизи юж-
стемы параллельных борозд остается неизвестным. Угловая
ного полюса -139'С, вблизи северного полюса -123°С. Из
скорость орбитального движения Фобоса настолько велика,
полученных сведений о температуре на Марсе объяснилась и
что он, обгоняя осевое вращение планеты, восходит, в отли-
природа полярных шапок, которые видны в телескоп как свет-
чие от других светил, на западе, а заходит на востоке.
лые, почти белые пятна возле полюсов планеты. Когда в се-




ПЛАНЕТЫ ГРУППЫ ЮПИТЕРА (ПЛАНЕТЫ-ГИГАНТЫ)
лочками существенно водного состава (Уран, Нептун) и во-
К этой группе относятся гигантские флюидные планеты
дородные планеты, занимающие внутреннюю позицию в Сол-
(Юпитер, Уран, Сатурн, Нептун), которые обладают мощным
нечной системе (Юпитер, Сатурн) без существенного отличия
тепловым запасом в своих недрах. По составу флюидных обо-
от солнечного состава.
лочек эти планеты подразделяются на периферические с обо-
206 Астрономия

Юпитер — по расположению пятая от Солнца и самая там с большими углами наклона к экватору (до 30°). Это ма-
большая планета Солнечной системы. Юпитер выглядит как ленькие тела (от 10 до 120 км), по-видимом; неправильной
золотой диск, слегка сплюснутый перпендикулярно полюсам. формы. Четыре внешних спутника Юпитера обращаются вок-
Эта планета отстоит от Солнца в 5,2 раза дальше, чем Земля, и руг планеты в обратном направлении. В экваториальной об-
затрачивает на один оборот по орбите почти 12 лет. Экватори- ласти Юпитер окружен системой колец. Кольцо расположе-
альный диаметр Юпитера 142 600 км (в 11 раз больше диамет- но на расстоянии 50 000 км от поверхности планеты, его
ра Земли). Период вращения Юпитера вокруг оси в экватори- ширина около 1 000 км.
альной области составляет 9 ч 50 мин, вблизи полюсов — 9ч Сатурн — вторая по величине, но и с :иая легкая (со
55 мин. Таким образом, Юпитер, подобно Солнцу, вращается 3
средней плотностью 0,69 г/см ) планета в Солнечной системе.
не как твердое тело, так как скорость его вращения неодина- Низкая плотность объясняется тем, что планеты-гиганты со-
кова в разных широтах. Из-за быстрого вращения эта планета стоят главным образом из водорода и гелия. При этом в не-
имеет сильное сжатие у полюсов. Масса Юпитера равна 318 драх Сатурна давление не достигает столь высоких значений,
массам Земли. Средняя плотность его вещества близка к как на Юпитере, поэтому плотность вещества там меньше. По-
3
плотности Солнца — 1,33 г/см . Ось вращения Юпитера почти добно Юпитеру он вращается вокруг своей оси очень быстро
перпендикулярна к плоскости его орбиты (наклон 87°). Флю- (с периодом вращения около 10 ч) и поэтому заметно сплюс-
идная оболочка Юпитера состоит в основном из водорода нут. Спектроскопические исследования позволили обнаружить
(74%) и гелия (26%), а также метана (0,1%) и небольшого в атмосфере Сатурна некоторые молекулы. В 1едрах планеты
количества этана, ацетилена, фосфена и водяного пара. Атмос- заключена мощная тепловая энергия, которуо она излучает
ферный слой имеет толщину около 1000 км. Планету окуты- (в 2,5 раза больше, чем получает от Солнца). Температура
вает слой облаков, но все детали на поверхности Юпитера поверхности облаков на Сатурне близка к температуре плав-
постоянно меняют свой вид, потому что в этом слое происхо- ления метана (-184°С), твердые частицы которого скорее все-
дят бурные передвижения, связанные с переносом большого го и содержатся в облачном слое планеты. Атмосфера по со-
количества энергии. Облака Юпитера состоят из кристалли- ставу сходна с гёлиево-водородной атмосферою Юпитера, хотя
ков и капелек аммиака. Наиболее примечательной деталью метана в ней больше, а аммиака меньше. В телескоп видны
планеты является Большое Красное Пятно, наблюдающееся вытянутые вдоль экватора темные полосы (пояса) и светлые
уже более 300 лет. Это громадное овальное образование, раз- зоны, которые менее контрастны, чем на Юпитере, гораздо
мерами около 35000-14000 км, расположенное между Южной реже в них наблюдаются отдельные белые и красные пятна. У
тропической и Южной умеренной полосами. Цвет его красно- Сатурна устанавливается мощное магнитное поле с осью, по-
ватый, но подвержен изменениям. Предположительно, Боль- чти совпадающей с осью вращения планеты. Сатурн состоит
шое Красное Пятно поддерживается за счет конвективных из железокаменного жидкого центрального я ipa (приблизи-
ячеек, через которые из недр выносится к видимой поверхно- тельно земного размера), которое окружено флюидной обо-
сти Юпитера его вещество и внутреннее тепло. лочкой из водорода, гелия, метана, аммиака и воды.
В 1956 г. было обнаружено радиоизлучение Юпитера на Сатурн окружен кольцами (толщиной около 3 км), кото-
волне 3 см, соответствующее тепловому излучению с темпера- рые хорошо видны в телескоп в виде «ушек* по обе стороны
турой 145 К. По измерениям в инфракрасном диапазоне тем- диска планеты. Они были замечены еще в 1610 г. Галилеем.
пература наружных облаков Юпитера составила 130 К. Уже Плоскость колец практически совпадает с плоскостью эквато-
достоверно установлено, что Юпитер испускает тепло, коли- ра планеты и имеет постоянный наклон к пл с скости орбиты,
чество которого более чем вдвое превышает тепловую энер- равный приблизительно 27°. Кольца Сатурна — одно из самых
гию, получаемую им от Солнца. Возможно, что тепло выделя- удивительных и интересных образований в Солнечной систе-
ется из-за того, что на планете-гиганте наблюдается постоян- ме. Плоская система колец опоясывает плане гу вокруг эква-
но идущее сжатие (1мм в год). тора и нигде не соприкасается с поверхностью В кольцах раз-
деляются три основные концентрические зоны, разграничен-
В центре планеты — огромное железокаменное ядро, ко-
ные узкими щелями: внешнее кольцо А (диаметром около
торым генерируется мощное магнитное поле. Магнитное поле
275 тыс. км), среднее В (наиболее яркое) и внутреннее кольцо
планеты оказалось сложным и состоит как бы из двух полей:
С, относительно прозрачное. Наиболее близки; к планете сла-
дипольного (подобного земному), которое простирается до
боразличимые части внутреннего кольца обозначаются сим-
1,5 млн. км от Юпитера, и не дипольного, занимающего осталь-
волом D. Обнаружено также существование практически про-
ную часть магнитосферы. Напряженность магнитного поля у
зрачного внешнего кольца D'. Кольца вращаются вокруг Са-
поверхности в 20 раз больше, чем на Земле. Кроме этого,
турна и скорость движения их внутренних слоев больше, чем
Юпитер еще является и источником радиовсплесков (резких
наружных. Кольца Сатурна представляют собой плоскую сис-
скачков мощности излучения) на волнах длиной от 4 до 85 м,
тему из множества мелких спутников планеты. У Сатурна из-
они продолжаются от долей секунды до нескольких минут
вестно 17 спутников. Самый большой спутник — Титан, он
или даже часов. Длительные всплески включают в себя целую
также один из самых больших по размеру и массе спутников в
серию возмущений, состоящих из своеобразных шумовых бурь
Солнечной системе. Спутник Янус — самый близкий к Сатур-
и гроз. Согласно современным гипотезам, эти всплески объяс-
ну, расположен почти вплотную к планете. Один из спутников
няются плазменными колебаниями в ионосфере планеты.
— Феба — движется по орбите с довольно большим эксцент-
Юпитер имеет 15 спутников. Первые 4 спутника откры-
риситетом в обратном направлении.
ты еще Галилеем (Ио, Европа, Ганимед, Каллисто). Они, а так-
же внутренний, самый близкий спутник Амальтея движутся Уран — по расположению седьмая от Солнца планета, но
почти в плоскости экватора планеты. По размерам Ио и Евро- диаметру (с радиусом 25 650 км) почти вчетверо больше Зем-
па сравнимы с Луной, а Ганимед и Каллисто — больше Мерку- ли. Очень удален от Солнца и освещен сравнительно слабо.
рия, но по массе значительно ему уступают. Внешние спутни- Средняя плотность Урана (1,58 г/см3) несколько больше, чем
ки обращаются вокруг планеты по сильно вытянутым орби- плотность Сатурна и Юпитера, хотя вещество в недрах этих
Луна 207

гигантов сжато гораздо сильнее, чем на Уране. В составе ат- состоящих главным, образом из водорода и гелия с примесью
мосферы Урана по спектроскопическим наблюдениям найде- соединений других химических элементов. Нептун имеет тя-
ны водород и небольшое количество метана, имеется, по кос- желое ядро, содержащее силикаты, металлы и другие элемен*
венным признакам, относительно большое количество гелия. ты, входящие в состав земной группы. Флюидная (в основ'
Как и другие планеты-гиганты, Уран имеет такой состав, веро- ном водная) оболочка атмосферы состоит из водорода, гелия
ятно, почти до самого центра. и метана. Нептун обладает сильным магнитным полем, ось
Уран до сих пор плохо изучен, так как рассмотреть его которого, как и Урана, наклонена примерно на 50° к оси
вращения и смещена от центра планеты приблизительно на
крайне сложно из-за малых угловых размеров в поле зрения
10 000 км. В отличие от спокойной замерзающей поверхности
телескопа. По этой же причине невозможно изучить и законо-
Урана на поверхности Нептуна господствуют сильные ветры,
мерности вращения планеты. По-видимому, Уран (в отличие
вызывающие штормы из мощных струй газов, поднимающих-
от других планет) вращается вокруг своей оси как бы лежа на
ся из недр планеты. Детали поверхности Нептуна различить
боку. Такой наклон экватора создает необычные условия ос-
очень трудно.
вещения: на полюсах в определенный сезон солнечные лучи
падают почти отвесно, а полярные день и ночь охватывают Нептун имеет всего лишь два спутника. Первый — Три-
(попеременно) всю поверхность планеты, кроме узкой поло- тон — по размерам и массе больше Луны, имеет обратное на->
сы вдоль экватора. Так как Уран обращается по орбите вок- правление орбитального движения. Второй спутник —Нереи-
руг Солнца за 84 года, то полярный день на его полюсах про- да—в отличие от первого, очень небольшой, обладает сильно
должается 42 года, затем сменяется полярной ночью такой же вытянутой орбитой. Расстояние от спутника до планеты меня-
продолжительности. Лишь в экваториальном поясе Урана ется в пределах от 1,5 до 9,6 млн км. Направление орбитально-
го движения прямое.
Солнце регулярно восходит и заходит с периодичностью рав-
номерного осевого вращения планеты. Даже в тех участках, Плутон — девятая планета Солнечной системы, наиболее
где Солнце расположено в зените, температура на видимой удаленная от Солнца (39,5 а. е.) точка. Плутон совершает
поверхности облаков составляет около -215°С. При таких оборот по орбите очень медленно — за 247,7 года. Орбита
температурных условиях некоторые газы замерзают. Желе- имеет необычно большой наклон (17°) к плоскости эклипти-
ки, и вытянута настолько, что в перигелии Плутон подходит к
зокаменное ядро Урана по размеру (около 8000 км) больше
Солнцу на более короткое расстояние, чем Нептун. Изучать Плу-
сопоставимо с планетами земной группы. Генерирующее маг-
тон очень сложно из-за значительной удаленности от Солнца и
нитное поле Урана также сходно с земным.
слабой его освещенности. Диаметр Плутона около 3 тыс. км.
Необычной особенностью Урана является система опо-
Поверхность Плутона, нагреваемая Солнцем до -220° С, даже
ясывающих колец, удаленность которых от планеты состав-
в наименее холодных полуденных участках покрыта, по-ви-
ляет от 1,6 до 1,85 радиуса Урана. Узкие кольца, выглядящие
димому, снегом из замерзшего метана. Атмосфера планеты
как «ниточные» образования, состоят из множества отдель-
разреженная и состоит из газообразного метана с возможной
ных непрозрачных и, по-видимому, очень темных частиц. В
примесью инертных газов. Блеск Плутона меняется с перио-
области колец находится целая система радиационных поясов,
дом вращения 6 сут. 9 ч. Относительно недавно выяснилось,
заполненных частицами высоких энергий, схожих с земными
что эта же периодичность соответствует орбитальному дви-
радиационными поясами, но отличающихся высоким уровнем
жению спутника Плутона — Харона. Спутник относительно
радиации.
яркий, но расположен настолько близко к планете, что его
Уран имеет 6 спутников, вращающихся по орбитам, плос-
изображение на фотоснимках сливается с изображением Плу-
кости которых практически совпадают между собой. Вся сис-
тона и он выглядит как «горб» планеты. Харон, как и Плутон,
тема в целом отличается необычайным наклоном — ее плос-
представляет собой скопление кометного вещества, т. е. смеси
кость почти перпендикулярна к средней плоскости всех пла-
льда и пыли. Удалось вычислить массу системы «Плутон-
нетных орбит. спутник»: 1,7% массы Земли. Почти вся она сосредоточена в
Нептун — восьмая по счету планета Солнечной системы Плутоне, так как диаметр спутника, судя по блеску, мал по
и близкий аналог Урана, имеющий чуть большую массу и не- сравнению с диаметром планеты. Средняя плотность Плутона
сколько меньший радиус. Средняя удаленность Нептуна от составляет приблизительно 0,7—1,12 г/см3. Такая малая плот-
Солнца - 4,5 млрд. км, период вращения по орбите - 164 года ность означает, что Плутон состоит преимущественно из лету-
и 288 дней. Экваториальный диаметр Нептуна составляет чих химических элементов и соединений, т. е. состав его подо-
50 200 км; средняя плотность - 2,30 г/см3. бен составу планет-гигантов и их спутников.
Характеристики Нептуна типичны для планет-гигантов,




