Интересная информация о новых научных исследований планет солнечной системы: Новые научные исследования планет Солнечной системы – информация для сообщения кратко (4 класс, окружающий мир)

Информация о новых научных исследованиях планет. Новые научные сведения о солнце. Крупнейшая из обнаруженных черная дыра

В январе 2016 года ученые объявили, что в Солнечной системе, возможно, есть еще одна планета. Ее ищут многие астрономы, исследования пока приводят к неоднозначным выводам. Тем не менее первооткрыватели Планеты Х уверены в ее существовании. рассказывает о последних результатах работы в этом направлении.

О возможном обнаружении за пределами орбиты Плутона Планеты Х астрономы и Константин Батыгин из Калифорнийского технологического института (США). Девятая планета Солнечной системы, если она существует, примерно в 10 раз тяжелее Земли, а по своим свойствам напоминает Нептун — газовый гигант, самую далекую из известных планет, вращающихся вокруг нашего светила.

По оценкам авторов, период обращения Планеты Х вокруг Солнца — 15 тысяч лет, ее орбита сильно вытянута и наклонена относительно плоскости земной орбиты. Максимальное удаление от Солнца Планеты Х оценивается в 600-1200 астрономических единиц, что выводит ее орбиту за пределы пояса Койпера, в котором располагается Плутон. Происхождение Планеты Х неизвестно, но, как полагают Браун и Батыгин, этот космический объект 4,5 миллиарда лет назад был выбит из протопланетного диска вблизи Солнца.

Эту планету астрономы обнаружили теоретически, анализируя оказываемое ею на другие небесные тела в поясе Койпера гравитационное возмущение — траектории шести крупных транснептуновых объектов (то есть расположенных за орбитой Нептуна) оказались объединены в один кластер (со сходными аргументами перигелия, долготой восходящего узла и наклонением). Вероятность ошибки в своих расчетах Браун и Батыгин изначально оценили в 0,007 процента.

Где именно находится Планета Х — неизвестно, какую часть небесной сферы следует отслеживать телескопам — непонятно. Небесное тело расположено настолько далеко от Солнца, что заметить его излучение современными средствами крайне сложно. А доказательства существования Планеты Х, основанные на оказываемом ею гравитационном влиянии на небесные тела в поясе Койпера, — лишь косвенные.

Видео: caltech / YouTube

В июне 2017 года астрономы из Канады, Великобритании, Тайваня, Словакии, США и Франции результаты поиска Планеты Х с использованием каталога транснептуновых объектов OSSOS (Outer Solar System Origins Survey). Были изучены элементы орбиты восьми транснептуновых объектов, на движение которых Планета Х должна была бы повлиять — объекты сгруппировались бы определенным образом (кластеризовались) по своим наклонениям. Среди восьми объектов четыре рассмотрены впервые, все они удалены от Солнца на расстояние более 250 астрономических единиц. Оказалось, что параметры одного объекта, 2015 GT50, не укладываются в кластеризацию, что заставило усомниться в существовании Планеты Х.

Однако первооткрыватели планеты Х полагают, что 2015 GT50 не противоречит их расчетам. Как отметил Батыгин, численное моделирование динамики Солнечной системы, включающее Планету Х, показывает, что за пределами большой полуоси в 250 астрономических единиц должны существовать два кластера небесных тел, чьи орбиты выровнены Планетой Х: один — стабильный, второй — метастабильный. Хотя объект 2015 GT50 не входит ни в один из этих кластеров, он все равно воспроизводится моделированием.

Батыгин полагает, что может быть несколько таких объектов. Вероятно, с ними связано положение малой полуоси Планеты Х. Астроном подчеркивает, что с момента опубликования данных о Планете Х на ее существование указывают уже не шесть, а 13 транснептуновых объектов, из них к стабильному кластеру относятся 10 небесных тел.

Пока одни астрономы сомневаются в Планете Х, другие находят новые свидетельства в ее пользу. Испанские ученые Карлос и Рауль де ла Фуэнте Маркос исследовали параметры орбит комет и астероидов в поясе Койпера. Обнаруженные аномалии движения объектов (корреляции между долготой восходящего узла и наклонением) легко объясняются, по мнению авторов, присутствием в Солнечной системе массивного тела, большая полуось орбиты которого составляет 300-400 астрономических единиц.

Более того, в Солнечной системе может быть не девять, а десять планет. Недавно астрономы из Аризонского университета (США) существование в поясе Койпера еще одного небесного тела, размерами и массой близкими к Марсу. Расчеты показывают, что гипотетическая десятая планета удалена от светила на расстояние 50 астрономических единиц, а ее орбита наклонена к плоскости эклиптики на восемь градусов. Небесное тело оказывает возмущение на известные объекты из пояса Койпера и, скорее всего, в древности находилось ближе к Солнцу. Специалисты отмечают, что наблюдаемые эффекты не объясняются влиянием Планеты Х, расположенной значительно дальше «второго Марса».

В настоящее время известно около двух тысяч транснептуновых объектов. С вводом новых обсерваторий, в частности LSST (Large Synoptic Survey Telescope) и JWST (James Webb Space Telescope), ученые планируют довести число известных объектов в поясе Койпера и за его пределами до 40 тысяч. Это позволит не только определить точные параметры траекторий транснептуновых объектов и, как следствие, косвенно доказать (или опровергнуть) существование Планеты Х и «второго Марса», но также и напрямую обнаружить их.

Постарайся найти в дополнительной литературе, Интернете информацию о новых научных исследованиях планет Солнечной системы. Подготовь сообщение.

Ответ

Новые космические исследования. Плутон перестал быть планетой.

В научных исследованиях планет Солнечной системы самым ярким событием называют недавний пролёт космической станции мимо Плутона, лишившегося статуса планеты.

Пролетев 14 июля 2015 ода всего в 12 500 км от поверхности этого небесного тела, космический аппарат смог собрать огромное количество разнообразных данных, в том числе о климате и геологии этой карликовой планеты. Сейчас идет фаза активной передачи собранных данных на Землю и постепенно перед нами раскрываются особенности рельефа поверхности Плутона в том его месте, которое называется его сердцем. Уже есть предположения, что под поверхностью небесного тела может находиться океан.

На поверхности Плутона были обнаружены движущиеся льдины и целые горы водяного льда, достигающие высоты 3 км, а также молодая поверхность, практически свободная от кратеров и имеющая форму сердца. Это может указывать на наличие под ее поверхностью океана, который может вызывать повышенную геологическую активность небесного тела.

Последние научные исследования планет Солнечной системы ещё не позволяют точно утверждать или опровергать выдвинутые гипотезы, но учёные надеются, что по мере поступления новой более подробной информации, в этот вопрос удастся внести большую ясность.

«Это не было каким-то обычным временным изменением. Это было полноценное пространственное разделение», — говорит Крюйер.

Что-то должно было удерживать их разделенными такое продолжительное время. И этим «чем-то», по мнению авторов исследования, вероятнее всего, являлся молодой Юпитер.

«Вряд ли это было что-то другое», — добавляет Крюйер.

«Это очень интересная работа, дающая очень интересные результаты, хорошо согласующиеся с нашими нынешними представлениями об истории Солнечной системы. Вероятнее всего, все так и было», — комментирует работу исследователей Константин Батыгин, планетарный астрофизик Калифорнийского технологического института, не принимавший участия в исследовании.

Батыгин сравнивает планетологов с детективами. И те и другие исследуют места событий в поиске оставшихся намеков о том, что на самом деле произошло.

«Порой на месте преступления крошечные капли крови на потолке могут рассказать гораздо больше, чем отрезанные конечности», — говорит Батыгин.

Согласно этой аналогии, планеты представляют собой те самые конечности, в то время как метеориты – капли крови. Но, как и при поиске нужных улик, добавляет ученый, всегда остается место для сомнений.

Например, по мнению астронома Юго-Восточного исследовательского института Колорадо Кевина Уолша, все могло быть совсем иначе. В то время структура протодиска Солнечной системы могла сама разделить метеориты на группы.

«Хотя никто не исключает варианта, что мы просто плохо понимаем особенности распределения метеоритов и астероидов в ранней Солнечной системе, и планета с массой Юпитера на самом деле могла и не играть столь значимой роли во всем этом».

Тем не менее новое исследование пока только подтверждает более ранние идеи о молодой Солнечной системе и в частности эволюции Юпитера. Например, согласно одной из них, носящей название гипотезы большого отклонения, Юпитер начал менять орбиту в ранний период истории Солнечной системы, причем сначала планета приближалась к Солнцу, а затем начала удаляться от светила — подобно лавирующей яхте (отсюда и название, взятое из парусного спорта). Идея была предложена самим Уолшем и получила поддержку других ученых в 2011 году.

Притягивание к Солнцу могло происходить ровно до того момента, пока не сформировался Сатурн, который начал тянуть Юпитер обратно от светила. Такая перетяжка, в свою очередь, могла стать причиной объединения групп метеоритов в единый пояс. Более того, по мнению некоторых ученых, молодой и массивный Юпитер может являться объяснением тому, почему наша Земля получилась относительно маленькой и имеет относительно тонкую атмосферу.

«С галактической точки зрения мы являемся жителями очень странной планеты», — комментирует Батыгин.

Научные данные указывают, что Земля появилась из солнечной туманности примерно через 100 миллионов лет после формирования системы и к этому моменту обладала слишком малой гравитацией, «чтобы нарастить богатую водородом и гелием атмосферу», как правило, встречающуюся у других миров. Благодарить за это нужно Юпитер, который буквально высосал большинство этого материала себе.

Охотники за экзопланетами, наблюдающие за другими звездными системами, обнаружили несколько супер-Земель – планет размером больше Земли, но меньше таких газовых гигантов, как Нептун. Несколько из этих экзопланет больше Земли всего в два раза и находятся в обитаемых зонах своих звезд. По мнению Крюйера, причиной, по которой наша Солнечная система лишена супер-Земель, как раз заключается в Юпитере и его влиянии.

