Эта энциклопедия будет полезна всем, кто интересуется строением Вселенной и космической физикой, кто по роду своей деятельности связан с исследованиями космоса. В ней приведены подробные толкования более чем 2500 терминов из широкого диапазона космических наук - от астробиологии до ядерной астрофизики, от изучения черных дыр до поиска темной материи и темной энергии. Приложения с картами звездного неба и последними данными о крупнейших телескопах, планетах и их спутниках, солнечных затмениях, метеорных потоках, звездах и галактиках делают её удобным справочником.
Книга в основном рассчитана на школьников, студентов, учителей, журналистов и переводчиков. Однако многие её статьи привлекут внимание продвинутых любителей астрономии и даже профессиональных астрономов и физиков, поскольку большинство данных приведено для середины 2012 г.

Выдающиеся астрономы-любители.
В XVII-XVIII вв. немногочисленный штат государственных обсерваторий в основном был занят прикладными исследованиями, направленными на совершенствование службы времени и методов определения географической долготы. Поэтому поиском комет и астероидов, изучением переменных звёзд и явлений на поверхности Солнца, Луны и планет в основном занимались астрономы-любители. В XIX в. профессиональные астрономы стали уделять больше внимания звёздно-астрономическим и астрофизическим исследованиям, но и в этих областях любители науки нередко были в первых рядах.

На рубеже XVIII и XIX вв. работал величайший из астрономов-любителей - музыкант, дирижер и композитор Вильям Гершель, верной помощницей и продолжателем дела которого была его сестра Каролина. С точки зрения любительской астрономии главная заслуга В. Гершеля состоит не в открытии планеты Уран или составлении каталогов тысяч туманностей и звёздных скоплений, а в демонстрации возможности кустарного изготовления крупных телескопов-рефлекторов. Именно это на несколько столетий вперёд определило основное направление любительского телескопостроения.

Бесплатно скачать электронную книгу в удобном формате, смотреть и читать:
Скачать книгу Большая энциклопедия астрономии, Сурдин В.Г., 2012 - fileskachat.com, быстрое и бесплатное скачивание.

• Энциклопедия для детей, астрономия, Аксёнова М., Володин В., Дурлевич Р., 2013
• Большая иллюстрированная энциклопедия, Планеты и Созвездия, Раделов С.Ю., 2014

Следующие учебники и книги.

Сурдин Владимир Георгиевич (1 апреля 1953, Миасс, Челябинская область) — российский астроном, кандидат физико-математических наук, доцент МГУ, старший научный сотрудник Государственного астрономического института им. Штернберга (ГАИШ) МГУ.

Окончив Физический факультет Московского государственного университета, Владимир Георгиевич вот уже три десятка лет работает в ГАИШ. Область научных интересов простирается от происхождения и динамической эволюции звездных систем до эволюции межзвездной среды и формирования звезд и звездных скоплений.

Владимир Георгиевич читает несколько курсов по астрономии и звёздной динамике в Московском государственном университете и популярные лекции в Политехническом музее.

Книги (11)

Астрология и наука

Существует ли связь между астрологией и наукой? Некоторые утверждают, что астрология сама является наукой, другие же уверены, что астрология — это не более чем гадание по звездам. В книге рассказано, как ученые относятся к астрологии, как они проверяют астрологические прогнозы и кто из великих астрономов и в какой степени был астрологом.

На обложке: На картине голландского художника Яна Вермеера (1632-1675), ныне хранящейся в Лувре (Париж), изображен астроном. Или астролог?

Галактики

Четвертая книга из серии «Астрономия и астрофизика» содержит обзор современных представлений о гигантских звездных системах — галактиках. Рассказано об истории открытия галактик, об их основных типах и системах классификации. Даны основы динамики звездных систем. Подробно описаны ближайшие к нам галактические окрестности и работы по глобальному изучению Галактики. Приведены данные о различных типах населений галактик — звездах, межзвездной среде и темной материи. Описаны особенности активных галактик и квазаров, а также эволюция взглядов на происхождение галактик.

Книга ориентирована на студентов младших курсов естественно-научных факультетов университетов и специалистов смежных областей науки. Особый интерес книга представляет для любителей астрономии.

Динамика звездных систем

Великие астрономические открытия Николая Коперника, Тихо Браге, Иоганна Кеплера, Галилео Галилея положили начало новой научной эре, стимулируя развитие точных наук.

Астрономии выпала большая честь заложить основания естествознания: в частности, создание модели планетной системы привело к появлению математического анализа.

Из этой брошюры читатель узнает о многих фантастических достижениях астрономии, сделанных в последние десятилетия.

Звезды

Книга «Звёзды» из серии «Астрономия и астрофизика» содержит обзор современных представлений о звездах.

Рассказано о названиях созвездий и именах звезд, о возможности их наблюдения ночью и днем, об основных характеристиках звезд и их классификации. Основное внимание уделено природе звезд: их внутреннему строению, источникам энергии, происхождению и эволюции. Обсуждаются поздние стадии звездной эволюции, приводящие к формированию планетарных туманностей, белых карликов, нейтронных звезд, а также к вспышкам новых и сверхновых.

Марс. Великое противостояние

В книге «Марс. Великое противостояние» рассказано об исследованиях поверхности Марса в прошлом и настоящем.

Подробно изложены история наблюдений марсианских каналов и дискуссия о возможности жизни на Марсе, происходившая в период его изучения средствами наземной астрономии. Приведены результаты современных исследований планеты, ее топографические карты и фотографии поверхности, полученные в период великого противостояния Марса в августе 2003 г.

Неуловимая планета

Увлекательный рассказ специалиста о том, как ищут и находят новые планеты во Вселенной.

Иногда все решает счастливый случай, но чаще — годы упорного труда, расчетов и многочасовых бдений у телескопа.

НЛО. Записки астронома

Феномен НЛО — явление многогранное. Им интересуются и журналисты в поиске сенсаций, и ученые в поиске новых природных явлений, и военные, опасающиеся происков врага, и просто любознательные люди, уверенные, что «дыма без огня не бывает».

В этой книге свой взгляд на проблему НЛО высказывает астроном — знаток небесных явлений.

Путешествия к Луне

Книга рассказывает о Луне: о ее наблюдениях с помощью телескопа, об изучении ее поверхности и недр автоматическими аппаратами и о пилотируемых экспедициях астронавтов по программе «Аполлон».

Приведены исторические и научные данные о Луне, фотографии и карты ее поверхности, описание космических аппаратов и детальный рассказ об экспедициях. Обсуждаются возможности изучения Луны научными и любительскими средствами, перспективы ее освоения.

Книга предназначена тем, кто интересуется космическими исследованиями, приступает к самостоятельным астрономическим наблюдениям или увлечен историей техники и межпланетных полетов.

Разведка далеких планет

Задачам предшествует краткое историческое введение. Издание призвано помочь в преподавании астрономии в высших учебных заведениях и в школах. Оно содержит оригинальные задачи, связанные с развитием астрономии как науки.

Многие задачи носят астрофизический характер, поэтому пособие может быть также использовано на занятиях по физике.

Солнечная система

Вторая книга серии «Астрономия и астрофизика» содержит обзор текущего состояния изучения планет и малых тел Солнечной системы.

Обсуждаются основные результаты, полученные в наземной и космической планетной астрономии. Приведены современные данные о планетах, их спутниках, кометах, астероидах и метеоритах. Изложение материала в основном ориентировано на студентов младших курсов естественнонаучных факультетов университетов и специалистов смежных областей науки.

Особый интерес книга представляет для любителей астрономии.

Лекция прочитана 12 июня 2009 года на Московском международном открытом книжном фестивале (при поддержке фонда «Династия»).

Анна Пиотровская. Добрый день. Спасибо большое, что пришли. Меня зовут Аня Пиотровская, я директор фонда «Династия». Поскольку тема фестиваля этого года - про будущее, мы подумали, что какое же будущее без науки. А поскольку наука - это то, чем наш фонд занимается, - публичные лекции, гранты, стипендии для студентов, аспирантов, для тех людей, которые занимаются фундаментальными естественными науками; мы также организуем публичные лекции, издаем книжки. Удивительно приятно, что на стенде магазина «Москва» все книги нон-фикшн, которые продаются, - это практически все книги, изданные при нашей поддержке. Мы делаем публичные лекции, как я сказала, фестивали наук, и так далее и тому подобное. Приходите на наши мероприятия.

А сегодня мы начинаем цикл, состоящий из трех лекций, которые - первая, вот, сегодня, вторая будет завтра, и еще одна в воскресенье, в последний день фестиваля, и я с удовольствием представляю Владимира Георгиевича Сурдина, астронома, кандидата физико-математических наук, который расскажет нам об открытиях новых планет.

Владимир Георгиевич Сурдин. Спасибо, да. Прежде всего, прошу прощения за неадекватную обстановку. Предполагалось всё-таки показывать картинки в обстановке, соответствующей этому процессу. Солнце нам мешает, экран не очень яркий, ну... Извините.

Итак, раз тема фестиваля - будущее, я вам расскажу не о будущем в смысле времени, а о будущем в смысле пространства. Какие пространства открываются перед нами?

Мы живем на планете, другого способа существования у нас нет. До сих пор планеты открывались очень редко, и все были неприспособлены для нашей жизни. В последние годы ситуация резко изменилась. Планеты стали открываться десятками и сотнями - и в Солнечной системе, и за пределами Солнечной системы. Есть где развернуться фантазии, по крайней мере, подобрать место для каких-то экспедиций как минимум, а может быть, и для экспансии нашей цивилизации - и для спасения нашей цивилизации в случае чего. В общем, надо приглядывать местечко: это будущие плацдармы для человечества, по крайней мере, некоторые из них. Ну, мне так кажется.

Первая часть рассказа будет, конечно, о внутренней части Солнечной системы, хотя ее границы расширяются, и вы увидите, что мы уже несколько иную область понимаем под Солнечной системой, и понятие «планета» расширилось. Но давайте посмотрим, что мы имеем на этот счет.

Во-первых, как мы ее представляли - ну, собственно, схема Солнечной системы не изменилась, да? Восемь больших... (Так, лазерная указка на этой штуке не работает, придется классикой...) Восемь больших планет и много мелких. В 2006 году номенклатура изменилась - вы помните, было 9 больших планет, теперь их только 8 стало. Почему? Разделили на два класса: классические крупные планеты типа Земли и планеты-гиганты остались под именем «планеты» (хотя всегда надо оговаривать - «классические планеты», «больше планеты»), и выделилась группа «dwarf planets» - карликовые планеты, планеты-карлики, - прототипом которых стала бывшая 9-я планета, Плутон, ну, и к ней еще добавилось несколько маленьких, я их потом покажу. Они действительно особенные, и правильно сделали, что их выделили. Но теперь у нас только 8 больших планет осталось. Есть подозрение, что найдутся тела вблизи Солнца, есть уверенность, что найдется очень много тел вдали от Солнца, и постоянно обнаруживаются в промежутках между большими планетами, об этом я тоже расскажу. Вся эта мелочь называется «малые объекты Солнечной системы».

(Голос из зала. Владимир Георгиевич, лучше микрофон, можете взять: там сзади не очень хорошо слышно. ) Неприятно слушать, когда люди говорят через микрофон, но вообще трудно, конечно, преодолеть этот фон. Ну, хорошо.

Вот большие планеты. Они разные, и мы с вами живем на тех, которые относятся к группе землеподобных, похожих на Землю. Вот они четыре. Все они разные, они не подобны Земле ни в каком смысле, только в смысле размера. О них и будем говорить, ну, и о некоторых других телах.

Оказывается, даже не все эти планеты до сих пор открыты. В каком смысле открыты? Хотя бы окинуты взглядом. Почти все планеты мы уже видели со всех сторон, осталась последняя, ближайшая к Солнцу, - Меркурий. Мы ее еще не видели со всех сторон. А вы знаете, что сюрпризы могут быть. Скажем, обратная сторона Луны оказалась совсем не такая, как видимая. Не исключено, что какие-то сюрпризы будут и на Меркурии. К нему подлетали, уже три раза пролетали мимо него космические аппараты, но так и не смогли его сфотографировать со всех сторон. Осталось процентов 25 или 30 поверхности, еще не увиденной ни разу. Это будет в ближайшие годы сделано, в 2011 году, там уже спутник начнет работать, но пока еще есть загадочная обратная сторона Меркурия. Правда, он так похож на Луну, что ожидать каких-то сюрпризов сверхъестественных не имеет смысла.

И, конечно, малые тела Солнечной системы абсолютно еще не исчерпаны. В основном они кучкуются в пространстве между Юпитером и Марсом - орбитой Юпитера и орбитой Марса. Это так называемый Главный пояс астероидов. Еще недавно в нем насчитывались тысячи, а сегодня сотни тысяч объектов.

Благодаря чему это делается? Прежде всего, конечно, большие инструменты. Самый королевский телескоп, «Хаббл», который работает на орбите, он самый зоркий до сих пор, хорошо, что его наладили. Вот недавно была экспедиция, он еще лет 5 проработает, потом ему придет конец, но на смену ему придут новые космические инструменты. Правда, он редко используется для исследования Солнечной системы: его время работы дорого, и он, как правило, работает по очень далеким объектам - по галактикам, квазарам и дальше. Но, когда надо, его разворачивают и на Солнечную систему.

А вот на поверхности Земли действительно возникло много астрономических приборов, уже полностью направленных на исследование Солнечной системы. Вот крупнейшая обсерватория в мире на горе Мауна-Кеа - это потухший вулкан на острове Гавайи, очень высокий, четыре с лишним километра. Работать там трудно, но зато там крупнейшие астрономические приборы на сегодня.

Самые большие из них - вот эти два, два телескопа-брата с диаметрами главных зеркал - а это ведущий параметр... (Так, не видно этой указки.) Ведущий параметр телескопа - диаметр его зеркала, поскольку это площадь сбора света; значит, глубина взгляда во Вселенную определяется этим параметром. Вот эти два телескопа - они как два глаза не в смысле стереоскопии, а в смысле четкости изображения, как бинокулярный телескоп работают очень хорошо, и с их помощью отрыто уже много интересных объектов, в том числе и в Солнечной системе.

Посмотрите, что такое современный телескоп. Вот это фотоаппарат современного телескопа. Такого размера только фотокамера. Сам телескоп - это до 1000 тонн весом, зеркало десятки тонн весит, а фотоаппараты вот такого масштаба. Они охлаждаются; ПЗС-матрицы - это вот та чувствительная пластинка, которая в камерах у нас сегодня работает. Там примерно такого же типа ПЗС-матрицы, но они охлаждаемые почти до абсолютного нуля, и поэтому чувствительность к свету очень высокая.

Вот современная ПЗС-матрица. Это набор из приблизительно таких же... Вот как в хорошей бытовой камере у нас 10-12-мегапиксельные пластинки, но здесь из них составляют мозаику, и в общей сложности получается гораздо больше светособирающая площадь. И, что самое важное, тут же можно в момент наблюдения сбросить эти данные в компьютер и сравнить, скажем, картинки, полученные сейчас и часом раньше или сутками раньше, и вот так мы замечаем новые объекты.

Компьютер сразу выделяет те светящиеся точки, которые переместились на фоне неподвижных звезд. Если какая-то точка быстро, в течение десятков минут или часов, перемещается, значит она недалеко от Земли, значит это член Солнечной системы. Сразу же сравнивается с банком данных: если это новый член Солнечной системы, то сделано открытие. За весь XIX век было открыто примерно 500 малых планет - астероидов. За весь - почти за весь - XX век было открыто 5000 астероидов. Сегодня каждый день (точнее, каждую ночь) открывают примерно по 500 новых астероидов. То есть без компьютера их записать даже в каталоги мы бы не успевали, с такой частотой делаются открытия.

Посмотрите на статистику. Ну, XIX век я, конечно, не стал рисовать... (Я не знаю, видна указка на фоне этого? Плохо, конечно, но видно.) Вот так до 2000 года медленно происходил количественный рост малых тел в Солнечной системе, астероидов (ну, не такие уж они и маленькие - десятки, сотни километров размером). Начиная с 2000 года новые проекты, вот крупные телескопы, резко ускорили рост, и сегодня мы имеем около полумиллиона астероидов, открытых в Солнечной системе. Ну, правда, если их все собрать в кучу и сделать из них одну планету, то это получится чуть больше нашей Луны. В общем, планета небольшая. Но количество их гигантское, разнообразие движений огромное, мы всегда можем найти астероиды, близкие к Земле, и, соответственно, исследовать.

Вот ситуация около Земли, посмотрите. Это орбита Земли, вот сама наша планета, точечка, и шмыгающие мимо нее астероиды. Ну, это не в реальном времени, конечно, это на 2005 год ситуация была рассчитана, но посмотрите, как близко они пролетают и как часто сближаются с Землей. Когда говорят об астероидной опасности, иногда ее преувеличивают - чтобы финансирование получить или еще в каких-то своих интересах это делают астрономы. Но, в общем, эта опасность реальная, и думать о ней надо, по крайней мере прогнозировать движение астероидов и предвидеть ситуацию.

Вот так телескопы видят астероид, движущийся на фоне звезд. Последовательные снимки: во-первых, в течение экспозиции сдвигается сам астероид, он в виде такой линии получается, во-вторых, от одной экспозиции к другой он явно перемещается. 3-4 снимка, и вы можете (компьютер может) высчитать орбиту и прогнозировать дальнейший полет астероида.

