ТРИУМФ В КОСМОСЕ |
© 1981 by Harvard Magazine Reprinted by permission.
ФРЕД Л. УИППЛ
С разрешения журнала «Харвард магазин»
Фред Л. Уиппл — один из ведущих американских астрономов, пользующийся международным признанием за свои исследовательские работы по эволюции солнечной и звездных систем. Ныне он профессор астрономии в отставке Гарвардского университета и старший научный сотрудник в отставке Смитсоновской астрофизической обсерватории в Кембридже, штат Массачусетс, которую он возглавлял с 1955 по 1973 год. Весной 1981 года вышла в свет его новая книга «Вокруг Солнца — планеты и спутники Солнечной системы».
Представьте себе радость антрополога, которому неожиданно посчастливилось найти цветную и озвученную видеозапись, показывающую один день из жизни семьи австралопитеков, жившей в ущелье Олдовай в Танзании. Или изумление историка, слушающего тайно сделанную запись секретного разговора в семействе Борджиа. Но если антропологам и историкам не приходится даже об этом мечтать, то астрономы, изучающие планеты и спутники Солнечной системы, стали очевидцами подобного чуда. Например, исследования космического пространства дали нам возможность производить наблюдения и измерения непосредственно на поверхности Венеры, вечно скрытой облаками от наблюдений извне. Узнали мы и то, что четверть марсианской атмосферы каждую зиму замерзает до твердого состояния, а экзотический спутник Юпитера Ио усеян действующими серными вулканами и покрытыми серой равнинами с температурой минус 150°С.
Впервые в истории цивилизации, разорвав оковы земного притяжения, человек устремился в космос... Соединенные Штаты в лице Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА), изучили Солнечную систему с такой доскональностью, о которой не смели мечтать даже самые смелые фантасты всего 50 лет назад. Непревзойденный успех астронавтов «Аполлона», высадившихся на Луну, был достигнут благодаря беспрецедентно высокому уровню техники. Если в программе «Аполлон» основной упор делался на надежность, то беспилотные космические станции, запущенные к другим планетам, потребовали невероятно высокой точности в расчетах, проектировании и изготовлении, с тем, чтобы до предела снизить массу и потребляемую мощность без ущерба для надежности всех систем. Учитывая высокую удельную стоимость космических станций — порядка двух миллионов долларов на килограмм массы, — конструкторы придирчиво высчитывали каждый грамм веса и каждый милливатт потребляемой научной аппаратурой мощности. Для передачи колоссального объема информации «Вояджером-1» от Сатурна на Землю, с расстояния примерно полтора миллиарда километров космического пространства, потребовалось всего около 500 ватт электроэнергии, полученной от изотопного генератора. Такой мощности хватает для работы цветного телевизора средних размеров, но недостаточно для тостера. Что мы узнали в результате этих невероятных по своему объему исследовательских поисков? Очень много. Только научные работы, посвященные исследованиям Луны и образцов лунного грунта, насчитывают свыше 30 000 страниц. В этом кратком обзоре я попытаюсь отметить некоторые из наиболее волнующих и значительных результатов. Я надеюсь, что это беглое знакомство с самым строгим в истории человечества исследованием поможет читателям разделить радость открытия, пережитую учеными и инженерами.
До тех пор, пока американские астронавты и советские космические станции «Луна» не доставили на Землю образцы лунного грунта, мы могли проследить историю Земли только на 3,5 миллиарда лет, хотя известно, что возраст Земли и метеоритов составляет почти 4,6 миллиарда лет. Вскоре, в результате исключительно тщательных лабораторных исследований образцов лунного грунта, было определено с точностью до 100 миллионов лет, что Луна примерно того же возраста, что и Земля. Ученые облегченно вздохнули, установив, что Луна, Земля и мелкие небесные тела в составе Солнечной системы образовались практически в одно и то же время. Кроме того, образцы лунного грунта заполнили временной промежуток от начала формирования нашей планеты до затвердения старейших каменных пород на Земле.