ЛУНА
лую массу. За время своего образования система «Земля —
/ вариант
Луна» под влиянием приливов претерпела значительную эво-
Луна — ближайшее к нам небесное тело и единственный
люцию. Например, было время, когда обе планеты были весь-
спутник Земли. Пара «Земля —Луна» гравитационно связана.
ма близки и период вращения Земли был почти на 10?» быст-
Следует отметить, что разрыв этой пары не произошел только
рее, а это значит, что в девонском периоде в году было около
из-за того, что она находится на достаточном расстоянии от
450 суток.
Солнца, а также из-за того, что Луна имеет сравнительно ма-
208 Астрономия

Форма Луны близка к шару, экваториальный диаметр ее мирование этих кратеров связано с развитием плоских вулка-
составляет 3477 км. Масса Луны в 81,3 раза меньше массы нических структур и общей деструкцией и обновлением на
22
Земли и составляет 7,35-Ю кг. Средняя плотность Луны рав- Луне древней коры. Это большей, частью крупные образова-
3
на 3,34 г/см (0,61 средней плотности Земли). Так как плот- ния диаметром от 20 до 200 км. Подобными кратерами фикси-
ность Луны близка к плотности силикатов, это означает, что у руются растяжение и утонение коры (рифтинг) и направления
нее нет массивного железного ядра. Скорость вращения Луны подъема к поверхности магматических масс н:, пути формиро-
вокруг оси совпадает с угловой скоростью обращения вокруг вания огромных вулканических депрессий — Море Ясности,
Земли, поэтому Луна всегда обращена к Земле одним и тем же Море Дождей. Образование вулканических де г рессий — ярко
полушарием. Спутник Земли движется со скоростью 1,02 км/с выраженное проявление эндогенной активное л Луны на ста-
по приблизительно эллиптической орбите в направлении про- дии, когда наружные слои ее консолидировал 1:ь, а недра еще
тив часовой стрелки. Плоскость орбиты Луны наклонена к оставались в расплавленном состоянии. Космэгенные крате-
эклиптике под углом 5°8'48", подверженным небольшим коле- ры чашеобразные, небольшие, характеризующиеся быстрым
баниям. Большая полуось орбиты Луны, равная среднему рас- возрастанием глубины с увеличением их размера.
стоянию между центрами Земли и Луны, составляет 384 400 км «Лунные моря» занимают около 40% видимой поверхно-
(приблизительно 60 радиусов Земли). Вследствие эллиптич- сти Луны и представляют собой огромные равнинные низмен-
ности орбиты (эксцентриситет равен 0,0549) и возмущений ности, пересеченные трещинами и невысокими извилистыми
расстояние до Луны колеблется от 356 400 до 406 800 км. валами. Крупных кратеров на морях сравните.! зно мало. Мно-
Период обращения Луны вокруг Земли (сидерический месяц) гие моря окружены концентрическими кольцевыми хребтами.
равен 27,32 земных суток, но подвержен небольшим колеба- Остальная, более светлая поверхность покрыта многочислен-
ниям и очень малому вековому сокращению. ными кратерами, кольцевидными хребтами, бороздами-И т. д.
Кратеры на лунной поверхности имеют различный относи-
Ускорение свободного падения на поверхности Луны в
тельный возраст: от древних, едва различимых образований
6 раз меньше, чем на Земле, равно 1,62 м/с 2 . Первая косми-
до очень четких в очертаниях молодых кратеров, иногда ок-
ческая скорость Луны 1680 м/с, вторая — 2 375 м/с. Луна не
руженных светлыми «лучами». При этом ми.годые кратеры
имеет атмосферы, так как из-за малого притяжения она не
накладываются на более древние, перекрывают их. В одних
могла удержать газовую оболочку, а также воду в свободном
случаях кратеры врезаны в поверхность.лун-шх морей, а в
состоянии. В отличие от Земли, Луна не имеет собственного
других — горные породы морей перекрывают кратеры. Тек-
магнитного поля. Земля и Луна относятся к очень древним
тонические разрывы то рассекают кратеры и моря, то сами
образованиям. Около 3 млрд лет назад на Луне был расцвет
перекрываются более молодыми образованиями. Наравне с
вулканизма, тогда Луна обладала сильным магнитным полем.
крупнейшими депрессиями прослеживаются протяжные риф-
Но затем развитие формации богатых железом меланократо-
товые структуры, например Альпийская долта. По рельефу
вых базальтов, выполняющих депрессии, прекратилось в ре-
этой долины наглядно прослеживаются протекавшие процес-
зультате консолидации Луны, а одновременно с этим прекра-
сы растрескивания и растяжения первичной коры Луны под
тило существование и магнитное поле Луны.
напором флюидных базальтовых расплавов, поднимающихся
Поверхность Луны довольно темная, ее альбедо равно
из ее недр.
0,073, т. е. она отражает в среднем лишь 7,3% световых лучей
Солнца. В зависимости от фаз это количество света умень- По данным межпланетных станций, обратная, невиди-
шается гораздо быстрее, чем площадь освещенной части мая сторона Луны почти полностью преде: авлена первич-
Луны, так что когда Луна находится в четверти и мы видим ной, сильно иссеченной кратерами корой и содержит только
половину ее диска светлой, она посылает нам не 50%, а лишь одну вулканическую депрессию диаметром около 350 км и
8% света от полной Луны. Лунный свет значительно краснее одну рифтовую долину протяженностью около 240 км. От-
солнечного. Луна вращается относительно Солнца с перио- сюда следует, что «темная» сторона Луны бьла более эндо-
дом, равным синодическому месяцу, поэтому день на Луне генно пассивной по сравнению со «светлой» стороной, на
длится почти 15 суток и столько же продолжается ночь. Не которой вулканическая активность усиливалась гравитаци-
будучи защищена атмосферой, поверхность Луны нагревает- онным полем Земли.
ся днем до +110°С, а ночью остывает до -120°С, однако эти Абсолютный возраст лунных образований установлен
огромные температурные колебания почти никак не влияют только в нескольких точках, в основном же можно предполо-
на поверхность Луны, так как из-за чрезвычайно слабой теп- жить, что возраст наиболее крупных кратеров (которые со-
лопроводности поверхностных слоев колебания проникают ставляют основную массу) составляет 3—4 м/рд. лет, то есть
впубь лишь на несколько дециметров. По этой же причине образованы они были в «доморской» период; зозраст же наи-
во время полных лунных затмений нагретая поверхность более молодых крупных кратеров составляет десятки и сотни
Луны быстро охлаждается, хотя некоторые места дольше миллионов лет.
сохраняют тепло, поэтому можно предположить, что на Луне
Изменение лунного рельефа происходило под влиянием
имеются так называемые горячие пятна, характеризующиеся
как внутренних, так и внешних воздействий. С помощью ра-
большой теплоемкостью.
диоизотопного анализа было установлено, что между 3,2 и
4,6 млрд. лет назад Луна имела жидкое ядро, в расплавленном
* Рельеф поверхности Луны был изучен в основном по-
материале которого возникала конвенция, то есть недра Луны
средством многолетних телескопических наблюдений. Крате-
были разогреты радиоактивными теплом, в результате чего на
ры (и кольцевые структуры) на поверхности Луны подразде-
ее поверхность постоянно извергалась лава. Так образова-
ляются на эндогенные, связанные с вулканической деятельно-
лись гигантские лавовые поля, изрядное количество вулкани-
стью взрывного характера, и космогенные, обусловленные
ческих кратеров, а также многочисленные трещины и уступы.
падением на поверхность Луны метеоритов. Кратеры эндоген-
Вместе с этим на поверхность Луны выпадало огромное коли-
ной природы имеют блюдцеобразную форму, с ростом их диа-
чество метеоритов и астероидов, при взрывах которых возни-
метра отмечено и незначительное увеличение глубины. Фор-
Луна 209