Вот этот слайд я вам не зря показываю. Это в прошлом году впервые в истории науки удалось заметить астероид, приближающийся к Земле, рассчитать его орбиту, понять, что он врежется в атмосферу (он небольшой, несколько метров размером, страшного ничего не было), врежется в атмосферу Земли. Куда именно - вот на этой карте... собственно, это не карта, это снимок, сделанный со спутника. Тут у нас Египет, а здесь Судан, вот граница между ними. И точно в том месте, куда ожидалось падение астероида, был замечен его вход в атмосферу, сгорание и полет.

С Земли это тоже наблюдали: вот он разрушился в атмосфере, частично было сфотографировано, и даже приблизительно угадали место, куда он упадет, и через две недели поисков действительно нашли там кучу обломков, осколков, метеоритов. Впервые удалось заметить приближение астероида и точно угадать место, куда он упадет.

Теперь такие работы делаются систематически; ну, правда, второго такого случая пока не было, но будут, я уверен. Теперь уже метеориты можно собирать не случайно бродя по Земле и выискивая, где бы там мог лежать метеорит, а просто совершенно осознанно следить за полетом астероида и идти к тому... ну, лучше подождать, пока он упадет, а потом идти к тому месту, где высыплется метеорит. Очень важно найти свежие метеориты, не зараженные биологическим материалом Земли, чтобы посмотреть, что у него там в космосе было.

Ситуация с другими малыми телами, а именно - со спутниками планет, тоже очень быстро меняется. Вот на 1980 год количество спутников, принадлежащих к каждой из планет. У Земли, конечно, их количество не изменилось, мы по-прежнему одну Луну имеем, Меркурий и Венера вообще не имеют спутников. У Марса по-прежнему их два - Фобос и Деймос, а вот у планет-гигантов, и даже у маленького Плутона, открыто колоссальное количество новых спутников за прошедшие два десятилетия.

Последний у Юпитера был открыт в 2005 году, и сегодня там 63 спутника. Все школьные учебники уже не соответствуют действительности никак.

У Сатурна сегодня обнаружено 60 спутников. Конечно, большинство из них мелкие, размером от 5 до 100 км. Но есть и очень крупные: вот, например, Титан, вот этот вот оранжевый спутничек, - он крупнее планеты Меркурий, то есть, вообще говоря, это самостоятельная планета, я сегодня о нем расскажу. Но судьба так распорядилась, что он стал спутником Сатурна, поэтому его считают не за планету, а за спутник.

У Урана сегодня известно 27 спутников, у Нептуна - 13, причем крупнейшие из них очень интересны.

Вот тут я фотографию Тритона поместил, это крупнейший спутник Нептуна, и посмотрите: у него своя Антарктида, вот эта вот ледяная шапка на его южном полюсе. Тут масштаб не соблюден, конечно, чтобы вы увидели детали, я немножко, раза в четыре, увеличил размер Тритона, по сравнению с Нептуном он не так велик. Но он размером с нашу Луну - в общем, тоже вполне крупное тело, а поскольку оно далеко от Солнца, то удерживает (далеко от Солнца - значит, холодное) и льды на своей поверхности, и даже разреженную атмосферу у своей поверхности. То есть по всем параметрам небольшая, но интересная самостоятельная планета, но сопровождает в своем полете Нептун, в это ничего страшного нет.

И даже у Плутона, который оказался на сегодняшний день уже карликовой планетой, тоже обнаружилась своя система спутников. В 1978 году у него был обнаружен первый - вот этот, Харон. Он почти такого же размера, как сам Плутон, и поэтому сегодня мы называем эту пару двойной планетой. У них по размеру различие около 4 раз всего лишь. Такая микро-двойная планета.

Но с помощью телескопа «Хаббл» в 2005-м удалось обнаружить рядом с Плутоном и Хароном еще два - вот, если заметите, здесь светлые точечки - два маленьких объектика. Оказалось, что у Плутона не один, а три - как минимум, три спутника.

Им дали такие имена из мифологии, связанные с адом: Гидра и Никта. По-прежнему еще хватает имен мифологических. С трудом, правда; иногда приходится изобретать что-то, но, в общем, мифология - греческая, римская - такая обширная, что, сколько ни открывай, пока хватает. По крайней мере, для спутников хватает.

Каждая планета способна удержать рядом с собой, в ограниченном пространстве, спутники. Вот это, для примера, Солнце, Земля, а это та область, которую Земля контролирует своей гравитацией, - зона Роша. Луна движется внутри этой области, и поэтому она связана с Землей. Если бы была чуть-чуть дальше ее границы, то гуляла бы, как самостоятельная планета. Так вот, у каждой планеты, особенно у гигантских - у Юпитера и Сатурна, - эти области, которые контролируются ее собственной гравитацией, очень велики, и поэтому там много спутников, их приходится вычерпывать. Но природа их разная, это факт.

Вот посмотрите, как устроена система спутников Сатурна. Мы вынесли из центра картинку, рядом с Сатурном все спутники движутся в одном направлении, в одной плоскости, приблизительно так же, как планеты в Солнечной системе. То есть это маленькая модель Солнечной системы. Очевидно, что все они родились вместе с самой планетой и формировались в одно и то же время - 4,5 миллиарда лет назад. А остальные, внешние, спутники движутся хаотически, их орбиты под разным углом наклонены, они движутся по орбитам в одном либо в другом (мы говорим - в прямом или обратном) направлении. И понятно, что это благоприобретенные спутники, то есть они захвачены из состава астероидов Солнечной системы. Они сегодня могут быть захвачены, завтра потеряны; это такое сменяющееся население околопланетное. А эти, конечно, вечные, они давно сформировались и никуда никогда не исчезнут.

Вообще, процесс формирования Солнечной системы становится понятным постепенно. Это, конечно, картинка, но вот так мы представляем себе первые сотни миллионов лет жизни Солнца и околосолнечного вещества. Сначала сформировались крупные планеты, затем вокруг них стало нарастать вещество, притянутое гравитацией. Из него спутники формировались, кольца; у всех планет-гигантов есть и кольца, и спутники. Этот процесс напоминал формирование самой Солнечной системы.

То есть внутри Солнечной системы организовалась область - планета и ее окружение, - которая в малом масштабе приблизительно тем же путем шла в своем развитии.

На дальних рубежах Солнечной системы приблизительно 15 лет - уже больше, около 20 лет тому назад - обнаружилась область, населенная совершенно особенными микропланетками. Мы ее сейчас называют поясом Койпера, потому что 50 лет назад американский астроном Койпер предсказал ее существование. За орбитой Нептуна лежит орбита Плутона, и теперь мы понимаем, что он член большого коллектива, летающего во внешних областях Солнечной системы. Сегодня уже несколько тысяч объектов там обнаружено, крупнейшие из них вы видите.

Вот для масштаба Земля и Луна, и Плутон - кстати, это реальное изображение Плутона, ничего лучшего мы на сегодняшний день не имеем, потому что он далеко и детали увидеть сложно, но телескоп «Хаббл» смог кое-что там рассмотреть. Это рисунки; конечно, поверхности далеких тел мы не видим. Но вот посмотрите: уже обнаружены в поясе Койпера тела, более крупные, чем Плутон. По этой-то причине как раз и была выделена группа карликовых планет. Потому что Плутон никакой не особенный, он член, вероятно, многочисленного братства планет-карликов. Они самостоятельные, интересные.

Вот это всё рисунки. Рядом с изображением Земли в масштабе, но всё это нарисованные картинки. Как мы себе представляем крупнейшие объекты пояса Койпера? Увидеть их поверхность невозможно: они, во-первых, далеко, а во-вторых, очень плохо освещены Солнцем, поскольку далеко. Но обратите внимание: Плутон имеет три спутника, а Эрида - как минимум один (уже обнаружен), Хаумеа - два крупных спутника. То есть тела достаточно самостоятельные, сложные, имеют системы спутников... По всей видимости, они и с атмосферой, только атмосферы эти застывшие, замерзшие, там холодно. А у Плутона, который движется по вытянутой орбите и иногда подлетает к Солнцу - вот здесь это видно: иногда он удаляется от Солнца, и там, конечно, всё замерзает, лед и снег лежит на поверхности. Иногда, вот в этой точке орбиты, приближается к Солнцу, и тогда его атмосфера, точнее, лед на его поверхности, тает, испаряется, и планета окутывается своей атмосферкой на несколько десятков лет, потом опять атмосфера вымерзает и в виде снега ложится на поверхность планеты.

Это, между прочим, вариант будущего для развития Земной цивилизации. Сегодня тела холодные, но когда-нибудь ситуация изменится. Вот давайте посмотрим, что прогнозируют сегодня астрономы для Земли. Современную Землю мы себе представляем. В прошлом, вероятно, атмосфера Земли была более насыщена газами, и даже газовый состав был другой. По крайней мере, она была более плотная и массивная, потому что газ теряется из атмосферы Земли. Каждую секунду примерно 5 кг газа вылетает из земной атмосферы. Вроде бы ерунда, но за миллиарды лет это довольно много, и через три миллиарда лет мы ожидаем увидеть Землю почти лишенную атмосферы, отчасти еще и потому, что Солнце греет Землю всё сильнее и сильнее - ну, я не имею в виду сегодняшний день, вообще погода меняется часто, а яркость Солнца повышается постоянно. Каждый миллиард лет приблизительно на 8, на 10% поток тепла от Солнца усиливается. Так эволюционирует наша звезда. Через три миллиарда лет Солнце будет светить на 30% ярче, и для атмосферы это станет фатальным. Она начнет очень быстро испаряться, вместе с ней уйдут и океаны, поскольку давление воздуха понизится, и вода начнет быстрее испаряться. В общем, Земля высохнет. Насчет температуры сложно сказать; может быть, температура и не сильно изменится, но вот высохнет - это точно, утеряет газовую оболочку. Поэтому надо приглядывать себе какие-то плацдармы для развития, и далекие холодные планеты сегодня могут стать теплыми и благоприятными через миллиарды лет.

Вот рисунок, приблизительно так мы видим себе эволюцию Солнца через 4,5–5 миллиардов лет. Оно раздуется и окончательно погубит Землю, оно войдет в завершающую стадию эволюции. Красный гигант будет на месте Солнца - звезда огромного размера, низкой температуры, но высокого потока тепла, просто из-за большого размера, и Земле придет конец. Даже неясно, сохранится ли Земля как индивидуальное тело. Не исключено, что Солнце расширится вплоть до орбиты Земли и поглотит ее, Земля нырнет внутрь Солнца. Но даже если этого не произойдет, биосфере придет конец.

Вообще, та область в Солнечной системы, где возможна жизнь, - она перемещается. Ее называют обычно «зоной жизни», и вот посмотрите: 4,5 миллиард лет назад зона жизни захватывала Венеру, там было не очень жарко, не так, как сегодня, ну и захватывала Землю, конечно, потому что 4 миллиарда лет назад на Земле уже была жизнь. По мере увеличения яркости Солнца зона жизни отодвигается от него, Земля сегодня в зоне жизни, и Марс попадает в зону жизни. Если бы Марс сохранил свою атмосферу до сегодняшнего дня, температура на нем была бы комфортная, реки бы текли, и жизнь могла бы быть. К сожалению, вот в тот период, пока не добралась до него зона жизни, Марс успел уже растерять свою атмосферу, он слабо притягивает газы, они улетучиваются, и сегодня даже при благоприятной ситуации он такой сухой, что маловероятно... То есть, на его поверхности жизни нет, но под поверхностью, еще не исключено, может быть.

Ну а дальше зона жизни будет все быстрее и быстрее отодвигаться от Солнца, накроет гигантский планеты. На самих гигантских планетах, конечно, маловероятна жизнь, но на их спутниках, как вы сейчас увидите, очень может быть. О них мы сейчас поговорим.

У Юпитера много спутников. В основном это мелочь, но четыре так называемых «галилеевых спутника», открытые как раз 400 лет назад, в 1610 году, Галилеем, - они привлекают внимание уже давно. Это крупные самостоятельные тела.

Например, Ио - ближайший крупный спутник к Юпитеру. На нем вулканы.

Во-первых, это естественный цвет. Обратите внимание: совершенно изумительное, редкое для космоса сочетание цветов. Вот этот оранжевый, желтоватый - ну, это замерзшие газы, понятно. А вот это всё поверхность, покрытая соединениями серы. Откуда ее так много? А тут действующие вулканы. Вот, например, черный поток расплавленной серы вытекает из кратера вулкана. Это то, что вулкан вокруг себя разбросал. Можно еще найти много: вот здесь вот есть вулкан действующий, вот тут... около 50 действующих вулканов замечается еще издалека, из космоса. Я представляю, сколько их будет найдено, когда на поверхности Ио какая-нибудь автоматическая станция начнет работать. Выглядит это просто ужасающе.

Вот так выглядит извержение крупнейшего вулкана на Ио - вулкана Пеле. Снимок сильно увеличен, вот здесь проходит край спутника, горизонт его, и там, за горизонтом, работает вулкан. Видите, вот то, что он выбрасывает из себя, взлетает на высоту примерно 300-350 км, а некоторая часть даже в космос улетает.

Конечно, на поверхности Ио холодно. Вы видите, что газы здесь замерзли и легли в виде снега на поверхность. Но чем ближе вы к вулкану, тем теплее. Это как у костра, знаете, зимой у костра шаг в сторону - холодно, шаг к костру - жарко, и всегда можно найти область, где рядом с костром комфортная температура. Еще более точная аналогия - это черные курильщики на дне наших океанов. Вы знаете: маленькие вулканчики такие, точнее, гейзеры, которые на дне наших океанов работают. Окружающая вода имеет температуру около нуля, а выходящая из этих черных курильщиков - примерно 400 градусов тепла. И вот на границе между кипятком и морозом жизнь расцветает рядом с черными курильщиками. Не исключено, что в зоне вокруг вулканов Ио тоже при комфортной температуре какая-то форма жизни существует. Проверить пока не было возможности, никто туда не садился. Были только орбитальные, даже не орбитальные - пролетные такие исследования, быстрые.

Второй спутник, более далекий от Юпитера - Европа. Он, конечно, попрохладнее, там вулканы не работают, и вся его поверхность напоминает нашу Антарктиду. Это сплошной ледяной купол - даже не купол, а просто кора ледяная, покрывающая спутник, - но, судя по расчетам, на глубине несколько десятков километров под этим твердым льдом вода жидкая. Ну, такая же ситуация и в Антарктиде у нас: наш антарктический южный купол ледяной, но на глубине трех километров там есть озера жидкой воды; там тепло, которое выходит из недр планеты, плавит воду. То же самое, вероятно, на Европе. Очень бы хотелось нырнуть в этот океан и посмотреть, что там происходит. Где жидкая вода, там обычно и жизнь.

Как нырнуть? Вот эти полоски, которые делят ледяной щит, - они, скорее всего, являются трещинами. Вот здесь - это, правда, сильно контрастированные цвета, это неестественный цвет - здесь мы присматриваемся к ним и видим, что свежий лед, он вдоль полосок идет. Скорее всего, бывают моменты, когда ледяной купол трескается, и оттуда поднимается вода. К сожалению, источников пока не видели.

Вот так вот выглядит в реальных цветах ледяной купол Европы. Там есть свои торосы, айсберги, видно, что подвижки какие-то происходят у льда, сдвиги видны, разрывы. Но никому еще не удалось увидеть настоящую трещину, чтоб можно было заглянуть туда, в океан.

Последние годы, вот когда это открытие было сделано, астрономы - точнее, специалисты по космонавтике - стали думать, как бы туда нырнуть, запустить робота, который, может быть, поищет там формы жизни. Лед толстый, как минимум километров 30, а может быть, и 100, тут расчеты не очень точные. Найти трещину пока не удается. Есть проекты, в основном это в рамках НАСА, ну и у нас кое-кто в наших космических институтах этим занимается. Думали сложные аппараты сделать с ядерным источником энергии, которые проплавят лед и туда пробьются, в общем на грани, а может, и за гранью технических возможностей.

Но буквально в прошлом году оказалось, что этого делать не надо. Сделано новое открытие, которое большие перспективы нам сулит. Открытие не в системе Юпитера, а в системе спутников Сатурна. У Сатурна тоже много спутников, и вот, обратите внимание: даже на этой картинке, конечно, не все изображены, на один из спутников вообще не обращали внимания.

Вот это Титан, крупнейший, а тут я отдельно рядом с Титаном нашел фотографию, где вот проходит маленький этот спутничек под именем Энцелад. Он такой маленький, 500 км в диаметре, что рядовым считался, малоинтересным. Сейчас рядом с Сатурном - на орбите вокруг Сатурна - работает хороший космический аппарат насовский, «Кассини», и он подлетал несколько раз к Энцеладу.

И что оказалось? Совершенно неожиданная вещь.

Вот так выглядит Энцелад издалека. Тоже ледяная поверхность. Но сразу бросается в глаза - геологи на это сразу обращают внимание - что он как бы из двух половинок состоит. Северная часть покрыта метеоритными кратерами, а это значит, что лед старый, что на него миллионы лет падали метеориты и как следует его побили. Это геологически старая поверхность. А вот южная часть не содержит ни одного кратера. Что, туда не попадали метеориты? Маловероятно, они же не прицельно падают. Значит, какой-то геологический процесс постоянно обновляет южные льды, и это сразу привлекло внимание. Что значит «обновить лед»? Это значит - жидкой водой его полить и уничтожить метеоритные кратеры.

Стали приглядываться к южному полушарию Энцелада. Действительно, увидели там мощные трещины, вот видите, какой глубокий каньон в ледяной поверхности.

(Ну не могу не пожалеть, что эта аудитория не темная, а такая вот совершенно не приспособленная для показа слайдов. Это всё очень красиво на самом деле. Ну ладно, как-нибудь в следующий раз соберемся в темной обстановке, и тогда вы увидите больше. Но и здесь кое-что видно.)