В действительности, почти вся история лунной поверхности укладывается в тот промежуток, когда Луна и Земля завершали свой рост в ходе бомбардировки бесчисленными мелкими небесными телами, свободно летавшими между планетами. Как это ни странно, но похоже, что этот процесс заключался не в постепенном накоплении твердых обломков, а в необычайно интенсивной бомбардировке, произошедшей приблизительно через 400 миллионов лет после того, как наша планета и Луна в основном сформировались. Вполне возможно, что крупное планетообразное тело величиной с Луну столкнулось с другим, в результате чего оба тела распались на множество довольно крупных осколков, заполнивших внутреннюю часть Солнечной системы. Через 100 миллионов лет все осколки либо выпали на поверхность крупных планет, либо истерлись в пыль и покинули пределы Солнечной системы.
Но даже несмотря на эти факты, трудно определенно установить происхождение Луны, хотя мы и знаем, что образующий ее материал несколько сходен с веществом наружной мантии Земли и пережил стадию интенсивного разогревания, в результате которого из него исчезли легкие летучие вещества, прежде всего, вода и углерод. Луна несомненно сформировалась вокруг Земли, может быть, когда тело сопоставимых размеров, проходя в непосредственной близости, задело нашу планету. Осколки, вероятно, сначала образовали кольцо, а затем постепенно слились в нынешнюю Луну, поначалу находившуюся гораздо ближе к Земле, чем сейчас.
Выяснилось, что Меркурий, ближайшая к Солнцу планета, при наблюдении с близкого расстояния очень похож на Луну. Высокая удельная плотность Меркурия, в 5,4 раза выше плотности воды, позволяет предполагать, что в нем содержится не менее 60 процентов железа, наиболее распространенного тяжелого элемента, способного создать подобную плотность. Следовательно, Меркурий должен представлять собой либо ядро довольно большой развивающейся планеты, либо собрание обломков малых планет, которые были разогреты в процессе соединения в одно тело, так что содержание легких элементов в породах Меркурия должно быть не высоким. Так как мы не располагаем образцами грунта Меркурия, датировать важнейшие образования на его поверхности не представляется возможным. Однако все имеющиеся данные говорят о том, что Меркурий тоже подвергся сильной бомбардировке приблизительно через 400 миллионов лет после завершения своего формирования. Тщательное сравнение снимков поверхности Луны и Меркурия показывает, что на Меркурии больше морщин и складок, в то время как на Луне преобладают равнины и долины. Очевидно во время бомбардировки Меркурий подвергался охлаждению и сжатию, а Луна — нагреванию и расширению.
Снято покрывало тайны и с Венеры. Оказалось, что ее поверхность — часто изображаемая фантастами в виде тропических джунглей, населенных причудливыми существами, — представляет собой каменистую пустыню с температурой около 450°С. Иными словами, она подходит скорее для зажаривания чудовищ, чем для их размножения. (В духовке температура редко бывает выше 250°С.) Кроме того, атмосферное давление у поверхности планеты в 90 раз превышает земное. Атмосфера состоит из 96,4% углекислого газа и 3,4% азота с незначительными следами воды. Обильные дожди и густые туманы, рисовавшиеся воображению писателей-фантастов, состоят в основном из капелек серной кислоты. Итак, как это ни прискорбно, приходится сделать вывод, что всякая возможность существования каких-либо форм жизни на этой планете целиком отпадает. Колоссальные различия между такими близкими на первый взгляд планетами, как Венера и Земля, в будущем, по всей вероятности, помогут объяснить происхождение всей планетарной системы.