«Даже в своем младенчестве Юпитер оказал серьезное влияние на динамику и эволюцию Солнечной системы. Несмотря на то, что это влияние сейчас сократилось, полностью он его не утратил. Даже через миллион лет Юпитер будет играть важную роль в том, как будет выглядеть наша система», — соглашается Джонсон.

Пожалуй, всем известно, что кусочек Вселенной, приютивший нас, зовется Солнечной системой. Горячая звезда вместе с окружающими ее планетами начала свое формирование около 4,6 млрд лет назад. Тогда произошел части молекулярного межзвездного облака. Центр коллапса, где скопилась большая часть вещества, впоследствии стал Солнцем, а окружившее его протопланетное облако породило все прочие объекты.

Информация о Солнечной системе первоначально собиралась лишь во время наблюдения за ночным небом. По мере усовершенствования телескопов и других приборов ученые узнавали все больше об окружающем нас космическом пространстве. Однако все самые интересные факты о Солнечной системе удалось получить лишь после — в 60-х годах прошлого века.

Состав

Центральный объект нашего кусочка Вселенной — это Солнце. Вокруг него обращается восемь планет: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун. Дальше последнего размещаются так называемые Транснептуновые объекты, в число которых входит и Плутон, лишенный в 2006 году статуса планеты. Его и еще несколько космических тел отнесли к малым планетам. Восемь главных после Солнца объектов подразделяются на две категории: планеты земной группы (Меркурий, Венера, Земля, Марс) и огромные планеты Солнечной системы, интересные факты о которых начинаются с того, что они практически полностью состоят из газа. К ним относятся Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун.

Между Марсом и Юпитером пролегает Астероидный пояс, где расположено множество астероидов и малых планет неправильной формы. За орбитой Нептуна пролегает пояс Койпера и связанный с ним рассеянный диск. Пояс астероидов в основном содержит объекты, состоящие из горных пород и металлов, тогда как Пояс Койпера заполнен телами изо льда различного происхождения. Объекты рассеянного диска также имеют по большей части ледяной состав.

Солнце

Интересные факты о Солнечной системе стоит начинать рассказывать с ее центра. Гигантский раскаленный шар с внутренней температурой свыше 15 миллионов градусов сосредоточил в себе более 99% массы всей системы. Солнце относится к звездам третьего поколения, оно находится примерно на середине своего жизненного цикла. Его ядро — место непрерывных в результате которых водород превращается в гелий. Этот же процесс приводит к образованию огромного количества энергии, которое затем попадает в том числе и на Землю.

Будущее

Примерно через 1,1 млрд лет Солнце израсходует большую часть водородного топлива, его поверхность максимально нагреется. В это время, вероятнее всего, на Земле исчезнет практически вся жизнь. Условия позволят сохраниться лишь организмам в глубинах океана. Когда возраст Солнца будет 12,2 млрд лет, оно превратится в Внешние слои звезды при этом достигнут орбиты Земли. Наша планета в это время либо перейдет на более удаленную орбиту, либо будет поглощена.

На следующей стадии развития Солнце потеряет свою внешнюю оболочку, которая превратится в с белым карликом, представляющим собой ядро Солнца — размером с Землю — в центре.

Меркурий

Пока Солнце относительно стабильно, будет продолжаться и исследование планет Солнечной системы. Первое космическое тело достаточно большого размера, которое можно встретить, если удаляться от нашей звезды к окраинам системы, — это Меркурий. Ближайшую к Солнцу и одновременно самую маленькую планету исследовал аппарат «Маринер-10», сумевший заснять его поверхность. Изучение Меркурия затрудняется его соседством со светилом, поэтому на протяжении многих лет он оставался плохо изученным. После «Маринера-10», запущенного в 1973 году, у Меркурия побывал «Мессенджер». Космический аппарат начал свою миссию в 2003 году. Он несколько раз подлетал к планете, а в 2011 стал ее спутником. Благодаря этим исследованиям информация о Солнечной системе значительно расширилась.

Сегодня нам известно, что, хотя Меркурий и ближе всего к Солнцу, он не является самой горячей планетой. Венера в этом плане его сильно опережает. У Меркурия нет настоящей атмосферы: ее сдувает солнечный ветер. Для планеты характерна газовая оболочка с крайне малым давлением. День на Меркурии равен практически двум земным месяцам, при этом год длится 88 суток нашей планеты, то есть меньше двух меркурианских дней.

Венера

Благодаря полету «Маринера-2» интересные факты о Солнечной системе, с одной стороны, оскудели, а с другой — обогатились. До получения информации от этого космического аппарата Венера считалась обладательницей умеренного климата и, возможно, океана, рассматривалась вероятность обнаружения жизни на ней. «Маринер-2» развеял эти мечты. Исследования этого аппарата, а также нескольких других обрисовали довольно неприветливую картину. Под слоем атмосферы, по большей части состоящей из углекислого газа, и облаками из серной кислоты расположена раскаленная почти до 500 ºС поверхность. Здесь нет воды и не может быть известных нам форм жизни. На Венере даже космические аппараты не выдерживают: они плавятся и сгорают.

Марс

4 планета Солнечной системы и последняя из землеподобных — это Марс. Красная планета всегда привлекала внимание ученых, она остается центром исследований и сегодня. Марс изучался многочисленными «Маринерами», двумя «Викингами» и советскими «Марсами». Долгое время астрономы полагали найти на поверхности Красной планеты воду. Сегодня известно, что когда-то давно Марс выглядел совершенно иначе, чем сейчас, возможно, на нем была вода. Существует предположение, согласно которому изменению характера поверхности способствовала столкновение Марса с огромным астероидом, оставившим след в виде пяти кратеров. Результатом катастрофы стало смещение полюсов планеты практически на 90º, значительное усиление вулканической активности и движения литосферных плит. Одновременно произошли и климатические изменения. Марс лишился воды, атмосферное давление на планете значительно снизилось, поверхность стала напоминать пустыню.

Юпитер

Большие планеты Солнечной системы, или газовые гиганты, отделены от землеподобных Астероидным поясом. Ближайшим из них к Солнцу является Юпитер. По своим размерам он превосходит все остальные планеты нашей системы. Газовый гигант изучался при помощи аппаратов «Вояджер» 1 и 2, а также «Галилео». Последний зафиксировал падение на поверхность Юпитера осколков кометы Шумейкеров-Леви 9. Уникальным было как само событие, так и возможность его наблюдать. В результате ученые смогли получить не только ряд интересных изображений, но и некоторые данные о комете и составе планеты.

Само падение на Юпитер отличается от подобного на космические тела земной группы. Осколки даже огромных размеров не могут оставить кратера на поверхности: Юпитер практически полностью состоит из газа. Комета была поглощена верхними слоями атмосферы, оставила на поверхности темные следы, которые вскоре исчезли. Интересно, что Юпитер, благодаря своим размерам и массе, выполняет роль своеобразного защитника Земли, уберегая ее от различного космического мусора. Считается, что газовый гигант сыграл не последнюю роль в возникновении жизни: любой из осколков, упавших на Юпитер, на Земле мог привести к массовому вымиранию. А если бы такие падения происходили часто на ранних этапах развития жизни, возможно, люди не существовали бы до сих пор.

Сигнал братьям по разуму

Исследование планет Солнечной системы и в целом космоса не в последнюю очередь осуществляется с целью поиска условий, где может зародиться или уже появилась жизнь. Однако таковы, что человечество может не справиться с задачей и за все время, отведенное ему. Поэтому аппараты «Вояджер» были оснащены круглой алюминиевой коробочкой, содержащей видеодиск. На нем размещена информация, по мнению ученых, способная объяснить представителям других цивилизаций, возможно, существующим в космосе, где находится Земля и кто ее населяет. На изображениях запечатлены ландшафты, анатомическое строение человека, структура ДНК, сцены из жизни людей и животных, записаны звуки: пение птиц, плач ребенка, шум дождя и еще многие другие. Диск снабжен координатами Солнечной системы относительно 14 мощных пульсаров. Пояснения составлены с помощью двоичного года.

«Вояджер-1» примерно в 2020 году покинет пределы Солнечной системы и еще долгие столетия будет бороздить пространства космоса. Ученые полагают, что обнаружение другими цивилизациями послания землян может произойти очень нескоро, в то время, когда уже и наша планета прекратит свое существование. В этом случае диск с информацией о людях и Земле — все, что останется от человечества во Вселенной.

Новый виток

В начале XXI века интерес к сильно возрос. Интересные факты о Солнечной системе продолжают накапливаться. Снаряжаются уточняются данные о газовых гигантах. С каждым годом совершенствуется аппаратура, в частности разрабатываются новые типы двигателей, которые позволят совершать полеты в более удаленные участки космоса с меньшими затратами горючего. Движение научного прогресса позволяет надеяться, что все самое интересное о Солнечной системе вскоре станет частью нашего знания: мы сможем найти подтверждения существования понять точно, что привело к изменению климата на Марсе и каким он был раньше, изучить опаленный Солнцем Меркурий, наконец, построить базу на Луне. Самые смелые мечты современных астрономов даже более масштабны, чем некоторые фантастические фильмы. Интересно то, что достижения техники и физики говорят о реальной возможности осуществления в будущем грандиозных планов.