кали кратеры размером от микроскопических лунок до коль- ЛУННАЯ ОРБИТА
цевых структур поперечником в несколько сотен километров.
Из-за отсутствия атмосферы и гидросферы значительная часть Луна движется вокруг Земли. Средняя скорость движе-
этих кратеров сохранилась и до наших дней. ния Луны по орбите составляет 1,02 км/с, форма орбиты при-
В настоящее время метеориты падают на Луну гораздо ближается к эллипсу. Направление орбитального движения
реже; вулканизм практически прекратился, поскольку Луна Луны совпадает с направлением движения большинства пла-
израсходовала слишком много тепловой энергии, а радиоак- нет Солнечной системы. Если за точку отсчета принять Север-
ный полюс мира, то можно сказать, что Луна движется против
тивные элементы были вынесены во внешние слои. Об оста-
часовой стрелки. (Напоминаем, что Северный полюс мира и
точном вулканизме свидетельствуют истечения углеродсодер-
земной Северный полюс — абсолютно разные понятия. Север-
жащих газов в лунных кратерах. На Луне и сейчас происходят
ный полюс мира — точка на небесной сфере, вокруг которой
незначительные колебания, напоминающие слабые землетря-
происходит видимое суточное перемещение звезд, причем сама
сения, зарегистрированные сейсмографами, установленными
она остается неподвижной. В Северном полушарии такая точ-
на Луне американскими астронавтами. Современная техника
ка находится там, где мы видим Полярную звезду.) Большая
также позволила установить и внутреннее строение Луны, ко-
полуось орбиты Луны, определяемая как среднее расстояние
торая состоит из ядра радиусом около 750 км, мантии толщи-
между центрами Земли и Луны, равна 384 400 км (что пример-
ной до 1 000 км и коры, толщина которой приблизительно
но в 60 раз больше радиуса Земли). Наименьшее расстояние
равна 60 км.
до Луны равно 356 400, наибольшее — 406 800 км. Время, за
Луна не является самосветящимся телом, поэтому мы
которое Луна совершает полный оборот вокруг Земли, назы-
можем наблюдать ее только в той части, куда попадают пря-
вается сидерическим (звездным) месяцем. Оно равно 27,32166
мые солнечные лучи или лучи, отраженные Землей. Этим мож-
суток. Вследствие очень сложного движения Луны, на кото-
но объяснить и фазы Луны. Ежемесячно Луна, двигаясь по
рое влияет притяжение Солнца, планет, а также форма Земли
орбите, проходит между Солнцем и Землей, то есть она не
(геоид), продолжительность сидерического месяца подвер-
отражает солнечных лучей и как бы обращена к нам своей
жена небольшим колебаниям, кроме того, установлено, что
темной стороной, поэтому в это время на Земле наблюдается
период обращения нашего спутника вокруг Земли медленно
новолуние. После этого через пару дней на западной части
уменьшается. Изучение движения Луны вокруг Земли явля-
неба наблюдается зарождение «молодой» Луны в виде узкой
ется одной из труднейших задач небесной механики. Эллип-
яркой серповидной полоски. Остальная часть лунного диска
тическая орбита является лишь удобной математической аб-
может в это время слабо освещаться Землей, повернутой к стракцией, на самом деле на нее накладываются многие возму-
спутнику своим дневным полушарием. Такое слабое свечение щения. Главнейшие из этих возмущений, или неравенств, были
называют пепельным светом Луны. Через 7 суток Луна отхо- открыты из наблюдений. После формулировки закона все-
дит от Солнца на 90°. Первая четверть наступает, когда осве- мирного тяготения были теоретически выведены возмуще-
щается ровно половина диска Луны и терминатор (линия раз- ния, приводящие к видимым отклонениям в орбитальном дви-
дела светлой и темной стороны) как бы становится диаметром жении планет.
лунного диска. В последующие дни терминатор постепенно
выгибается, становится выпуклым, вид Луны предстает почти Луна притягивается Солнцем в 2,2 раза сильнее, чем Зем-
полностью освещенным, и через несколько суток наступает лей, так что теоретически наблюдатель с другой планеты или
полнолуние. Затем, начиная с западного края диска Луны, воз- планетной системы сказал бы, что видит движение Луны вок-
никает постепенно распространяющееся потемнение, а на 22-е руг Солнца и возмущения этого движения Землей. Однако
мы наблюдаем движение Луны так, как это выглядит с Земли,
сутки уже наблюдается последняя четверть, когда Луна вновь
поэтому гравитационная теория, которую разрабатывали мно-
представлена в виде полукруга, но на сей раз выпуклость тер-
гие крупнейшие ученые начиная с И. Ньютона, рассматривает
минатора обращена к востоку. Угловое расстояние Луны от
движение Луны именно вокруг Земли. Наиболее детально те-
Солнца уменьшается, она опять сужается до серповидной фор-
оретические основы такого изучения были разработаны аме-
мы и вновь наступает новолуние. Промежуток между двумя
риканским математиком Дж. Хиллом. На базе его разработок
последовательными полнолуниями называется синодическим
американский астроном Э. Браун в 1919 году рассчитал воз-
месяцем и продолжительность его составляет 29,53 суток.
можные математические значения, принимаемые функциями,
Синодический месяц больше сидерического, так как Земля за
описывающими широту, долготу и параллакс Луны, причем
это время проходит примерно 1/13 своей орбиты, а Луна, что-
аргументом является время. Браун составил таблицы воз-
бы пройти между Солнцем и Землей, должна дополнительно
можных значений переменных.
пройти 1/13 часть своей орбиты, на что уходит около двух
суток. Плоскость орбиты Луны не параллельна к эклиптике, а
наклонена к ней под углом 5°8'43"(эклиптика — линия, прохо-
Луна играет немаловажную роль в жизни Земли. Обра-
дящая через точки, на которые последовательно проецирует-
щаясь вокруг Земли, она вызывает на ней приливы и отливы.
ся Солнце при наблюдениях с Земли, то есть видимый годовой
Луна расположена от нашей планеты так близко, что притяги-
путь Солнца на фоне зодиакальных созвездий). Из-за грави-
вает воду и вызывает приливы.тех морей и океанов, которые
тационных возмущений этот угол подвержен небольшим ко-
в тот момент находятся под ней.
лебаниям. Точки пересечения орбиты с эклиптикой называ-
ются восходящим и нисходящим узлами. Они смещаются от-
// вариант
носительно нее в направлении, противоположном направле-
Луна — естественный спутник Земли. Это ближайшее к
нию движения Луны по орбите, то есть имеют неравномерное
нам небесное тело, доступное наблюдению невооруженным
попятное движение. За 6794 суток (около 18 лет) узлы совер-
глазом. Расстояние до Луны составляет 384 000 километров,
шают полный оборот но эклиптике. Луна находится в одном и
что значительно меньше расстояния до Солнца (0,0256 астро-
том же узле каждый драконический месяц. Так называют ин-
номической единицы; а. е.™ 150 000 000 км).
8-2195
210 Астронемий

тервал времени - более короткий, чем сидерический месяц, и ле, больше полярной на 400 м. Это значит, что Луна немного
в среднем равный 27,21222 суток. Продолжительность дра- вытянута в сторону Земли.
конического месяца определяет периодичность солнечных и Приливные силы, создаваемые притяжением Земли, ста-
лунных затмений. ли причиной возникновения твердых приливных волн на по-
У Луны есть собственное движение вокруг оси, хотя с верхности Луны. Эти волны образовали два «приливных гор-
Земли его нельзя наблюдать. Дело в том, что период суточно- ба» на двух полушариях Луны,
го вращения Луны вокруг оси, наклоненной к плоскости эк-
липтики под углом 88°28', точно равен сидерическому меся-
цу. Луна совершает полный оборот вокруг оси за то же время, ФАЗЫ ЛУНЫ
что и полный оборот вокруг Земли, поэтому она повернута к
Земле всегда одной и той же стороной. Периоды вращения Луна не является самосветящимся телом, как и все пла-
вокруг оси и орбитального обращения совпадают вполне за- неты. Наблюдать ее можно лишь в той степени, в какой она
кономерно. Они выровнялись в то время, когда Земля произ- освещается Солнцем. Из-за особенностей движения Луна все-
водила приливные возмущения в твердой или жидкой обо- гда освещается Солнцем только с одной стороны, но земной
лочке Луны. Однако равномерное вращение Луны вокруг оси наблюдатель в разное время видит освещенную половину по-
сочетается с неравномерным движением по орбите. Поэтому разному. Луна изменяет свою видимую форму, и эти измене-
происходит периодическое отклонение направления видимой ния называются фазами. Фазы зависят от относительного рас-
части Луны к Земле, достигающее 7°54' по долготе. В свою положения Земли, Луны и Солнца.
очередь наклон оси вращения Луны к плоскости ее орбиты Новолуние — фаза, когда Луна находится между Землей и
дает отклонения до 6°50' по широте. Наблюдатели давно оп- Солнцем. В этот момент она невидима для земного наблюда-
ределили, что в разное время можно видеть с Земли разную по теля.
площади часть лунной поверхности — максимально до 59% Полнолуние — противоположная точка лунной орбиты, в
всей поверхности Луны. Часть видимого лунного диска, рас- которой ее освещенное Солнцем полушарие видно земному
положенная возле его краев, сильно искажена и видна в перс- наблюдателю полностью.
пективной проекции. Небольшое «качание» Луны относитель- Промежуточные фазы — положение Луны между ново-
но ее среднего положения, наблюдаемое с Земли, называется лунием и полнолунием, когда земной наблюдатель видит боль-
либрацией Луны (от латинского глагола, означающего «рас- шую или меньшую часть освещенного полушария. Их называ-
качивать»). Подробнее остановимся на разновидностях либ- ют четвертями.
рации. Первая четверть — фаза, наступающая через 2—3 суток
Либрация по долготе вызвана тем, что вращение Луны после новолуния. Луна в первой четверти появляется в мо-
вокруг оси практически равномерное, а обращение вокруг мент захода Солнца и видна на небе как тонкий серпик, выпук-
Земли — неравномерное. Из-за этого с Земли можно наблю- лой стороной обращенный в сторону Солнци В течение при-
дать то западную, то восточную часть обратной стороны. Мак- мерно недели видимый на небе серп Луны увеличивается в
симальное значение либрации по долготе •— 7°45'. размерах, постепенно превращаясь в полукруг, — это вторая
Либрация по широте происходит потому, что плоскость четверть. Постепенно увеличиваясь в размерах, полукруг до-
лунного экватора наклонена к плоскости эклиптики под уг- стигает стадии полнолуния, а затем начинает уменьшаться
лом Г5', а угол между лунной орбитой и эклиптикой добавля- вновь до полукруга и узкого серпа, выпуклой стороной вновь
ет еще 5'. В результате сложения углов лунный экватор на- обращенного в сторону Солнца. Это последняя четверть. Весь
клонен к лунной орбите под углом, близким к 6,5°. Пиэтому цикл занимает промежуток, который называет :я синодическим
при обращении вокруг Земли Луна слегка «поворачивается» месяцем. Он равен промежутку времени ме:«ду двумя после-
к наблюдателю то южным, то северным полюсом, и можно довательными одинаковыми фазами.
частично видеть околополярные зоны обратного полушария. Внешний край видимого диска называг-ся лимбом. Гра-
Значение либрации по долготе достигает 6°4Г. ница между освещенным и неосвещенным участком лунной
Точки пересечения плоскости экватора Луны, эклипти- поверхности называется терминатором. Терминатор во время
ки и лунной орбиты всегда лежат на одной прямой (закон первой и последней четверти имеет форму почти прямой, он
Кассини). перемещается по поверхности Луны во время смены лунных
фаз. Из-за сложности лунного рельефа терминатор неровный,
что хорошо видно в телескоп. Рядом с термкнатором на нео-
свещенной части лунного диска видны яркие точки — верши-
ФОРМА ЛУНЫ
ны гор, освещенные Солнцем.
Форма Луны (эллиптический селеноид) приближается Во время фаз, при которых Луна выглядит узким серпом,
к шару. Лунный радиус составляет 1737,53 км, что равно в хорошую погоду можно невооруженным глазом увидеть све-
0,2724 экваториального радиуса Земли. Площадь поверхно- чение ночной части лунного диска. Это явление называют пе-
сти Луны составляет 3,8-Ю7 км2, а объем 2,2-Ю25 см3. Масса пельным светом Луны. Пепельный свет — результат того, что
Луны равна 0,0123 земной массы, что составляет 7,35-Ю25 г. Земля достаточно ярко освещает ночную сторону Луны.
Средняя плотность Луны равна 3,34 г/см3, или 0,61 средней Кульминация Луны (прохождение через небесный мери-
плотности Земли. диан) в разных фазах приходится на разнос время. В полно-
Форму Луны позволили уточнить исследования либра- луние Луна кульминирует в полночь по местному времени, и
ции. Длительное изучение этого эффекта помогло оценить первой четверти примерно в 18 часов, а в последней — при-
размеры главных полуосей селеноида. Экваториальная ось, мерно в 6 часов.
направленная в сторону Земли, больше полярной оси на 700 м, Синодический месяц больше сидерического, так как Земля
а экваториальная ось, перпендикулярная направлению к Зем- за это время проходит примерно 1/13 своей орбиты, и Луна,
Луна 211