Первые сведения о высоких температурах на поверхности Венеры были получены в 1960 году при помощи коротковолновой радиометрии; нынешние представления о ее топографии составлены на основе радиолокационных измерений, сделанных автоматической станцией «Маринер-Венера» в 1980 году. Исключительно важным достижением явилась посадка на поверхность планеты советских станций серии «Венера», которые передали на Землю изображения двух каменистых участков без малейших следов жидкостной эрозии или заметного разъедания поверхности камней... Зонды станции «Маринер-Венера» показали, что на поверхность Венеры падает довольно большое количество солнечного света, о чем свидетельствуют и снимки, сделанные советскими станциями «Венера», а также дали вертикальный профиль температур планетной атмосферы. Облака серной кислоты находятся на высоте около 50 километров. Когда в нашем распоряжении оказались данные о составе атмосферы и о давлении, обусловленном высотой, стало нетрудно объяснить, чем вызвана высокая температура у поверхности планеты. Венера — гигантская оранжерея, на которой ничего не растет. Солнечное тепло здесь попадает в ловушку углекислого газа, непроницаемого для инфракрасных лучей, а если в тепловой ловушке и появляются лазейки, их, к радости современных теоретиков, перекрывают элементы, содержащиеся в исключительно малых количествах в атмосфере планеты.
По сравнению с Землей, на Венере всегда было мало воды. На нашей планете встречаются окаменелые включения углерода в осадочных горных породах (главным образом, в известняках), причем его количество приблизительно соответствуют количеству углерода, входящего в состав атмосферного углекислого газа на Венере. На Земле это стало возможным благодаря наличию воды. Но почему эти две планеты, столь схожие во всех других отношениях, обладают такими разными атмосферами? Каков бы ни был ответ, мы должны благодарить судьбу за то, что вода создала на Земле благоприятные для развития жизни условия. Несомненно, было бы гораздо интереснее, если бы на Венере тоже была вода, чтобы внеземная цивилизация могла зародиться по соседству с нами. Вместо этого, нам приходится вести поиски разумной жизни на в миллионы раз более удаленных звездах далеких галактик.
В свое время на Марс возлагались большие надежды как на соседнюю обитель внеземной жизни, но они окончательно разбились после мягкой посадки на планету посадочных блоков станций серии «Викинг». На борту этих станций находилась аппаратура для проведения биохимических экспериментов по изучению материала поверхности планеты. Присутствие в грунте или атмосфере Марса каких-либо живых организмов с биологическими процессами, хотя бы отдаленно напоминающими земные, дало бы положительный результат. И в самом деле, приборы зарегистрировали признаки активности, но, как выяснилось позже, она объяснялась химическими свойствами бедного кислородом песка марсианской пустыни в условиях интенсивного космического облучения. Но самые убедительные отрицательные результаты были получены в ходе молекулярного анализа, показавшего полное отсутствие углеводородов в районах посадки межпланетной станции.
Холодные марсианские пустыни резко отличаются от раскаленных пустынь Венеры. На Марсе исключительно низкое атмосферное давление — приблизительно 0,6% земного и менее одной десятитысячной доли атмосферного давления на Венере. В атмосфере содержится 95% углекислого газа, а остальное составляет азот, кислород и аргон примерно в равных долях. Водяные пары в атмосфере присутствуют в исключительно низкой концентрации, а по ночам и во время зимы практически вся вода замерзает. Углекислый газ перемещается от одного полюса к другому со сменой времен года. Полюса Марса наклонены к плоскости орбиты почти под таким же углом, что и земные, причем южный полюс обращен к Солнцу, когда Марс находится на ближайшем от него расстоянии. Когда в южном полушарии лето, углекислота испаряется, и атмосферное давление в районах посадки «Викинга» в северном полушарии увеличивается на 30% по сравнению с давлением во время южной зимы. Таким образом, на Марсе отмечается уникальное явление — со сменой времен года количество атмосферы изменяется почти на треть.
Так как Марс расширен по экватору в результате вращения вокруг оси с периодом 24,5 часа, солнечное притяжение вносит нарушения во вращение планеты, в результате чего северный полюс перемещается, подобно волчку, относительно полюса орбитальной плоскости, с периодом около 125 000 лет. Для Земли этот период равен 25 000 лет. Сотрудник Лаборатории реактивных двигателей Калифорнийского технологического института в Пасадене Уильям Уорд рассчитал, что наклон оси также колеблется с периодом около одного миллиона лет. Предельные значения наклона оси 35 и 15 градусов, а в настоящее время ось наклонена под углом 24 градуса, что почти точно совпадает с наклоном земной оси, равным 23,5 градуса. Таким образом, полярные шапки Марса периодически поворачиваются летом к Солнцу гораздо больше, в результате чего должно увеличиваться общее количество испарившейся углекислоты и воды из растаявшего льда. Это явление может объяснить наличие пересохших рек и потоков, отчетливо видимых на снимках, полученных «Викингами» с околомарсианской орбиты. По всей вероятности, они были вызваны внезапными катастрофическими наводнениями, происшедшими при быстром таянии замерзшей воды в результате повышения температуры. На Марсе возможно наличие больших запасов воды в виде слоя вечной мерзлоты, замерзшей грязи и ледников.