Новые научные исследования планет солнечной системы сообщение. Постарайся найти в дополнительной литературе, интернете информацию о новых научных исследованиях планет солнечной системы. Компьютерный чип, имитирующий работу человеческого мозга

На Плутоне есть океан. Научные исследования планет Солнечной системы 2015 года самым ярким событием имеют недавний пролёт мимо Плутона, лишившегося статуса планеты, миссии NASA «Новые горизонты». Пролетев 14 июля всего в 12500 км от поверхности этого планетоида, космический аппарат смог собрать огромный массив разнообразных данных, в том числе о климате и геологии этой карликовой планеты. Сейчас идет фаза активной передачи собранных данных на Землю и постепенно перед нами раскрываются нюансы: особенности рельефа поверхности Плутона в том его месте, которое напоминает стилизованное сердце. Уже есть предположения, что под поверхностью небесного тела может находиться океан — так было объявлено на недавней пресс-конференции для представителей СМИ. На поверхности Плутона были обнаружены движущиеся льдины и целые горы водяного льда, достигающие высоты 3 км, а также молодая поверхность, практически свободная от кратеров и имеющая форму сердца. Это может указывать на наличие под поверхностью далёкого небесного тела океана, который может вызывать повышенную геологическую активность планетоида. Последние научные исследования планет Солнечной системы ещё не позволяют точно утверждать или опровергать выдвинутые гипотезы, но учёные надеются, что по мере поступления новой более подробной информации от зонда на протяжении ближайших 16 месяцев, в этот вопрос удастся внести большую ясность.

Различия между Плутоном и спутником Нептуна Тритоном Ранее учёные выдвигали предположения о значительном сходстве между Плутоном и спутником Нептуна Тритоном. Но самые первые данные, полученные от аппарата «Новые горизонты», продемонстрировали значительное различие между ними. В 2014 году учёные продемонстрировали наиболее подробную карту Тритона, которая существовала на тот момент. Данные для карты были предоставлены «Вояджером-2», когда тот пролетал мимо Тритона в далёком уже 1989 году, устремляясь вон из Солнечной системы. Американцы создали эту карту, в частности, для сравнения Тритона и Плутона. Поскольку оба этих космических объекта родом с окраин Солнечной системы, то было предположено, что между ними есть немало общего

Океан под ледяной коркой Энцелада Последние исследования планет Солнечной системы 2015, в том числе, высокоточное измерение крохотного покачивания Энцелада — спутника Сатурна, которое заметно лишь на снимках с высоким разрешением космического аппарата «Кассини», позволили учёным предположить, что под его тонкой ледяной коркой находится огромный океан. Планетологи Корнелльского университета решили проанализировать собранный за более чем 7 лет аппаратом Кассини, вращающимся по орбите вокруг Сатурна с 2004 года, архив снимков Энцелада. Учёные сравнивали различные по времени снимки Энцелада, проводили измерения и тщательно отмечали положение особенностей топографии поверхности объекта. Для этого ими вручную были нанесены 5800 точек. В результате были обнаружены крохотные отклонения, называемые либрациями, но их амплитуда была всё же намного больше той, которая должна бы присутствовать при условии жёсткой связи каменистого ядра и коры Энцелада. На основании этого был сделан вывод, что под его поверхностью находится мировой океан, который покрывает практически всю планету, поскольку региональные подповерхностные моря, предполагавшиеся возле южного полюса, не могли бы дать наблюдаемого эффекта. Управляемый роботами космический транспортный узел Новые методы исследования планет Солнечной системы должны предполагать монтаж, ремонт и дозаправку космических кораблей на расположенных вдали от Земли станциях. Агентство по перспективным оборонным научно-исследовательским разработкам США (DAPRA) рассчитывает, что в персонале на этих станциях будут только роботы. Под эгидой DAPRA разрабатывается роботизированная многофункциональная рука-манипулятор, которая призвана стать важнейшим элементом подобного транспортного узла в самое ближайшее время. На технологическом форуме, недавно прошедшем в Сент-Луисе, представитель организации поведал, что технологический узел для обслуживания космических кораблей необходимо разместить на геостационарной орбите, расположенной в 36000 км от Земли. В этом случае удастся минимизировать влияние остаточной атмосферы планеты на его движение. Но у такого позиционирования есть и большой минус — на таком большом удалении от Земли ослабевает её защита от космической радиации, поэтому астронавты там получали бы недопустимо высокие дозы облучения. В связи с этим и возникла идея использования роботов. Подобная «рука» уже давно действует на МКС, но новая должна быть более автоматизированной и безопасной.

Физикам уже более ста лет известно о квантовых эффектах, например, способности квантов исчезать в одном месте и появляться в другом, или же находиться в двух местах одновременно. Однако поразительные свойства квантовой механики применимы не только в физике, но и в биологии.

Лучший пример квантовой биологии — фотосинтез: растения и некоторые бактерии используют энергию солнечного света, чтобы построить нужные им молекулы. Оказывается, фотосинтез на самом деле опирается на поразительное явление — маленькие массы энергии «изучают» все возможные пути для самоприменения, а затем «выбирают» самый эффективный. Возможно, навигация птиц, мутации ДНК и даже наше обоняние так или иначе опираются на квантовые эффекты. Хотя эта область науки пока весьма умозрительна и спорна, учёные считают, что однажды почерпнутые из квантовой биологии идеи могут привести к созданию новых лекарств и биомиметических систем (биомиметрика — ещё одна новая научная область, где биологические системы и структуры используются для создания новых материалов и устройств).

3. Экзометеорология

Юпитер

Наряду с экзоокеанографами и экзогеологами, экзометеорологи заинтересованы в изучении природных процессов, происходящих на других планетах. Теперь, когда благодаря мощным телескопам стало возможно изучать внутренние процессы на близлежащих планетах и спутниках, экзометеорологи могут следить за их атмосферными и погодными условиями. и Сатурн со своими невероятными масштабами — первые кандидаты для исследований, так же как и Марс с регулярными пылевыми бурями.

Экзометеорологи изучают даже планеты за пределами нашей Солнечной системы. И что интересно, именно они могут в итоге найти признаки внеземной жизни на экзопланетах путём обнаружения в атмосфере органических следов или повышенного уровня углекислого газа — признака индустриальной цивилизации.

4. Нутригеномика

Нутригеномика — это изучение сложных взаимосвязей между пищей и экспрессией генома. Учёные, работающие в этой области, стремятся к пониманию роли генетических вариаций и диетических реакций на то, как именно питательные вещества влияют на геном.

Еда действительно оказывает огромное влияние на здоровье — и начинается всё в буквальном смысле на молекулярном уровне. Нутригеномика работает в обоих направлениях: изучает, как именно наш геном влияет на гастрономические предпочтения, и наоборот. Основной целью дисциплины является создание персонализированного питания — это нужно для того, чтобы наша еда идеально подходила нашему уникальному набору генов.

5. Клиодинамика

Клиодинамика — это дисциплина, сочетающая в себе историческую макросоциологию, экономическую историю (клиометрику), математическое моделирование долгосрочных социальных процессов, а также систематизацию и анализ исторических данных.

Название происходит от имени греческой музы истории и поэзии Клио. Проще говоря, клиодинамика — это попытка предугадать и описать широкие социальные связи истории — и для изучения прошлого, и как потенциальный способ предсказать будущее, например, для прогнозов социальных волнений.

6. Синтетическая биология

Синтетическая биология — это проектирование и строительство новых биологических частей, устройств и систем. Она также включает в себя модернизацию существующих биологических систем для бесконечного количества полезных применений.

Крейг Вентер, один из ведущих специалистов в этой области, заявил в 2008-м году, что он воссоздал весь геном бактерии путем склеивания её химических компонентов. Два года спустя его команда создала «синтетическую жизнь» — молекулы ДНК, созданные при помощи цифрового кода, а затем напечатанные на 3D-принтере и внедрённые в живую бактерию.

В дальнейшем биологи намерены анализировать различные типы генома для создания полезных организмов для внедрения в тело и биороботов, которые смогут производить химические вещества — биотопливо — с нуля. Есть также идея создать борющуюся с загрязнениями искусственную бактерию или вакцины для лечения серьёзных болезней. Потенциал у этой научной дисциплины просто огромный.

7. Рекомбинантная меметика

Эта область науки только зарождается, однако уже сейчас ясно, что это только вопрос времени — рано или поздно учёные получат лучшее понимание всей человеческой ноосферы (совокупности всей известной людям информации) и того, как распространение информации влияет на практически все аспекты человеческой жизни.

Подобно рекомбинантной ДНК, где различные генетические последовательности собираются вместе, чтобы создать нечто новое, рекомбинантная меметика изучает, каким образом — идеи, передающиеся от человека к человеку — могут быть скорректированы и объединены с другими мемами и мемеплексами — устоявшимися комплексами взаимосвязанных мемов. Это может оказаться полезным в «социально-терапевтических» целях, например, борьбы с распространением радикальных и экстремистских идеологий.

8. Вычислительная социология

Как и клиодинамика, вычислительная социология занимается изучением социальных явлений и тенденций. Центральное место в этой дисциплине занимает использование компьютеров и связанных с ними технологий обработки информации. Конечно, эта дисциплина получила развитие только с появлением компьютеров и повсеместным распространением интернета.

Особое внимание в этой дисциплине уделяется огромным потокам информации из нашей повседневной жизни, например, письмам по электронной почте, телефонным звонкам, постам в социальных сетях, покупкам по кредитной карте, запросам в поисковиках и так далее. Примерами работ может послужить исследование структуры социальных сетей и того, как через них распространяется информация, или же как в интернете возникают интимные отношения.

9. Когнитивная экономика

Как правило, экономика не связана с традиционными научными дисциплинами, но это может измениться из-за тесного взаимодействия всех научных отраслей. Эту дисциплину часто путают с поведенческой экономикой (изучением нашего поведения в контексте экономических решений). Когнитивная же экономика — это наука о том, как мы думаем. Ли Колдуэлл, автор блога об этой дисциплине, пишет о ней:

«Когнитивная (или финансовая) экономика… обращает внимание на то, что на самом деле происходит в разуме человека, когда он делает выбор. Что представляет собой внутренняя структура принятия решения, что на это влияет, какую информацию в этот момент воспринимает разум и как она обрабатывается, какие у человека внутренние формы предпочтения и, в конечном счете, как все эти процессы находят отражение в поведении?».

Иными словами, учёные начинают свои исследования на низшем, упрощённом уровне, и формируют микромодели принципов принятия решений для разработки модели масштабного экономического поведения. Часто эта научная дисциплина взаимодействует со смежными областями, например, вычислительной экономикой или когнитивной наукой.