И вот одна область, буквально на южном полюсе Энцелада, оказалась очень интересной. Тут вот такие продольные четыре полосы. По-английски их стали называть «tiger stripes», это stripes не в смысле полоски, которые на пузе у тигра или, где там, на спине, а вот эти вот, которые от когтей остаются, когда тигр вас погладит. И действительно, это оказались вот те самые следы когтей. То есть разрывы на поверхности.

Пролетая за спутником со стороны, противоположной Солнцу, вот в контровом освещении, «Кассини», аппарат «Кассини», увидел фонтаны воды, бьющие как раз из этих разломов во льду. Самые натуральные фонтаны. Конечно, это не жидкая вода. Через щели, через разломы пробивается жидкость, она тут же испаряется и замерзает в виде кристалликов льда, потому что вылетает в вакуум, и, по существу, это потоки снега уже летят, ну а внизу это оттоки воды, конечно. Совершенно удивительная вещь.

Это значит, что мы получаем вещество прямо из ледяного океана, из океана жидкой воды, который существует под поверхностью этого спутника.

В искусственных цветах, сильно усиленных по яркости и по контрасту, это выглядит вот в виде такого супер-фонтана, который бьет прямо в космос, который вылетает в космос с поверхности Энцелада. А вот эта фотография - это орбита Энцелада вокруг Сатурна: вот тут Энцелад, вдоль орбиты он разбросал этот свой снег, пар и лед. То есть одно из колец Сатурна, самое внешнее кольцо, - это, по существу, вещество, выброшенное Энцеладом - пар водяной и кристаллики льда, выброшенные Энцеладом в последнее время.

Ну, это, конечно, фантастический рисунок, космонавты вряд ли окажутся скоро на поверхности этого спутника, а вот это настоящая инфракрасная фотография. Эти самые четыре полоски - они теплые. Инфракрасный прибор, фотоаппарат на борту «Кассини», он сфотографировал полоски, и вы видите, что они теплые, то есть снизу подо льдом жидкая вода. Вот она прямо подходит к поверхности льда и сквозь трещины вылетает наверх.

В конце прошлого года орбита «Кассини» была изменена так, что он пролетел прямо сквозь эти фонтаны, вот буквально прошел у поверхности спутника на высоте 20 км и зачерпнул этой воды. И доказал, что это действительно H 2 O оттуда вылетает. К сожалению, никаких биологических лабораторий на борту «Кассини» нет, поэтому проанализировать эту воду на состав микроорганизмов он не может. Никто не предполагал, что вообще произойдет такая находка. Но теперь никто уже, почти никто, не интересуется Европой, где 100-километровый панцирь ледяной, его надо сверлить и бурить непонятно чем. Все перенацелились на Энцелад, из которого вода вылетает сама, и просто надо либо пролететь, либо посадить на поверхность аппарат и проанализировать на биологический состав это вещество.

Очень интересно, и сейчас просто масса проектов направлена на исследование Энцелада.

Вот так мы себе представляем происхождение этих фонтанов: подледный океан водяной, и сквозь разрывы во льду просачивается вода и выливается в вакуум, вылетает и следует по орбите за спутником.

Конечно, есть и другие интересные спутники у многих планет. Вот мне, например, очень нравится Гиперион, один из маленьких спутников Сатурна.

Смотрите, он похож на губку морскую. Тоже непонятна причина, по которой именно такая структура у него возникла. Как будто мартовский снег, проплавленный солнечными лучами. За всем не уследишь, на каждый спутник пока не хватает научных приборов и аппаратов. Мы только издалека их обследуем, но придет время - сядут и туда, посмотрят.

Всё, что было открыто за последние годы, сделал вот этот замечательный аппарат. Это самый дорогой в истории космонавтики автоматический межпланетный аппарат «Кассини–Гюйгенс». Сделали его американцы, но и Европа приложила... Простите, американцы сделали основной аппарат, «Кассини», ну и ракетоноситель дали, «Титан», а вот этот добавочный аппаратик, «Гюйгенс», сделали европейцы.

Этот зонд, стоимость всего проекта 3 миллиарда долларов, это, действительно, по нынешним временам раз в 10 больше традиционного космического аппарата. Эта штука давно была запущена, в 1997 году, по очень сложной траектории двигалась, потому что тяжелый аппарат, и сразу его нельзя было бросить к Сатурну. Он от Земли полетел к Венере, то есть внутрь Солнечной системы, потом снова к Земле, потом вновь к Венере подлетел. И каждый раз, пролетая мимо планет, он немножечко за счет их притяжения набирал добавочную скорость. В конце концов, третий пролет рядом с Землей бросил его к Юпитеру. Юпитер его очень сильно подтолкнул, и аппарат добрался в 2004 году до Сатурна. И сейчас он вышел на орбиту, это первый в истории космонавтики спутник, искусственный спутник Сатурна, и он уже работает там четыре, пять почти, лет, и очень эффективно.

Одна из главных целей этого полета была исследовать Титан. Титан, конечно, удивительный спутник. Я уже говорил: это самостоятельная планета.

Вот таким мы видели Титан до того, как к нему добрался «Кассини». Он покрыт атмосферой, атмосфера холодная, непрозрачная, всё это дымка, и что там на поверхности, не знал никто.

Вот так мы его увидели сквозь атмосферу с помощью приборов «Гюйгенса». У него специальные приборы, фотоаппараты - телекамеры, точнее, - у которых есть возможность сквозь тонкое спектральное окно, где атмосфера мало поглощает, все-таки увидеть поверхность планеты. Вот здесь Антарктида Титана... Да, обратите внимание: атмосфера видна, и какая она толстая! Она примерно где-то около 500 км толщиной, потому что планета небольшая - ну, как небольшая, больше Меркурия - но все-таки сила тяжести там небольшая, b поэтому атмосфера очень далеко тянется, она не прижата к поверхности планеты.

Это снимок южной части Титана. Вот тут замерзшие льды, очевидно, лежат, вроде нашей Антарктиды. Много было интересных вопросов и о составе атмосферы, и о поверхности.

Вот так мы сегодня видим поверхность Титана вблизи Южного полюса. Оказалось, что там есть озера - ну, морями их трудно назвать, но озера жидкого CH 4 - метана. Температура низкая, примерно минус 200, поэтому там такие газы в жидком состоянии. Но главное было, конечно, сесть на его поверхность.

Вот посадочный аппарат «Гюйгенс», который сделали европейцы, сделали очень добротно. Вы удивитесь: на фирме «Mercedes-Benz» его делали, и поэтому он действительно надежно... Вы знаете, не очень надежно, на самом деле, сработал. Я не в смысле автомобилей, а вот этот аппарат - там было два дублированных радиоканала, так вот один радиоканал все-таки вышел из строя; хорошо, что они были дублированы. Половина информации пропала, но половину мы получили.

Это тепловой экран, потому что сначала аппарат идет без всякого торможения, просто со второй космической скоростью, врезается в атмосферу спутника, а она очень толстая, протяженная.

Потом выбрасывает парашюты - один парашют, второй - и постепенно на парашюте опускается на поверхность. Он два часа на парашюте шел вниз, пока коснулся поверхности. И пока эти два часа он спускался на парашюте, он фотографировал, конечно. Не очень качественно, ну, очень трудно было.

Знаете, обо всём хочется рассказать, масса интересного была в этом эксперименте, в этих путешествиях, но времени нет. Почитайте как-нибудь. Сколько технических проблем было решено буквально в последний момент, чтобы вообще что-то увидеть!

Это облака. Сейчас с высоты 8 км мы видим поверхность Титана. Вот он прошел уже сквозь облака; ну, тут еще два облачка видны, а в основном уже твердую поверхность видим. И сразу неожиданность. На твердой поверхности есть плоские участки, напоминающие морское дно. И есть пересеченные участки, гористые, причем на них видны меандры явно рек каких-то. Что в этих реках течет, какая жидкость - может быть, тот же метан, скорее всего, или тёк когда-то. Но посмотрите: очевидно, дельта, дальше морское дно, здесь горная система - очень напоминает по географии Землю. А уж по атмосфере - вообще копия Земли. Атмосфера Титана, в отличие от всех других планет...

Ну, возьмем Венеру: атмосфера там - чистый CO 2 , для нас яд. На Марсе: CO 2 , углекислый газ, яд. Берем Титан: атмосфера состоит из молекулярного азота. А у нас сейчас вот тут 2/3 молекулярного азота. Вообще, для нас это просто нормальная нейтральная среда. Кислорода там нет, конечно, но азотная среда - это все-таки очень хорошо. Давление у поверхности - полторы земных атмосферы, то есть практически как в этой комнате. Температура, правда, холодновата, но ничего страшного. Жарко - это убийственно для экспериментов, холодно - это даже благоприятно, потому что не надо охлаждать аппарат, он сам будет охлаждаться.

И вот он сел на поверхность. (Это рисунок, это не фотография.) Вот такая маленькая машинка села и передавала нам в течение двух часов данные о Титане.

Это единственный переданный ей телевизионный кадр. Там горизонт, это прямо у самого аппарата, вот булыжники - очевидно, это замерзшая вода; при температуре минус 180 вода, как камень, твердая, и пока мы больше о нём ничего не знаем.

Почему он интересен? Потому что газовый его состав и температура поверхности, как думают биологи, очень близка к тому, что мы имели на Земле четыре миллиарда лет назад. Может быть, исследуя Титан, мы сможем понять первые процессы, предшествовавшие биологической эволюции на Земле. Поэтому к нему большое внимание и его еще будут исследовать. Это первый спутник планеты (кроме Луны), на который осуществлена посадка автоматической станции.

Вопрос из зала. А что с «Гюйгенсом»?

В. Г. Сурдин. «Гюйгенс» кончился. Батарейка кончилась, два часа проработал, и всё. Но не только. Там всё было рассчитано так, чтобы он два часа проработал. Потому что для связи с Землей у него недостаточная мощность передатчика была, а он связывался через орбитальный аппарат, а тот улетел, и всё, связь прекратилась. Нет, ну хорошо, сделал свое дело.

Астероиды. К астероидам уже подлетали космические аппараты, теперь мы уже видим, что это за тела. Большой неожиданности не оказалось, мы действительно так и представляли себе астероиды: обломки, крупные или мелкие, допланетные тела.

Вот так выглядят астероиды, мимо которых пролетают космические аппараты, это серия кадров, просто чтоб вы видели. Ясно, что они испытывают взаимные соударения.

Посмотрите, какой огромный кратер на астероиде Штерн обнаружен. Иногда кратеры такие большие, что непонятно, как не разломилось само это тело при ударе.

Впервые удалось недавно подлететь и почти сесть на поверхность астероида. Вот этого вот астероида. Как вы думаете, кто это сделал, какая страна?

В. Г. Сурдин. Ну, вы знаете... А вот совершенно неожиданно, что это сделали японцы. Японцы как-то очень скромно о своих космических исследованиях говорят. А точнее, не говорят.

Японский аппарат, действительно первый межпланетный японский аппарат, подлетел вот к этому астероиду с японским же именем Итокава - но вот, грубо говоря, они его специально открыли под это дело и дали это имя. Очень маленький астероид, размером всего вдоль длинной оси 600 метров - ну, со стадион Лужники.

К нему подлетел вот такой маленький аппаратик, который - вот на этой фотографии видна тень от него - он свою тень сфотографировал, падающую на поверхность астероида Итокава.

Постепенно он сблизился с ним (ну, это, естественно, рисунок вы видите), не сел на его поверхность, но завис над ней примерно на расстоянии 5 или 7 метров. К сожалению, у него стала барахлить... - вот японцы, а всё равно стала барахлить - электроника, и дальше мы не совсем уверены, что с ним происходило. Он должен был сбросить на поверхность маленького робота - вот он тут нарисован - размером... вот такого размера робот, но поскольку сила тяжести на астероиде почти нулевая, то этот робот, отталкиваясь маленькими усиками вот так вот, должен был прыгать по поверхности. Сигнала от него не было получено - видимо, он не попал просто на поверхность.

Но был сделан гораздо более интересный эксперимент. С помощью такого пылесосика - вот тут труба торчит - была взята проба грунта с поверхности этого астероида. Ну, пылесос там, конечно, не работает, там безвоздушное пространство. Поэтому он обстреливал поверхность маленькими металлическими шариками, шарики вызывали такие микровзрывы, и часть пыли вот этой астероидной должна была попасть в эту трубу. Затем она упаковалась (должна была упаковаться) в капсулу специальную, и аппарат тронулся к Земле. Этот эксперимент был специально для доставки вещества астероида на Землю. Впервые в истории. Но забарахлили двигатели, и вместо того чтобы давно уже прилететь к Земле, он сейчас медленно-медленно наматывает обороты вокруг Солнца и все-таки потихонечку к Земле приближается. Может быть, через год-полтора он, если будет еще жив, доберется до Земли и впервые привезет образцы грунта с астероида.

А вот с комет грунт уже получен. Кометы замечательны тем, что они замерзшие в течение миллиардов лет. И есть надежда, что это то самое вещество, из которого формировалась Солнечная система. Получить его образцы мечтали все.

Вот к этому ядру кометы Вилд-2 (Wild-2) подлетел в 2006 году аппарат «Стардаст» (Stardust). Устроен он был так, чтобы, не садясь на поверхность кометы, взять пробу ее вещества.

Этот аппаратик пристроился в хвост кометы, из капсулы, которая потом вернулась на Землю, была развернута специальная ловушка, она размером примерно с теннисную ракетку, в виде вафельной такой конструкции, и ячейки между ребрами заполнены вязким веществом совершенно особого свойства - его называют «аэрогель». Это вспененное стекло, очень мелко вспененное аргоном стекло, и его губчатая такая, полутвердая-полугазовая консистенция позволяет пылинкам застревать в нём, не разрушаясь.

А, вот, собственно, эта самая матрица. И вот каждая ячейка заполнена самым легким на свете искусственным веществом - аэрогелем.

Посмотрите, как выглядит микрофотография полета пылинки внутри этого вещества. Вот она с космической скоростью, 5 км в секунду врезается, прошивает этот аэрогель и постепенно в нём тормозится, не испаряясь. Если бы она об твердое покрытие ударилась, она бы испарилась моментально, ничего бы не осталось. И застревая, там остается в виде твердой частицы.

Потом, после пролета мимо кометы, эту ловушку опять спрятали в капсулу, и она вернулась на Землю. Пролетая мимо Земли, аппарат сбросил ее на парашюте.

Вот в Аризонской пустыне ее нашли, эту капсулу, открыли, и видите, как исследуют состав этой ловушки. В ней обнаружились микрочастицы. Кстати, их очень трудно было обнаружить, там интернет-проект был, многие люди помогали - волонтеры, энтузиасты - помогали по микрофотографиям искать это дело, это отдельный разговор. Нашли.

И сразу же было неожиданное открытие сделано: оказалось, что твердые частицы, которые там застряли, - геологи так утверждают - при очень высокой температуре формировались. А мы думали, что, наоборот, Солнечная система и вещество комет всегда было при низкой температуре. Вот сейчас висит эта проблема: почему в составе комет есть тугоплавкие твердые частицы, откуда они взялись? К сожалению, проанализировать их не удалось: они очень мелкие. Ну, будут еще полеты к кометам, лиха беда начало.

Кстати, они и продолжились. К одному из ядер комет - комете Темпель-1 - подлетел тоже американский аппарат «Deep Impact» и попытался щелкнуть и посмотреть, что там внутри. С него была сброшена болванка - по-моему, около 300 кг веса, медная, - которая со скоростью полета спутника врезалась вот сюда; это момент как раз соударения. Она проникла на глубину несколько десятков метров, ну и там затормозилась, взорвалась, просто от кинетической энергии: очень быстро летела. И выброшенное изнутри вещество было спектрально проанализировано. Так что, можно сказать, уже покопались внутри ядер комет. Это очень важно, потому что кора кометная - она обработана солнечными лучами, солнечным ветром, а вот из глубины захватить вещество удалось впервые. Так что ядра комет неплохо исследованы. Сегодня мы их уже представляем в таком разнообразии.

Это ядро кометы Галлея, помните, в 1986 году она - ну кто-то должен помнить - подлетала к нам, мы ее видели. А это ядра других комет, к которым уже приближались космические аппараты.

Я говорил, что недавно... - собственно, давно уже - возникли подозрения, что мы чего-то недосчитываемся в Солнечной системе. Видите, тут маленький значочек вопроса.

Почему именно там, вблизи Солнца? Потому что астрономам трудно наблюдать области рядом с Солнцем. Солнце слепит, и телескоп там ничего не видит. Само-то Солнце видно, конечно, а что рядом с ним? Даже Меркурий в телескоп очень трудно рассмотреть, мы не знаем, как он выглядит. А что внутри орбиты Меркурия - совсем загадка.

Недавно возможность рассмотреть эти области появилась. С орбитальных аппаратов теперь ежедневно делают фотографии окрестностей Солнца, закрывая сам солнечный диск специальной заслонкой, чтобы он не слепил телескоп. Вот она на ножке, эта заслонка. И мы теперь видим: ну, это корона Солнечная и то, что рядом с Солнцем может оказаться.

Примерно раз в неделю сейчас открываются маленькие кометы, которые приблизились к Солнцу на расстояние одного-двух его собственных размеров. Раньше такие мелкие кометы мы не могли открыть. Это тела размером 30–50 метров, которые вдали от Солнца так слабо испаряются, что вы их не заметите. Но приближаясь к Солнцу, они начинают очень активно испаряться, иногда ударяются в солнечную поверхность, погибают, иногда пролетают мимо и почти полностью испаряются, но теперь мы знаем, что их очень много.