| Карта межпла- нетных трасс «Маринер»...«Пионер»... «Викинг»... «Вояджер» — вот неполный список сложных, но надежных космических аппаратов, проложивших в поисках новых знаний пути в мир других планет. Управляемые компьютерами и послушные сигналам с Земли, они, пересекая просторы Солнечной системы, с безупречной точностью достигали своей цели. На этой карте обозначены основные полеты американских автоматических межпланетных станций. |  |
|
| |||||||||||||
 |   КОЛЬЦА
ояджеру-2» удалось снять систему колец под более выгодным углом, чем «Вояджеру-1», причем со стороны, освещенной Солнцем, в результате чего снимки получились намного резче. Около 60 мелких колец видны на снимке слева (цвет колец ненастоящий). Снимок обнаруживает различные степени отражательной способности, что может свидетельствовать о неоднородном составе поверхностей кольца С (синий цвет), и кольца В (желтый цвет). Вверху: кольцо А с промежутком, называемым делением Кассини (в нижнем правом углу). На верхнем фото справа: на фоне полного диска Сатурна показано кольцо F с его внутренним спутником. На среднем фото справа: обработанное компьютером изображение структуры кольца F, основанное на данных яркости излучения света, полученное в ходе эксперимента «звездного затмения». Внизу справа: кольца Сатурна. |
 |
| ||||
(Продолжение со стр. 29)ности планеты) D, С, В, A, F, Е. Простираются они от облачного покрова планеты на 290 000 км в космос. С Земли хорошо видны лишь кольца С, В и Е. После пролета «Вояджера-1» многие ученые выдвинули теорию о многочисленных промежутках между кольцами, считая, что они образовались в результате воздействия гравитации маленьких лун, находящихся между ними и отбрасывающих более мелкие частицы в обе стороны. Поиски этих лун (спутников) и были поручены «Вояджеру-2». «Если нам не удастся отыскать их в этих промежутках, — сказал Брадфорд А. Смит (один из ученых, проводящих исследования), когда «Вояджер-2» приблизился к Сатурну, — дела наши плохи». Два дня спустя, когда этих спутников обнаружить не удалось, Смит никак не мог скрыть своего разочарования: «Мы оказались в весьма невыгодном положении». Очевидно понадобится новый подход к решению этого вопроса. Происхождение колец Сатурна также продолжает оставаться загадкой. Одна из распространенных ныне гипотез рассматривает их как протопланетарное вещество, так и не образовавшее луну. Согласно другой гипотезе, они представляют собой обломки спутника или астероида, разорванного на части сильнейшей гравитацией Сатурна. Кроме того, ученые пытаются найти объяснение происхождению мощных и сложных гравитационных и магнитных сил, удерживающих систему колец. «Для того, чтобы понять структуру колец, потребуется много времени, — говорит член группы ученых Джеффри Куцци. — Это вещь сложная и сразу не дается». По имеющимся сейчас данным известно, что кольца есть еще у двух планет: Юпитера и Урана. Ученые возлагают большие надежды на автоматическую межпланетную станцию «Вояджер-2», которая должна передать на Землю информацию о кольцах Урана. Это поможет им разобраться в других подобных системах и даст новые сведения, касающиеся происхождения, развития и дальнейшей судьбы Солнечной системы.