10. Пластиковая электроника

Обычно электроника связана с инертными и неорганическими проводниками и полупроводниками вроде меди и кремния. Но новая отрасль электроники использует проводящие полимеры и проводящие небольшие молекулы, основой которых является углерод. Органическая электроника включает в себя разработку, синтез и обработку функциональных органических и неорганических материалов наряду с развитием передовых микро- и нанотехнологий.

По правде говоря, это не такая уж и новая отрасль науки, первые разработки были сделаны ещё в 1970-х годах. Однако свести все наработанные данные воедино получилось только недавно, в частности, за счёт нанотехнологической революции. Благодаря органической электронике у нас скоро могут появиться органические солнечные батареи, самоорганизующиеся монослои в электронных устройствах и органические протезы, которые в перспективе смогут заменить человеку повреждённые конечности: в будущем так называемые киборги, вполне возможно, будут состоять в большей степени из органики, чем из синтетических частей.

11. Вычислительная биология

Если вам одинаково нравятся математика и биология, то эта дисциплина как раз для вас. Вычислительная биология стремится понять биологические процессы посредством языка математики. Это в равной степени используется и для других количественных систем, например, физики и информатики. Учёные из Университета Оттавы объясняют, как это стало возможным:

«По мере развития биологического приборостроения и лёгкому доступу к вычислительным мощностям, биологии как таковой приходится оперировать всё большим количеством данным, а скорость получаемых знаний при этом только растёт. Таким образом, осмысление данных теперь требует вычислительного подхода. В то же время, с точки зрения физиков и математиков, биология доросла до такого уровня, когда теоретические модели биологических механизмов могут быть проверены экспериментально. Это и привело к развитию вычислительной биологии.»

Ученые, работающие в этой области, анализируют и измеряют всё, начиная от молекул и заканчивая экосистемами.

Как работает «мозгопочта» — передача сообщений от мозга к мозгу через интернет

10 тайн мира, которые наука, наконец, раскрыла

10 главных вопросов о Вселенной, ответы на которые учёные ищут прямо сейчас

8 вещей, которые не может объяснить наука

2500-летняя научная тайна: почему мы зеваем

3 самых глупых аргумента, которыми противники Теории эволюции оправдывают своё невежество

Можно ли с помощью современных технологий реализовать способности супергероев?

Научные открытия совершаются постоянно. На протяжении года публикуется огромное количество докладов и статей, посвящённых различным темам, и оформляются тысячи патентов на новые изобретения. Среди всего этого можно найти поистине невероятные достижения. В данной статье представлено десять самых интересных научных открытий, которые были сделаны в первой половине 2016 года.

1. Небольшая генетическая мутация, произошедшая 800 миллионов лет назад, привела к возникновению многоклеточных форм жизни

Согласно результатам исследований, древняя молекула, GK-PID, стала причиной того, что одноклеточные организмы начали эволюционировать в многоклеточные организмы примерно 800 миллионов лет назад. Было установлено, что молекула GK-PID выступала в роли «молекулярного карабина»: она собирала хромосомы вместе и закрепляла их на внутренней стенке клеточной мембраны, когда происходило деление. Это позволяло клеткам размножаться должным образом и не становиться злокачественными.

Увлекательное открытие указывает на то, что древняя версия GK-PID вела себя раньше не так, как сейчас. 74,207,281 — 1″ — единственный практический способ записать его на бумаге.

3. В солнечной системе была обнаружена девятая планета

Ещё до открытия Плутона в ХХ веке учёные выдвинули предположение о том, что за пределами орбиты Нептуна находится девятая планета, Планета Х. Это допущение было обусловлено гравитационной кластеризацией, которая могла быть вызвана только массивным объектом. В 2016 году исследователи из Калифорнийского технологического института представили доказательства того, что девятая планета — с орбитальным периодом 15 000 лет — действительно существует.

По словам астрономов, сделавших данное открытие, существует «всего лишь 0,007%-ная вероятность (1:15 000) того, что кластеризация является совпадением». На данный момент существование девятой планеты остаётся гипотетическим, однако астрономы вычислили, что её орбита является огромной. Если Планета Х действительно существует, то она приблизительно в 2-15 раз весит больше Земли и находится от Солнца на расстоянии 600-1200 астрономических единиц. Астрономическая единица равна 150 000 000 километров; это означает, что девятая планета удалена от Солнца на 240 000 000 000 километров.

4. Обнаружен практически вечный способ хранения данных

Рано или поздно всё устаревает, и на данный момент не существует способа, который позволил бы хранить данные на одном устройстве в течение действительно длительного периода времени. Или существует? Недавно учёные из Саутгемптонского университета сделали удивительное открытие. Они использовали нано-структурированное стекло для того, чтобы успешно создать процесс записи и извлечения данных. Запоминающее устройство представляет собой небольшой стеклянный диск размером с монету в 25 центов, который способен хранить 360 терабайт данных и не подвержен влиянию высоких температур (до 1000 градусов Цельсия). Средний срок его годности при комнатной температуре составляет приблизительно 13,8 миллиарда лет (примерно столько же времени существует наша Вселенная).

Данные записываются на устройство при помощи сверхбыстрого лазера посредством коротких, интенсивных световых импульсов. Каждый файл представляет собой три слоя наноструктурных точек, которые находятся друг от друга на расстоянии всего 5 микрометров. Считывание данных выполняется в пяти измерениях благодаря трёхмерному расположению наноструктурных точек, а также их размеру и направленности.

5. Слепоглазковые рыбы, которые способны «ходить по стенам», проявляют черты сходства с четвероногими позвоночными

За последние 170 лет наука выяснила, что позвоночные, обитающие на суше, произошли от рыб, которые плавали в морях древней Земли. Однако исследователи из Института технологий Нью-Джерси обнаружили, что тайваньские слепоглазковые рыбы, которые способны «ходить по стенам», имеют те же анатомические особенности, что и земноводные или рептилии.

Это очень важное открытие с точки зрения эволюционной адаптации, поскольку оно может помочь учёным лучше понять, каким образом доисторические рыбы эволюционировали в наземных четвероногих. Разница между слепоглазковыми и другими видами рыб, которые способны передвигаться по суше, заключается в их походке, которая обеспечивает при подъёме «поддержку тазового пояса».

6. Частная компания «SpaceX» осуществила успешное вертикальное приземление ракеты

В комиксах и мультфильмах Вы обычно видите, что ракеты приземляются на планеты и Луну вертикальным образом, однако в реальности сделать это крайне сложно. Правительственные учреждения вроде НАСА и Европейского космического агентства разрабатывают ракеты, которые либо падают в океан, откуда их потом достают (дорогое удовольствие), либо целенаправленно сгорают в атмосфере. Существование возможности вертикально посадить ракету позволило бы сэкономить невероятное количество денег.

8 апреля 2016 года частная компания «SpaceX» осуществила успешное вертикальное приземление ракеты; ей удалось это сделать на автономном беспилотном корабле-космопорте (англ. autonomous spaceport drone ship). Это невероятное достижение позволит сэкономить деньги, а также время между запусками.

Для генерального директора компании «SpaceX», Элона Маска, данная цель оставалась приоритетной в течение многих лет. Несмотря на то, что достижение принадлежит частному предприятию, технология вертикального приземления станет доступна и правительственным учреждениям вроде НАСА, чтобы они смогли продвинуться дальше в освоении космоса.

7. Кибернетический имплантат помог парализованному человеку пошевелить своими пальцами

Мужчина, который был парализован в течение шести лет, смог пошевелить своими пальцами благодаря небольшому чипу, вживленному в его мозг.

Это заслуга исследователей из Университета штата Огайо. Им удалось создать устройство, которое представляет собой небольшой имплантат, связанный с электронным рукавом, надеваемым на руку пациента. Этот рукав использует провода для стимуляции определённых мышц, чтобы вызвать движение пальцев в реальном времени. Благодаря чипу, парализованный мужчина смог даже сыграть в музыкальную игру «Guitar Hero», к превеликому удивлению врачей и учёных, принявших участие в проекте.

8. Стволовые клетки, вживлённые в мозг пациентов, которые перенесли инсульт, позволяют им снова ходить

В ходе клинических испытаний исследователи из Школы медицины при Стэнфордском университете вживили модифицированные стволовые клетки человека прямо в мозг восемнадцати пациентов, перенёсших инсульт. Процедуры прошли успешно, без каких-либо негативных последствий, за исключением слабой головной боли, наблюдавшейся у некоторых пациентов после наркоза. У всех пациентов период восстановления после инсульта проходил довольно быстро и успешно. Более того, пациенты, которые ранее передвигались только на инвалидных креслах, смогли снова свободно ходить.

9. Углекислый газ, закачанный в грунт, способен превращаться в твёрдый камень

Улавливание углерода является важной частью поддержания баланса выбросов CO2 на планете. Когда топливо сгорает, происходит высвобождение углекислого газа в атмосферу. Это является одной из причин глобального изменения климата. Исландские учёные, возможно, обнаружили способ, как сделать так, чтобы углерод не попадал в атмосферу и не усугублял проблему парникового эффекта.

Они закачали CO2 в вулканические породы, ускорив естественный процесс превращения базальта в карбонаты, которые затем становятся известняком. Этот процесс обычно занимает сотни тысяч лет, однако исландским учёным удалось сократить его до двух лет. Углерод, закачанный в грунт, может храниться под землёй или использоваться в качестве строительного материала.

10. У Земли есть вторая Луна

Учёные НАСА обнаружили астероид, который находится на орбите Земли и, следовательно, является вторым постоянным околоземным спутником. На орбите нашей планеты есть множество объектов (космические станции, искусственные спутники и прочее), однако видеть мы можем только одну Луну. Тем не менее, в 2016 году НАСА подтвердило существование 2016 HO3.

Астероид находится далеко от Земли и больше находится под гравитационным воздействием Солнца, нежели нашей планеты, однако он действительно вращается вокруг её орбиты. 2016 HO3 значительно меньше Луны: его диаметр составляет всего 40-100 метров.