чтобы вновь пройти между Землей и Солнцем, должна пройти разной степени освещенности. На снимках этого атласа разли-
дополнительно еще 1/13 часть своей орбиты, на что тратится чимы детали размером до 800 м.
немногим более 2 суток. Если в новолуние Луна находится В 1959 г. впервые была сфотографирована обратная сто-
рядом с одним из узлов лунной орбиты, наблюдается солнеч- рона Луны (СССР), а в 1960 г. АН СССР издала первый «Ат,-
ное затмение. Если же вблизи узла орбиты Луна находится в лас обратной стороны Луны». В нем содержится описание
полнолуние, с Земли наблюдается лунное затмение. около 500 объектов.
На современных картах Луны изображение прямое, то
есть северный полюс расположен в верхней части карты,
южный — в нижней. Полушарие Луны, обращенное к По-
СЕЛЕНОГРАФИЯ
лярной звезде, называется северным, противоположное —
южным. Селенографические координаты включают широ-
Альбедо Луны равно 0,073, то есть она отражает в сред-
ту и долготу. Селенографическая широта — это угол между
нем лишь 7,3% световых лучей Солнца, поэтому наблюдаемая
радиусом, проведенным из центра Луны в данную точку
поверхность нашего спутника довольно темная. В полнолу-
поверхности, и плоскостью лунного экватора. Селеногра-
ние Луна имеет звездную величину на среднем расстоянии —
фическая долгота — угол, проведенный между плоскостью
12,7. В этой фазе она освещает Землю в 465 000 раз слабее,
начального меридиана и плоскостью меридиана данной точ-
чем Солнце. Количество посылаемого Луной света изменяет-
ки лунной поверхности. Начальный меридиан проходит на
ся со сменой фаз, но не прямо пропорционально, а с коэффи-
Луне близ кратера Местин.
циентом, так что когда Луна находится в четверти и мы видим
половину ее диска светлой, она посылает нам не 50%, а лишь
8% света от полной Луны.
Древние астрономы и философы уже знали, что лунное РЕЛЬЕФ ЛУНЫ
освещение является всего лишь отражением солнечного све-
Рельеф лунной поверхности изучается около 400 лет. За
та. Высказывались предположения о том, что Луна подобна
это время сложилась специфическая терминология, которая
Земле, населена животными и людьми. Аристотель считал по-
может ввести в заблуждение, так как по традиции лунные об-
верхность Луны зеркальной, чем объяснял видимые темные
разования наименовывались по аналогии с земными, хотя за-
пятна: это всего лишь отражения земных морей и материков.
частую они не имеют ничего общего ни в строении, ни в проис-
С появлением первых европейских телескопических наблю-
хождении.
дений, проводившихся Галилеем, начинают отсчет научной
Наиболее близкими к земным формами на Луне считают-
селенографии. В августе 1609 года Галилей впервые наблю-
ся горные хребты и горные цепи. Они включают как хорошо
дал лунные горы. Он писал в «Звездном вестнике»: «Мы при-
сохранившиеся, так и частично разрушенные объекты, или
шли к заключению, что поверхность Луны не гладкая, и не
объекты со сглаженными формами. Этозия лунного рельефа
ровная, и не в совершенстве сферическая, как полагал в отно-
происходит из-за воздействия комплекса разных причин. Лун-
шении ее целый легион философов, а, напротив, неровная,
ные породы трескаются и измельчаются под воздействием пе-
шероховатая, испещренная углублениями и возвышенностя-
репада температур. (Суточный перепад температур составля-
ми». С Галилея ведется традиция называть темные участки
ет 270° — от +120 до -150°). Корпускулярное и коротковол-
поверхности Луны морями и океанами.
новое излучение Солнца также разрушительно воздействует
В 1619 году П. Шейнер опубликовал лунную карту.
на поверхность Луны. Кроме того, считается доказанным, что
Ее диаметр был около 10 см. В 1647 году Я. Гевелий издал
в формировании лунного рельефа принимал участие вулка-
книгу «Селенография, или описание Луны». В те времена
низм, который в прошлом обладал огромной мощью и сопро-
телескопы были весьма громоздкими и несовершенными,
вождался извержением аулканов, излиянием лавы и различ-
очень длиннофокусными, чтобы уменьшить хроматическую
ными тектоническими процессами.
аберрацию. Поэтому лунные карты страдали серьезными не-
Характерная черта лунного рельефа — большое количе-
точностями.
ство кольцеобразных гор. В настоящее время они называются
В 1651 году Д. Риччоли составил карту Луны, где более
лунными кратерами, однако в старых печатных изданиях встре-
двухсот деталей получили собственные наименования. Геве-
чается и другая классификация. Так, кольцевой горный хре
лий назвал некоторые лунные горные цепи именами земных —
бет, ограничивающий гладкую долину, называется цирком; уг-
Апеннины, Альпы, Кавказ, Карпаты. Риччоли продолжил тра-
лубления диаметром в несколько километров с более плоским
дицию. Для «морей» и «океанов» он выбирал имена, не свя-
дном носят название пор или кратерочков.
занные с земными, но очень романтичные: Океан Бурь, Море
Для некоторых районов Луны характерны цепи крате-
Дождей, Озеро Сновидений, Залив Радуги, Болото Туманов.
ров длиной порядка сотен километров.
Кратеры получили имена Галилея, Архимеда, Платона, а также
Кроме гор к положительным (выпуклым) формам лун-
церковных деятелей, почему-либо почитаемых Риччоли.
ного рельефа относятся пики (достаточно изолированные вер-
Подробная для своего времени карта Луны была опуб-
шины на равнинном дне лунных морей) и валы — пологие
ликована в 1830-1837 гг. Бером и Медлером. На ней было
возвышения высотой порядка 1—2 км.
отмечено 7735 деталей. В 1878 г. Ю. Шмидт опубликовал еще
К отрицательным (вогнутым) формам лунного рельефа
более подробную карту, которая многие десятилетия счита-
относятся трещины, борозды и долины. Трещины — как пра-
лась лучшей. На ней отмечено 32 856 деталей.
вило, крупные образования протяженностью от десятков до
Следующим этапом в картографии лунной поверхности
сотен километров и глубиной и шириной от десятков до сотен
стал первый фотоатлас, изданный в 1897 г. Парижской обсер-
метров. Борозды сходны с трещинами, но склоны у них менее
ваторией. В 1904 г. фотоатлас был издан в США. До конца
крутые, а дно более плоское. Долины характеризуются наи-
XX века самым популярным был фотоатлас Койпера (США,
большей шириной и плоскостью дна.
1960 г.), содержащий 280 карт 44 участков Луны, снятых в
8*
212 Астрономия

зеккер, шведский ученый X. Альфвен и американский ученый
Современный облик Луны формировался в течение мил-
Г. Юри независимо друг от друга предложил: теорию, по ко-
лиардов лет, причем эволюция лунной поверхности продол-
торой Луна изначально не являлась спутник' чл Земли, а была
жается в настоящее время. Принята следующая периодизация
самостоятельно движущейся малой планетой. При критичес-
эволюции лунной поверхности (по Хабакову):
ком прохождении вблизи зоны гравитационного воздействия
1. Первоначальный период. Луна покрыта первобытной
Земли Луна изменила траекторию движения и превратилась в
корой с бугристой или гребнистой поверхностью. Кольцевые
элемент системы из двух небесных тел. Но вероятность по-
горы отсутствуют.
добного явления столь невелика, что это противоречит боль-
2. Древнейший период. Активное кратерообразование за
шой частоте наличия спутников у планет. Астрономы давно
счет внутренних процессов.
установили путем наблюдений, что спутник! — не редкое ис-
3. Древний (алтайский) период. Опускание обширных
ключение, а, скорее, правило.
участков лунной коры и лавоизвержение, формирование древ-
Наиболее доказанной считается гипоте:!;!, предложенная
нейших мерей, в настоящее время исчезнувших. Назван по
О. IO. Шмидтом и его последователями в с< редине XX века.
имени Алтайского хребта, который, возможно, является бере-
Она предполагает образование всех планет Солнечной систе-
гом древнего моря.
мы из единого газопылевого облака, в котором благодаря на-
4. Средний (птолемеевский) период. Интенсивное кра-
личию неоднородного распределения веще!! ва образовыва-
терообразование и исчезновение древних морей. Назван по
лись конгломераты, нечто вроде зародышей будущих планет
имени кратера Птолемей, очевидно, возникшего в ту эпоху и
— планетезимали. Меньшая плотность, которую имеет Луна
являющегося одной из немногих сохранившихся с тех пор
по сравнению с Землей, требовала объяснен ia: почему веще-
древнейших кольцевых гор.
ство протопланетного облака разделилось i концентрацией
5. Новый (океанский) период. Произошли новые круп-
тяжелых элементов в Земле. Возникло пре,(положение, что
номасштабные опускания лунной коры. Большинство имею-
первой начала формироваться Земля, окр> хенная мощной
щихся на тот момент кратеров затапливается лавой. Форми-
атмосферой, обогащенной относительно летучими силиката-
руется современный пояс лунных морей с известными нам
ми; при последующем охлаждении вещество ;>той атмосферы
очертаниями.
сконденсировалось в кольцо планетезималей, из которых и
6. Новейший (коперниковский) период. Появление но-
образовалась Луна. В пользу этой гипотезы говорит тот факт,
вых кратеров на поверхности лунных морей. Назван по имени
что у многих планет Солнечной системы имеются не только
кратера Коперник, характерного для данного периода, с от-
спутники, но и кольца, состоящие из более и; и менее мелких
лично сохранившимся резким рельефом.
частиц вещества. Установлено, что такие кольца есть не толь-
ко у Сатурна, но и у Урана, Меркурия, Плутона, хотя и более
разреженные и не такие эффектные, как у Сатурна. В целом
ОБРАЗОВАНИЕ ЛУНЫ
гипотеза холодного образования вписывается в общую тео-
рию об образовании Солнечной системы примерно в одно вре-
Происхождение Луны естественным путем интересовало
мя из единой массы, но и сейчас пет точных фактов, позволя-
астрономов еще со времен Галилея, впервые рассмотревшего
ющих окончательно подтвердить или опровергнуть ее.
рельеф лунной поверхности. Высказывалось много предпо-
ложений о том, как образовался спутник Земли. Наиболее ши-
роко разрабатывались гипотеза первоначального разделения,
гипотеза захвата и гипотеза одновременного формирования ЛУННЫЙ ГРУНТ
Лупы и Земли. Первая теория принадлежит астроному и мате-
матику Дж. Дарвину, который предположил, что первоначально Исследования, проведенные с помощью спускаемых кос-
обе планеты представляли собой единую раскаленную массу. мических аппаратов, показали, что поверхность Луны покрыта
В целом гипотеза Дарвина находилась в струе конкурирую- так называемым реголитом. Он представляет собой обло-
щих теорий о холодном и горячем формировании планет Сол- мочно-пылевой слой толщиной от нескольких метров до
нечной- системы. Согласно первой, они представляли собой нескольких десятков метров, состоящий из частиц разных
первоначально холодное газопылевое облако, разогревающе- размеров. Реголит образовался путем дробления, перемеши-
еся с результате сжатия и выделения большого количества вания и спекания лунных пород при падениях метеоритов и
энергии, согласно второй — изначально находились в разогре- микрометеоритов. Анализы показали, что реголит насыщен
том состоянии, но постепенно остывали, сохраняя лишь горя- нейтральными газами в результате воздействия солнечного
чее ядро. Дарвин склонялся ко второму варианту. По его ветра.
мнению, по мере остывания и ускорения вращения, единая Состав лунных пород отличается от наиболее древних
раскаленная масса разделилась на две неравные части, из боль- метеоритов. Не сходен он и с пиролитом (npc.i полагаемое пер-
шей образовалась Земля, из меньшей — Луна, причем после- вичное вещество мантии Земли). Образцы пород, взятые с
днюю образовали отделявшиеся наружные слои первоначаль- возвышенных областей, имеют возраст 4 млрд лет и более.
ной массы. Это объясняло разницу в плотности Луны и Земли, Образцы, взятые из морей, несколько моложе - 3,1—3,95 млрд
так как внешние слои должны были состоять из более легких лет. И те и другие образцы имеют вулканическое происхожде-
веществ. Однако сторонникам этой теории не удалось убеди- ние, однако часто они были очень раздробленными в резуль-
тельно показать механизм подобного процесса. После того, как тате ударов метеоритов.
были подучены образцы лунного вещества, оказалось, что раз-
По происхождению древнейшие лунные образцы сход-
личия в химическом составе противоречат гипотезе первона-
ны с земными вулканическими породами и, очевидно,- крис-
чального разделения.
таллизовались из расплава. Средний состав коры возвышен-
ных областей содержит очень большое количество окиси алю-
Гипотеза захвата долгое время была популярной как среди
миния (до 25%).
ученых, так и и кругах любителей. Немецкий ученый К. Вейц-
Исследования Венеры космическими аппаратами 213

