Вселенная полна загадок - Зигель Феликс Юрьевич. Страница 24
Схема строения Юпитера.
Давно сложилось мнение, что планеты-гиганты представляют собой неостывшие тела. Трудно было иначе понять, почему в их атмосферах происходят необычайно сложные процессы. Воображение рисовало огненно-жидкую поверхность неостывшей планеты или, скорее, полусолнца, над которой в стремительном вихре мчатся облака раскаленных газов. Эта волнующая наши чувства картина была хладнокровно разрушена еще в 1914 году, когда непосредственные измерения температуры атмосферы Юпитера привели к выводу, что последняя близка к минус 140 градусам по Цельсию. Дальнейшие измерения только подтвердили это заключение. Представление о планетах-гигантах как об «огнедышащих» планетах перешло в область истории. Факты надо было объяснить как-то иначе.
С тех пор предпринимались неоднократные попытки построить теоретические схемы или модели больших планет. В последнее время наибольшей популярностью пользовалась гипотеза уже известного нам Вильдта.
По его расчетам, планеты имеют сравнительно небольшие твердые ядра, покрытые сплошными ледяными слоями затвердевших газов, над которыми простирается газообразная атмосфера.
Как показали исследования А. Г. Масевич, модели Вильдта явно ошибочны. При своих расчетах Вильдт не учитывал тех колоссальных давлений в недрах больших планет, которые неизбежно должны сказаться на состоянии заключенных в них веществ. Картина получится совершенно иная, если учесть эти давления, которые, по расчетам Н. А. Козырева, достигают в центре Юпитера чудовищно большой величины — 70 миллионов атмосфер.
До недавнего времени было неясно, как ведет себя вещество при таких сверхвысоких давлениях. Однако в последние годы были в лабораторной обстановке получены давления в сотни тысяч атмосфер. Результаты этих опытов сильно помогли в тех теоретических расчетах, которые произвела А. Г. Масевич.
Внутреннее строение планеты можно узнать, если известны величина ее сплюснутости (то есть ее форма) и скорость вращения вокруг оси. Эти данные, как и величину массы планеты, можно сравнительно легко получить из наблюдений.
Оказывается, чем однороднее планета, тем более сплющенной она должна быть. Иначе говоря, наблюдения могут указать на степень неоднородности данной планеты. Кроме того, наблюдая, каким образом атмосфера Юпитера при движении по небу планеты постепенно закрывает какую-нибудь из звезд, можно вычислить средний молекулярный вес газов этой атмосферы.
С помощью спектрального анализа уже давно установлено, что в атмосферах больших планет в изобилии встречаются метан (СН4) и аммиак (NH3). Значит, большие планеты очень богаты водородом, который должен существовать там не только в соединениях с другими химическими элементами, но и в чистом, свободном состоянии. Действительно, в самое последнее время в спектрах Урана и Нептуна удалось обнаружить полосы свободного водорода. В спектрах Юпитера и Сатурна этих полос не найдено, что, возможно, объясняется маскирующим действием атомов гелия. Как показывают опыты, если к чистому водороду примешать гелий в количестве втрое большем, то характерные для водорода полосы в его спектре очень сильно ослабляются.
Средняя плотность планет-гигантов, получаемая делением массы планеты на ее объем, оказывается очень небольшой. У Юпитера она равна 1,34, у Сатурна 0,71, у Урана 1,47 и у Нептуна 1,58 (плотность воды принимается за единицу). Иначе говоря, средняя плотность этих странных планет близка к плотности воды, а у Сатурна она даже меньше единицы. Если бы существовал исполинский водный бассейн, куда можно было бы бросить Сатурн, то эта наименее плотная из планет не пошла ко дну, а стала бы плавать, как наполненный воздухом резиновый мяч!
Таким образом, информация, получаемая нами из самых различных источников, приводит к единому выводу— планеты-гиганты должны в основном состоять из наиболее легкого химического элемента — водорода.