По словам Пола Чодаса, менеджера Центра НАСА по изучению околоземных объектов, 2016 HO3, который более ста лет был квазиспутником Земли, через несколько столетий покинет орбиту нашей планеты.

Как все мы знаем Солнце — это самая близкая к Земле звезда, источник света, тепла и жизни на нашей планете.

История появления Солнца

Согласно научным сведениям своим появлением Солнце обязано гигантскому пылевому и газовому облаку, находившемуся на месте Солнечной системы больше 5 миллиардов лет назад. Вышеупомянутое облако — это остатки старых разрушенных звезд. В центре облака под действием гравитации сначала сформировался некий сгусток материи и газа — протозвезда. Под все нарастающим давлением и силой тяжести протозвезда в какой-то момент вспыхнула и превратилась в молодую звезду. В недрах новорожденной звезды начали происходить термоядерные процессы — образование гелия из водорода. Как побочное действие этих реакций, появились свет и тепло, благодаря которым на Земле и зародилась жизнь.

А что еще нам известно о Солнце, помимо того, что без него земная жизнь возможно бы и не зародилась?

10 достаточно новых научных сведений и фактов о Солнце

1. Солнце непрерывно «худеет» то есть уменьшается его масса. Выяснилось, что, что за 1 секунду светило уменьшается на 4 миллиона тонн.
2. Сила гравитации на Солнце в 28 раз больше, чем на Земле. То есть если представить, что человек попал на поверхность Солнца, то его вес был бы в 28 раз больше.
3. Если Солнце станет лишь на 40 процентов ярче, то вся жидкость — реки, моря, океаны на Земле мгновенно испарится. Ученые рассчитали, что через 1,1 миллиарда лет яркость Солнца увеличится на 10%.
4. Солнце является одной из 6 тыс. звезд, которые видно с поверхности нашей планеты невооруженным глазом.
5. Все тела Солнечной системы — планеты, их спутники, астероиды благодаря силе тяжести Солнца постепенно к нему притягиваются. Когда-нибудь Солнце, подарившее жизнь нашей планете притянет и поглотит ее.
6. Свет, который излучает Солнце, достигает Земли всего за 8,3 минуты. За этот короткий отрезок времени он проходи 149,6 млн. км.
7. Помимо тепла и света наше светило излучает солнечный ветер — скоростной поток протонов и электронов.
8. Температура на поверхности Солнца 5,5 тыс. градусов, а в ядре 13,5 млн. градусов.
9. Возраст Солнца в данный момент уже перевалил за его середину. То есть можно сказать, что Солнце это звезда среднего возраста.

14 июля 2015 г. Новые снимки Плутона Зонд Новые Горизонты пролетел около Плутона, карликовой планеты Солнечной системы. Расстояние между аппаратом и Плутоном составило примерно 12500 км. Цель миссии, длящейся 9,5 лет, достигнута! В 20:55 EDT 14 июля 2015 г. (03:55 по Москве, 15 июля 2015 г.) аппарат Новые Горизонты уже с дальних рубежей Солнечной системы «позвонил домой». Звонок свидетельствует об успешном пролете мимо Плутона и его спутников, а также завершении основной части исследовательской миссии. Во время максимального сближения с Плутоном в течение 30 минут Новые Горизонты провел около 150 научных измерений, и в течение последующих 9 часов не отправлял информацию на Землю. Приняв сигнал с зонда, ученые убедились в успешном выполнении им своей основной миссии. Запрограммированный звонок — это 15 минутная серия сообщений о состоянии аппарата. С передачей этого звонка закончился очень тревожный 21 часовой период ожидания. Новые Горизонты в автоматическом режиме все это время собирал как можно больше информации о системе Плутона, общение с Землей отложили. Плутон это первый объект пояса Койпера, который посетил земной аппарат. Новые Горизонты продолжит полет к новой цели в Поясе, где находятся тысячи подобных ледяных объектов с подсказками о том, как формировалась наша Солнечная система. Миссия New Horizons является проектом НАСА. Затраты на ее реализацию превышают 600 миллионов долларов. Сам аппарат был запущен в космос 19 января 2006 года с космодрома на мысе Канаверал на ракете-носителе Atlas V. На протяжении этих лет аппарат шел к своей цели, перемежая циклы активности, когда «Земля» проверяла системы и приборы КА, и периоды спячки, когда аппарат летел в автономном режиме с выключенными системами. Всего с середины 2007 г. по декабрь 2014 г. было 18 таких периодов суммарной продолжительностью 1873 суток. 26 августа 2014 г. зонд пересек орбиту планеты Нептун в 4.0 млрд км от самой планеты. Орбита восьмой планеты Солнечной системы была пройдена ровно через 25 лет после встречи с Нептуном легендарного аппарата Вояджер 2.

8 декабря 2013 г. Прометей, спутник шестой планеты Солнечной системы Прометей спутник шестой планеты Солнечной системы Сатурн. На новом снимке от аппарата Кассини видно, как гравитационное поле спутника возмущает кольцо F Сатурна. Чтобы спутник было лучше видно, яркость фотографии увеличена. Благодаря этому на снимке можно разглядеть примерно 20 звезд. Прометей — совсем небольшой спутник этой планеты, линейные размеры которого составляют 120 на 74 километров. Он был открыт в 1980 году по фотографиям, сделанным аппаратом «Вояджер-1». У Прометея очень низкая плотность, поэтому, по мнению ученых, он является пористым ледяным телом. Происхождение колец Сатурна до сих пор до конца не ясно. Между кольцами имеются промежутки почти пустого пространства. Кольца обозначаются буквами латинского алфавита. Называли их в порядке открытия. По удалению от центра Сатурна кольца расположены так D, C, B, A, F, G и E. Диаметр основных колец, А, В и С, приблизительно равен расстоянию от Земли до Луны. Толщина же колец не превосходит 1 километра. Аппарат «Кассини» является совместным проектом NASA и Итальянского космического агентства. Миссия «Huygens» совместный проект NASA и ESA (Европейского Космического Агенства). Предусмотрено изучение колец Сатурна, водяных вулканов на его спутниках. Запущен 15 октября 1997 года. Стартовая масса аппарата 6250 кг. На орбите Сатурна космический зонд Кассини функционирует с 2004 года. В ходе работы миссия аппарата неоднократно продлевалась. Текущая миссия называется Solstice и она завершится в 2017 году.

Исследование планет солнечной системы. Информация о новых научных исследованиях планет солнечной системы Информация о новых научных исследованиях планет

Наука

Астрономы открыли новую небольшую
планету на краю Солнечной системы
и утверждают, что еще дальше скрывается еще одна более крупная планета.

В другом исследовании команда ученых обнаружила астероид со своей системой колец
, похожих на кольца Сатурна.

Карликовые планеты

Новая карликовая планета пока была названа 2012 VP113
, а ее солнечная орбита находится далеко за пределами известного нам края Солнечной системы.

Ее отдаленное положение указывает на гравитационное влияние другой более крупной планеты, которая возможно в 10 раз больше Земли
и которую еще предстоит обнаружить.

Три фотографии открытой карликовой планеты 2012 VP113, сделанные с разницей в 2 часа 5 ноября 2012 года.

Ранее считалось, что в этой отдаленной части Солнечной системы находится только одна маленькая планета Седна
.

Орбита Седны находится на расстоянии, которое в 76 раз больше расстояния от Земли до Солнца, а ближайшая орбита 2012 VP113 в 80 раз больше расстояния от Земли до Солнца
или составляет 12 миллиардов километров.

Орбита Седны и карликовой планеты 2012 VP113. Также пурпурным цветом обозначены орбиты планет-гигантов. Пояс Койпера обозначен синими точками.

Исследователи использовали камеру DECam в Андах Чили для открытия 2012 VP113. С помощью телескопа Магеллан они установили ее орбиту и получили информацию о ее поверхности.

Облако Оорта

Карликовая планета Седна.

Диаметр новой планеты составляет 450 км по сравнению с 1000 км у Седны. Она может быть частью Облака Оорта — области, которая существует за пределами пояса Койпера – пояса ледяных астероидов, которые вращаются еще дальше планеты Нептун.

Ученые намерены продолжить поиск отдаленных объектов в Облаке Оорта, так как они могут многое рассказать о том, как формировалась и развивалась Солнечная система.

Они также считают, что размер некоторых из них может быть больше Марса или Земли
, но так как они находятся так далеко, их сложно обнаружить с помощью существующих технологий.

Новый астероид в 2014 году

Другая команда исследователей нашла ледяной астероид, окруженный двойной системой колец,
похожих на кольца Сатурна. Только у трех планет: Юпитера, Нептуна и Урана есть кольца.

Ширина колец вокруг 250-километрового астероида Чарикло составляет 7 и 3 километра
соответственно, а расстояние между ними – 8 км. Они были обнаружены телескопами с семи мест в Южной Америке, включая Европейскую южную обсерваторию в Чили.

Ученые не могут объяснить наличие колец у астероида. Возможно, они состоят из камней и частиц льда, сформировавшихся из-за столкновения с астероидом в прошлом.

Возможно астероид находится в похожей эволюционной стадии, что и Земля раннего периода, после того как объект размером с Марс столкнулся с ней и сформировал кольцо мусора, которое соединилось в Луну.

Изучение Планет Солнечной системы

До конца XX века принято было считать, что в Солнечной системе девять планет: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон. Но в последнее время было открыто множество объектов за орбитой Нептуна, причем некоторые из них похожи на Плутон, а иные даже больше него по размерам. Поэтому в 2006 г. астрономы уточнили классификацию: 8 крупнейших тел — от Меркурия до Нептуна — считаются классическими планетами, а Плутон стал прототипом нового класса объектов — карликовых планет. Ближайшие к Солнцу 4 планеты принято называть планетами земной группы, а следующие 4 массивных газовых тела называют планетами-гигантами. Карликовые планеты в основном населяют область за орбитой Нептуна — пояс Койпера.