Кстати. Ну, раз вы сюда пришли, значит, астрономией интересуетесь. Можете открывать кометы, не имея телескопа, а имея только компьютер, который есть у каждого. Эти снимки ежедневно сбрасываются в интернет, их можно брать оттуда и смотреть, не подлетела ли к Солнцу комета. Любители астрономии так делают. Я знаю, по крайней мере, двух мальчиков в России, которые живут в деревне, у них нет... - почему-то компьютер с интернетом у них там есть. Телескопа нет. Так вот, они уже открыли, один, по-моему, пять даже комет, которые его имя получили и, в общем, всё по-честному. Просто обладая вот такой настойчивостью и ежедневно работая в этом направлении. Ну, и за границей многие этим занимаются. Так что открыть комету сейчас стало легче даже без телескопа.

Рядом с Солнцем, между орбитами Меркурия и поверхностью Солнца, есть область, где очень может быть, не исключено, что мы обнаружим новые небольшие планетки. Им даже предварительное название уже дали. Когда-то в XIX веке там подозревали существование планеты, дали ей имя Вулкан, но ее там не оказалось. Теперь «вулканоидами» назвали вот эти вот мелкие тела, которые тоже еще не открыты, но, может быть, будут в ближайшее время обнаружены.

А теперь неожиданная вещь. Луна. Казалось бы, что нового на Луне? По ней уже люди бродили, 40 лет как американцы там были, масса всякой автоматики туда летала. А вот не всё так просто. С Луной тоже еще открытия предстоят. Мы хорошо (более или менее) изучили видимое полушарие Луны, обращенное к Земле. И очень мало знаем об обратной ее стороне. Там не было ни одного автоматического аппарата, ни человека, ни одной пробы грунта - в общем, ничего там не было, только издалека на нее немножко смотрели. В чем была проблема, почему туда не летали? Потому что, находясь на обратной стороне Луны, вы теряете связь с Землей. По крайне мере, не имея ретрансляторов каких-то, радиорелейных линий, вы не можете по радио связаться с Землей. Управлять аппаратами было невозможно. Теперь такая возможность появилась.

Два года назад всё те же японцы запустили вокруг Луны тяжелый спутник, очень большой, очень хороший, три тонны весом - «Селена» (Selene) он тогда назывался, сейчас они ему дали имя японское, «Кагуя» (Kaguya). Так этот спутник сам привез туда радиоретранслятор. Он из себя выбросил два маленьких спутничка, которые летают один немножко впереди, другой немножко с отставанием по орбите, и когда основной аппарат находится там, за Луной, и исследует ее обратную сторону, эти ретранслируют его сигналы на Землю.

Сегодня японцы прямо по телевидению - бытовому, на обычные высококачественные домашние телевизоры - ежедневно показывают поверхность Луны. Говорят, качество бесподобное; я не видел, они нам этот сигнал не дают. Вообще, они довольно скупо свои данные публикуют, но даже по тому, что есть, видно, что качество прекрасное.

Эти картинки гораздо лучше, чем 40 лет назад американцы поставляли или мы.

Вот японские фотографии - как там Земля из-за горизонта лунного появляется. И это, конечно, существенно ухудшено качество для слайдов, на самом деле очень высококачественных. Зачем это нужно? Ну, для научных целей, конечно, всё это интересно, но есть одна чисто «бытовая» проблема, которая волнует в последнее время людей всё больше и больше: были ли американцы на Луне? Какие-то идиотские книги появляются на этот счет. Ну, никто из профессионалов не сомневается, что были. Но народ требует: нет, вы покажите, что они там были. Вот где остатки их экспедиций, посадочные аппараты, эти роверы, лунные автомобили? До сих пор не было возможности их сфотографировать. Ну, с Земли - вообще никакой, таких мелких деталей не видим. И даже японский, вот этот, замечательный спутник всё равно не видит их.

И вот буквально через - сейчас скажу, через сколько дней - через три дня... сегодня 12-е? 17-го числа, через пять дней, к Луне должен отправиться американский тяжелый спутник «Lunar Reconnaissance Orbiter», у которого будет огромная телекамера с вот таким вот объективом, и он будет на поверхности Луны видеть всё, что крупнее полуметра. Разрешающая способность - 50, а может быть, даже и 30 см они смогут достигнуть. И уж тогда вот - сейчас ведь сорокалетие посадки будет через месяц - они обещают сфотографировать все эти места, следы и так далее, всё, что оставили сорок лет назад на Луне. Но это, конечно, скорее, такой, я не знаю, журналистский интерес к этому, чем научный, но всё равно.

Да, опять подделают всё. Ребята, научитесь делать такие спутники, и вы сделаете фотографии.

Американцы серьезно задумали осваивать, второй шаг делать по поверхности Луны. Для этого у них, в общем, и денег хватает, и техники. Сейчас уже в процессе... по-моему, заказы даже размещены на изготовление новой системы, похожей на старый «Аполлон», который возил их на Луну. Я вот всё время говорил об автоматических исследованиях, но все-таки экспедиции с людьми тоже предполагаются.

Корабль будет типа лунного, типа «Аполлона» - того, что летал, немножко тяжелее.

Ракета нового образца, но, в общем-то, не сильно отличающаяся от старого «Сатурна» - вот то, на чём американцы летали в 60-х годах, 70-х - вот нынешняя, задуманная сейчас, ракета примерно такого же калибра.

Ну, теперь уже не фон Браун, там новые инженеры придумывают.

Но, в общем, это второе воплощение проекта «Аполлон», немножко более современное. Капсула такая же, экипаж, может, чуть побольше будет.

(Я не могу, сколько крика там. Вы воспринимаете то, что я говорю? Спасибо, потому что я пытаюсь услышать, о чем там говорят.)

Очень может быть, что эти экспедиции состоятся. Сорок лет назад «Аполлон» был оправдан, безусловно. То, что сделали люди, не сделал бы тогда ни один автомат. Насколько оправданно это сегодня, я не знаю. Сегодня автоматические аппараты работают куда как лучше, и за те деньги, что вот опять несколько человек слетает на Луну, мне кажется, было бы интересней... Но престиж, политика там... Видимо, будет опять полет человека. Для ученых это уже малый интерес представляет. Вот опять они по известной траектории туда полетят.

Так. Извините, что я тороплюсь, но я понимаю: вам тут душно, и надо торопиться. Я рассказал вам об исследованиях внутри Солнечной системы. Теперь еще минут 20 я хочу рассказать об исследованиях за пределом Солнечной системы. Может быть, кто-то уже устал от этого рассказа? Нет? Тогда давайте поговорим о планетах, которые за пределом Солнечной системы стали обнаруживать. У них название пока не утвердилось, их называют «внесолнечные планеты», или «экзопланеты». Ну, вот, «экзопланеты» - короткий термин, видимо он привьется.

Где их ищут? Звезд много вокруг нас, в нашей Галактике более ста миллиардов звезд. Вот так сфотографируешь маленький кусочек неба - глаза разбегаются. Непонятно, у какой звезды искать планету, а главное - как искать.

Обратите внимание на эти снимки, если там чего-нибудь видно. Чего-то видно. Здесь снят один кусочек неба с четырьмя разными экспозициями. Вот яркая звезда. При низкой экспозиции она видна как точка, но ничего слабенького вообще не получается. Когда мы увеличиваем экспозицию, появляются слабые объекты, и в принципе, наши современные телескопы могли бы заметить планеты типа Юпитера, Сатурна у соседних звезд. Могли бы, хватает для этого их яркости. Но рядом с этими планетами сама звезда очень ярко светит, а она заливает своим светом все окрестности, всю свою планетную систему. И телескоп слепнет, и мы ничего не видим. Это всё равно что попытаться рядом с уличным фонарем комарика разглядеть. Так мы на фоне черного неба, может, и увидели бы, а рядом с фонарем мы не можем его различить. В этом как раз проблема.

Как ее пытаются сейчас... собственно, не пытаются, а решают? Решают ее следующим образом: давайте следить не за планетой, которую мы можем не увидеть, а за самой звездой, которая яркая, в общем, легко различимая. Если вокруг по орбите движется планета, то и сама звезда относительно центра масс этой системы тоже немножечко елозит. Немножко совсем, но можно попытаться это заметить. Во-первых, можно заметить просто регулярные покачивания звезды на фоне неба. Пытались это сделать.

Вот если смотреть издалека на нашу Солнечную систему, то под действием Юпитера солнышко выписывает такую волнообразную синусоидальную траекторию, летит вот так, поколыхиваясь немножко.

Можно ли это заметить? От ближайшей звезды можно было бы, но на пределе возможностей. Пытались у других звезд такие наблюдения провести. Иногда казалось, что замечали, даже были публикации, потом это всё закрывалось, и на сегодняшний день это не работает.

Тогда сообразили, что можно следить не за покачиванием звезды вдоль плоскости неба, а за ее покачиваниями от нас и к нам. То есть приближением и ее удалением регулярным от нас. Это проще, потому что под действием планеты звезда оборачивается вокруг центра масс, то приближаясь к нам, то удаляясь от нас.

Это вызывает изменения в ее спектре: за счет эффекта Доплера линии в спектре звезды немножечко должны вправо-влево - к более длинным, к более коротким длинам волн - перемещаться. А это заметить сравнительно легко... тоже трудно, но можно.

Впервые такой эксперимент стали ставить два американских очень хороших астрофизика, Батлер и Марси. Они задумали в середине, даже в начале 90-х еще годов большую программу, создали очень хорошее оборудование, тонкие спектрографы и сразу стали наблюдать несколько сотен звезд. Надежда была такая: мы ищем крупную планету типа Юпитера. Юпитер оборачивается вокруг Солнца за примерно 10 лет, за 12 лет. Значит, надо вести наблюдения 10, 20 лет, чтобы заметить покачивание звезды.

И вот они огромную программу - большие деньги на это пошли - закрутили.

Через несколько лет после начала их работы этим же занялась маленькая группа швейцарских... собственно, два человека. У этих еще сотрудников много - у Марси и Батлера - было. Два человека: очень известный швейцарский специалист по спектрам Мишель Майор и его тогда аспирант был, Квелоц. Они начали наблюдение и через несколько дней открыли первую планету у соседней звезды. Повезло! У них не было ни оборудования тяжелого, ни времени большого - они угадали, на какую звезду надо смотреть. Вот 51-я звезда в созвездии Пегаса. В 1995 году было замечено, что она покачивается. Это положение линий в спектре - оно систематически меняется, причем с периодом всего в четверо суток. Четыре дня нужно планете на оборот вокруг своей звезды. То есть год на этой планете всего четыре наших земных дня длится. Это говорит о том, что планета очень близко к своей звезде находится.

Ну, это картинка. Но, может быть, похожая на правду. Вот настолько - ну, не настолько, ладно - почти настолько близко может летать планета рядом со звездой. Это вызывает, конечно, колоссальный нагрев планеты. Это массивная планета открыта, больше Юпитера, а температура на ее поверхности - она близко к звезде - примерно 1,5 тысячи градусов, поэтому мы называем их «горячие Юпитеры». Но на самой звезде такая планета тоже вызывает приливы огромные, как-то влияет на нее; очень интересно.

Причем долго так продолжаться не может. Двигаясь рядом со звездой, планета довольно быстро должна упасть на поверхность. Вот на это было бы очень интересно посмотреть. Тогда бы мы узнали что-то новое и о звезде, и о планете. Ну, пока таких событий, к сожалению, не было.

Жизни на таких планетах, близких к своим звездам, конечно, быть не может, а жизнь интересует всех. Но год от года эти исследования дают всё более и более похожие на Землю планеты.

Вот первая. Это наша Солнечная система, так в масштабе нарисованная. Первая планетная система у звезды 51-я Пегаса была вот такая, прямо впритирочку к звезде планета. Через несколько лет открыли более далекую планету в созвездии Девы. Еще через несколько лет - еще более далекую, и сегодня уже обнаруживаются планетные системы ближайших звезд, почти точные копии нашей Солнечной. Почти неотличимые.

Если - ну, конечно, это рисунки, мы пока не видели этих планет и не знаем, как они выглядят. Скорее всего, как-то вот так, похоже на наши планеты-гиганты. Если вы зайдете сегодня в интернет, то увидите там каталог внесолнечных планет (Extrasolar Planets). Любой поиск в любом Яндексе его вам даст.

Сегодня мы знаем очень много о сотнях планетных систем. Вот я буквально вчера вечером зашел в этот каталог.

На сегодняшний день открыто 355 планет примерно в 300 планетных системах. То есть в некоторых системах открыто по 3-4, есть даже одна звезда, у которой мы обнаружили пять... Мы - это слишком сильно сказано: американцы в основном обнаружили, а мы только смотрим на их каталог, у нас пока такой техники нет. Кстати, Батлер и Марси все-таки вырвались вперед, сейчас они ведущие открыватели внесолнечных планет. Но не первые, вот, а первые все-таки швейцарцы оказались.

Видите, какая роскошь: три с половиной сотни планет, которых еще 15 лет назад никто не знал; вообще не знали о существовании других планетных систем. Насколько они похожи на солнечные? Ну вот вам, пожалуйста, звезда 55-я Рака. Там одна планета-гигант открыта, и так в масштабе она прямо нашему Юпитеру соответствует. Вот это Солнечная система. И несколько гигантских планет рядом со звездой. Тут у нас Земля, там, Марс и Венера, а в этой системе тоже планеты-гиганты типа Юпитера и Сатурна.

Не очень похоже, согласен. Хотелось бы открыть планеты типа Земли, но это сложно. Они легкие и не так сильно влияют на звезду, а мы-то всё-таки на звезду смотрим, по ее колебаниям открываем планетные системы.

Но вот в ближайшей к нам планетной системе, у звезды эпсилон Эридана - кто постарше, наверное, помнит песенку Высоцкого про тау Кита, а кто еще чуть-чуть постарше, помнит, что в начале 60-х поиски внеземных цивилизаций начались у двух звезд - у тау Кита и у эпсилон Эридана. Вот оказалось, что не зря на нее смотрели, у нее есть планетная система. Если в общем посмотреть, она похожа: вот Солнечная, вот эпсилон Эридана, она похожа по строению. Если поближе посмотреть, то мы не видим маленьких планет у эпсилон Эридана там, где должны были бы быть планеты земного типа. Почему не видим? Да потому, что трудно их увидеть. Может быть, они там есть, но заметить их сложно.

Как все-таки их можно заметить? А вот метод есть.

Если смотреть на саму звезду, - это мы на Солнце сейчас смотрим, - то иногда на фоне поверхности звезды мы видим, как проходит планета. Вот это наша Венера. Мы видим на фоне Солнца иногда, как проходят Венера и Меркурий. Проходя на фоне звезды, планета закрывает часть поверхности звездного диска, и, значит, поток света, который мы получаем, чуть-чуть понижается.

Мы не можем так же детально увидеть поверхность далеких звезд, мы их воспринимаем просто как яркую точку на небе. Но если следить за ее яркостью, то в момент прохождения планеты на фоне диска звезды мы должны увидеть, как яркость немножко понизится, потом опять восстановится. Вот этот метод, метод покрытия звезды планетами, оказался очень полезным для обнаружения планет маленьких, земного типа.

Впервые поляки обнаружили такую ситуацию. Они наблюдали - у них в южной Америке обсерватория польская - наблюдали за звездой, и вдруг яркость понизилась, вот чуть-чуть понизилась (а это теоретическая кривая). Оказалось, что на фоне звезды прошла неизвестная дотоле планетка. Теперь этот метод вовсю эксплуатируется, и уже не с Земли, а в основном из космоса. Точность наблюдений выше, атмосфера не мешает.

Французы впервые два года назад - полтора года назад - запустили сравнительно небольшой космический телескоп «Корот» (COROT). Ну, там, французы с европейцами, в кооперации с другими европейцами. А месяц тому назад - три недели тому назад - американцы запустили большой телескоп «Кеплер», который тоже такими наблюдениями занимается. Они смотрят на звезду и ждут, когда на ее фоне пройдет планета; чтобы не ошибиться, смотрят сразу на миллионы звезд. И вероятность застать такое событие, конечно, повышается.

Причем, когда планета проходит на фоне звезды, звездный свет проходит через атмосферу планеты, и мы можем, вообще говоря, спектр даже изучать атмосферы, газовый состав ее как минимум можем определить. Хорошо бы получить вообще изображение планеты. И сейчас к этому уже приблизились, ну, собственно, не приблизились, а научились это делать. Как?

Придумали системы улучшения качества изображения в телескопах. Это называется «адаптивная оптика». Вот посмотрите: это схема телескопа, это его главное зеркало, которое фокусирует свет. Я немножко упрощаю, но дело в том, что, проходя сквозь слой атмосферы, свет размывается, и изображения становятся очень неконтрастными, нечеткими. Но если мы изогнем зеркало так, чтобы оно восстановило качество изображения, то из кляксы получим более контрастное, более четкое, более четкий рисунок. Такой же, как из космоса вы могли бы увидеть, но на Земле. Так сказать, исправим то, что испортила атмосфера.

И вот с помощью этого метода в конце прошлого года, в ноябре 2008-го, рядом с изображением звезды - оно вот такое по техническим причинам, это не имеет отношения к самой звезде, просто блик такой от нее - нашли три планеты. Именно увидели, понимаете. Не просто узнали, что они есть рядом со звездой, а увидели их.

И тогда же примерно, по-моему, тоже в конце ноября, американский этот самый «Хаббл», который на орбите летает, рядом со звездой Фомальгаут, закрыв ее заслонкой, обнаружил пылевой диск и, присмотревшись, вот тут увидел тоже планету гигантскую. Вот два разных года съемка велась, она передвинулась по орбите, очевидно совершенно, что это планета.