Мы не будем описывать весь ход исследования, проведенного А. Г. Масевич. Математические методы, ею примененные, не могут быть изложены в простой и доступной форме. Укажем только на те результаты, к которым пришла советская исследовательница планет.
Юпитер почти полностью состоит из водорода, количество которого составляет 85 процентов его массы. Остальные 15 процентов приходятся на долю гелия и других, более тяжелых элементов.
Проникая с поверхности Юпитера в глубь планеты, мы сначала пройдем через атмосферу, состоящую преимущественно из молекулярного водорода. Эта область занимает по протяжению 0,14 радиуса Юпитера.
На глубине около 10 тысяч километров совершается резкий скачок плотности. Благодаря колоссальному давлению вышележащих слоев, достигающему на этой глубине 700 тысяч атмосфер, электроны покидают свои атомы и водород из молекулярного превращается в атомарный. Смесь протонов и электронов при этом образует так называемую металлическую фазу водорода. Металлический водород вдвое плотнее обычного, молекулярного водорода.
Продвигаясь дальше в глубины планеты, мы заметим, что плотность вещества непрерывно возрастает и на глубине около 50 тысяч километров наступает новый, второй скачок плотности. Мы вступаем здесь в область центрального ядра планеты, которое должно состоять из смеси водорода с более тяжелыми элементами.
Есть ли у Юпитера твердое ядро, подобное ядру Земли или других похожих на нее планет? В этом можно сомневаться. Давление в центральных частях Юпитера так велико, а процентное содержание тяжелых элементов так мало, что скорее всего Юпитер полностью состоит из газов. Правда, в центре Юпитера плотность этого газа в семнадцать раз больше плотности воды и в два с лишним раза больше плотности железа. Но ведь давно известны целиком газообразные звезды — «белые карлики», плотность вещества которых еще больше.
Если бы масса Юпитера стала раз в пять большей, то Юпитер превратился бы в обычную звезду с весьма длительно «работающими» источниками атомной энергии. Солнечная система представляла бы тогда систему двух звезд — Солнца и Юпитера.
Однако и при той массе, которой он обладает, Юпитер, возможно, имеет в центре весьма высокую температуру. По подсчетам Н. А. Козырева, она может быть близка к 150 тысячам градусов.
Сказанное о Юпитере относится и к другим гигантским планетам. Их строение и природа должны быть весьма сходны с природой Юпитера.
Трудно сейчас сказать, какие причины вызывают постоянные стремительные изменения в атмосферах этих странных планет. Если источником энергии здесь служит внутреннее тепло, то почему же их атмосферы так холодны?
Так же неясен вопрос о природе загадочных образований вроде красного пятна или Южного тропического возмущения. Яркая окраска деталей видимой поверхности больших планет говорит о наличии в их атмосферах, кроме водорода и его соединений, каких-то других, «красящих» веществ, может быть, металлического натрия.
У ГРАНИЦ ПЛАНЕТНОЙ СИСТЕМЫ
В ночь на 14 марта 1930 года телеграф передал всем обсерваториям мира следующее сообщение:
«Планета, открытая на Ловелловской обсерватории, согласуется с транснептунной планетой Ловелла. Положение 12 марта в 3 часа 00 минут 00 секунд мирового времени: 7 секунд времени к западу от Дельты Близнецов, 15-й величины».
Многолетние поиски транснептунной планеты увенчались успехом. Как и за восемьдесят четыре года до этого, был открыт новый мир, причем история, обессмертившая в свое время имена Леверье и английского астронома Адамса, снова повторилась.
Существование транснептунной планеты было доказано сначала теоретическими расчетами, а затем и прямыми наблюдениями.
А произошло это так.
Еще в 70-х годах прошлого века ряд астрономов, в том числе Фламмарион, выступили с предположением, что за орбитой Нептуна вокруг Солнца должна обращаться еще какая-то более далекая планета. Основанием для этого послужили факты, касающиеся орбит комет.