Луна

Луна — естественный спутник Земли и самый яркий объект на ночном небе. Формально Луна не планета, но она существенно крупнее всех планет-карликов, большинства спутников планет и не сильно уступает в размере Меркурию. На Луне нет привычной для нас атмосферы, нет рек и озер, растительности и живых организмов. Сила тяжести на Луне в шесть раз меньше, чем на Земле. День и ночь с перепадами температур до 300 градусов длятся по две недели. И тем не менее Луна все больше привлекает землян возможностью использовать ее уникальные условия и ресурсы. Поэтому Луна — наша первая ступень в знакомстве с объектами Солнечной системы.

Луна хорошо исследована как с помощью наземных телескопов, так и благодаря полетам более 50 космических аппаратов и кораблей с космонавтами. Советские автоматические станции «Луна-3» (1959 г.) и «Зонд-3» (1965 г.) впервые сфотографировали восточную и западную части невидимого с Земли полушария Луны. Искусственные спутники Луны исследовали ее гравитационное поле и рельеф. Самоходные аппараты «Луноход-1 и -2» передали на Землю множество снимков и информацию о физико-механических свойствах грунта. Двенадцать американских астронавтов с помощью кораблей «Аполлон» в 1969-1972 гг. побывали на Луне, где проводили исследования поверхности в шести различных местах посадок на видимой стороне, установили там научную аппаратуру и привезли на Землю около 400 кг лунных пород. Зонды «Луна-16, -20 и -24» в автоматическом режиме выполнили бурение и доставили лунный грунт на Землю. Космические аппараты нового поколения «Клементина» (1994 г.), «Лунар Проспектор» (1998-99 гг.) и «Смарт-1» (2003-06 гг. ) получили более точные сведения о рельефе и гравитационном поле Луны, а также обнаружили на поверхности залежи водородосодержащих материалов, возможно, водяного льда. В частности, повышенная концентрация этих материалов обнаружена в постоянно затененных понижениях около полюсов.

Китайский аппарат «Чаньэ-1», запущенный 24 октября 2007 года, выполнил фотографирование лунной поверхности и сбор данных для составления цифровой модели ее рельефа. 1 марта 2009 года аппарат был сброшен на поверхность Луны. 8 ноября 2008 г. на селеноцентрическую орбиту был выведен индийский аппарат «Чандрайян 1». 14 ноября от него отделился зонд, совершивший жесткую посадку в районе южного полюса Луны. Аппарат работал в течение 312 дней и передавал данные о распределении химических элементов по поверхности и о высотах рельефа. Японская АМС «Кагуя» и два дополнительных микроспутника «Окина» и «Оюна», работавшие в 2007-2009 гг., выполнили научную программу исследований Луны и передали данные о высотах рельефа и распределении силы тяжести на ее поверхности с высокой точностью.

Новым важным этапом в исследовании Луны стал запуск 18 июня 2009 года двух американских АМС «Lunar Reconnaissance Orbiter» (Лунный орбитальный разведчик) и «LCROSS» (спутник по наблюдению и детектированию лунных кратеров). 9 октября 2009 г. АМС «LCROSS» была направлена в кратер Кабео. На дно кратера сначала упала отработавшая ступень ракеты «Атлас-V» массой 2,2 т. Примерно через четыре минуты туда же упала АМС «LCROSS» (массой 891 кг), которая перед падением промчалась сквозь поднятое ступенью облако пыли, успев сделать необходимые исследования до момента гибели аппарата. Американские исследователи считают, что им всё-таки удалось найти некоторое количество воды в облаке лунной пыли. «Лунный орбитальный разведчик» продолжает исследовать Луну с полярной окололунной орбиты. На борту космического аппарата установлен российский прибор ЛЕНД (лунный исследовательский нейтронный детектор), предназначенный для поиска замёрзшей воды. В районе Южного полюса им обнаружено большое количество водорода, который может быть признаком наличия там воды в связанном состоянии.

В недалёком будущем начнётся освоение Луны. Уже в наши дни детально разрабатываются проекты создания на её поверхности постоянно действующей обитаемой базы. Длительное или постоянное присутствие на Луне сменных экипажей такой базы позволит решать более сложные научные и прикладные задачи.

Движется Луна под воздействием тяготения, в основном, двух небесных тел — Земли и Солнца на среднем расстоянии 384 400 км от Земли. В апогее это расстояние увеличивается до 405 500 км, в перигее уменьшается до 363 300 км. Период обращения Луны вокруг Земли по отношению к далеким звездам составляет около 27,3 суток (сидерический месяц), но поскольку вместе с Землей Луна обращается вокруг Солнца, ее положение относительно линии Солнце-Земля повторяется через несколько больший промежуток времени — около 29,5 суток (синодический месяц). За этот период проходит полная смена лунных фаз: от новолуния к первой четверти, затем к полнолунию, к последней четверти и вновь к новолунию. Вращение Луны вокруг оси происходит с постоянной угловой скоростью в том же направлении, в котором она обращается вокруг Земли, и с тем же периодом 27,3 суток. Именно поэтому с Земли мы видим только одно полушарие Луны, которое так и называем — видимое; а другое полушарие всегда скрыто от наших глаз. Это не видимое с Земли полушарие называют обратной стороной Луны. Фигура, образованная физической поверхностью Луны, очень близка к правильной сфере со средним радиусом 1737,5 км. Площадь поверхности лунного шара составляет около 38 млн. км 2 , что составляет лишь 7,4% площади земной поверхности, или около четверти площади земных материков. Соотношение масс Луны и Земли составляет 1:81,3. Средняя плотность Луны (3,34 г/см 3) значительно меньше средней плотности Земли (5,52 г/см 3). Сила тяжести на Луне в шесть раз меньше, чем на Земле. В летний полдень близ экватора поверхность разогревается до +130° С, в отдельных местах и выше; а ночью температура падает до -170 °С. Быстрое остывание поверхности наблюдается и во время лунных затмений. На Луне выделяют области двух типов: светлые — материковые, занимающие 83% всей поверхности (включая обратную сторону), и темные области, названные морями. Такое деление возникло еще в середине XVII века, когда предполагалось, что на Луне действительно имеется вода. По минералогическому составу и содержанию отдельных химических элементов лунные породы на темных участках поверхности (морях) очень близки к земным породам типа базальтов, а на светлых участках (материках) — к анортозитам.

В вопросе о происхождении Луны пока нет полной ясности. Особенности химического состава лунных пород позволяют предположить, что Луна и Земля образовались в одной и той же области Солнечной системы. Но разница в их составе и внутреннем строении заставляет думать, что оба эти тела не были в прошлом единым целым. Большинство крупных кратеров и огромные впадины (многокольцевые бассейны) появились на поверхности лунного шара в период сильной бомбардировки поверхности. Около 3,5 млрд. лет назад в результате внутреннего разогрева из недр Луны излились на поверхность базальтовые лавы, заполнившие низины и круглые впадины. Так образовались лунные моря. На обратной стороне из-за более толстой коры излияний было значительно меньше. На видимом полушарии моря занимают 30% поверхности, а на обратном — лишь 3%. Таким образом, эволюция лунной поверхности в основном завершилась около 3 млрд. лет назад. Метеоритная бомбардировка продолжалась, но уже с меньшей интенсивностью. В результате длительной переработки поверхности образовался верхний рыхлый слой пород Луны — реголит, толщиной в несколько метров.

Ближайшая к Солнцу планета названа в честь античного бога Гермеса (у римлян Меркурий) — посланника богов и бога зари. Меркурий находится на среднем расстоянии 58 млн. км или 0.39 а.е. от Солнца. Двигаясь по сильно вытянутой орбите, он в перигелии приближается к Солнцу на расстояние 0,31 а.е., а в максимальном удалении находится на расстоянии 0,47 а.е., совершая полный оборот за 88 земных суток. В 1965 г. методами радиолокации с Земли было установлено, что период вращения этой планеты составляет 58.6 суток, то есть за 2/3 своего года он завершает полный оборот вокруг своей оси. Сложение осевого и орбитального движений приводит к тому, что, находясь на линии Солнце — Земля, Меркурий всегда повернут одной и той же стороной к нам. Солнечные сутки (промежуток времени между верхними или нижними кульминациями Солнца) продолжаются на планете 176 земных суток.

В конце ХIХ века астрономы пытались зарисовать темные и светлые детали, наблюдаемые на поверхности Меркурия. Наиболее известны работы Скиапарелли (1881-1889 гг.) и американского астронома Персиваля Ловелла (1896-1897 гг.). Интересно, что астроном Т. Дж. Си в 1901 г. даже объявил о том, что он видел кратеры на Меркурии. Мало кто поверил в это, однако впоследствии 625-километровый кратер (Бетховен) оказался в месте, отмеченном Си. Французский астроном Эжен Антониади составил в 1934 г. карту «видимого полушария» Меркурия, поскольку тогда считалось, что всегда освещено лишь одно его полушарие. Отдельным деталям на этой карте Антониади дал названия, которые частично используются и на современных картах.

Составить действительно надежные карты планеты и увидеть мелкие детали рельефа поверхности впервые удалось благодаря американскому космическому зонду «Маринер-10», запущенному в 1973 г. Он трижды сближался с Меркурием и передавал на Землю телевизионные изображения различных участков его поверхности. В общей сложности было снято 45% поверхности планеты, в основном — западное полушарие. Как оказалось, вся его поверхность покрыта множеством кратеров разных размеров. Удалось уточнить значение радиуса планеты (2439 км) и её массы. Датчики температуры позволили установить, что в течение дня температура поверхности планеты поднимается до 510° С, а ночью опускается до -210° С. Напряжённость его магнитного поля составляет около 1% от напряжённости земного магнитного поля. Более 3 тыс. фотографий, полученных при третьем подлете, имели разрешение до 50 м.