В чем радость этого открытия? Теперь мы имеем изображение планеты, можем его анализировать на спектральный состав и смотреть, какие газы у нее в атмосфере.

И вот что нам предлагают биологи - какие четыре биомаркера надо искать в атмосфере планеты, чтобы понять, есть там жизнь или нет.

Во-первых, наличие кислорода, лучше всего в форме O 3 - озона (он спектральные линии хорошие оставляет). Во-вторых, в инфракрасном спектре можно обнаружить линии CO 2 - углекислого газа, - который тоже как-то связан с жизнью; в-третьих, пары воды, и, в-четвертых, CH 4 - метан. Он на Земле, по крайней мере, в атмосфере Земли, метан - это продукт жизнедеятельности крупного рогатого скота, говорят. Тоже как-то он свидетельствует о наличии жизни. Вот эти четыре маркера спектральных, кажется, проще всего будет обнаружить у планет. Ну а когда-нибудь, может, и подлетим к ним и увидим, из чего они состоят, какая там природа и так далее.

Заканчивая весь этот рассказ, я хочу вспомнить, что все-таки это книжный фестиваль и тем, кого вообще заинтересовала эта тематика, сказать, что мы начали издавать серию книжек.

Две первые уже вышли, и как раз в них, особенно во второй, гораздо больше, чем я вам сегодня рассказал, о планетах Солнечной системы, о самых-самых последних открытиях там написано.

И сдана сейчас в типографию (выйдет недели через две) детальная книжка о Луне, потому что по Луне на самом деле много сделано и очень мало рассказано. Луна - чрезвычайно интересная планета и для наземных исследований, и в смысле экспедиций. Если вас интересует, можете продолжить изучать эту тему.

Спасибо. Вопросы теперь, если есть... Пожалуйста.

Вопрос. Такой вопрос: какая страна самая передовая в освоении космоса?

В. Г. Сурдин. США.

Вопрос. Ну а за США?

В. Г. Сурдин. Нет, по возможностям. Вот сегодня в космос, так сказать, каждый день по заказу могут летать либо американцы, либо мы, других вариантов нет. Китай подбирается к нам, в смысле запуска в космос. Они тоже начинают возить чужие спутники и так далее. Но меня интересует все-таки научное исследование космического пространства, а в этом смысле мы, наверное, сейчас входим в шестерку или в семерку ведущих стран.

У Луны, вот сейчас, сегодняшняя ситуация. Вокруг Луны сейчас летают японский, китайский и индийский спутники. Через 2-3 дня будет американский - ну, американцы часто туда летают, и в прошлые годы летали, и люди там были. У нас уже 40 лет - почти 40 лет - к Луне ничего не летало. К планетам мы вообще давно перестали запускать что-нибудь. Американцы - вы видели, сколько я вам показывал. То есть в научном смысле американцы, конечно, конкуренции не имеют практически никакой. А в техническом мы еще держимся на старых...

В. Г. Сурдин. Я не знаю, кто чего решал, но вот ответ на вопрос такой.

Вопрос. Скажите, а вот эти фонтаны Энцелада - когда планируется исследование?

В. Г. Сурдин. Планируется года через четыре, но будут деньги или нет...

Вопрос. А данные... то есть наблюдения когда будут?

В. Г. Сурдин. А это зависит от того, какую ракету удастся купить для полета. Скорее всего, аппарат будет легкий и полетит сразу. Тяжелый аппарат должен от планеты к планете лететь, а если небольшой, а у него цель будет совершенно определенная, то он, наверное, сразу и так года четыре, да, примерно четыре.

Вопрос. Через 10 лет, возможно, мы будем знать, что...

В. Г. Сурдин. Может быть, да.

Вопрос. Владимир Георгиевич, у вас такие интересные книги. Вот я с огромным интересом прочитал книгу «Звезды», сейчас тоже с неменьшим интересом читаю «Солнечную систему», вот которую вы показали. Жалко только, тираж всего 100 экземпляров.

В. Г. Сурдин. Нет, нет, 400 экземпляров был тираж потому, что РФФИ поддержал этот проект, а сейчас она переиздана. И в этой же серии «Звезды» вышли, и мы ее уже второе издание... Вы же знаете, тираж сегодня - не имеет никакого смысла вообще о нём думать. Сколько покупают, столько печатают.

Вопрос. Владимир Георгиевич, скажите, пожалуйста, а как определяют размеры - вот которые вы показывали - очень удаленных от Земли тел пояса Койпера?

В. Г. Сурдин. Размеры определяют только по яркости объекта. По его спектральным характеристикам, по цвету, можно понять, насколько хорошо он отражает свет. А по полному количеству отраженного света уже рассчитать площадь поверхности, ну и, естественно, размер тела. То есть пока мы еще не различили ни один из них так, чтобы картинку представить, только по яркости.

Вопрос. Владимир Георгиевич, скажите, пожалуйста, откуда берется энергия для извержения вулканов на Ио?

В. Г. Сурдин. Энергия для извержения вулканов и для того, чтобы поддерживать моря подо льдом в расплавленном виде, берется от самой планеты.

Вопрос. От радиоактивного распада?

В. Г. Сурдин. Нет, не от радиоактивного распада. В основном, от гравитационного взаимодействия спутника со своей планетой. Точно так же, как и Луна вызывает морские приливы на Земле, не только морские, но и в твердом теле Земли есть приливы. Но они у нас маленькие, всего на полметра океан туда-сюда поднимаются. Земля на Луне вызывает приливы уже несколько метров высотой, а Юпитер на Ио вызывает приливы с амплитудой 30 км, и вот это-то как раз его и разогрело, вот эти постоянные деформации.

Вопрос. Скажите, пожалуйста, а что делается нашим правительством, чтобы все-таки больше финансировать развитие науки?

В. Г. Сурдин. Ой, не знаю. Ну, ради бога, я не могу на такой вопрос ответить.

Вопрос. Нет, ну вы все-таки близко...

В. Г. Сурдин. Далеко. Где правительство, а где... Давайте более конкретно.

Вопрос. Скажите, пожалуйста, есть информация, что все-таки готовится экспедиция на Марс.

В. Г. Сурдин. Вопрос о том, готовят ли экспедицию на Марс. У меня тут очень личный и, может быть, нетрадиционный взгляд. Во-первых, готовят.

Вот обратите внимание на название вот этих ракет. Где они у нас, эти самые американские ракеты? Которые они якобы готовят - ну, не якобы, а на самом деле - для полетов к Луне, а ракетоноситель называется «Арес-5». Арес - это греческий синоним Марса, так что ракеты, вообще говоря, сделаны с задумкой - делаются с задумкой - и Марсианских экспедиций. Утверждается, что если, там, без особого комфорта, то 2-3 человека с помощью таких носителей могут долететь и до Марса. Американцы формально вроде бы готовятся к экспедициям на Марс где-то в районе 2030 года. Наши, как всегда, говорят: да чего там, дайте денег - мы и к 2024 году долетим до Марса. А сейчас даже в институте медико-биологических проблем идет такой наземный полет к Марсу, ребята сидят 500 дней в банке, там много, в общем, нюансов, это совсем даже не похоже на космический полет. Ну ладно, сидят и чего надо, то и высидят.

Но - вопрос: надо ли лететь к Марсу человеку? Экспедиция пилотируемая, с людьми, стоит минимум в 100 раз дороже хорошего добротного автоматического аппарата. В 100 раз. На Марсе - я не имел сегодня возможности вообще о Марсе рассказать - масса интересного и неожиданного обнаружено. На мой взгляд, самое интересное: на Марсе нашли колодцы диаметром от 100 до 200 м, глубиной никто не знает какой, дна не видно. Это самые перспективные места для поисков жизни на Марсе. Потому что под поверхностью там теплее, там больше давление воздуха и, главное, выше влажность. И уж если в этих колодцах не будет марсианской... но ни один астронавт туда никогда в жизни не спустится, это выше технических возможностей. В то же время на деньги одной пилотируемой экспедиции можно сотню автоматических запустить. И аэростатов, и всяких там вертолетов, и легких планеров, и марсоходов, которые вот у американцев уже шестой год бегают там, два марсохода, через два месяца еще туда тяжелый летит. Мне кажется, посылать экспедицию с людьми нерационально.

Еще один аргумент против полета человека к Марсу: мы еще не знаем, какая жизнь на Марсе, а уже принесем туда свою. До сих пор все аппараты, садившиеся на Марс, стерилизовали, чтобы не дай бог не заразить Марс нашими микробами, иначе вообще тогда не разберешься, где какие. А людей не стерилизуешь. Если там они будут... скафандр же не замкнутая система, он дышит, он выбрасывает... в общем, полет человека на Марс - это заразить Марс нашими микробами. И что? Кому это надо?

Еще один аргумент. Радиационная опасность при полете на Марс примерно в 100 раз выше, чем при полете к Луне. Просто расчеты показывают, что человек прилетает от Марса, даже если без посадки, просто туда и обратно, без остановки, сильно... с лучевой болезнью, в общем, с белокровием. Это... надо ли это тоже? Помнится, наши космонавты говорили: дайте нам билет в одну сторону. Но кому это надо? Герои, в общем, нужны там, где они нужны. А для науки надо, мне кажется, исследовать Марс автоматическими средствами, это очень хорошо сейчас идет, и у нас сейчас готовится проект «Марс-Фобос» для полета на спутник Марса. Может быть, в конце концов реализуется. Мне кажется, это перспективный путь.

А вспомните, в 50-60-е все глубоководные исследования у нас осуществлялись человеком в батискафе, да? В последние 20 лет вся океанологическая наука глубже 1 км делается автоматами. Никто уже людей туда не запуляет, потому что обеспечить жизнь человека тяжело, аппарат должен быть массивный, дорогой. Автоматы делают всё это легко и за меньшие деньги. Мне кажется, та же ситуация в космонавтике: полеты человека на орбиту-то сейчас не очень нужны стали, а уж к планетам совершенно... Ну, PR, в общем. Но это только моя точка зрения. Есть люди, которые «за» двумя руками.

Вопрос. Вопрос, попсовый. Есть в Солнечной системы какие-нибудь необъяснимые с научной точки зрения объекты, что-нибудь странное, но похожее на следы чужой цивилизации?

В. Г. Сурдин. Следов цивилизации, если честно говорить, пока не обнаружено, хотя они не исключены. Если бы мы хотели как-то нашу собственную цивилизацию, хотя бы память о ней или достижения ее сохранить, ну, на случай, я не знаю, на случай ядерной войны или, там, падания астероида на Землю, то главное, что надо было бы сделать, - это подальше наши базы данных куда-то поместить. На Луну, на спутники планет, в общем, подальше от Земли. И я думаю, что другие поступили бы так же. Но пока нет ничего, не найдено.

Вопрос. Вот эти вот явные прямоугольный объекты...

В. Г. Сурдин. Ну, были фотографии сфинксообразного лица на поверхности Марса. Помните, «сфинкс на Марсе»? Сфотографировал - сейчас вокруг Марса летает «Мars reconnaissance orbiter», это американский аппарат с четкостью снимков до 30 см на поверхности Марса - сфотографировал: гора обычная оказалась. Был комплекс пирамид типа пирамид в Гизе, эти самые Хеопсовы вот эти, тоже на Марсе. Сфотографировали: горы оказались, такие останцы старые горные. Теперь мы Марс знаем гораздо лучше, чем поверхность Земли, потому что у нас 2/3 океаном покрыто, еще лесами и т. д. Марс чистенький, весь перефотографирован вот до таких деталей. Когда марсоход ходит по Марсу, за ним следят и его видят с орбиты Марса. Просто колею от него видно и сам марсоход, куда он полезет. Так что там никаких следов.

Но вот эти пещеры покоя не дают мне и другим людям. Их обнаружили недавно, пытались в них заглянуть. Просто колодец вертикальный размером с Лужники. Он уходит на непонятно какую глубину. Вот туда надо заглядывать. Там может быть что угодно. Я не знаю, город вряд ли, но жизнь - очень возможно.

Вопрос. Скажите, пожалуйста, пару слов о коллайдере: что же с ним произошло?

В. Г. Сурдин. Ну, я не физик, я не знаю, когда он начнет работать, но деньги потрачены большие, значит, он опять... Дело вот еще в чём. Его зимой не хотят запускать. Он съедает энергию всего этого округа вокруг Женевского озера и летом-то еще ее хватает, а зимой он просто посадит все эти их подстанции. Запустят, конечно. Наверное осенью, он будет работать прекрасно. Прибор очень интересный.

Реплика из зала. Нет, просто очень много страхов нагоняют по поводу его...

В. Г. Сурдин. Да ладно. Ну пусть нагоняют. Страх хорошо продается.

Спасибо. Если больше нет вопросов - спасибо, до следующей встречи.

Внутренняя область Солнечной системы населена разнообразными телами: крупными планетами, их спутниками, а также малыми телами - астероидами и кометами. С 2006 г. в группе планет введена новая подгруппа - планеты-карлики (dwarf planet ), обладающие внутренними качествами планет (сфероидальная форма, геологическая активность), но в силу малой массы не способные доминировать в окрестности своей орбиты. Теперь 8 самых массивных планет - от Меркурия до Нептуна - решено называть просто планетами (planet ), хотя в разговоре астрономы для однозначности часто называют их «большими планетами», чтобы отличать от планет-карликов. Термин «малая планета», который многие годы применялся к астероидам, теперь не рекомендовано использовать во избежание путаницы с карликовыми планетами.

В области больших планет мы видим четкое деление на две группы по 4 планеты в каждой: внешнюю часть этой области занимают планеты-гиганты, а внутреннюю - значительно менее массивные планеты земной группы. Группу гигантов также обычно делят пополам: газовые гиганты (Юпитер и Сатурн) и ледяные гиганты (Уран и Нептун). В группе планет земного типа тоже намечается деление пополам: Венера и Земля чрезвычайно похожи друг на друга по многим физическим параметрам, а Меркурий и Марс уступают им по массе на порядок и почти лишены атмосферы (даже у Марса она в сотни раз меньше земной, а у Меркурия практически отсутствует).

Следует отметить, что среди двух сотен спутников планет можно выделить не менее 16 тел, обладающих внутренними свойствами полноценных планет. Нередко они превосходят своими размерами и массами планеты-карлики, но при этом находятся под контролем гравитации значительно более массивных тел. Речь идет о Луне, Титане, галилеевых спутниках Юпитера и им подобных. Поэтому было бы естественно ввести в номенклатуру Солнечной системы новую группу для таких «подчиненных» объектов планетного типа, назвав их «планетами-спутниками». Но пока эта идея в стадии обсуждения.

Вернемся к планетам земного типа. По сравнению с гигантами они привлекательны тем, что имеют твердую поверхность, на которую могут осуществлять посадку космические зонды. Начиная с 1970-х гг . автоматические станции и самоходные аппараты СССР и США неоднократно садились и успешно работали на поверхности Венеры и Марса. Посадок на Меркурий пока не было, поскольку полеты в окрестности Солнца и посадка на массивное безатмосферное тело технически весьма сложны.

Изучая планеты земного типа, астрономы не забывают и саму Землю. Анализ снимков из космоса позволил многое понять в динамике земной атмосферы, в строении ее верхних слоев (куда не поднимаются самолеты и даже аэростаты), в процессах, происходящих в ее магнитосфере. Сравнивая между собой строение атмосфер землеподобных планет, можно многое понять в их истории и точнее прогнозировать их будущее. А поскольку все высшие растения и животные обитают на поверхности нашей (или не только нашей?) планеты, особенно важны для нас характеристики нижних слоев атмосферы. Эта лекция посвящена планетам земного типа, в основном их внешнему виду и условиям на поверхности.

Яркость планеты. Альбедо

Глядя на планету издалека, мы легко различаем тела с атмосферой и без нее. Присутствие атмосферы, а точнее наличие в ней облаков, делает внешность планеты изменчивой и существенно повышает яркость ее диска. Это ясно видно, если расположить планеты в ряд от совершенно безоблачных (безатмосферных) до полностью закрытых облаками: Меркурий, Марс, Земля, Венера. Каменистые безатмосферные тела похожи друг на друга до почти полной неразличимости: сравните, например, крупномасштабные снимки Луны и Меркурия. Даже опытный глаз с трудом различает между собой поверхности этих темных тел, густо покрытых метеоритными кратерами. Зато атмосфера придает любой планете неповторимый вид.

Наличием или отсутствием атмосферы у планеты управляют три фактора: температура, гравитационный потенциал у поверхности и глобальное магнитное поле. Такое поле есть только у Земли, и оно существенно защищает нашу атмосферу от потоков солнечной плазмы. Луна потеряла атмосферу (если вообще ее имела) из-за низкой критической скорости у поверхности, а Меркурий - из-за высокой температуры и мощного солнечного ветра. Марс при почти той же гравитации, что у Меркурия, смог сохранить остатки атмосферы, поскольку из-за удаленности от Солнца он холоден и не так интенсивно обдувается солнечным ветром.

По своим физическим параметрам Венера и Земля - почти близнецы. У них весьма схожи размер, масса, а значит, и средняя плотность. Их внутренняя структура - кора, мантия, железное ядро - также должна быть сходной, хотя уверенности в этом пока нет, поскольку сейсмические и прочие геологические данные о недрах Венеры отсутствуют. Разумеется, и в недра Земли мы глубоко не проникали: в большинстве мест - на 3–4 км , в отдельных точках - на 7–9 км и лишь в одной - на 12 км. Это менее 0,2% радиуса Земли. Но сейсмические, гравиметрические и другие измерения позволяют судить о земных недрах весьма детально, а для других планет таких данных почти нет. Детальные карты гравитационного поля получены только для Луны; потоки тепла из недр измерены только на Луне; сейсмометры пока работали тоже лишь на Луне и (не очень чувствительный) на Марсе.