По сейсмическим данным, лунная кора имеет толщину по- ранения сейсмических волн. По распределению зон скоростей
рядки 50 км. Скорее всего, существовал первичный слой маг- получен следующий профиль структуры Луны.
мы, из которого «выплавилась» современная кора, подстилаю- Наружный слой — кора — имеет неоднородную толщину,
щая мантия и нижняя мантия, состоящая из пиролита. Верхняя в среднем составляющую около 50 км. Несколько сотен мет-
мантия по современным представлениям должна состоять из ров тянется слой коры, сформированный реголитом, а ниже
оливина, а нижняя (первичная) из оливина и пироксена. расположен слой, образовавшийся в результате частичного
плавления мантии.
Моря являются более молодыми образованиями и пред-
Следующий слой — это верхняя мантия Луны. Она прости-
ставляют собой базальтовые равнины. Они содержат около
рается от основания коры вглубь приблизительно на 500 км.
1% массы коры. Моря богаты окисью железа, некоторые —
Средняя мантия — слой, расположенный на глубине от
окисью титана.
500 до 1000 км. Это область наиболее древних слоев Луны, не
В составе лунных пород содержится близкое к земному
подвергавшихся расплавлению. По скоростям сейсмических
количество магния, алюминия, кальция, кремния. Калий, на-
воли средняя мантия должна состоять из оливинов, включаю-
трий и хлор составляют значительно меньшую часть по срав-
щих до 85% форстерита, и небольшого количества пироксенов.
нению с Землей. Железа на Луне содержится около 10%.
Нижняя мантия расположена на глубинах свыше 1000 км.
Наблюдения распространения сейсмических волн позволяют
предположить, что еще глубже расположена область, анало-
ВНУТРЕННЕЕ СТРОЕНИЕ ЛУНЫ
гичная земной астеносфере (переход от мантии к ядру). Неко-
торые данные говорят о тем, что Луна может иметь железное
Строение Луны моделируется исходя из данных лунной
ядро радиусом до 360 км.
сейсмологии и учитывает скорость прохождения и распрост-




ИССЛЕДОВАНИЯ ВЕНЕРЫ КОСМИЧЕСКИМИ АППАРАТАМИ

вмещать: АМС совершает облет космического тела или выво-
Наша планета окружена со всех сторон таинственным и
дится на орбиту его искусственного спутника, от нее отделя-
необъятным миром небесных тел. Невооруженным глазом мож-
ется отсек или спускаемый аппарат, который совершает по-
но наблюдать только некоторые из них — Солнце, Луну, 5
садку на планету. По такой смешанной схеме уже проводи-
планет и самые яркие звезды. С развитием внеатмосферной
лись исследования (Венера, Марс).
астрономии стало возможным не только изучение форм даль-
Поскольку АМС приходится передавать важную инфор-
них космических тел по снимкам, полученным с орбитальных
мацию на Землю с огромных расстояний, они снабжаются сол-
лабораторий, но и детальное изучение проб грунта с интересу-
нечными батареями или радиоизотопными источниками элек-
ющих астрономов космических объектов, доставленных с ав-
троэнергии, двигательными установками для коррекции тра-
томатических межпланетных станций (АМС).
ектории на межпланетных участках полета, перехода на орби-
АМС — разведчики Вселенной, беспилотные космичес-
ту вокруг планеты и маневрирования в околопланетном про-
кие летательные аппараты, предназначенные для полета к дру-
странстве, а также крупными параболическими антеннами, ди-
гим небесным телам с целью изучения Солнечной системы.
аметр которых достигает 2—3 м. Масса АМС, в зависимости
Автоматические межпланетные станции позволяют проник-
от оснащенности, варьируется от десятков килограммов до
нуть в сокровенные уголки космоса, не задействуя при этом
тысяч.
непосредственно физическую единицу, то есть человек вкла-
дывает в летательный, полностью компьютеризированный ап- АМС оснащаются разнообразной аппаратурой для ис-
парат программу действий, а сам при этом остается на Земле. следования самой планеты и ее атмосферы. Состав научной
Кроме того, многие области Солнечной системы имеют суро- аппаратуры определяется задачами, которые поставлены пе-
вые атмосферные условия, непереносимые человеческим орга- ред полетом. Если полет к какой-либо планете совершается
низмом, некоторые из них расположены от нашей планеты так впервые, то измерения стремятся провести по обширной про-
далеко, что не хватит одной человеческой жизни, чтобы дос- грамме, основой для которой являются сведения, полученные
тигнуть их поверхности. посредством астрономических наблюдений. При последующих
полетах ставятся более узкие и конкретные задачи.
АМС запускаются многоступенчатыми ракетами-носите-
Венера — вторая по расположению от Солнца (108 млн.
лями, которые, как правило, сначала выводят их на промежу-
км) и ближайшая к Земле планета Солнечной системы. Венера
точные околоземные орбиты, а затем сообщают им вторую кос-
видна на небе после захода солнца (вечерняя звезда) или не-
мическую скорость и выводят их на межпланетные орбиты.
задолго до его восхода (утренняя звезда). Венера — самое
Исследования с помощью АМС осуществляются по раз-
яркое светило на небе после Солнца и Луны.
личным схемам:
Эта планета известна людям с глубокой древности. Уже
— пролетный (облетный) вариант — при пролете АМС
в 1610 г. Галилей с помощью телескопических наблюдений
на близком расстоянии от небесного тела, причем измерения
изучал смену фаз у Венеры, т. с. изменение ее видимой формы
проводятся на участке максимального сближения;
от диска до узкого серпа. А о том, что у Венеры имеется ат-
— вариант спутника планеты; вариант посадки на небес-
мосфера, стало известно в 1761 г., открытие принадлежало
ное тело. Два последних варианта сегодня предпочитают со-
214 Астрономия

исследований было установлено, что углекисгый газ являет-
М. В. Ломоносову, наблюдавшему прохождение планеты по
ся основным компонентом атмосферы, определен ряд других
диску Солнца.
компонентов, была измерена водородная корена Венеры, по-
Исследования Венеры представляли собой определен-
лучено подтверждение о высоких давлении и температуре в
ные трудности, так как ее атмосфера оказалась очень плот-
атмосфере планеты. Интересно и то, что чере i день после по-
ной и мощной, состоящей на 95% из углекислого газа, оку-
садки «Венеры-4» на расстоянии 4 тыс. км ст поверхности
танной к тому же облачным слоем, состоящим из капель
планеты пролетел американский «Маринер-2», задачей кото-
серной кислоты и вращающемся гораздо быстрее, чем сама
рого было измерение водородной короны и ис:ледование про-
планета. В состав атмосферы входит также около 3% азота
хождения радиосигнала через атмосферу и ж иосферу. Путем
и небольшое количество инертных газов, кислорода, окиси
измерений обоими космическими аппаратами было установ-
углерода, хлороводорода и фтороводорода, содержится
лено существование менее плотной, чем земшя, водородной
около 0,1% водяного пара. Углекислый и водяной пары
короны у Венеры. Для верхних областей атм с сферы Венеры
создают в атмосфере Венеры парниковый эффект, вызван-
оказался характерен ряд особенностей, определяемых фото-
ный, в свою очередь, сильным поглощением этими газами
химией СО, с возможным участием в комплекс э реакций воды
теплового излучения. Температура у поверхности планеты
и галогенов, в условиях атомных И молекулярных взаимодей-
достигает 747 К, давление 90 атм. В атмосферном слое бу-
ствий и взаимодействия с солнечным ветром
шуют штормы с большой скоростью ветра. Мощные мол-
нии, превосходящие по силе земные, пронизывают плотную С 1969 г. в атмосферу Венеры был запущен еще ряд
атмосферу планеты. Высокая грозовая активность предпо- космических станций серии «Венера». Советские ученые сде-
ложительно объясняется наличием действующих вулканов лали более прочными корпусы спускаемых аппаратов, что
на поверхности Венеры. Интересно, что Венера вращается позволило аппарату сначала опуститься на уровень 19 км от
в обратную сторону по сравнению с Землей и другими пла- поверхности планеты, а затем и приземлиться на саму поверх-
нетами с наклоном оси вращения к плоскости орбиты почти ность, где он пробыл в течение 53 минут. Условия оказались
90°. Из-за такого необычного сочетания направлений и пе- необыкновенно суровыми: давление достигала 90 атмосфер,
риодов вращения и обращения вокруг Солнца смена дня и температура до 500° С, облачный покров, окутывающий пла-
ночи на Венере происходит за 117 суток, поэтому половина нету, оказался перенасыщенным углекислым газом.
суток на Венере составляет 58,5 земных суток. Первые сведе-
В 1972 г. была создана автоматическая межпланетная
ния о поверхности планеты были получены с Земли в 30-х
станция «Венера-8» нового поколения. Перец АМС стояла
годах XX в. с помощью новейшего изобретения — радиоте-
задача провести новый и более широкий круг исследований
лескопов.
атмосферы и поверхности Венеры. Кроме измерений атмос-
ферного давления, плотности и температуры были измерены
В начале XX в. радиотелескопические наблюдения, инф-
освещенность и вертикальная структура аэрозольной среды, в
ракрасные и ультрафиолетовые методы исследования Венеры
том числе и облачного слоя, определены сюгзости ветра на
не давали полной картины рельефа планеты, а также информа-
различных высотах в атмосфере по доплер> некому сдвигу
ции о ее природе. Предположительно, на поверхности Венеры
частоты радиопередатчика, проведена гамма-спектроскопия
преобладали бури, адская жара и ядовитые облака, но эти ги-
поверхностных пород. Фотометрические измерения показа-
потезы не были точными. Но с началом новой эры в астроно-
ли, что облачный слой простирается до вые jr около 40 км,
мии — изобретением космических аппаратов -г стал поступать
были оценены его оптическая толщина и прозрачность. Осве-
огромной объем информации о природе Венеры. Запуск пер-
щенность на поверхности дневной стороны Вмгеры оказалась
вых искусственных спутников Земли, а затем посылка первых
достаточной для съемки изображения места посадки. Впер-
АМС к Луне позволили изучить Венеру с более близких рас-
вые получен высотный профиль скорости Beifa, который ха-
стояний.
рактеризуется возрастанием скорости от 0,5 М'С у поверхнос-
12 февраля 1961 г. советскими учеными была запущена
ти до 100 м/с у верхней границы облаков. По содержанию
первая автоматическая станция «Венера-1», которая через три
естественных радиоактивных элементов (уран, торий, калий)
месяца прошла на расстоянии около 100 тыс. км от Венеры и
поверхностные породы на Венере занимают промежуточное
вышла на орбиту спутника Солнца. Радиосвязь с этой станци-
положение между базальтами и гранитами.
ей прекратилась из-за выхода из строя бортовой аппаратуры
на расстоянии от Земли более 3 млн км. В декабре 1962 г. В феврале 1974 года на расстоянии 6 тыс км от Венеры
американская сторона послала в космос зонд «Маринер-2», прошел американский пролетный зонд «Маринер-10», осна-
который прошел от Венеры на расстоянии 35 тыс. км. Уста- щенный телевизионной камерой, ультрафиолетовым спектро-
новленная на его борту аппаратура (радиометр, магнитометр и метром и инфракрасным радиометром. Полученные телевизи-
т. п.) показала, что магнитное поле планеты невелико: магнит- онные изображения облачного слоя использо зались для ис-
ный момент Венеры не превышает 5—10% магнитного поля следования динамики атмосферы. С помощые ультрафиоле-
Земли. Также выяснилось, что радиоизлучение формируется тового спектрометра было измерено количество гелия в ат-
в нижней части атмосферы Венеры, а не в ионосфере, как счи- мосфере.
талось раньше. 1975 год стал новым этапом в научных космических ис-
следованиях. Впервые станции нового поколения «Венера-9»
Начиная с 1965 г. на Венеру была послана целая серия
и «Венера-10» стали искусственными спутник;.ми Венеры, на
«Венер», которые «по шагу» приближались к поверхности
которые со спускаемых аппаратов передавала; ь, а затем рет-
планеты, и в 1967 г. «Венера-4» осуществила спуск аппарата,
ранслировалась на Землю информация. Впервые с планеты
который отделился перед входом автоматической станции в
были переданы панорамные телевизионные изображения, из-
атмосферу. Впервые в истории человечества был проведен
мерены плотность, давление, температура атмосферы, количе-
сеанс радиосвязи, продолжавшийся 93 минуты. Был сделан
ство водяного пара, проведены нефелометрические измере-
химический анализ состава атмосферы, на разных уровнях
ния частиц облаков, измерения освещенности в различных
измерены ее плотность, давление и температура. В результате
Исследования Венеры космическими аппаратами 215