тот снимок Сатурна «Вояджер-2» сделал с расстояния 3,4 миллиона км, находясь уже за планетой. На фото видны детали колец и различия между ними. Заметна краснота на неосвещенной стороне кольца В. |
Как это ни странно, изучение Марса показало, какую важную роль в эволюции человека сыграла Луна. Если бы у Земли не было Луны, выступающей в роли балласта, задерживающего колебания земной оси, наш климат мог бы периодически подвергаться значительным изменениям, при которых полярный круг доходил бы до средних широт, а в тропиках наблюдались бы заметные сезонные перемены. Такие серьезные климатические изменения в мировом масштабе несомненно сказались бы на эволюции высших форм жизни. В какую сторону изменились бы темпы развития — вопрос гипотетический, но представляющий огромный интерес. Пока что на него не дано ясного ответа.
Примерно половина поверхности Марса покрыта древними кратерами с менее четкими очертаниями, чем у кратеров Луны и Меркурия. Эти различия обусловлены, скорее всего, присутствием воды, а точнее говоря, вечной мерзлоты в верхних слоях марсианского грунта. Заметны также и следы ветровой эрозии. Старая, покрытая кратерами часть, своим видом резко отличается от другой половины марсианской поверхности, где находятся самые большие в пределах Солнечной системы вулканические горы. Среди них особое место занимает область Олимпийские снега, или гора Олимп, возвышающаяся более чем на 21 000 метров над уровнем окружающих равнин. Ее высота более чем в два раза превосходит высоту Джомолунгмы (Эвереста) над уровнем моря. Огромный потухший кратер на вершине Олимпа напоминает гигантских размеров макет гавайской кальдеры, но в этом кратере без труда может поместиться самый крупный из Гавайских островов. Похоже на то, что у Марса, масса которого в десять раз меньше земной, не было мощного источника внутреннего тепла, достаточного для поддержания вулканической активности в течение длительного времени или континентального дрейфа, как это произошло на Земле. Поэтому вулканическая активность замечена только на одной половине планеты, где находятся огромные по масштабам вулканы, потухшие миллиарды лет назад.
Датировка главных геологических формирований на марсианской поверхности еще основана на подсчете кратеров соударения, но данные по насыщенности космического пространства небесными телами имеются только для района в непосредственной близости от земной орбиты. До сих пор окончательно не выяснено, продолжается ли на Марсе вулканическая деятельность. Пыльные бури большой силы, порой скрывающие всю поверхность планеты, определенно не имеют ничего общего с вулканической активностью. Они вызваны сильными ветрами, возникающими в южном полушарии примерно в то время, когда Марс находится на кратчайшем расстоянии от Солнца. Для возникновения пыльных бурь такой силы и образования ветровых наносов, различимых у большинства марсианских кратеров, скорость ветров должна достигать 190 — 320 километров в час.
Таким образом, знакомство с внутренними планетами Солнечной системы показывает, что Луна и Меркурий слишком малы, чтобы поддерживать атмосферу, а их геологическая активность давно прекратилась. Регулярно повторяющиеся «лунотрясения» на Луне вызываются более или менее активным центром, расположенным на глубине около 800 километров, но выделяемая им энергия исключительно мала. То же самое можно предполагать и в отношении Меркурия, хотя на нем, как и на Венере, еще не установлено сейсмографов и непосредственные наблюдения пока неосуществимы. Сейсмографы, доставленные «Викингами» на Марс, обладают слишком низкой чувствительностью. Они показывают, что на планете не бывает крупных внутренних сотрясений. Таким образом, можно сказать, что и Марс отживает свой век, хотя некоторые геологические процессы на нем и происходят. Отсутствие воды на Венере также могло повлиять на ее геологическую активность, так как вода является прекрасной смазкой для перемещения плит планетной коры. Топография Венеры отличается от земной: «континентальные» районы занимают сравнительно небольшую часть ее поверхности, а «океанские» глубины практически отсутствуют. Тем не менее, на «континентальном» участке Земли Афродиты замечены два глубоких разрыва длиной 2250 км, а пик Максвелл (высочайшая гора планеты) поднимается выше Джомолунгмы. Это признаки активных геологических процессов, но мы не знаем, когда они протекали.