О внутренней жизни планет геологи до сих пор судят по особенностям их твердой поверхности. Например, отсутствие признаков литосферных плит у Венеры существенно отличает ее от Земли, в эволюции поверхности которой тектонические процессы (дрейф континентов, спрединг, субдукция и т. п.) играют определяющую роль. В то же время некоторые косвенные данные указывают на возможность тектоники плит на Марсе в прошлом, а также тектоники ледяных полей на Европе, спутнике Юпитера. Таким образом, внешнее сходство планет (Венера - Земля) не гарантирует сходства их внутреннего строения и процессов в их недрах. А планеты, не похожие друг на друга, могут демонстрировать сходные геологические явления.

Вернемся к тому, что доступно астрономам и прочим специалистам для прямого изучения, а именно - к поверхности планет или их облачного слоя. В принципе непрозрачность атмосферы в оптическом диапазоне не является непреодолимым препятствием для изучения твердой поверхности планеты. Радиолокация с Земли и с борта космических зондов позволила изучить поверхности Венеры и Титана сквозь их непрозрачные для света атмосферы. Однако эти работы носят эпизодический характер, а систематические исследования планет до сих пор проводятся оптическими приборами. И что еще более важно: оптическое излучение Солнца служит главным источником энергии для большинства планет. Поэтому способность атмосферы отражать, рассеивать и поглощать это излучение прямо влияет на климат у поверхности планеты.

Яркость поверхности планеты зависит от ее расстояния от Солнца, а также от наличия и свойств ее атмосферы. Облачная атмосфера Венеры отражает свет в 2–3 раза лучше, чем частично облачная атмосфера Земли, а безатмосферная поверхность Луны - втрое хуже земной атмосферы. Ярчайшее светило на ночном небе, не считая Луну, - Венера. Она очень яркая не только из-за относительной близости к Солнцу, но и из-за плотного облачного слоя из капель концентрированной серной кислоты, прекрасно отражающего свет. Наша Земля тоже не слишком темная, поскольку 30–40% земной атмосферы заполнены водяными облаками, а они тоже хорошо рассеивают и отражают свет. Вот фотография (рис. 4.3 ), где в кадр одновременно попали Земля и Луна. Этот снимок сделал космический зонд «Галилео», пролетая мимо Земли по пути к Юпитеру. Посмотрите, насколько Луна темнее Земли и вообще темнее любой планеты с атмосферой. Это общая закономерность: безатмосферные тела очень темные. Дело в том, что под воздействием космической радиации любое твердое вещество постепенно темнеет.

Утверждение, что поверхность Луны темная, обычно вызывает недоумение: на первый взгляд лунный диск выглядит очень ярким, безоблачной ночью он даже ослепляет нас. Но это лишь по контрасту с еще более темным ночным небом. Для характеристики отражающей способности любого тела используют величину под названием альбедо . Это степень белизны, то есть коэффициент отражения света. Альбедо, равное нулю, - абсолютная чернота, полное поглощение света. Альбедо, равное единице, - полное отражение. У физиков и астрономов есть несколько различных подходов к определению альбедо. Ясно, что яркость освещенной поверхности зависит не только от типа материала, но и от его структуры и ориентации относительно источника света и наблюдателя. Например, пушистый свежевыпавший снег имеет одно значение коэффициента отражения, а снег, в который вы наступили ботинком, - совсем другое. А зависимость от ориентации легко продемонстрировать зеркальцем, пуская солнечных зайчиков. Точное определение альбедо различного типа дано в главе «Краткий справочник» (с. 265). Знакомые поверхности с разным альбедо - бетон и асфальт. Освещенные одинаковыми потоками света, они демонстрируют разную визуальную яркость: у свежевымытого асфальта альбедо около 10%, а у чистого бетона - около 50%.

Весь диапазон возможных значений альбедо перекрыт известными космическими объектами. Скажем, Земля отражает около 30% солнечных лучей, в основном благодаря облакам, а сплошной облачный покров Венеры отражает 77% света. Наша Луна - одно из самых темных тел, в среднем отражающее около 11% света, а ее видимое полушарие из-за наличия обширных темных «морей» отражает свет еще хуже - менее 7%. Но встречаются и еще более темные объекты - например, астероид 253 Матильда с его альбедо в 4%. С другой стороны, есть удивительно светлые тела: спутник Сатурна Энцелад отражает 81% видимого света, а его геометрическое альбедо просто фантастическое - 138%, т. е. он ярче идеально белого диска такого же сечения. Даже трудно понять, как ему это удается. Чистый снег на Земле и то хуже отражает свет; какой же снег лежит на поверхности маленького и симпатичного Энцелада?

Тепловой баланс

Температура любого тела определяется балансом между притоком к нему тепла и его потерями. Известны три механизма обмена теплом: излучение, теплопроводность и конвекция. Два последних процесса требуют прямого контакта с окружающей средой, поэтому в космическом вакууме важнейшим и, по сути, единственным становится первый механизм - излучение. Для конструкторов космической техники это создает немалые проблемы. Им приходится учитывать несколько источников тепла: Солнце, планету (особенно на низких орбитах) и внутренние агрегаты самого космического аппарата. А для сброса тепла есть лишь один способ - излучение с поверхности аппарата. Для поддержания баланса тепловых потоков конструкторы космической техники регулируют эффективное альбедо аппарата с помощью экранно-вакуумной изоляции и радиаторов. Когда такая система дает сбой, условия в космическом корабле могут стать весьма некомфортными, о чем напоминает нам история экспедиции «Аполлон-13 » к Луне.

Но впервые с этой проблемой столкнулись еще в первой трети XX в. создатели высотных аэростатов - так называемых стратостатов. В те годы еще не умели создавать сложные системы терморегулирования герметичной гондолы, поэтому ограничивались простым подбором альбедо ее внешней поверхности. Насколько чувствительна температура тела к его альбедо, говорит история первых полетов в стратосферу. Швейцарец Огюст Пикар покрасил гондолу своего стратостата FNRS-1 с одной стороны в белый, а с другой - в черный цвет. Предполагалось регулировать температуру в гондоле, поворачивая сферу той или иной стороной к Солнцу: для этой цели снаружи установили пропеллер. Но устройство не заработало, солнце светило с «черной» стороны, и внутренняя температура в первом полете поднялась до +38°C. В следующем полете всю капсулу просто покрыли серебряной краской для отражения солнечных лучей. Внутри стало минус 16°C.

Американские конструкторы стратостата Explorer учли опыт Пикара и приняли компромиссный вариант: покрасили верхнюю часть капсулы в белый, а нижнюю - в черный цвет. Идея состояла в том, что верхняя половина сферы будет отражать солнечное излучение, а нижняя - поглощать тепло от Земли. Этот вариант оказался неплохим, но тоже не идеальным: во время полетов в капсуле было +5°C.

Советские стратонавты просто теплоизолировали алюминиевые капсулы слоем войлока. Как показала практика, такое решение было самым удачным. Внутреннего тепла, в основном выделяемого экипажем, оказалось достаточно для поддержания стабильной температуры.

Но если планета не имеет собственных мощных источников тепла, то значение альбедо очень важно для ее климата. Например, наша планета поглощает 70% падающего на нее солнечного света, перерабатывая его в собственное инфракрасное излучение, поддерживая за счет него круговорот воды в природе, запасая его в результате фотосинтеза в биомассе, нефти, угле, газе. Луна поглощает почти весь солнечный свет, «бездарно» превращая его в высокоэнтропийное инфракрасное излучение и за счет этого поддерживая свою довольно высокую температуру. Зато Энцелад своей идеально белой поверхностью гордо отталкивает от себя почти весь солнечный свет, за что и расплачивается чудовищно низкой температурой поверхности: в среднем около −200°C, а местами до −240°C. Впрочем, этот спутник - «весь в белом» - не сильно страдает от наружного холода, поскольку у него есть альтернативный источник энергии - приливное гравитационное влияние соседа-Сатурна (глава 6), поддерживающее его подледный океан в жидком состоянии. Но у планет земного группы внутренние источники тепла очень слабы, поэтому температура их твердой поверхности в значительной степени зависит от свойств атмосферы - от ее способности, с одной стороны, отражать часть солнечных лучей обратно в космос, а с другой - удерживать энергию излучения, прошедшего сквозь атмосферу к поверхности планеты.

Парниковый эффект и климат планеты

В зависимости от того, как далеко от Солнца находится планета и какую долю солнечного света она поглощает, формируются температурные условия на поверхности планеты, ее климат. Как выглядит спектр любого самосветящегося тела, например звезды? В большинстве случаев спектр звезды - это «одногорбая», почти планковская кривая, у которой положение максимума зависит от температуры поверхности звезды. В отличие от звезды, у спектра планеты два «горба»: часть звездного света она отражает в оптическом диапазоне, а другую часть поглощает и переизлучает в инфракрасном диапазоне. Относительная площадь под этими двумя горбами как раз и определяется степенью отражения света, то есть альбедо.

Посмотрим на две ближайшие к нам планеты - Меркурий и Венеру. На первый взгляд ситуация парадоксальная. Венера отражает почти 80% солнечного света и лишь около 20% поглощает, а Меркурий почти ничего не отражает, а всё поглощает. К тому же Венера дальше от Солнца, чем Меркурий; на единицу ее облачной поверхности падает в 3,4 раза меньше солнечного света. С учетом разницы в альбедо каждый квадратный метр твердой поверхности Меркурия получает почти в 16 раз больше солнечного тепла, чем такой же участок на Венере. И тем не менее на всей твердой поверхности Венеры адские условия - огромная температура (олово и свинец плавятся!), а Меркурий прохладнее! На полюсах там антарктический холод, а на экваторе средняя температура +67°C. Конечно, днем поверхность Меркурия нагревается до 430°C, а ночью остывает до −170°C. Но уже на глубине 1,5–2 метров суточные колебания сглаживаются, и мы можем говорить о средней температуре поверхности +67°C. Жарковато, конечно, но жить можно. А в средних широтах Меркурия вообще комнатная температура.

В чем же дело? Почему близкий к Солнцу и охотно поглощающий его лучи Меркурий нагрет до комнатной температуры, а Венера, более далекая от Солнца и активно отражающая его лучи, раскалена как печь? Как объяснит это физика?

Атмосфера Земли почти прозрачна: она пропускает 80% приходящего солнечного света. «Убежать» в космос в результате конвекции воздух не может - планета не отпускает его. Значит, охлаждаться она может только в виде инфракрасного излучения. А если ИК-излучение остается запертым, то оно нагревает те слои атмосферы, которые его не выпускают. Эти слои сами становятся источником тепла и частично направляют его обратно к поверхности. Некоторая часть излучения уходит в космос, но основная его часть возвращается к поверхности Земли и греет ее до тех пор, пока не установится термодинамическое равновесие. А как оно устанавливается?

Температура растет, и максимум в спектре смещается (закон Вина) до тех пор, пока не найдет в атмосфере «окно прозрачности», сквозь которое ИК-лучи уйдут в космос. Баланс тепловых потоков устанавливается, но при более высокой температуре, чем могло бы быть при отсутствии атмосферы. Это и есть парниковый эффект.

В своей жизни мы довольно часто сталкиваемся с парниковым эффектом. И не только в виде садового парника или толстой шубы, которую надевают в морозный день, чтобы согреться (хотя сама шуба не выделяет, а лишь удерживает тепло). Как раз эти примеры не демонстрируют чистый парниковый эффект, поскольку в них уменьшается как лучистый, так и конвективный отвод тепла. Гораздо ближе к описанному эффекту пример ясной морозной ночи. При сухом воздухе и безоблачном небе (например, в пустыне) после захода солнца земля быстро остывает, а влажный воздух и облака сглаживают суточные колебания температуры. К сожалению, этот эффект хорошо знаком астрономам: ясные звездные ночи бывают особенно холодными, что делает работу у телескопа весьма некомфортной. Вернувшись к рис. 4.8 , мы увидим причину: именно пары воды в атмосфере служат главным препятствием для уносящего тепло ИК-излучения .

У Луны нет атмосферы, а значит, нет и парникового эффекта. На ее поверхности термодинамическое равновесие устанавливается в явном виде, никакого обмена излучением между атмосферой и твердой поверхностью нет. У Марса разреженная атмосфера, но все-таки ее парниковый эффект добавляет свои 8°C. А Земле он добавляет почти 40°C. Если бы у нашей планеты не было такой плотной атмосферы, температура Земли была бы на 40° ниже. Сегодня она составляет по всему земному шару в среднем +15°C, а было бы −25°C. Все океаны замерзли бы, поверхность Земли от снега стала бы белой, альбедо повысилось и температура упала бы еще ниже. В общем - страшное дело! Хорошо, что парниковый эффект в нашей атмосфере работает и греет нас. И еще гораздо сильнее он работает на Венере - более чем на 500°С поднимает среднюю венерианскую температуру.

Поверхность планет

До сих пор мы не приступали к детальному изучению иных планет, в основном ограничиваясь наблюдением их поверхности. А насколько важна для науки информация о внешнем виде планеты? Что ценного может поведать нам изображение ее поверхности? Если это газовая планета, как Сатурн или Юпитер, или же твердая, но покрытая плотным слоем облаков, как Венера, то мы видим лишь верхний облачный слой и, следовательно, почти никакой информации о самой планете не имеем. Облачная атмосфера, как говорят геологи, - это супермолодая поверхность: сегодня она такая, а завтра будет иной (или не завтра, а через 1000 лет, что лишь миг в жизни планеты).

Большое Красное Пятно на Юпитере или два планетарных циклона на Венере наблюдаются уже 300 лет, но говорят нам лишь о некоторых общих свойствах современной динамики их атмосфер. Наши потомки, глядя на эти планеты, будут видеть совсем иную картину, а какую картину могли видеть наши предки, мы никогда не узнаем. Таким образом, глядя со стороны на планеты с плотной атмосферой, мы не можем судить об их прошлом, поскольку видим лишь изменчивый облачный слой. Совсем другое дело - Луна или Меркурий, поверхности которых хранят следы метеоритных бомбардировок и геологических процессов, происходивших в течение последних миллиардов лет.

А подобные бомбардировки планет-гигантов практически не оставляют следов. Одно из таких событий произошло в конце ХХ века прямо на глазах астрономов. Речь идет о комете Шумейкеров-Леви-9 . В 1993 г. недалеко от Юпитера была замечена странная цепочка из двух десятков небольших комет. Расчет показал, что это фрагменты одной кометы, пролетавшей рядом с Юпитером в 1992 г. и разорванной на части приливным эффектом его мощного гравитационного поля. Сам эпизод распада кометы астрономы не видели, а застали лишь тот момент, когда цепочка кометных осколков «паровозиком» удалялась от Юпитера. Если бы не произошло распада, то комета, подлетев к Юпитеру по гиперболической траектории, по второй ветви гиперболы ушла бы вдаль и, скорее всего, больше никогда не сблизилась бы с Юпитером. Но тело кометы не выдержало приливного напряжения и разрушилось, а затрата энергии на деформацию и разрыв тела кометы уменьшила кинетическую энергию ее орбитального движения, переведя осколки с гиперболической орбиты на эллиптическую, замкнутую вокруг Юпитера. Расстояние орбиты в перицентре оказалось меньше радиуса Юпитера, и в 1994 г. осколки врезались в планету один за другим.

Происшествие было грандиозное. Каждый «осколочек» кометного ядра - это ледяная глыба размером 1–1,5 км . Они по очереди влетали в атмосферу гигантской планеты со скоростью 60 км/с (вторая космическая скорость для Юпитера), обладая удельной кинетической энергией в (60/11) 2 = 30 раз большей, чем если бы это было столкновение с Землей. Астрономы с большим интересом, находясь в безопасности на Земле, наблюдали космическую катастрофу на Юпитере. К сожалению, осколки кометы били в Юпитер с той стороны, которую не было в этот момент видно с Земли. К счастью, как раз в это время на пути к Юпитеру был космический зонд «Галилео», он увидел эти эпизоды и показал их нам. За счет быстрого суточного вращения Юпитера области столкновения через несколько часов становились доступны и наземным телескопам, и, что особенно ценно, околоземным, таким как космический телескоп «Хаббл». Это было очень полезно, поскольку каждая глыба, врезаясь в атмосферу Юпитера, вызывала колоссальный взрыв, разрушающий верхний облачный слой и создающий на некоторое время окно видимости вглубь юпитерианской атмосферы. Так благодаря кометной бомбардировке мы ненадолго смогли туда заглянуть. Но прошло два месяца - и никаких следов на облачной поверхности не осталось: облака затянули все окна, как будто ничего не произошло.

Иное дело - Земля . На нашей планете метеоритные шрамы остаются надолго. Перед вами самый популярный метеоритный кратер диаметром около 1 км и возрастом около 50 тыс. лет (рис. 4.15 ). Он все еще хорошо виден. Но кратеры, образовавшиеся более 200 млн лет назад, можно найти лишь с помощью тонких геологических методов. Сверху их не видно.

Кстати, есть довольно надежное соотношение между размером упавшего на Землю крупного метеорита и диаметром образованного им кратера - 1:20 . Кратер километрового диаметра в Аризоне образовался от удара маленького астероида диаметром около 50 м. А в далекие времена по Земле ударяли и более крупные «снаряды» - и километровые, и даже десятикилометровые. Мы знаем сегодня около 200 крупных кратеров; их называют астроблемами («небесными ранами») и каждый год обнаруживают несколько новых. Крупнейший, диаметром 300 км, найден на юге Африки, его возраст - около 2 млрд лет. На территории России крупнейший кратер - Попигай в Якутии, диаметром 100 км. Известны и более крупные, например южноафриканский кратер Вредефорт диаметром около 300 км или еще не изученный кратер Земли Уилкса под ледяным щитом Антарктиды, диаметр которого оценивается в 500 км. Он выявлен по данным радиолокации и гравиметрических измерений.