участках спектра. Для измерений характеристик грунта поми- ры возникают электрические поля с напряженностью в сотни
мо гамма-спектрометра использовался радиационный плотно- кВ/м. Возможно, что образованию высокой грозовой актив-
мер. Искусственные спутники позволили получить телевизи- ности способствуют действующие на поверхности Венеры вул-
онные изображения облачного слоя, изучить распределение каны.
температуры по верхней границе облаков, спектры ночного Одновременно с советскими АМС проходила работа аме-
свечения планеты, провести исследования водородной коро- риканского проекта «Пионер-Венера», который включал в себя
ны, многократное радиопросвечивание атмосферы и ионосфе- спутник и четыре атмосферных зонда. На поверхность Вене-
ры, измерение магнитных полей и околопланетной плазмы. ры в четырех различных точках совершили посадку один боль-
шой и три малых зонда (большой и один малый на дневную
Большое интерес вызвали грозы и молнии, происходящие в
сторону, 2 других малых — на ночную поверхность). Задачей
слое облачности. Данные оптических измерений показали, что
эксперимента было исследование структуры, химического со-
энергетические характеристики венерианских молний в 25 раз
става, оптических свойств и теплового режима атмосферы,
превосходят параметры земных молний.
свойств облаков. Были также проведены измерения нейтраль-
Поверхность Веиеры оказалась подобной горячей сухой
ного и ионного состава верхней атмосферы, плазменные и маг-
каменистой пустыне, с выходящими наружу коренными поро-
нитные измерения, исследован рельеф значительной части пла-
дами, которые, вероятнее всего, стали результатом смещений
неты.
в коре, что послужило подтверждением тектонической актив-
ности на планете. В 1982 г. с помощью АМС «Венера-13» и «Венера-14»
В 1978 г. с помощью АМС «Венера-11» и «Венера-12» были впервые получены цветные панорамы поверхности пла-
неты. Спускаемые аппараты провели бурение грунта (при тем-
исследовали химический состав нижней атмосферы планеты
5
пературе 4700° С и давлении у поверхности 93,5-10 Па). Рас-
методами масс-спектрометрии, газовой хроматографии, опти-
каленный грунт, добытый буровой установкой, транспорти-
ческой и рентгеновской спектроскопии. Были измерены ко-
ровался по сложной, системе трубопроводов внутрь прочного
личества азота, окиси углерода, двуокиси серы, водяного пара,
корпуса спускаемого аппарата, где был проведен его химичес-
серы, аргона, неона и определены изотопные отношения арго-
кий анализ. Анализ позволил определить содержание в грунте
на, неона, кислорода, углерода, обнаружены хлор и сера в час-
окислов магния, алюминия, кремния, железа, калия, кальция,
тицах облаков, получены детальные данные по поглощению
титана и магния. Впервые измерялись электропроводность и
солнечного излучения на различных высотах в атмосфере,
механическая прочность грунта, а также был выполнен про-
необходимые для изучения теплового режима. Были зарегис-
стейший сейсмический эксперимент. В программу атмосфер-
трированы импульсы электромагнитного излучения, указы-
ных измерений входило измерение содержания инертных га-
вающие на существование электрических зарядов в атмосфе-
зов — аргона, неона, криптона, ксенона — и большинства их
ре наподобие земных молний. В составе верхней атмосферы
изотопов, которое позволило бы понять процесс формирова-
были обнаружены углекислый газ (96% по объему), азот (4%),
ния атмосферы Венеры.
окись углерода, двуокись серы, кислорода практически не ока-
залось, содержание водяного пара колебалось от 0,1—0,4% под В 1983 г. с помощью АМС «Венера-15» и «Венера-16»
облачными слоями до 15—30% выше них. Наземными спект- были впервые получены радиолокационные изображения се-
верной приполярной области Венеры. На изображениях хо-
роскопическими исследованиями найдены также молекулы
рошо видны кратеры, гряды, возвышенности, крупные разло-
НС1. Температура атмосферы у поверхности планеты (на уров-
мы, горные хребты.
не, соответствующем радиусу 6052 км) составила 735 К, дав-
ление 9 МПа, плотность газа оказалась в GO раз больше, чем в В 1984 г. с интервалом в 6 суток в СССР были запущены
идентичные АМС «Вега-1» и «Вега-2», оборудованные спус-
земной атмосфере.
каемыми аппаратами. Целью запуска явилось изучение кометы
Атмосфера Веиеры до 50 км от поверхности сохраняется
Галлея пролетными аппаратами с расстояния около 10 тыс. км.
близкой к адиабатической, а выше 50 км температурный гра-
В 1985 г. впервые в атмосфере Венеры аэростатные зонды
диент уменьшается почти вдвое. Суточные колебания темпе-
(диаметром 3,4 м) наполнили гелием оболочки. Программа
ратуры у поверхности 1 К, а на высоте 50—80 км достигают
АМС серии «Вега» позволила впервые осуществить уникаль-
15-20 К.
ный эксперимент по прямому измерению скорости ветра в вер-
Температура верхней границы облачного слоя в припо-
хней части венерианского облачного покрова.
лярной зоне на 5—10 К выше, чем у .экватора, что, видимо,
Что же удалось узнать о таинственной планете, всегда
связано с изменением высоты расположения облаков, При-
скрытой желто-сернистыми облаками? Выяснилось, что Ве-
сутствует также парниковый эффект: значительная часть сол-
нера моложе Земли, поэтому она является наглядным приме-
нечного излучения (3—4%) достигает поверхности и нагрева-
ром развития нашей планеты. Процессы, проходящие в не-
ет ее, а сильная непрозрачность для собственного инфракрас-
драх Венеры, когда-то проходили и на Земле. Очевидно, мы
ного излучения плотной углекислой атмосферы с примесью
узнали и то, что на самой близкой к нам планете слишком
водяного пара препятствует остыванию поверхности.
суровые атмосферные условия, поэтому она не приспособле-
На Венере наблюдается высокая грозовая активность.
на для жизни на ней не только человека, но даже микроорга -
Интенсивность электрических разрядов оказалась во много
низмов.
раз выше, чем на Земле. Очевидно, вблизи поверхности Вене-
216 Астрономия

САТУРН
Непосредственные наблюдения, проведенные космичес- даже такая низкая температура не может быть получена толь-
кими летательными аппаратах»! серии «Вояджер», дали более ко за счет солнечной энергии. Расчеты показал л, что для того,
точные значения для размеров планеты и некоторых других чтобы нагреть Сатурн до типичных ему температур, в глубин-
характеристик Сатурна и его спутников. Так, установлены сле- ных слоях планеты должен быть собственный источник тепла.
дующие значения экваториального радиуса: До проведения прямого химического андлиза предпола-
Сатурн - 60 330 км; галось, что атмосфера Сатурна, подобно атмосфере Юпитера,
Мимас — 196 км; будет состоять в основном из водорода. Анау кзы подтверди-
Энцелад — 250 км; ли, что водорода там почти 90%, а второе мест; по количеству
Тефия — 530 км; занимает гелий — 11%. Облачная структура вызвана присут-
Диона -560 км; ствием в небольших количествах других комеонентов, кото-
Рея - 765 км; рые конденсируются, образуя слои конденсации так же, как и
Титан — 2575 км; в атмосфере Юпитера, но расслоение начинается на большей
Япет - 730 км; глубине.
Феба — 110 км. Количество гелия в атмосфере Сатурна меньше, чем у
(Для Сатурна, Урана, Юпитера и Нептуна экваториаль- Юпитера. Если бы соотношение водорода к ге |що было почти
ный радиус устанавливается как таковой при давлении 1 бар, таким же, как солнечное (как у Юпитера, где оно близко к
для спутников — как средний радиус поверхности). Эквато- солнечному), это говорило бы о том, что разд< ления водорода
риальный радиус Сатурна на 10% больше полярного. и гелия в атмосфере не происходило. Однакс обработка дан-
Размер большой полуоси орбиты Сатурна составляет ных, полученных «Вояджерами», показала, чти атмосфера Са-
1,427 млрд. км. турна относительно бедна гелием. Это объясняется гравита-
Масса Сатурна почти в 100 раз больше массы Земли — ционным разделением, так как гелий, более тяжелый элемент,
она составляет 95,147 земной. Проведены замеры, позволив- оседает в глубинные слои. Этот процесс протекает с выделе-
шие уточнить период обращения Сатурна вокруг Солнца — он нием энергии, которая вносит свой вклад в температурный
равен 10 759 земным суткам — и период обращения планеты режим Сатурна.
вокруг оси, который составляет 10 часов 39,4 минуты, или Количество метана в атмосфере Сатурна почти такое же,
0,44403 земных суток. Из-за быстрого вращения сжатие Са- как в атмосфере Юпитера, а отношение углерод /водород вдвое
турна значительно больше, чем у Земли. выше солнечного.
Количество азота в общем соответствует солнечному от-
ношению, хотя его распределение по атмосф^эным изобари-
ческим слоям еще точно не определено.
АТМОСФЕРА САТУРНА
Водяной пар не был обнаружен в верхних слоях атмос-
феры планеты. Различные теоретические модели предполага-
До того, как были получены снимки атмосферы Сатур-
па, сделанные космическими летательными аппаратами серии ют некоторое количество пара в глубинных сгоях.
«Вояджер», на основании наблюдений в телескоп считали, Установлено соотношение дейтерия и во/.орода в атмос-
что в атмосфере этого гиганта мало деталей, причем они сла- фере Сатурна. Оно аналогично юпитерианскол.у. Это еще раз
бо контрастируют с окружающим фоном — сравнительно с подтверждает теорию, устанавливающую общий состав для
Юпитером, в атмосфере которого давно наблюдаются контра- первичного солнечного вещества и вещества, i з которого об-
стные элементы и образования в виде линий, полос, пятен, разовались планеты-гиганты.
узлов, что позволило сделать предположения о высокой ак- В небольших количествах (аналогично Юпитеру) в не-
тивности атмосферы Юпитера и мощности протекающих там равновесных конденсациях присутствует фоофин — фосфо-
процессов. Однако астрономы не склонны были делать кате- роводородное соединение. Кроме того, в атмо:фере Сатурна
горичные выводы о том, что атмосфера Сатурна «спокойнее», присутствуют аммиак, этан, ацетилен. Метан и атмосфере Са-
чем Юпитера. Огромная разница в удаленности от Земли И турна не конденсируется, а аммиак конденсируется в верхних
слабая освещенность Солнцем не давали возможности рас- слоях, образуя верхние облачные слои.
смотреть даже в мощные телескопы такое количество под-
робностей, которое помогло бы сделать окончательное зак-
лючение о качественных и количественных характеристиках
МАГНИТНОЕ ПОЛЕ
его атмосферы. Сатурн расположен дальше от нас, чем Юпи-
тер, а Солнце освещает его в 3,5 раза слабее. Наблюдения, проведенные с помощью космических ле-
тательных аппаратов, подтвердили, что Сатурн имеет доволь-
Когда были получены снимки облачного покрова Са-
но сильное магнитное поле, по напряженное!и сравнимое с
турна, на них можно было отчетливо видеть результаты ат-
магнитным полем у поверхности Земли. Если представить маг-
мосферной циркуляции: облачные пояса, отдельные вихре-
нитное поле в виде параметров эксцеитрическсго диполя (ди-
вые потоки, образование, аналогичное Большому Красному
поль с полным магнитным моментом М, смещенный от центра
Пятну Юпитера. Удалось установить, что скорости атмосфер-
планеты на расстояние г), то считают полярность диполя отри-
ных потоков па Сатурне достигают на экваторе 1700 км/ч, что
цательной, если силовые линии выходят из южного магнитно-
лревышает аналогичные скорости на Юпитере.
го полюса и возвращаются в планету в северно.'!, и положитель-
Сатурн получает в 90 раз меньше солнечного тепла, чем
ным при обратном направлении силовых линий. У Сатурна пол-
Земля. Температура на Сатурне на уровне верхней границы
ный магнитный момент установлен в размере 4,6-Ю28 Гс -см3.
облачного покрова составляет всего 85 К, или -188°С. Но
Сатурн 217