Ускорение свободного падения на Меркурии составляет 3,68 м/с 2 . Космонавт на этой планете будет весить почти в три раза меньше, чем на Земле. Поскольку выяснилось, что средняя плотность Меркурия почти такая же, как и у Земли, предполагается существование у Меркурия железного ядра, занимающего примерно половину объема планеты, над которым расположена мантия и силикатная оболочка. Меркурий получает в 6 раз больше солнечного света на единицу площади, чем Земля. Причем большая часть солнечной энергии поглощается, поскольку поверхность планеты темная, отражающая лишь 12-18 процентов падающего света. Поверхностный слой планеты (реголит) сильно измельчен и служит прекрасной теплоизоляцией, так что на глубине нескольких десятков сантиметров от поверхности температура постоянная — около 350 градусов К. У Меркурия обнаружена чрезвычайно разреженная гелиевая атмосфера, создаваемая «солнечным ветром», который обдувает планету. Давление такой атмосферы у поверхности в 500 млрд. раз меньше, чем у поверхности Земли. Кроме гелия, выявлено ничтожное количество водорода, следы аргона и неона.

Американская АМС «Мессенджер» (Мessenger — от англ. Курьер), запущенная 3 августа 2004 г., совершила первый пролет около Меркурия 14 января 2008 г. на расстоянии 200 км от поверхности планеты. Она сфотографировала восточную половину ранее не заснятого полушария планеты. Исследования Меркурия проведены в два этапа: сначала обзорные с пролетной траектории полета при двух встречах с планетой (2008 г. ), а затем (30 сентября 2009 г.) — детальные. Выполнена съемка всей поверхности планеты в различных диапазонах спектра и получены цветные изображения местности, определены химический и минералогический состав пород, измерено содержание летучих элементов в приповерхностном слое грунта. Лазерный высотомер выполнил измерения высот рельефа поверхности Меркурия. Оказалось, что перепад высот рельефа на этой планете менее 7 км. При четвертом сближении, 18 марта 2011 г., АМС «Мессенджер» должна выйти на орбиту искусственного спутника Меркурия.

Согласно решению Международного астрономического союза, кратеры на Меркурии называют в честь деятелей : писателей, поэтов, художников, скульпторов, композиторов. Например, крупнейшие кратеры диаметром от 300 до 600 км получили названия Бетховен, Толстой, Достоевский , Шекспир и другие. Есть и исключения из этого правила — один кратер диаметром 60 км с лучевой системой назван в честь известного астронома Койпера, а другой кратер диаметром 1,5 км вблизи экватора, принятый за начало отсчета долгот на Меркурии, назван Хун Каль, что на языке древних майя означает «двадцать». Через этот кратер условились проводить меридиан, с долготой 20°.

Равнинам даны названия планеты Меркурий на разных языках, например, равнина Собкоу или равнина Один. Есть две равнины, названные по их местоположению: Северная равнина и равнина Жары, находящаяся в области максимальных температур на 180° долготы. Окаймляющие эту равнину горы назвали горами Жары. Отличительной особенностью рельефа Меркурия являются протяженные уступы, получившие имена морских исследовательских судов. Долины названы по названиям радиоастрономических обсерваторий. Две гряды носят названия Антониади и Скиапарелли, в честь астрономов, составивших первые карты этой планеты.

Венера — ближайшая к Земле планета, она находится ближе нас к Солнцу и потому освещается им ярче; наконец, она очень хорошо отражает солнечный свет. Дело в том, что поверхность Венеры укрыта под мощным чехлом атмосферы, полностью скрывающей от нашего взора поверхность планеты. В видимом диапазоне ее нельзя рассмотреть даже с орбиты искусственного спутника Венеры, и, тем не менее, мы имеем «изображения» поверхности, которые были получены методом радиолокации.

Вторая от Солнца планета названа в честь античной богини любви и красоты Афродиты (у римлян — Венера). Средний радиус Венеры 6051,8 км, а масса составляет 81% массы Земли. Венера обращается вокруг Солнца в ту же сторону, что и другие планеты, совершая полный оборот за 225 суток. Период ее вращения вокруг оси (243 суток) удалось определить лишь в начале 1960-х годов, когда для измерения скоростей вращения планет стали применять методы радиолокации. Таким образом, суточное вращение Венеры самое медленное среди всех планет. К тому же, оно происходит в обратном направлении: в отличие от большинства планет, у которых направления обращения по орбите и вращения вокруг оси совпадают, Венера вращается вокруг оси в сторону, противоположную орбитальному движению. Если посмотреть формально, то это не уникальное свойство Венеры. Например, Уран и Плутон тоже вращаются в обратном направлении. Но они вращаются практически «лежа на боку», а ось Венеры почти перпендикулярна орбитальной плоскости, так что она единственная «действительно» вращается в обратном направлении. Именно поэтому солнечные сутки на Венере короче времени ее оборота вокруг оси и составляют 117 земных суток (у других планет солнечные сутки длиннее периода вращения). А год на Венере лишь вдвое продолжительнее солнечных суток.

Атмосфера Венеры состоит на 96,5% из углекислого газа и почти на 3,5% из азота. Другие газы — водяной пар, кислород, окись и двуокись серы, аргон, неон, гелий и криптон — в сумме составляют менее 0,1%. Но следует иметь в виду, что венерианская атмосфера примерно в 100 раз массивнее нашей, так что азота там, например, в пять раз больше по массе, чем в атмосфере Земле.

Туманная дымка в атмосфере Венеры простирается вверх до высоты 48-49 км. Далее до высоты 70 км идет облачный слой, содержащий капельки концентрированной серной кислоты, а в самых верхних слоях также присутствуют соляная и плавиковая кислоты. Облака Венеры отражают 77% падающего на них солнечного света. На вершине самых высоких гор Венеры — гор Максвелла (высота около 11 км) — давление атмосферы составляет 45 бар, а на дне каньона Дианы — 119 бар. Как известно, давление земной атмосферы у поверхности планеты всего лишь 1 бар. Мощная атмосфера Венеры, состоящая из углекислого газа, поглощает и частично пропускает к поверхности около 23% солнечного излучения. Это излучение нагревает поверхность планеты, однако тепловое инфракрасное излучение поверхности проходит сквозь атмосферу обратно в космос с большим трудом. И лишь когда поверхность нагревается примерно до 460-470 °C, уходящий поток энергии оказывается равным приходящему к поверхности. Именно по причине этого парникового эффекта у поверхности Венеры сохраняется высокая температура независимо от широты местности. Но в горах, над которыми толщина атмосферы меньше, температура ниже на несколько десятков градусов. Венеру исследовали более 20 космических аппаратов: «Венеры», «Маринеры», «Пионер-Венеры», «Веги» и «Магеллан». В 2006 году на орбите вокруг нее работал зонд «Венера-Экспресс». Увидеть глобальные особенности рельефа поверхности Венеры ученые смогли благодаря радиолокационному зондированию с борта орбитальных аппаратов «Пионер-Венера» (1978 г. ), «Венера-15 и -16» (1983-84 гг.) и «Магеллан»(1990-94 гг.). Наземная радиолокация позволяет «увидеть» только 25% поверхности, причем с гораздо меньшим разрешением деталей, чем способны космические аппараты. Например, «Магеллан» получил изображения всей поверхности с разрешением в 300 м. Оказалось, что большая часть поверхности Венеры занята холмистыми равнинами.

На долю возвышенностей приходится лишь 8% поверхности. Все заметные детали рельефа получили свои имена. На первых наземных радиолокационных изображениях отдельных участков поверхности Венеры исследователи использовали различные названия, из которых сейчас на картах остались — горы Максвелла (название отражает роль радиофизики в исследованиях Венеры), области Альфа и Бета (две наиболее яркие в радиолокационных изображениях детали рельефа Венеры названы по первым буквам греческого алфавита). Но эти названия являются исключениями из правил наименований, принятых Международным астрономическим союзом: астрономы решили называть детали рельефа поверхности Венеры женскими именами. Крупные возвышенные области получили названия: Земля Афродиты, Земля Иштар (в честь ассирийской богини любви и красоты) и Земля Лады (славянская богиня любви и красоты). Крупные кратеры названы в честь выдающихся женщин всех времен и народов, а небольшие кратеры носят личные женские имена. На картах Венеры можно встретить такие названия как Клеопатра (последняя царица Египта), Дашкова (директор Петербургской академии наук), Ахматова (русская поэтесса) и другие известные имена. Из русских имен встречаются Антонина, Галина, Зина, Зоя, Лена, Маша, Татьяна и другие.

Четвертая от Солнца планета, названная именем бога войны Марса, удалена от светила в 1,5 раза дальше Земли. Один оборот по орбите занимает у Марса 687 земных суток. Орбита Марса обладает заметным эксцентриситетом (0,09), поэтому его расстояние от Солнца меняется от 207 млн. км в перигелии до 250 млн. км в афелии. Орбиты Марса и Земли лежат почти в одной плоскости: угол между ними всего 2°. Через каждые 780 дней Земля и Марс оказываются на минимальном расстоянии друг от друга, которое может составлять от 56 до 101 млн. км. Такие сближения планет называют противостояниями. Если в этот момент расстояние между планетами менее 60 млн. км, то противостояние называют великим. Великие противостояния происходят через каждые 15-17 лет.

Экваториальный радиус Марса 3394 км, на 20 км больше полярного. По массе Марс в десять раз меньше Земли, а по площади поверхности он меньше в 3,5 раза. Период осевого вращения Марса был определен путем наземных телескопических наблюдений за контрастными деталями поверхности: он составляет 24 часа 39 минут и 36 секунд. Ось вращения Марса отклонена на угол 25,2° от перпендикуляра к плоскости орбиты. Поэтому на Марсе также наблюдается смена времен года, но длительность сезонов почти вдвое больше, чем на Земле. Из-за вытянутости орбиты сезоны в северном и южном полушариях имеют разную продолжительность: лето в северном полушарии длится 177 марсианских суток, а в южном оно на 21 сутки короче, но при этом теплее, чем лето в северном полушарии.