На поверхности Луны , где нет ни ветра, ни дождя, где отсутствуют тектонические процессы, метеоритные кратеры сохраняются миллиарды лет. Глядя на Луну в телескоп, мы читаем историю космической бомбардировки. На обратной стороне - еще более полезная для науки картина. Похоже, что туда по какой-то причине никогда не падало особенно крупных тел либо, падая, они не могли пробить лунную кору, которая на обратной стороне вдвое толще, чем на видимой. Поэтому вытекавшая лава не заполняла крупные кратеры и не скрывала исторические детали. На любом клочке лунной поверхности есть метеоритный кратер, большой или маленький, и их так много, что более молодые разрушают те, что образовались раньше. Произошло насыщение: Луна уже не может стать более кратенированной, чем она есть; везде кратеры. И это замечательная летопись истории Солнечной системы: по ней выделено несколько эпизодов активного кратерообразования, в том числе эпоха тяжелой метеоритной бомбардировки (4,1–3,8 млрд лет назад), оставившая следы на поверхности всех планет земного типа и многих спутников. Почему потоки метеоритов обрушивались на планеты в ту эпоху, нам еще предстоит понять. Нужны новые данные о строении лунных недр и составе вещества на разной глубине, а не только на поверхности, с которой до сих пор были собраны образцы.

Меркурий внешне похож на Луну, поскольку, как и она, лишен атмосферы. Его каменистая поверхность, не подверженная газовой и водной эрозии, длительное время сохраняет следы метеоритной бомбардировки. Среди планет земного типа Меркурий хранит самые старые геологические следы возрастом около 4 млрд лет. Но на поверхности Меркурия нет крупных морей, заполненных темной застывшей лавой и похожих на лунные моря, хотя крупных ударных кратеров там не меньше, чем на Луне.

Размером Меркурий примерно в полтора раза больше Луны, но своей массой он превосходит Луну в 4,5 раза . Дело в том, что Луна - почти целиком каменистое тело, тогда как у Меркурия имеется огромное металлическое ядро, состоящее, по-видимому, в основном из железа и никеля. Радиус ядра составляет около 75% радиуса планеты (у Земли - лишь 55%), объем - 45% объема планеты (у Земли - 17%). Поэтому средняя плотность Меркурия (5,4 г/см 3 ) почти равна средней плотности Земли (5,5 г/см 3 ) и существенно превосходит среднюю плотность Луны (3,3 г/см 3 ). Имея большое металлическое ядро, Меркурий мог бы своей средней плотностью превосходить Землю, если бы не малая сила тяжести на его поверхности. Имея массу всего 5,5% земной, он обладает почти втрое меньшей силой тяжести, которая не в состоянии так уплотнить его недра, как уплотнились недра Земли, у которой даже силикатная мантия имеет плотность около 5 г/см 3 .

Меркурий трудно исследовать, поскольку он движется близко к Солнцу. Чтобы запустить к нему межпланетный аппарат с Земли, его нужно сильно затормозить, т. е. разогнать в направлении, противоположном орбитальному движению Земли: только тогда он начнет «падать» в сторону Солнца. Сделать это сразу с помощью ракеты невозможно. Поэтому в двух до сих пор осуществленных полетах к Меркурию были использованы гравитационные маневры в поле Земли, Венеры и самого Меркурия для торможения космического зонда и перевода его на орбиту Меркурия.

Впервые к Меркурию отправился в 1973 г. «Маринер-10 » (NASA). Он сначала сблизился с Венерой, притормозил в ее гравитационном поле и затем трижды прошел вблизи Меркурия в 1974–1975 гг . Поскольку все три встречи происходили в одной и той же области орбиты планеты, а ее суточное вращение синхронизовано с орбитальным, все три раза зонд фотографировал одно и то же полушарие Меркурия, освещенное Солнцем.

В течение следующих нескольких десятилетий полетов к Меркурию не было. И только в 2004 г. удалось запустить второй аппарат - MESSENGER (Mercury Surface, Space Environment, Geochemistry, and Ranging ; NASA). Осуществив несколько гравитационных маневров вблизи Земли, Венеры (дважды) и Меркурия (трижды), зонд в 2011 г. вышел на орбиту вокруг Меркурия и 4 года вел исследования планеты.

Работа вблизи Меркурия осложняется тем, что планета в среднем в 2,6 раза ближе к Солнцу, чем Земля, поэтому поток солнечных лучей там почти в 7 раз больше. Без специального «солнечного зонтика» электронная начинка зонда перегрелась бы. Сейчас готовится третья экспедиция к Меркурию под названием BepiColombo , в ней участвуют европейцы и японцы. Запуск намечен на осень 2018 г. Полетят сразу два зонда, которые выйдут на орбиту вокруг Меркурия в конце 2025 г. после пролета вблизи Земли, двух пролетов вблизи Венеры и шести вблизи Меркурия. Кроме детального исследования поверхности планеты и ее гравитационного поля, намечено подробное изучение магнитосферы и магнитного поля Меркурия, представляющего для ученых загадку. Хотя Меркурий вращается очень медленно, а его металлическое ядро должно было давно остыть и затвердеть, планета имеет дипольное магнитное поле, уступающее земному по напряженности в 100 раз, но все же поддерживающее вокруг планеты магнитосферу. Современная теория генерации магнитного поля у небесных тел, так называемая теория турбулентного динамо, требует наличия в недрах планеты слоя жидкого проводника электричества (у Земли это внешняя часть железного ядра) и сравнительно быстрого вращения. По какой причине ядро Меркурия до сих пор остается жидким, пока не ясно.

У Меркурия есть удивительная особенность, которой нет больше ни у одной планеты. Движение Меркурия по орбите вокруг Солнца и его вращение вокруг своей оси четко синхронизованы друг с другом: за время двух орбитальных периодов он совершает три оборота вокруг оси. Вообще говоря, с синхронным движением астрономы были знакомы давно: наша Луна синхронно вращается вокруг оси и обращается вокруг Земли, периоды этих двух движений одинаковы, т. е. они находятся в соотношении 1:1 . И у других планет некоторые спутники демонстрируют ту же особенность. Это результат действия приливного эффекта.

Чтобы проследить за движением Меркурия, поставим на его поверхности стрелочку (рис. 4.20). Видно, что за один оборот вокруг Солнца, т. е. за один меркурианский год, планета повернулась вокруг оси ровно полтора раза. За это время день в районе стрелки сменился ночью, прошла половина солнечных суток. Еще один годичный оборот - и в районе стрелки вновь наступает день, истекли одни солнечные сутки. Таким образом, на Меркурии солнечные сутки длятся два меркурианских года.

Подробно говорить о приливах мы будем в главе 6. Именно в результате приливного влияния со стороны Земли Луна синхронизовала два своих движения - осевое вращение и орбитальное обращение. Земля очень сильно влияет на Луну: вытянула ее фигуру, стабилизировала вращение. Орбита Луны близка к круговой, поэтому Луна движется по ней с почти постоянной скоростью на почти постоянном расстоянии от Земли (степень этого «почти» мы обсуждали в главе 1). Поэтому приливный эффект меняется слабо и контролирует вращение Луны вдоль всей орбиты, приводя к резонансу 1:1 .

В отличие от Луны, Меркурий движется вокруг Солнца по существенно эллиптичной орбите, то приближаясь к светилу, то удаляясь от него. Когда он далеко, в районе афелия орбиты, приливное влияние Солнца ослабевает, поскольку оно зависит от расстояния как 1/R 3 . Когда Меркурий приближается к Солнцу, приливы действуют намного сильнее, поэтому лишь в области перигелия Меркурий эффективно синхронизует два своих движения - суточное и орбитальное. Второй закон Кеплера гласит, что угловая скорость орбитального движения максимальна в точке перигелия. Именно там происходят «приливный захват» и синхронизация угловых скоростей Меркурия - суточной и орбитальной. В точке перигелия они в точности равны друг другу. Двигаясь дальше, Меркурий почти перестает ощущать приливное влияние Солнца и сохраняет свою угловую скорость вращения, постепенно снижая угловую скорость орбитального движения. Поэтому за один орбитальный период он успевает сделать полтора суточных оборота и вновь попадает «в лапы» приливного эффекта. Очень простая и красивая физика.

Поверхность Меркурия почти неотличима от лунной. Даже профессиональные астрономы, когда появились первые детальные снимки Меркурия, показывали их друг другу и спрашивали: «А ну-ка угадай, Луна это или Меркурий?». Угадать действительно трудно: и там, и там избитая метеоритами поверхность. Но особенности, конечно, есть. Хотя крупные лавовые моря на Меркурии отсутствуют, его поверхность неоднородна: есть области более старые и более молодые (основанием для этого служит подсчет метеоритных кратеров). От Луны Меркурий отличается и наличием характерных уступов и складок на поверхности, возникших в результате сжатия планеты при остывании ее огромного металлического ядра.

Перепады температуры на поверхности Меркурия больше, чем на Луне: в дневные часы на экваторе +430°C, а ночью −173°C. Но грунт Меркурия служит хорошим теплоизолятором, поэтому на глубине около 1 м суточные (или двухгодичные?) перепады температуры уже не чувствуются. Так что если вы прилетите на Меркурий, то первое, что нужно сделать, - вырыть землянку. В ней на экваторе будет около +70°C: жарковато. Но в районе географических полюсов в землянке будет около −70°C. Так что без труда можно найти географическую широту, на которой в землянке окажется комфортно.

Самые низкие температуры наблюдаются на дне полярных кратеров, куда никогда не попадают солнечные лучи. Именно там обнаружились залежи водяного льда, которые прежде были «нащупаны» радиолокаторами с Земли, а затем подтверждены приборами космического зонда MESSENGER. Происхождение этого льда пока обсуждается. Его источниками могут быть как кометы, так и выходящие из недр планеты пары воды.

Цвет у Меркурия есть, хотя на глаз он выглядит темно-серым. Но если повысить цветовой контраст (как на рис. 4.23 ), то планета приобретает красивый и таинственный вид.

На Меркурии есть один из самых больших ударных кратеров в Солнечной системе - Равнина Жары (Caloris Basin ) диаметром 1550 км. Это след от удара астероида диаметром не менее 100 км, чуть не расколовшего маленькую планету. Случилось это около 3,8 млрд лет назад , в период так называемой «поздней тяжелой бомбардировки» (Late Heavy Bombardment ), когда по не до конца понятным причинам увеличилось число астероидов и комет на орбитах, пересекающих орбиты планет земной группы.

Когда в 1974 г. «Маринер-10 » сфотографировал Равнину Жары, мы еще не знали, что получилось на противоположной стороне Меркурия после этого страшного удара. Ясно, что если по шару стукнули, то возбуждаются звуковые и поверхностные волны, которые распространяются симметрично, проходят через «экватор» и собираются в антиподной точке, диаметрально противоположной точке удара. Возмущение там стягивается в точку, и амплитуда сейсмических колебаний стремительно возрастает. Это похоже на то, как погонщики скота щелкают своим кнутом: энергия и импульс волны практически сохраняются, а толщина кнута стремится к нулю, поэтому скорость колебания увеличивается и становится сверхзвуковой. Ожидалось, что в области Меркурия, противоположной бассейну Caloris , будет картина невероятного разрушения. В общем, почти так и оказалось: там обнаружилась обширная холмистая область с рифленой поверхностью, хотя я ожидал, что там будет кратер-антипод. Мне представлялось, что при схлопывании сейсмической волны произойдет явление, «зеркальное» падению астероида. Мы наблюдаем это при падении капли на спокойную поверхность воды: сначала она создает маленькое углубление, а затем вода устремляется обратно и выкидывает небольшую новую каплю вверх. На Меркурии этого не случилось, и мы теперь понимаем, почему: его недра оказались неоднородными, и точной фокусировки волн не произошло.

В целом рельеф Меркурия более гладкий, чем у Луны. Например, стенки меркурианских кратеров не такие высокие. Причина этого, вероятно, в большей силе тяжести и более теплых и мягких недрах Меркурия

Венера - вторая планета от Солнца и самая загадочная из планет земной группы. Не ясно, каково происхождение ее очень плотной атмосферы, почти целиком состоящей из углекислого газа (96,5% ) и азота (3,5% ) и обеспечивающей мощный парниковый эффект. Непонятно, почему Венера так медленно вращается вокруг оси - в 244 раза медленнее Земли, и к тому же в противоположном направлении. При этом массивная атмосфера Венеры, а точнее ее облачный слой, за четверо земных суток облетает вокруг планеты. Это явление называют суперротацией атмосферы. При этом атмосфера трется о поверхность планеты и давно должна была бы притормозиться, ведь не может она долго двигаться вокруг планеты, твердое тело которой практически стоит на месте. Но атмосфера вращается, да еще и в направлении, противоположном вращению самой планеты. Понятно, что от трения о поверхность энергия атмосферы рассеивается, а ее момент импульса передается телу планеты. Значит, есть приток энергии (очевидно - солнечной), за счет которой работает тепловая машина. Вопрос: как реализована эта машина? Как энергия Солнца трансформируется в движение венерианской атмосферы?

Из-за медленного вращения Венеры кориолисовы силы на ней слабее, чем на Земле, поэтому атмосферные циклоны там менее компактны. По сути, их всего два: один в северном полушарии, другой в южном. Каждый из них «наматывается» от экватора на свой полюс.

Верхние слои венерианской атмосферы детально исследовали пролетные (в процессе гравитационного маневра) и орбитальные зонды - американские, советские, европейский и японский. Аппараты серии «Венера» в течение нескольких десятилетий запускали туда советские инженеры, и это был самый успешный наш прорыв в области исследования планет. Главной задачей было посадить на поверхность спускаемый аппарат, чтобы посмотреть, что там под облаками.

Конструкторы первых зондов, как и авторы научно-фантастических произведений тех лет, ориентировались на результаты оптических и радиоастрономических наблюдений, из которых следовало, что Венера - это более теплый аналог нашей планеты. Именно поэтому в середине XX в. все фантасты - от Беляева, Казанцева и Стругацких до Лема, Брэдбери и Хайнлайна - представляли Венеру как негостеприимный (жаркий, болотистый, с ядовитой атмосферой), но в целом подобный Земле мир. По этой же причине первые посадочные аппараты венерианских зондов делали не очень прочными, не способными сопротивляться большому давлению. И они гибли, спускаясь в атмосфере, один за другим. Затем их корпуса стали делать покрепче, с расчетом на давление в 20 атмосфер, но и этого оказалось мало. Тогда конструкторы, «закусив удила», создали титановый зонд, выдерживающий давление в 180 атм. И он благополучно сел на поверхность («Венера-7 », 1970). Заметим, что далеко не каждая подводная лодка выдерживает такое давление, царящее на глубине около 2 км в океане. Выяснилось, что у поверхности Венеры давление не опускается ниже 92 атм (9,3 МПа , 93 бар), а температура составляет 464°C.

С мечтой о гостеприимной Венере, похожей на Землю каменноугольного периода, было окончательно покончено именно в 1970 г. Впервые аппарат, рассчитанный на такие адские условия («Венера-8 »), успешно опустился и работал на поверхности в 1972 г. С этого момента посадки на поверхность Венеры стали рутинной операцией, однако долго поработать там не удается: через 1–2 часа внутренность аппарата нагревается и электроника выходит из строя.

Первые искусственные спутники появились у Венеры в 1975 г. («Венера-9 и -10 »). В целом чрезвычайно удачной оказалась работа на поверхности Венеры спускаемых аппаратов «Венера-9…-14 » (1975–1981 гг .), изучивших как атмосферу, так и поверхность планеты в месте посадки, сумевших даже взять пробы грунта и определить его химический состав и механические свойства. Но наибольший эффект среди поклонников астрономии и космонавтики вызвали переданные ими фотопанорамы мест посадки, сначала черно-белые, а позже - цветные. Кстати, венерианское небо при взгляде с поверхности оранжевое. Красиво! До сих пор (2017 г.) эти снимки остаются единственными и вызывают у планетологов большой интерес. Их продолжают обрабатывать и время от времени находят на них новые детали.

Существенный вклад в изучение Венеры в те годы внесла и американская космонавтика. Пролетные аппараты «Маринер-5 и -10 » изучали верхние слои атмосферы. «Пионер-Венера-1 » (1978 г.) стал первым американским спутником Венеры и провел радиолокационные измерения. А «Пионер-Венера-2 » (1978 г.) послал в атмосферу планеты 4 спускаемых аппарата: один большой (315 кг) с парашютом в экваториальную область дневного полушария и три малых (по 90 кг) без парашютов - в средние широты и на север дневного полушария, а также на ночное полушарие. Ни один из них не создавался для работы на поверхности, однако один из малых аппаратов благополучно приземлился (без парашюта!) и проработал на поверхности более часа. Этот случай позволяет почувствовать, насколько велика плотность атмосферы у поверхности Венеры. Атмосфера Венеры почти в 100 раз массивнее земной, а ее плотность у поверхности составляет 67 кг/м 3 , что в 55 раз плотнее земного воздуха и лишь в 15 раз уступает плотности жидкой воды.

