Книга Очерки о Вселенной - Борис Александрович Воронцов-Вельяминов

типа Юпитера содержит большую часть массы планеты. Видимый же нами объем их определяется поверхностью непрозрачной обширной атмосферы, сжатой внизу давлением вышележащих слоев до состояния, подобного состоянию твердого тела. Когда мы на этот огромный видимый объем делим известную нам массу планет, то и получаем среднюю их плотность, которая нас поражает своей малостью.

В последнее время расчеты ряда астрофизиков приводят к выводу, что легчайшие газы, водород и гелий, составляют в Юпитере до 90 % по массе и что в центре температура планеты может достигать 100 000°. В то же время снаружи вследствие условий теплопроводности Юпитер может быть таким холодным, каким мы его наблюдаем. При такой картине большая плотность ядра Юпитера обусловлена не столько тяжелыми химическими элементами, сколько сильно сжатым водородом.

Все планеты-гиганты окружены очень плотными облачными атмосферами, состоящими в основном из водорода и гелия с небольшой примесью метана и аммиака. Впрочем, последний вымерзает тем больше, чем планета дальше от Солнца, т. е. чем на ней холоднее.

Присутствие аммиака и метана на больших планетах объясняется низкой температурой. На Земле эти газы тоже образуются, но они у нас слишком скоро разлагаются на составные части солнечным светом, который на Земле более интенсивен. Кроме того, для образования метана и аммиака в большом количестве необходим свободный водород, а атомов его в атмосфере Земли почти нет. Между тем большие планеты с самого начала своего образования удерживали свободный водород, несмотря на его летучесть. Это обеспечивалось и низкой температурой и большой силой тяжести у их поверхности.

Все четыре планеты-гиганта вращаются быстрее остальных, особенно Юпитер. Более того, облака их на разных широтах вращаются с разной скоростью. Вращение их быстрее всего на экваторе (у Юпитера период 9 час. 50 мин.). Хотя у планет-гигантов и плотность мала, и вращение не как у твердого тела, но это не значит, что сами эти планеты огненно-жидкие, как некогда допускали (тогда, когда физика еще мало помогала астрономам).

Когда стало возможно измерять температуры планет по их инфракрасному излучению, то оказалось, что температуры планет-гигантов очень низки и допущение их огненно-жидкого состояния пришлось оставить. Температура Юпитера оказалась около -140°, а Сатурна около -155°. В 1963 г. при помощи 5-метрового телескопа удалось измерить даже распределение температуры по диску Юпитера. Неожиданно оказалось, что эта температура везде практически одинакова, но темные полосы облаков теплее, чем светлые. В центре диска температура -141°,5, а на утреннем и вечернем краю и даже вблизи полюсов ниже всего лишь на несколько градусов. В 1962 г. дважды наблюдалось явление, пока еще не объясненное с уверенностью. В том месте, где по облакам планеты бежала тень спутника (и где на Юпитере происходило затмение Солнца), температура оказалась на 50° выше, чем по соседству. Но уже через четверть часа после схождения тени температура падала до нормы. Позднее другие наблюдатели этого явления не обнаружили, поэтому оно требует дальнейшего подтверждения. Сравнение измерений излучения тепла Юпитера с расчетом энергии, получаемой им от Солнца, показывает превышение первого над вторым. Приходится заключить, что Юпитер имеет собственные источники тепла.

Большое пятно красноватого цвета, наблюдающееся по крайней мере 80 лет на Юпитере, когда-то считалось озером раскаленной лавы на его твердой поверхности. Знаменитый русский астрофизик Ф. А. Бредихин еще в 70-х годах прошлого века подробно изучал Красное пятно. Предполагалось, что идущие от него воздушные течения разгоняют над ним облака и делают его видимым. Теперь можно думать, что оно состоит из какого-то крайне легкого вещества, но твердого, а не жидкого, и поддерживаемого достаточно плотной атмосферой Юпитера на большой высоте над его твердой поверхностью. Размер Красного пятна 10x45 тыс. км. На его твердость указывает то, что оно как нечто целое перемещается по долготе. Все же, однако, Красное пятно Юпитера остается загадкой.

Мы упоминали, что скорость вращения облаков Юпитера уменьшается на несколько минут в сутки в умеренных широтах по сравнению с экваториальными.

Недавно выяснилось, что по временам скорость вращения, определяемая по наклону в спектре полос поглощения аммиака, отличается километра на два в секунду от скорости, определяемой по наклону фраунгоферовых линий. Последние производятся солнечным светом, отраженным от облаков Юпитера. Аммиачные пары расположены в более высоком слое атмосферы Юпитера. Если это так, то, значит, в верхних слоях по временам дуют ветры, как недавно обнаружено в земной стратосфере, но со скоростью в 40 раз большей, чем в нашей тропосфере. Не исключена, впрочем, возможность, что различие в наклоне разных линий спектра Юпитера вызвано не эффектом Доплера, а какой-либо иной причиной.

У поверхности облачного слоя Юпитера атмосферное давление составляет 1–2 атмосферы, а плотность раз в пять меньше, чем у поверхности Земли (как у нас на высоте около 10 км). Облака Юпитера, вытянутые параллельно его экватору вследствие быстрого вращения планеты, легко видны в небольшой телескоп, как и значительное сжатие планеты у полюсов, также вызванное быстротой вращения Юпитера. Вероятно, в составе атмосферы Юпитера есть и водяные пары и более сложные молекулы, в частности, ацетилен. В полосах Юпитера постоянно происходят изменения и только Красное пятно (за последние десятилетия утратившее свой красный цвет) является единственной постоянной деталью на его диске.

Из наблюдений при помощи межпланетных станций «Пионер-10» в 1973 г. и «Пионер-11» в 1974 г. следует, что у Юпитера есть водородная и гелиевая корона. Верхний слой облаков в атмосфере его состоит из перистых облаков аммиака. По данным, полученным еще из наземных наблюдений, Юпитер излучает тепла в 2 1/2 раза больше, чем он ее получает от Солнца.

От Юпитера к нам непрерывно идет его радиоизлучение переменной интенсивности, иногда дающее «всплески». Оно вызывается, по-видимому, плазменными волнами в его ионосфере. Обнаружилось, что эти радиовсплески связаны с положением на орбите одного из спутников Юпитера, называемого Ио. Ио сам обладает магнитным полем и ионосферой, взаимодействующими с ионосферой Юпитера. Максимум излучения соответствует моментам восхода и захода Ио для центра диска планеты. Еще раньше было обнаружено, что искусственные спутники Земли производят заметную ионизацию в ее магнитосфере. Возможно, что в системе Юпитера наблюдается аналогичное явление и резкое повышение электронной концентрации сопровождается радиоизлучением. Это одно из свидетельств существования у Юпитера мощного магнитного поля и связанного с ним радиационного пояса.

Данные о магнитосфере Юпитера уточнены после запуска к нему межпланетной станции США «Пионер-10», стартовавшей в марте 1972 г. и прошедшей на расстоянии от поверхности Юпитера, в 130 000 км, в декабре 1973 г.

«Пионер-11» был запущен позже и встретился с Юпитером в декабре 1974 г., а затем он проследовал к орбите Сатурна. Магнитное поле Юпитера противостоит межпланетному магнитному полю, создаваемому солнечным ветром. На их стыке скорость солнечного