Вести наблюдения за геологической активностью на Венере при помощи современных методов исключительно трудно. Так что, вопрос пока остается открытым. Большинство специалистов по Венере склоняется к тому, что на планете еще происходят вулканические явления, но в меньших масштабах, чем на Земле. Только Земля обладает сильным магнитным полем, для которого необходимо относительно быстрое вращение планеты в сочетании с наличием расплавленного ядра. Вполне возможно, что у Венеры есть расплавленное ядро, но скорость ее вращения (один оборот за 243 дня, согласно измерениям, проведенным радиолокаторами с Земли и орбитальных спутников) слишком мала для создания магнитного поля. С другой стороны, Марс обладает очень слабым магнитным полем, несмотря на скорость вращения, близкую к скорости вращения Земли. Следовательно, если у него и есть расплавленное ядро, то очень небольшое.
«Рай» метеорологов мог бы находиться вблизи Юпитера. Оттуда легко было бы наблюдать подробности замысловатых сочетаний атмосферных течений этой гигантской, образованной в основном из газов планеты, объем которой в тысячу раз превышает объем Земли.
Наблюдения за движением облаков в земной атмосфере ведут спутники, но для определения направлений потоков остальной части атмосферы, выше досягаемости земных наблюдательных станций, приходится запускать шары-зонды или метеорологические ракеты. На Юпитере мы видим повсюду гребни движущихся облаков. Съемки Юпитера, произведенью «Вояджерами», показали Большое красное пятно, пробивающее себе путь через сплошную стену облаков, с бесчисленными завихрениями, воздушными потоками и настолько сложной картиной взаимодействий, что ее невозможно передать словами. Большое красное пятно, имеющее форму овала и в свое время бывшее в четыре раза длиннее земного диаметра, — по всей вероятности, постепенно затухает с тех пор, как оно было обнаружено в 1830 году. Пятно не связано с определенным участком твердой поверхности и произвольно движется вдоль своей длинной оси, оставаясь примерно на одной и той же широте. «Вояджеры» установили, что Большое красное пятно вращается против часовой стрелки в южном полушарии, что характерно для антициклонов как на Земле, так и на Юпитере. Таким образом, в верхней части Большого красного пятна происходит вытекание материала, в противоположность процессу, наблюдаемому в ураганах и других циклонических возмущениях при пониженном давлении в земной атмосфере.
Каким образом Большому красному пятну удалось сохраниться на протяжении 150 лет? Ответ на этот вопрос может быть чисто теоретической догадкой. В земных условиях сильные циклоны могут существовать несколько дней, иногда недель. В необъятной атмосфере Юпитера срок жизни циклонов должен быть гораздо продолжительнее, но все-таки не до 150 лет без постоянного поступления энергии из какого-то источника. Тщательное изучение теплового баланса Юпитера показало, что планета производит и излучает вдвое больше тепла, чем она получает от Солнца. Эта энергия выносится в верхние слои атмосферы конвекционными потоками. Следовательно, мы, по-видимому, имеем дело с источником энергии, способным поддерживать эту гигантскую вращающуюся бурю на протяжении столь длительного времени.
Если бы не восходящие потоки, облака на Юпитере полностью смешались бы, и планета утратила бы свои великолепные цветовые узоры, превратившись в пятно однородного оттенка. Мы не знаем ничего определенного о природе цвета Большого красного пятна, хотя не исключено, что это, согласно недавно высказанному предположению, красные кристаллы фосфора, образующиеся при разложении фосфинов под действием солнечного света. Электрические разряды огромных молний, замеченных «Вояджерами», также могут приводить к синтезу ярко окрашенных органических молекул. Облака Юпитера состоят в основном из частиц аммиака, хотя около 90% его атмосферы по объему занимает водород, а 10% гелий; на третьем месте стоит метан, занимающий 0,7% объема. В атмосфере Юпитера содержатся также незначительные количества этана, воды, ацетилена, фосфина, окиси углерода и германия. По активности верхних слоев атмосферы Юпитер уступает только солнечной фотосфере.