Весьма непросто было создать прочные научные зонды, которые выдерживают давление венерианской атмосферы, такое же, как на километровой глубине в земных океанах. Но еще сложнее было заставить их противостоять окружающей температуре (+464°C) при столь плотном воздухе. Поток тепла сквозь корпус колоссальный, поэтому даже самые надежные аппараты работали не более двух часов. Чтобы скорее опуститься на поверхность и продлить там работу, «Венеры» в ходе посадки сбрасывали парашют и продолжали спуск, тормозясь лишь небольшим щитком на своем корпусе. Удар о поверхность смягчало специальное демпфирующее устройство - посадочная опора. Конструкция оказалась настолько удачной, что «Венера-9 » без проблем села на склон с наклоном 35° и нормально работала.

Такие панорамы Венеры (рис. 4.27 ) публиковались сразу после их получения. Здесь можно заметить любопытное событие. Во время спуска каждую камеру защищала полиуретановая крышка, которая после посадки отстреливалась и падала вниз. На верхнем снимке эта белая полукруглая крышка видна у посадочной опоры. А где она на нижнем снимке? Лежит левее центра. Именно в нее, распрямляясь, вонзил свой пробник прибор для измерения механических свойств грунта. Измерив ее твердость, он подтвердил, что это полиуретан. Прибор, так сказать, был испытан в полевых условиях. Вероятность этого печального события была близка к нулю, но оно произошло!

Учитывая высокое альбедо Венеры и колоссальную плотность ее атмосферы, ученые сомневались, что у поверхности будет достаточно солнечного света для фотографирования. К тому же у дна газового океана Венеры вполне мог висеть плотный туман, рассеивающий солнечный свет и не позволяющий получить контрастное изображение. Поэтому на первых посадочных аппаратах ставили галогенные ртутные лампы для освещения почвы и создания светового контраста. Но оказалось, что естественного света там вполне достаточно: на Венере светло, как в пасмурный день на Земле. И контраст при естественном освещении тоже вполне приемлемый.

В октябре 1975 г. посадочные аппараты «Венера-9 и -10 » через свои орбитальные блоки передали на Землю первые в истории снимки поверхности другой планеты (если не брать в расчет Луну). На первый взгляд перспектива на этих панорамах выглядят странно искаженной: причиной служит поворот направления съемки. Эти снимки получены телефотометром (оптикомеханическим сканером), «взгляд» которого медленно перемещался от горизонта под «ноги» посадочного аппарата и затем к другому горизонту: получалась развертка на 180°. Два телефотометра на противоположных бортах аппарата должны были дать полную панораму. Но крышки на объективах открывались не всегда. Например, на «Венере-11 и -12 » не открылась ни одна из четырех.

Один из наиболее красивых экспериментов по исследованию Венеры был проделан с помощью зондов «ВеГа-1 и -2 » (1985 г.). Их название расшифровывается как «Венера - Галлей», поскольку после отделения спускаемых аппаратов, направленных к поверхности Венеры, полетные части зондов ушли исследовать ядро кометы Галлея и впервые успешно это сделали. Посадочные аппараты были тоже не совсем обычными: главная часть аппарата садилась на поверхность, а при спуске от нее отделялся аэростат, изготовленный французскими инженерами, который около двух суток летал в атмосфере Венеры на высоте 53–55 км , передавая на Землю данные о температуре, давлении, освещенности и видимости в облаках. Благодаря мощному ветру, дующему на этой высоте со скоростью 250 км/ч , аэростаты успели облететь значительную часть планеты.

На фотографиях с мест посадки видны лишь небольшие участки венерианской поверхности. А можно ли увидеть всю Венеру сквозь облака? Можно! Радиолокатор видит сквозь облака. К Венере летали два советских спутника с радиолокаторами бокового обзора и один американский. По их наблюдениям составлены радиокарты Венеры с весьма высоким разрешением. На общей карте его трудно продемонстрировать, но на отдельных фрагментах карты оно ясно видно. Цветом на радиокартах показаны уровни: голубой и синий - это низменности; будь на Венере вода, это были бы океаны. Но жидкая вода на Венере существовать не может, да и газообразной воды там практически нет. Зеленоватые и желтоватые области - это континенты (назовем их так). Красное и белое - самые высокие точки на Венере, это венерианский «Тибет» - самое высокое плато. Высочайшая вершина на нем - гора Максвелл - возвышается на 11 км.

Венера вулканически активна, активнее, чем сегодняшняя Земля. Это не совсем понятно. В Новосибирске работает известный геолог, академик Николай Леонтьевич Добрецов, у него имеется интересная теория по поводу эволюции Земли и Венеры («Венера как возможное будущее Земли» , «Наука из первых рук» № 3 (69), 2016).

О недрах Венеры, о ее внутреннем строении надежных фактов нет, поскольку сейсмические исследования там до сих пор не проводились. К тому же медленное вращение планеты не позволяет измерить ее момент инерции, который мог бы рассказать о распределении плотности с глубиной. Пока теоретические представления базируются на сходстве Венеры с Землей, а видимое отсутствие тектоники плит на Венере объясняется отсутствием на ней воды, которая на Земле служит «смазкой», позволяя плитам скользить и подныривать друг под друга. Вкупе с высокой температурой поверхности это приводит к замедлению или даже полному отсутствию конвекции в теле Венеры, снижает скорость охлаждения ее недр и может объяснить отсутствие у нее магнитного поля. Все это выглядит логично, но требует экспериментальной проверки.

Кстати, о Земле . Подробно обсуждать третью от Солнца планету не буду, поскольку я не геолог. К тому же каждый из нас имеет общее представление о Земле даже на основе школьных знаний. Но в связи с изучением других планет замечу, что и недра своей планеты нам понятны не до конца. Почти каждый год происходят крупные открытия в геологии, порой обнаруживают даже новые слои в недрах Земли, однако мы до сих пор неточно знаем температуру в ядре своей планеты. Посмотрите свежие обзоры: некоторые авторы считают, что температура на границе внутреннего ядра около 5000 K, а другие - что более 6300 K. Это результаты теоретических расчетов, в которых фигурируют не вполне надежные параметры, описывающие свойства вещества при температуре в тысячи кельвинов и давлении в миллионы бар. Пока эти свойства не будут надежно изучены в лаборатории, точных знаний о недрах Земли мы не получим.

Уникальность Земли среди подобных ей планет состоит в наличии магнитного поля и жидкой воды на поверхности, причем второе, по-видимому, является следствием первого: магнитосфера Земли защищает от потоков солнечного ветра нашу атмосферу и, опосредованно, гидросферу. Для генерации магнитного поля, как сейчас представляется, в недрах планеты должны быть жидкий электропроводящий слой, охваченный конвективным движением, и быстрое суточное вращение, обеспечивающее кориолисову силу. Только при этих условиях включается динамо-механизм, усиливающий магнитное поле. Венера практически не вращается, поэтому у нее нет магнитного поля. Железное ядро у маленького Марса давно остыло и отвердело, поэтому он также лишен магнитного поля. Меркурий, казалось бы, очень медленно вращается и должен был остыть раньше Марса, но вполне ощутимое дипольное магнитное поле с напряженностью раз в 100 слабее земного у него есть. Парадокс! Ответственным за поддержание железного ядра Меркурия в расплавленном состоянии сейчас считается приливное влияние Солнца. Пройдут миллиарды лет, остынет и затвердеет железное ядро Земли, лишив нашу планету магнитной защиты от солнечного ветра. И единственной твердой планетой с магнитным полем останется, как это ни странно, Меркурий.

С точки зрения земного наблюдателя в момент противостояния Марс оказывается по одну сторону от Земли, а Солнце - по другую. Понятно, что именно в эти моменты Земля и Марс сближаются на минимальное расстояние, Марс виден на небе всю ночь и хорошо освещен Солнцем. Земля делает свой оборот вокруг Солнца за год, а Марс - за 1,88 года , поэтому средний промежуток времени между противостояниями занимает немногим более двух лет. Последнее противостояние Марса наблюдалось в 2016 г., правда, оно было не особенно близким. Орбита у Марса заметно эллиптическая, поэтому максимальные сближения с ним Земли случаются, когда Марс находится в районе перигелия своей орбиты. На Земле (в нашу эпоху) это конец августа. Поэтому августовские и сентябрьские противостояния называют «великими»; в эти моменты, наступающие раз в 15–17 лет , наши планеты сближаются менее чем на 60 млн км. Такое будет в 2018 г. А супертесное противостояние состоялось в 2003 г.: тогда до Марса было всего 55,8 млн км . В связи с этим родился новый термин - «величайшие противостояния Марса»: такими теперь считают сближения менее чем на 56 млн км. Они происходят 1–2 раза в столетие, однако в нынешнем веке их будет даже три - ждите 2050 и 2082 гг.

Но даже в моменты великих противостояний в телескоп с Земли на Марсе мало что видно. Вот (рис. 4.37 ) рисунок астронома, который смотрит на Марс в телескоп. Неподготовленный человек посмотрит и разочаруется - вообще ничего не увидит, лишь маленькую розовую «капельку», но опытный глаз астронома в тот же самый телескоп видит больше. Полярную шапку астрономы заметили давно, еще столетия назад. А также - темные и светлые области. Темные по традиции назвали морями, а светлые - континентами.

Повышенный интерес к Марсу возник в эпоху великого противостояния 1877 г.: к тому времени уже были построены хорошие телескопы и астрономы сделали несколько важных открытий. Американский астроном Асаф Холл обнаружил спутники Марса Фобос и Деймос, а итальянский астроном Джованни Скиапарелли зарисовал загадочные линии на поверхности планеты - марсианские каналы. Конечно, Скиапарелли не был первым, кто увидел каналы: некоторые из них замечали и до него (например, Анджело Секки). Но после Скиапарелли эта тема на многие годы стала доминирующей в изучении Марса.

Наблюдения деталей поверхности Марса, таких как «каналы» и «моря», положили начало новому этапу в изучении этой планеты. Скиапарелли считал, что «моря» Марса действительно могут быть водоемами. Поскольку соединяющим их линиям нужно было дать название, Скиапарелли назвал их «каналами» (canali ), подразумевая под этим морские проливы, а отнюдь не рукотворные сооружения. Он полагал, что по этим каналам в приполярных областях в период таяния полярных шапок действительно течет вода. После открытия на Марсе «каналов» некоторые ученые высказали предположение об их искусственной природе, что послужило основанием для гипотез о существовании на Марсе разумных существ. Но сам Скиапарелли не считал эту гипотезу научно обоснованной, хотя и не исключал наличия на Марсе жизни, возможно, даже разумной.

Однако мысль об искусственной системе оросительных каналов на Марсе стала укрепляться в других странах. Отчасти этому способствовало то, что итальянское canali было представлено на английском как canal (рукотворная водная магистраль), а не как channel (природный морской пролив). Да и на русском слово «канал» подразумевает искусственное сооружение. Идея о марсианах увлекла тогда многих, и не только писателей (вспомним Герберта Уэллса с его «Войной миров», 1897), но и исследователей. Самым известным из них стал Персиваль Ловелл. Этот американец получил прекрасное образование в Гарварде, в равной степени овладев математикой, астрономией и гуманитарными предметами. Но, как отпрыск родовитого семейства, он скорее стал бы дипломатом, писателем или путешественником, чем астрономом. Однако, прочитав работы Скиапарелли о каналах, он увлекся Марсом и поверил в существование жизни и цивилизации на нем. В общем, он забросил все прочие дела и занялся изучением Красной планеты.

На деньги своего богатого семейства Ловелл построил обсерваторию и начал рисовать каналы. Заметим, что фотография тогда была в зачаточном состоянии, а глаз опытного наблюдателя способен заметить мельчайшие детали в условиях атмосферной турбулентности, искажающей изображения далеких объектов. Карты марсианских каналов, созданные в Ловелловской обсерватории, были самыми детальными. К тому же, будучи хорошим литератором, Ловелл написал несколько занимательнейших книг - Mars and its canals (1906), Mars as the abode of life (1908) и др. Только одна из них была переведена на русский еще до революции: «Марс и жизнь на нем» (Одесса: Матезис, 1912). Эти книги увлекли целое поколение надеждой встретить марсиан. Зима - полярная шапка огромная, а каналов не видно. Лето - шапка растаяла, вода потекла, каналы появились. Они стали видны издалека, поскольку по берегам каналов зазеленели растения. Убедительно?

Следует признать, что история с марсианскими каналами так и не получила исчерпывающего объяснения. Есть старые рисунки с каналами и современные фотографии - без них (рис. 4.44 ). Где каналы?

Что это было? Заговор астрономов? Массовое помешательство? Самовнушение? Трудно упрекнуть в этом ученых, отдавших жизнь науке. Возможно, разгадка этой истории ждет нас впереди.

А сегодня мы изучаем Марс, как правило, не в телескоп, а при помощи межпланетных зондов (хотя и телескопы до сих пор используются для этого и порой приносят важные результаты). Полет зондов к Марсу осуществляется по самой энергетически выгодной полуэллиптической траектории (см. рис. 3.7 на с. 63). С помощью третьего закона Кеплера легко вычислить длительность такого перелета. Из-за большого эксцентриситета марсианской орбиты время перелета зависит от сезона запуска. В среднем полет с Земли на Марс длится 8–9 месяцев .

Можно ли отправить пилотируемую экспедицию на Марс? Это большая и интересная тема. Казалось бы, для этого нужны лишь мощная ракета-носитель и удобный космический корабль. Достаточно мощных носителей пока ни у кого нет, но над ними работают американские, российские и китайские инженеры. Можно не сомневаться, что такая ракета в ближайшие годы будет создана государственными предприятиями (например, наша новая ракета «Ангара» в своем самом мощном варианте) или частными компаниями (Илон Маск - почему бы и нет).

А существует ли корабль, в котором космонавты проведут многие месяцы по пути к Марсу? Пока такого нет. Все существующие («Союз», «Шэньчжоу») и даже проходящие испытания (Dragon V2 , CST-100 , Orion ) - очень тесные и пригодны лишь для полета на Луну, куда всего три дня пути. Правда, есть идея после взлета надувать дополнительные помещения. Осенью 2016 г. надувной модуль был испытан на МКС и неплохо себя показал.

Таким образом, техническая возможность перелета на Марс скоро появится. Так в чем же проблема? В человеке! На рис. 4.45 указана годовая доза облучения человека фоновой радиацией в разных местах - на уровне моря, в стратосфере, на околоземной орбите и в открытом космосе. Единица измерения - бэр (биологический эквивалент рентгена). Мы постоянно подвергаемся облучению естественной радиоактивностью земных пород, потоками космических частиц или искусственно созданной радиоактивностью. У поверхности Земли фон слаб: нас защищают, прикрывая нижнюю полусферу, магнитосфера и атмосфера планеты, а также ее тело. На низкой околоземной орбите, где работают космонавты МКС, атмосфера уже не помогает, поэтому радиационный фон возрастает в сотни раз. В открытом космосе он еще в несколько раз выше. Это существенно ограничивает длительность безопасного пребывания человека в космосе. Отметим, что работникам атомной промышленности запрещается в год получать больше 5 бэр - это почти безопасно для здоровья. Космонавтам в год разрешают получать до 10 бэр (приемлемый уровень опасности), что и ограничивает длительность их работы на МКС одним годом. А полет на Марс с возвращением на Землю в лучшем случае (если не произойдет мощных вспышек на Солнце) приведет к дозе в 80 бэр, что обусловит большую вероятность онкологического заболевания. Именно это и есть главное препятствие для полета человека на Марс.

Можно ли защитить астронавтов от радиации? Теоретически - можно. На Земле нас защищает атмосфера, толщина которой по количеству вещества на 1 см 2 эквивалентна 10-метровому слою воды. Легкие атомы лучше рассеивают энергию космических частиц, поэтому защитный слой космического корабля может иметь толщину 5 метров. Но даже в тесном корабле масса этой защиты будет измеряться сотнями тонн. Отправить такой корабль к Марсу не под силу современной и даже перспективной ракете.

Ну хорошо, допустим, нашлись добровольцы, готовые рискнуть своим здоровьем и отправиться на Марс в одну сторону без радиационной защиты. Смогут ли они после посадки там работать? Можно ли рассчитывать, что они выполнят задание? Вспомните, как космонавты, проведя полгода на МКС, чувствуют себя сразу после посадки на землю: их выносят на руках, кладут на носилки, и две-три недели они реабилитируются, восстанавливая крепость костей и силу мышц. А на Марсе их никто на руках не вынесет. Там нужно будет самостоятельно выходить и работать в тяжелых пустотных скафандрах, как на Луне: ведь давление атмосферы на Марсе практически нулевое. Скафандр очень тяжелый. На Луне двигаться в нем было относительно легко, поскольку сила тяжести там составляет 1/6 земной , а за три дня полета к Луне мышцы не успевают ослабнуть. На Марс же космонавты прибудут, проведя многие месяцы в условиях невесомости и радиации, а сила тяжести на Марсе в два с половиной раза больше лунной. К тому же и на самой поверхности Марса радиация почти такая же, как в открытом космосе: магнитного поля у Марса нет, и атмосфера у него слишком разреженная, чтобы служить защитой. Так что кинофильм «Марсианин» - это фантастика, очень красивая, но нереальная.

Некоторые варианты защиты от радиации в межпланетном полете

Как мы себе раньше представляли марсианскую базу? Прилетели, поставили на поверхности лабораторные модули, живем в них и работаем. А теперь вот как: прилетели, окопались, соорудили убежища на глубине минимум 2–3 метра (это достаточно надежная защита от радиации) и стараемся пореже и ненадолго выходить на поверхность. В основном сидим под грунтом и управляем работой марсоходов. Ну так ведь ими и с Земли можно управлять, даже еще эффективнее, дешевле и без риска для здоровья. Что и делается уже несколько десятилетий.

О том, что узнали о Марсе роботы, - в следующей лекции.