Полярность магнитного диполя положительная, угол наклона той части радиационных поясов, которая включает кольца Са-
эквивалентного диполя к оси вращения равен 0,8°. турна, концентрация заряженных частиц значительно умень-
Магнитное поле Сатурна немного слабее, чем собствен- шается. Это связано с тем, что при пересечении экватора в
ное магнитное поле Юпитера. Механизм его происхождения радиационных поясах частицы совершают колебательные дви-
не установлен с достаточной достоверностью. У. Хаббард пред- жения примерно в меридиональном направлении. А так как в
лагает возможные модели; скорее всего, по его мнению, поле плоскости экватора находятся кольца, то они поглощают боль-
обусловлено действием механизма динамо в конвективном слое шую часть проходящих сквозь них частиц, что значительно
расплавленного металлического водорода. ослабляет радиоизлучение от внутренней части радиацион-
ных поясов. Поэтому оно было зафиксировано только прибо-
Магнитное поле Сатурна отличается от магнитных по-
рами «Вояджера-1», подошедшего на достаточно близкое рас-
лей других планет Солнечной системы большой симметрией.
стояние к планете.
Это может быть обусловлено небольшим размером области
металлического водорода по сравнению с радиусом планеты.
Необычным является также малый наклон эквивалентного
диполя к оси вращения планеты. (У Земли он равен 11,4, у Юпи- КОЛЬЦА САТУРНА
тера 10, у Меркурия 2,3°). Скорее всего, неосесимметричные ком-
поненты магнитного поля отфильтровываются проводящим сло- Впервые кольца Сатурна наблюдал в телескоп И. Кеп-
ем. Проводящий слой не участвует в действии динамо, он враща- лер. Открытием своим он не поделился ни с собратьями-
ется независимо по отношению к слоям, где генерируется поле. астрономами, ни с читающей публикой. Кеплер оставил за-
Наличие такого конвектизноустойчивого слоя постули- шифрованную запись, которая расшифровывается так: «Вы-
руется исходя из предположения, что магнитное поле Сатурна сочайшую планету тройную наблюдал». Высочайшей, то есть
действительно генерируется действием динамо в конвектив- самой отдаленной планетой, в те времена был именно Са-
ном ядре, состоящем из жидкого металлического водорода. турн. Кеплер побоялся насмешек и потери репутации, но не
мог не оставить запись о своем открытии. Позднее астроно-
Если поле Сатурна по природе аналогично полю Юпитера, то
мы рассмотрели, что Сатурн имеет своеобразные «украше-
оно должно было бы быть неосесимметричным, так как со-
ния»: он окружен кольцами. В телескопы хорошо были вид-
гласно теореме Каулинга конвекция жидкости не может гене-
ны три кольца. До недавнего времени кольца считались осо-
рировать или поддерживать осесимметричаое поле; оно мо-
бенностью, присущей только Сатурну, но в 1974 году раз-
жет быть только случайно возникшей временной конфигура-
реженные кольца открыли у Урана, а в 1979 — у Юпитера.
цией. Возможно, именно такой вид имеет внутреннее поле
Становится понятно, что это не исключительный, а, скорее,
Сатурна. Наблюдаемые же силовые линии имеют большую
типичный случай.
степень осесимметричности. Поэтому логично предположить,
что они проходят через устойчивый проводящий слой, кото- Три кольца, различимые в телескоп с Земли, обознача-
рый вращается с другой скоростью. Если область динамо ок- ются буквами А, В и С. Наиболее ярким является среднее
ружена проводящей оболочкой, вращающейся с другой ско- кольцо — В. Внешнее средней яркости, а внутреннее, кольцо
ростью, то осескмметричные компоненты поля не будут ос- С, называют еще креповым, так как оно имеет наименьшую
циллировать, а неосесимметричные — напротив, осциллируют яркость и выглядит полупрозрачным.. Кольца имеют более
и затухают (скин-эффект). светлый оттенок, чем сама планета.
Модель, предполагающая наличие дифференциально вра- Когда появилась спектральная астрономия, спектрогра-
щающегося проводящего слоя, объясняет наличие осевой сим- фические исследования показали, что кольца Сатурна не яв-
ляются монолитным образованием. Они вращаются вокруг
метрии магнитного поля Сатурна. Но пока нет теории, объяс-
планеты не как целое тело, напротив, каждая точка колец дви-
няющей природу образования такого слоя. Выдвигаются пред-
жется так, как должен двигаться спутник, вращающийся вок-
положения, что этот слой появился в результате дифференци-
руг Сатурна по круговой орбите. Стало ясно, что кольца пред-
ации водорода и гелия или же его происхождение обусловле-
ставляют собой скопление множества твердых тел со средним
но метеорологическими эффектами.
поперечником около дециметра. Каждое из этих тел вращает-
Интересно, что первоначально предполагали, что магнит-
ся вокруг планеты как самостоятельный спутник.
ное поле Сатурна, если таковое имеется, должно быть абсо-
лютно осесимметричным. Это вытекало из того, что невоз- Кольца вращаются в плоскости экватора планеты. Об-
щая ширина в радиальном направлении составляет примерно
можно было определить период вращения Сатурна вокруг оси
250 тыс. км, что почти в 20 раз больше поперечника Земли.
из наблюдений магнитного поля. Поэтому считалось, что поле
При этом они имеют толщину менее 3 км.
инвариантно по отношению к вращению. Даже наблюдения,
Между кольцами Сатурна расположены темные промежут-
проведенные космическим аппаратом «Пионер-11», не позво-
ки, где частиц очень мало. Самое широкое темное деление распо-
лили решить эту проблему. Только наблюдения радиоизлуче-
ложено между кольцами В и А. Оно называется щелью Кассшш
ния плазмы, захваченной силовыми линиями поля Сатурна,
по имени астронома, впервые увидевшего его в 1675 году. С
показали, что оно имеет секторную структуру.
Земли можно наблюдать и другие подобные разделения колец
По типичным образованиям (ударная волна, граница маг-
(около 10), но это возможно при исключительно хороших ат-'
нитосферы (мапштопауза, радиационные пояса) магнитосфе-
мосферных условиях. Природа делений точно не установлена.
ра Сатурна сходна с земной. Внешний радиус магнитосферы
Возможно, причиной их появления является резонансное воз-
Сатурна в подсолнечной точке составляет 23 экваториальных
действие ближайших крупных спутников. Так, щель Кассами
радиуса планеты, а расстояние до ударной волны — 26 радиу-
располагается в такой области, где период обращения каждой
сов. Магнитосфера Сатурна больше земной (если иметь в виду
частицы вокруг Сатурна ровно вдвое меньше, чем у ближайше-
размер относительно радиуса планеты) более чем в два раза.
го крупного спутника — Мимаса. Поэтому гравитационное воз-
Радиационные пояса Сатурна захватывают не только коль-
действие Мимаса выбрасывает частицы из области орбит, нзхс-
цп, по и орбиты некоторых внутренних спутников планеты. В
218 Астрономия

дящейся внутри щели, и их количество там резко уменьшается. ний поперечник частиц кольца А в 10 м, деле \ля Кассини — в
Частицы движутся по более стабильным орбитам. 8 м и кольца С — в 2 м.
Однако резонансная природа других делений не выдер- У частиц колец F и Е было обнаружено сильное рассея-
живает критики. Наблюдения, проведенные «Вояджерами», ние вперед в видимой части спектра. Это означает наличие в
показали, что кольца, каждое в свою очередь, состоят из мно- них значительного количества мелкой пыли, г ричем размеры
жества отдельных колечек с узкими темными промежутками одной пылинки составляют порядка десятитысячных долей
между ними. Это похоже на возникновение вследствие нару- миллиметра.
шения равномерности распределения твердых частиц по плос- В кольце В обнаружили новый структурный элемент —
кости круговых волн плотности. Именно они создают тонкую радиальные образования, состоящие из мелкой пыли. Они рас-
структуру колец. положены над плоскостью кольца и напоминают спицы в ко-
Кроме давно известных колец недавно были открыты лесе. Происхождение «спиц» связывают с силами электроста-
еще четыре: D, E, F и G. Эти кольца очень разреженные, неяр- тического отталкивния.
кие. Если первые два наблюдались с Земли в мощные телеско- Исследования летательных аппаратов установили, что от
пы при благоприятных атмосферных условиях, то два других колец поступают множественные кратковременные всплески
кольца были открыты аппаратом «Вояджер-1». Кольца обо- радиоизлучения. Они являются результатом электростатичес-
значаются буквами латинского алфавита не в порядке их уда- ких разрядов, происходящих от электризации частиц из-за
ленности от планеты, а в порядке открытия. Поэтому если столкновений.
расположить кольца по мере их удаления от Сатурна, то полу- Еще за несколько десятилетий до полета «Вояджеров* и
чится ряд: D, С, В, A, F, G, Е. возможности непосредственных наблюдений некоторые аст-
Наиболее интересным оказалось кольцо F. Наблюдения рономы предсказывали наличие атмосферы у колец Сатурна.
« Вояджера-1» показали, что кольцо F состоит из нескольких И действительно, аппаратура зафиксировала наличие линии
тонких колец шириной 60 км. Два из них имеют необычную Лайсаи-альфа (1216 А) в ультрафиолетовой части спектра,
структуру: они перевиты друг с другом. Была предложена что соответствует атомарному водороду. Кол гчество атомов
модель, согласно которой такая структура является результа- 3
оценили примерно в 600 на см .
том воздействия двух небольших новооткрытых спутников,
орбиты которых расположены соответственно у внутреннего
края кольца и у внешнего. Скорость обращения последнего СПУТНИКИ
меньше, так как он расположен дальше от Сатурна. Гравитаци-
онное воздействие этих спутников не дает крайним частицам Спутники планет-гигантов, в том числе : i Сатурна, обра-
удаляться от середины кольца. Спутники получили название зовались, скорее всего, из той лее планетезимали, из которой
пастухов, так как они как бы «пасут» частицы, составляющие образовалось первоначальное ядро самой планеты. Во время
кольцо, не давая им разбегаться. Расчеты показали, что воз- образования планет внешней части Солнечной системы тем-
действие спутников-пастухов вызывает движение частиц по пература была низкой, поэтому первичный состав планетези-
волнистой линии, что и создает наблюдаемые переплетения малей представлял собой химически равнове- ную смесь кон-
компонентов кольца. Однако каково же было изумление уче- денсатов. Состав этой смеси должен быть устойчивым при
ных, когда через девять месяцев были получены данные с температурах порядка 150 К и давлениях порядка миллибар.
«Вояджера-2». Бортовые камеры не обнаружили в кольце F Если такая модель верна, то спутники состоят из смеси горных
никаких структур — ни переплетений, ни каких-либо других пород, железа и льдов. Состав льдов определяется порядком
искажений. Необычное образование оказалось нестабильным. конденсации в зависимости от температур. Ее 7 и расположить
Возможны и другие причины таких значительных отличий их по мере понижения температуры, получится последователь-
данных, но их обнаружение, требует тщательного изучения ность: Н2О, NH3, СН4. Наиболее близкими го i составу к пер-
снимков кольца. Непосредственное наблюдение с Земли, к вичным планетезималям считаются кометы, но состав спутни-
сожалению ученых, невозможно. ков может существенно отличаться от состава ядра комет, в
том числе и из-за возможного возрастания температуры акк-
Ближайшим к планете является кольцо D. Оно прости-
реации во время образования спутника, что г риведет к испа-
рается до границы облачного слоя Сатурна. Наиболее удале-
рению наиболее летучих льдов.
но от планеты кольцо Е. Оно оказалось и самым разреженным,
и самым широким из всех — около 90 тыс. км. Оно занимает В телескопы наблюдались 10 спутников Сатурна, но по-
зону поперечником от 3,5 до 5 радиусов Сатурна. Плотность леты космических аппаратов принесли открытие: уже к 1980
вещества в кольце Е возрастает по направлению к орбите спут- году было известно 7 новых спутников. Они настолько малы,
ника Сатурна Энцелада, что говорит о возможном общем про- что их невозможно наблюдать с Земли, но некоторые из них
исхождении вещества кольца и спутника. оказывают серьезное влияние на динамику системы Сатурна.
На снимках видны детали, по которым можно судить, Атлас, орбита которого находится у внешнего края коль-
что частицы колец Сатурна покрыты льдом и инеем, а неко- ца А. не дает частицам кольца выходить за его пределы.
торые из них, вероятно, полностью состоят из льда. Размеры Титан является единственным по величине спутником
частиц по наблюдениям с Земли устанавливались порядка Сатурна, сопоставимым с галилеевыми спутниками Юпитера.
нескольких метров. Очевидно, что на самом деле размеры Остальные значительно меньше.
варьируются от нескольких сантиметров до нескольких мет- Титан имеет радиус, равный 2575 километрам. Большая
ров. Исследования «Вояджсра-1» позволили уточнить раз- 6
полуось орбиты равна 1,222-Ю км. Масса Титана определена
меры частиц, составляющих кольцо А, кольцо С и деление в 0,0225 массы Земли. Средняя плотность 1,881 г/см. Период
Кассини. Эти зоны последовательно пронизывались радио- орбитального обращения составляет 15,945 земных суток. По-
лучом на волне 3,6 см. В основном, частицы рассеивали вол- верхность Титана окутана облаками. Атмосфера этого спут-
ны в таком направлении, которое позволило оценить сред- ника плотная, подобно атмосфере Венеры. Титан обладает
Плутон 219