Самые неожиданные открытия, сделанные «Вояджерами», оказались за пределами самой планеты. Здесь в первую очередь следует отметить сюрприз в виде кольца, которое не выходит за пределы системы спутников Юпитера. Оно лежит внутри орбиты вновь открытого спутника Юпитер XIV, диаметр которого, по-видимому, не превышает 40 километров. Нижний край кольца находится на расстоянии равном 0,8 радиуса Юпитера от поверхности планеты. Кольцо обладает большей яркостью, если смотреть на него против Солнца, то есть рассеяние проходящего света у него сильнее, чем отражаемого. Эта характеристика говорит о том, что оно образовано малыми частицами, в отличие от колец Сатурна, образованных осколками величиной с футбольный мяч. Следовательно, кольцо Юпитера не реликт, сохранившийся с древних времен, а новое образование, постоянно пополняемое частицами, выбитыми из спутника Юпитер XIV другими частицами, возможно из вулканов Ио.
Самые большие галилеевы спутники кажутся с Земли световыми точками, однако при наблюдении с «Вояджеров» они неожиданно приобрели поразительные индивидуальные черты. На самом ближнем к Юпитеру, спутнике Ио, который немного больше и плотнее нашей Луны (в 3,53 раза плотнее воды), «Вояджер-1» обнаружил восемь действующих вулканов. Шесть из них еще продолжали действовать четыре месяца спустя во время полета «Вояджера-2» (один вулкан оказался вне поля его зрения, а другой уже угас). Приглушенные красноватые и темно-оранжевые цвета этого спутника, напоминающие цветное пособие для врачей-дерматологов, несомненно объясняются наличием соединений серы. Теоретические обоснования существования на Ио вулканов, предложенные сотрудником Калифорнийского университета в Санта-Барбаре С. Д. Пилом вместе с работниками Исследовательского центра НАСА имени Эймса (в Маунтин-Вью, штат Калифорния) П. М. Кассеном и Р. Т. Рейнолдсом, на несколько недель опередили открытие «Вояджера». Теоретическое предсказание и сообщение о подтверждении теории были опубликованы одновременно в мартовском номере журнала «Сайенс» за 1979 год.
Предсказание базировалось на давно известном факте, что орбиты трех галилиевых спутников — Ио, Европы и Ганимеда — синхронизированы силами тяготения так, что периоды их обращения вокруг Юпитера относятся к друг другу как 1:2:4, соответственно. Взаимное притяжение спутников поддерживает это соотношение неизменным, в то время как экваториальная выпуклость Юпитера сообщает им дополнительное притяжение. Пил и его коллеги показали, что Европа и Ганимед создают некоторый эксцентриситет орбиты Ио. Во время каждого оборота вокруг Юпитера Ио то приближается, то удаляется от него, в результате чего она сжимается и растягивается, как аккордеон, под действием приливных сил, вызванных мощным полем тяготения Юпитера. Эти деформации вызывают нагревание внутренней части Ио, которого на протяжении нескольких геологических эпох было вполне достаточно для полного испарения воды, если таковая там когда-либо имелась. Сера — следующий по распространенности элемент с довольно низкой точкой плавления, подходящий для вывода тепловой энергии из недр спутника через вулканы. Фактические потери серы относительно невелики, благодаря чему процесс может продолжаться длительное время, не истощая запасов этого удобного для теплоотдачи материала. Почти вся поверхность спутника покрыта застывшими потоками серы, возможно, с включением силикатных горных пород; толщина слоя серы пока не установлена. На Ио есть несколько скалистых гор высотой до десяти километров. Несомненно, центральная часть Ио заполнена горячим или расплавленным материалом, размеры которого еще неизвестны.
Открытие «Вояджерами» вулканов на Ио объясняет также предыдущие наблюдения натриевого облака, находящегося вблизи от этого спутника и распространяющегося вдоль его орбиты. Натрий составляет лишь небольшую примесь в извергаемом материале, но его легко обнаружить даже в самых малых количествах благодаря отчетливо заметным легко возбуждаемым желтым спектральным линиям.
