9. Далекие планеты Уран, Нептун и Плутон

В этой главе…

Далекие миры — Уран и Нептун

Природа Плутона

Пояс Койпера

Наблюдение далеких объектов Солнечной системы

Хотя Марс и Венера ближе к Земле, а Юпитер и Сатурн — яркие и эффектные объекты, наблюдение отдаленных планет имеет свое особое очарование и притягательность. В этой главе вы познакомитесь с тремя отдаленными планетами Солнечной системы — Ураном, Нептуном и Плутоном — и их спутниками. Кроме того, я дам вам несколько советов по поводу наблюдения этих далеких миров.

Природа Урана и Нептуна

Приведем самые важные факты об Уране и Нептуне.

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

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

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

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

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

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

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

Уран, его кольца и спутники

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

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

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

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

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

Нептун и его спутники

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

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

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

Далекий Плутон

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

Рис. 9.1. Странная маленькая планета Плутон

Фотография любезно предоставлена NASA

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

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

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

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

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

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

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

Плутон — это планета или нет?

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

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

Что такое плутиносы?

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

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

У них сильно вытянутые эллиптические орбиты.

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

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

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

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

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

Проблемы наблюдения далеких планет

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

Наблюдение Урана

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

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

он медленно движется на фоне тусклых звезд.

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

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

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

Как отличить Нептун от звезды

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

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

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

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

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

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

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

Попытки увидеть Плутон

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

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

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