тепличным эффектом у поверхности. Основная составляющая обращения вокруг Сатурна равен 79,331 земных суток. Полу-
атмосферы Титана — N2, но имеется значительная примесь СН„ шарие, обращенное к Сатурну, покрыто кратерами. На свет-
В инфракрасном спектре преобладает метан. лом веществе видимой стороны Япета обнаружено множество
Температура верхней атмосферы равномерна, темпера- кратеров с темным дном, а на темном веществе отсутствуют
тура на поверхности Титана равна 94 К. Интересно, что по- кратеры со светлым дном или же другими белыми пятнами.
верхность этого спутника изотермична по всей сфере. В ат- Рея несколько превосходит Япет по размерам. Ее радиус
мосфере присутствуют аэрозоли, очевидно, являющиеся про- 3
равен 765 км, диаметр — 1530 км, а плотность 1,24+0,05 г/см .
дуктом фотохимических превращений метана. Наблюдаются Рея является примером относительно простого ледяного спут-
также органические молекулы. ника. На ней отсутствует темное вещество, характерное для
Япет — третий по величине спутник Сатурна. Его радиус Япета.
6
равен 730 км, большая полуось орбиты — 3,56-10 . Масса
Япстя составляет 3,15 десятитысячных массы Земли. Период




ПЛУТОН
Плутон, в отличие от других планет, больше обнаружи- ферическим планетам, изучать его крайне сложно, поэтому
вает сходство с кометами. Это самая далекая и наименее изу- большая часть данных по планете получена сравнительным
ченная планета Солнечной системы. Официально она была методом с другими планетами и в результате сложнейших рас-
открыта в марте 1930 года американским астрономом К.. Том- четов. Так, Плутон выглядит как звезда 15-й звездной вели-
бо, хотя уже в 1914 г. эту планету вычислил астроном Перси- чины, то есть, если Марс отнести на расстояние Плутона, то он
валь Лоуэлл (1855-1916). будет почти таких же размеров, как и Плутон. Первая оценка
диаметра планеты была сделана Дж. Койпером в 1950 г. —
Персиваль Лоуэлл с 1905 г. был заинтересован в обнару-
около 5900 км. Но уже в 80-х годах XX столетия многие аст-
жении еще более далекой планеты, чем Нептун. Он заново
рономы считали, что диаметр Плутона равен 2200-3200 км.
исследовал орбиту Урана. Вывод Лоуэлла был таков: кажу-
Еще труднее определить массу Плутона.
щиеся ошибки наблюдений могут существенно уменьшиться,
если учесть возмущения Урана неизвестной планетой. Лоуэлл До 1978 г. спутников у планеты не наблюдалось, но изоб-
вычислил орбиту и положение этой планеты, но данные не ражения Плутона имеют вытянутую форму, что позволило
опубликовал. предположить о наличии у него спутника, названного учены-
ми Хароном.
В 1929 г. в обсерватории Лоуэлла молодому ассистенту
Клайду Томбо было поручено систематическое фотографи- Плутон представляет собой скопление кометного веще-
рование области неба вдоль эклиптики. К. Томбо делал для ства (смесь льда и пыли). Средняя плотность вещества Плу-
тона — около 700 кг/м3.
каждой области две фотографии с длительными экспозиция-
ми, разделенные по времени на 2—3 дня. В поисках ожидаемой В отличие от других планет, Плутон движется по орбите,
планеты он тщательно сравнивал полученные фотографичес- которая не лежит в плоскости эклиптики, а пересекает ее под
кие пластинки. Сравнение делалось при помощи блинк-ком- углом 17°. Поэтому, если рассматривать схему строения Сол-
паратора -- прибора, снабженного двойным микроскопом, что нечной системы, то может создаться впечатление, что орбиты
позволяет наблюдателю попеременно видеть одну и ту же об- Нептуна и Плутона имеют точку пересечения. Но это впечатле-
ласть неба на двух пластинках. Любой объект, который бы ние совершенно неправильно и создается оно из-за такого на-
перемещался по небу в течение интервала между двумя экспо- клона орбиты Плутона к плоскости эклиптики и орбиты Не-
зициями, был бы изображен как прыгающий «туда-сюда» птуна. На самом деле линия плоскостей орбит расположена так,
объект, в то время как звезды остаются неподвижными. что как раз в месте ошибочного их «пересечения» Плутон на-
ходится на 10 а. е. севернее эклиптики. Более того, из-за соиз-
Менее чем через год с момента начала наблюдений Клай-
меримости периодов обращения Нептуна и Плутона (три пери-
дом Томбо обсерватория Лоуэлла выдала астрономическим
ода Нептуна почти равны двум периодам Плутона) расстояние
обсерваториям следующее сообщение: «Систематически на-
между обеими планетами никогда не может быть меньше 18 а. е.
чатые много лет назад поиски в связи с исследованиями Лоу-
Как ни странно, но ближе к Плутону может подходить Уран, и
эллом планеты за орбитой Нептуна привели к открытию объек-
расстояние между ними может сокращаться до 14 а. е.
та, скорость движения и траектория которого в течение семи
недель последовательно соответствовали телу, находящемуся В 1978 г. американский астроном Дж. Кристи подтвер-
за орбитой Нептуна приблизительно на том расстоянии, кото- дил предположения ученых о том, что Плутон имеет спутник,
рое ему приписывал Лоуэлл. Пятнадцатая звездная величина. и действительно обнаружил его. Диаметр спутника составил
Положение на 3 часа всемирного времени 12 марта было 7" к около 500 км. По обращению спутника вокруг планеты нако-
лападу от d Близнецов, что согласуется с предсказанной Лоу- нец-то удалось определить массу Плутона — 1,1-1023 г (при-
лллом долготой». Ученые единодушно приняли для новой мерно 1/500 массы Земли). Диаметр Плутона, по определени-
планеты название Плутон, включившее в себя инициалы Пер- ям Кристи, равен 2600 км, что указывает на то, что Плутон
сиваля Лоуэлла, не дожившего до момента, подтвердившего является самой маленькой планетой среди больших планет.
гго предположение и расчеты. По диаметру и блеску планеты легко определяется ее альбедо,
оно равно 0,5. Скальные породы, например Луны и Меркурия,
Так как Плутон движется во внешних, не освещенных
не обладают высоким альбедо, значит, можно предположить,
Гояицсм областях Солнечной системы и относится к ее пери-
220 Астрономия

что значительная часть поверхности Плутона покрыта льдом конденсации метана при очень низких давлениях (50 К).
или инеем. Так как установленная на поверхности Плутона В 1955 г. американские астрономы М. Уокер и Р. Харди
температура составляет -220°С, что всего лишь на каких-ни- нашли период вращения Плутона вокруг оси который соста-
будь 50—60' выше температуры абсолютного нуля, то боль- вил 6 суток 9 часов 16,9 минуты. Сегодня уже известно, что
шинство обычных газов на его поверхности должно было пе- этот период является вместе с тем периодом тэращения спут-
рейти в жидкое состояние или замерзнуть. ника Плутона вокруг планеты.
По расчетам Плутон содержит около 21% железокамен- Дальнейшие поиски планет за орбитой 11 яутона требуют
ного вещества и состоит в основном из водяного льда (74%) с огромного вклада труда, времени и фикансс;) Поиски могут
примесью метана (5%), который устанавливается по инфра- увенчаться успехом, если в обсерваториях для наблюдений
красным спектрам на поверхности планеты, температура кото- будут использоваться новые методы наблюдс ний и «фортуна
рой должна быть около 40 К. Это значение ниже температуры повернется к телескопам лицом»,




ПРИРОДА КОМЕТ

Появление комет, кажется, наблюдалось испокон веков. ровергнуть учение Аристотеля. Он писал, что «комета имеет
Древние люди связывали прохождение кометы по небу с ка- собственное место между небесными телами... она описывает
кими-либо природными катаклизмами или со смертью кого- свой путь и не гаснет, а только удаляется». Но его проница-
либо из близких. Кометы как небесные тела интересуют не тельное предположение сочли абсурдным, таь как авторитет
только астрономов, но и физиков, химиков, биологов, истори- Аристотеля был слишком высок.
ков. Такой интерес к кометам вызван недостаточной их изу- Но в силу неопределенности, отсутствт единого мне-
ченностью. Для их исследования необходимы довольно доро- ния и объяснения этому феномену люди еще долго продолжа-
гостоящие проекты. Загадочные кометы, например, «подска- ли считать их чем-то сверхъестественным, в ярких образах
зали» ученым о существовании солнечного ветра, они могут комет видели огненные мечи, кровавые крест:», горящие кии-
дать ценную информацию о возникновении галактик и т. п. жалы, драконов, отрубленные головы. Впечат;. ения от их по-
явления были настолько сильны, что предрдсп/дкам поддава-
Кометы — своеобразные космические айсберги, не со-
лись даже просвещенные люди. Например, известный матема-
держащие свободного водорода, состоящие из замороженных
тик Бернулли говорил, что хвост кометы является знамением
газов сложного химического состава, водяного льда И туго-
гнева Божия.
плавкого минерального вещества в виде пыли и более круп-
ных фрагментов и располагающиеся в окружении Солнечной В эпоху средневековья вновь возродился научный инте-
системы в облаке Оорта. Ежегодно открывают 5—7 новых рес к этому явлению. Один из выдающихся астрономов той
комет и одни раз в 2—3 года наблюдается прохождение яркой эпохи Региомонтан регулярно вел наблюден?:;: за небесными
«хвостатой» кометы в Солнечной системе. светилами и впоследствии он первым описал траекторию дви-
жения и направления хвоста кометы. В XVI веке астроном
Если обратиться к истории, то первые упоминания о ко-
Апиан, проводя похожие наблюдения, пришел к выводу, что
метах датируются 2296 г. до н. э. Движение кометы по созвез-
хвост кометы всегда направлен в противоположную Солнцу
диям тщательно наблюдалось древними китайскими астроно-
сторону. Чуть позже датский астроном Тихо Браге, наблюдая
мами. Небо представлялось им огромной страной, где яркие
движение комет (с наивысшей для того времени точностью),

<<

стр. 14
(всего 40)

СОДЕРЖАНИЕ

>>