Три других галилеевых спутника представляют собой совсем иную картину. Наблюдения над ними, проведенные «Вояджерами», дадут обильную пищу для теоретических работ на много лет вперед. Второй из них, Европа, обладает самой гладкой поверхностью среди всех известных объектов Солнечной системы. Высота самых возвышенных мест спутника не превышает 40 метров над уровнем равнины. Как на Ио, так и на Европе почти нет кратеров соударения. В первом случае это объяснятся постоянной вулканической активностью, а во втором — тем, что спутник покрыт тонким слоем льда.
В отличие от этих спутников, темные участки третьего галилеева спутника Ганимеда почти сплошь покрыты исключительно неглубокими кратерами. В других местах видны пучки прямых канавок, напоминающих автострады. Подобные линии обнаружены только здесь и объяснить их происхождение пока не удалось. Скорее всего, это складки, образовавшиеся в результате напряжений в верхнем слое вечной мерзлоты. Ганимед — самый крупный и самый массивный спутник в Солнечной системе. Его масса вдвое превосходит массу Луны, а плотность его всего лишь 1,93 плотности воды. Из этого можно сделать вывод, что Ганимед состоит главным образом из воды и льда, то есть полностью утратил геологическую активность. То же самое можно сказать и о самом далеком от Юпитера галилеевом спутнике, Каллисто, так как его полушарие, противоположное Юпитеру, полностью покрыто кратерами. Каллисто — самый испещренный кратерами из всех спутников Солнечной системы. Кстати говоря, все галилеевы спутники постоянно обращены к Юпитеру одной и той же стороной в результате того, что силы приливного трения уравняли период вращения вокруг собственной оси с периодом обращения на орбите. Каллисто, несколько массивнее нашей Луны, обладает самой низкой плотностью, всего 1,79 плотности воды, и почти полностью состоит из льда.
Бросающееся в глаза снижение плотности галилеевых спутников с увеличением расстояния от Юпитера несомненно важный ключ к решению загадки их происхождения. Для объяснения этого явления было предложено несколько вполне резонных гипотез, но ни одну из них нельзя считать окончательной.
Наши преставления о кольцах Сатурна претерпели коренные изменения, когда в 1979 году космическая станция «Пионер» сделала их фотографии в проходящем свете, позволив людям впервые взглянуть на кольца с другой стороны. Еще более высокого качества снимки, выполненные «Вояджером-1» в ноябре 1980 года, буквально привели весь мир в изумление. Гладкие и широкие на первый взгляд кольца, при рассматривании в лучах проходящего света, преобразовались в узкие кольцевые борозды, похожие на канавки граммофонной пластинки, число которых доходило до тысячи. (Несколько позже, наблюдения с борта «Вояджера-2» показали, что у Сатурна десятки тысяч колец.) Теоретики поспешно мобилизовали свои умственные способности, ручки и вычислительные машины, стараясь найти этому объяснение...
Особого внимания заслуживают наблюдения «Вояджера-1» за спутником Сатурна Титаном, который раньше считался крупнейшим спутником в Солнечной системе. Наблюдения «Вояджера» сместили его на второе место, диаметр его слегка уступал Ганимеду. И Титан, и Ганимед превосходят Меркурий. Титан несколько уступает Ганимеду по массе и значительно отстает от него по плотности, всего 1,34 плотности воды. Титан отличается от других спутников своей густой атмосферой с концентрацией метана, вдвое меньшей, чем в атмосферах Юпитера и Сатурна. Ко всеобщему удивлению, «Вояджер» установил, что атмосфера Титана огромного объема и в основном состоит из азота, и что ее удельная масса более чем в десять раз превышает земную. Мы еще мало знаем о внутреннем строении Титана, но его низкая плотность говорит о том, что он состоит в основном из воды или льда и, возможно, значительных количеств аммиака, а его центральная часть занята влажным каменистым ядром.
Несмотря на то, что надежды любителей научной фантастики обнаружить жизнь в пределах Солнечной системы сократились до минимума, грандиозные успехи наших космических исследований открыли нам совершенно новые перспективы на природу космического пространства в непосредственной близости от нашей планеты. Мы сделали гигантский шаг к пониманию происхождения Солнечной системы и причин, по которым наша Земля дала нам жизнь и стала нашим домом...