Из-за большей отдаленности от Солнца Марс получает лишь 43% той энергии, которая попадает на ту же площадь земной поверхности. Среднегодовая температура на поверхности Марса около -60 °С. Максимальное значение температуры там не превышает нескольких градусов выше нуля, а минимальное зарегистрировано на северной полярной шапке и составляет -138 °С. В течение суток температура поверхности существенно изменяется. Например, в южном полушарии на широте 50° характерное значение температуры в середине осени меняется от -18 °С в полдень до -63 °С ночью. Однако уже на глубине 25 см под поверхностью температура практически постоянная (около -60 °С) независимо от времени суток и сезона. Большие изменения температуры на поверхности объясняются тем, что атмосфера Марса очень разрежена, и ночью поверхность быстро остывает, а днем быстро нагревается Солнцем. Атмосфера Марса состоит на 95% из углекислого газа. Другие ее составляющие: 2,5% азота, 1,6% аргона, менее 0,4% кислорода. Среднее давление атмосферы у поверхности 6,1 мбар, т. е. в 160 раз меньше давления земного воздуха на уровне моря (1 бар). В самых глубоких впадинах на Марсе оно может достигать 12 мбар. Атмосфера планеты сухая, в ней практически нет водяных паров.

Полярные шапки Марса многослойны. Нижний, основной слой толщиной несколько километров образован обычным водяным льдом, смешанным с пылью; этот слой сохраняется и в летний период, образуя постоянные шапки. А наблюдаемые сезонные изменения полярных шапок происходят за счет верхнего слоя толщиной менее 1 метра, состоящего из твердой углекислоты, так называемого « сухого льда». Покрытая этим слоем площадь быстро растет в зимний период, достигая параллели 50°, а иногда и переходя этот рубеж. Весной с повышением температуры верхний слой испаряется, и остается лишь постоянная шапка. «Волна потемнения» участков поверхности, наблюдаемая со сменой сезонов, объясняется изменением направления ветров, постоянно дующих в направлении от одного полюса к другому. Ветер уносит верхний слой сыпучего материала — светлую пыль, обнажая участки более темных пород. В периоды, когда Марс проходит перигелий, нагрев поверхности и атмосферы усиливается, и нарушается равновесие марсианской среды. Скорость ветра возрастает до 70 км/час, начинаются вихри и бури. Иногда более миллиарда тонн пыли поднимается и удерживается во взвешенном состоянии, при этом резко меняется климатическая обстановка на всем марсианском шаре. Продолжительность пылевых бурь может достигать 50 — 100 суток. Исследования Марса космическими аппаратами начались в 1962 г. запуском зонда «Марс- 1». Первые снимки участков поверхности Марса передал «Маринер-4» в 1965 г., а затем «Маринер-6 и -7» в 1969 г. Мягкую посадку удалось совершить спускаемому аппарату «Марса-3». По снимкам «Маринера-9» (1971 г.) были составлены подробные карты планеты. Он передал на Землю 7329 снимков Марса с разрешением до 100 м, а также фотографии его спутников — Фобоса и Деймоса. Целая флотилия из четырёх космических аппаратов «Марс-4, -5, -6, -7», запущенных в 1973 г., достигла окрестностей Марса в начале 1974 г. Из-за неисправности бортовой системы торможения «Марс-4» прошёл на расстоянии около 2200 км от поверхности планеты, выполнив только её фотографирование. «Марс-5» проводил дистанционные исследования поверхности и атмосферы с орбиты искусственного спутника. Спускаемый аппарат «Марса-6» совершил мягкую посадку в южном полушарии. На Землю переданы данные о химическом составе, давлении и температуре атмосферы. «Марс-7» прошёл на расстоянии 1300 км от поверхности, не выполнив своей программы.

Самыми результативными были полёты двух американских «Викингов», запущенных в 1975 г. На борту аппаратов находились телекамеры, инфракрасные спектрометры для регистрации водяных паров в атмосфере и радиометры для получения температурных данных. Посадочный блок «Викинга-1» совершил мягкую посадку на Равнине Хриса 20 июля 1976 г., а «Викинга-2» — на Равнине Утопия 3 сентября 1976 г. В местах посадок были проведены уникальные эксперименты с целью обнаружить признаки жизни в марсианском грунте. Специальное устройство захватывало образец грунта и помещало его в один из контейнеров, содержавших запас воды или питательных веществ. Поскольку любые живые организмы меняют среду своего обитания, приборы должны были это зафиксировать. Хотя некоторые изменения среды в плотно закрытом контейнере наблюдались, к таким же результатам могло привести наличие сильного окислителя в грунте. Вот почему учёные не смогли уверенно отнести эти изменения за счёт деятельности бактерий. С орбитальных станций было выполнено детальное фотографирование поверхности Марса и его спутников. На основе полученных данных составлены подробные карты поверхности планеты, геологические, тепловые и другие специальные карты.

В задачу советских станций «Фобос-1, -2», запущенных после 13-летнего перерыва, входило исследование Марса и его спутника Фобоса. В результате неверной команды с Земли «Фобос-1» потерял ориентацию, и связь с ним не удалось восстановить. «Фобос-2» вышел на орбиту искусственного спутника Марса в январе 1989 г. Дистанционными методами получены данные об изменении температуры на поверхности Марса и новые сведения о свойствах пород, слагающих Фобос. Получено 38 изображений с разрешением до 40 м, измерена температура его поверхности, составляющая в наиболее горячих точках 30 °С. К сожалению, осуществить основную программу по исследованию Фобоса не удалось. Связь с аппаратом была потеряна 27 марта 1989 г. На этом не закончилась серия неудач. Американский космический аппарат «Марс-Обсервер», запущенный в 1992 г., также не выполнил своей задачи. Связь с ним была потеряна 21 августа 1993 г. Не удалось вывести на траекторию полёта к Марсу и российскую станцию «Марс-96».

Одним из самых успешных проектов НАСА является станция «Марс глобал Сервейер», запущенная 7 ноября 1996 года для детального картографирования поверхности Марса. Аппарат выполняет также роль телекоммуникационного спутника для роверов «Спирит» и «Оппортьюнити», доставленных в 2003 г. и продолжающих работать до сих пор. В июле 1997 г. «Марс-Пасфайндер» доставил на планету первый автоматический марсоход «Соджернер» весом менее 11 кг, который успешно исследовал химический состав поверхности и метеорологические условия. Связь с Землей марсоход поддерживал через посадочный модуль . Автоматическая межпланетная станция НАСА «Марсианский разведывательный спутник» начал свою работу на орбите в марте 2006 г. С помощью камеры высокого разрешения на поверхности Марса можно было различать детали размером 30 см. «Марс Одиссей», «Марс — экспресс» и «Марс разведывательный спутник» продолжают исследования с орбиты. Аппарат «Феникс» работал в приполярной области с 25 мая по 2 ноября 2008 года. Им впервые произведено бурение поверхности и обнаружен лед. «Феникс» доставил на планету цифровую библиотеку научной фантастики. Разрабатываются программы полёта на Марс астронавтов. Такая экспедиция займёт более двух лет, поскольку, чтобы вернуться, им придётся ждать удобного взаимного расположения Земли и Марса.

На современных картах Марса, наряду с наименованиями, присвоенными формам рельефа, которые выявлены по космическим снимкам, используются также старые географические и мифологические названия, предложенные Скиапарелли. Самая крупная возвышенная область, поперечником около 6000 км и высотой до 9 км получила название Фарсида (так на древних картах назывался Иран), а огромная кольцевая депрессия на юге диаметром более 2000 км названа Элладой (Греция). Густо покрытые кратерами участки поверхности получили название земель: Земля Прометея, Земля Ноя, и другие. Долинам даются названия планеты Марс из языков разных народов. Крупные кратеры названы в честь ученых, а небольшие кратеры носят названия населенных пунктов Земли. Четыре гигантских потухших вулкана возвышаются над окружающей местностью на высоту до 26 м. Самый крупный из них — гора Олимп, расположенный на западной окраине гор арсида, имеет основание диаметром 600 км и кальдеру (кратер) на вершине поперечником 60 км. Три вулкана — гора Аскрийская, гора Павлина и гора Арсия — расположены на одной прямой на вершине гор Фарсида. Сами вулканы возвышаются над Фарсидой еще на 17 км. Помимо указанных четырех, на Марсе найдено более 70 потухших вулканов, но они гораздо меньше по занимаемой площади и по высоте.

К югу от экватора находится гигантская долина глубиной до 6 км и протяженностью более 4000 км. Ее назвали Долиной Маринера. Выявлено также множество долин меньших размеров, а также борозд и трещин, свидетельствующих о том, что в древности на Марсе была вода и, следовательно, атмосфера была более плотной. Под поверхностью Марса в отдельных областях должен находиться слой вечной мерзлоты, толщиной несколько километров. В таких районах на поверхности у кратеров видны необычные для планет земной группы застывшие потоки, по которым можно судить о наличии подповерхностного льда.

За исключением равнин, поверхность Марса сильно кратерирована. Кратеры, как правило, выглядят более разрушенными, чем на Меркурии и Луне. Следы ветровой эрозии можно видеть повсюду.

Спутники Марса были открыты во время великого противостояния 1877 г. американским астрономом А. Холлом. Их назвали Фобос (в переводе с греческого Страх) и Деймос (Ужас), поскольку в античных мифах бога войны всегда сопровождали его дети — Страх и Ужас. Спутники очень малы по размеру и имеют неправильную форму. Большая полуось Фобоса составляет 13,5 км, а малая 9,4 км; у Деймоса, соответственно, 7,5 и 5,5 км. Зонд «Маринер-7» сфотографировал Фобос на фоне Марса в 1969 г., а «Маринер-9» передал множество снимков обоих спутников, на которых видно, что их поверхности неровные, обильно покрытые кратерами. Несколько близких подлетов к спутникам совершили зонды «Викинг» и «Фобос-2». На лучших фотографиях Фобоса видны детали рельефа размером до 5 метров.

Орбиты спутников круговые. Фобос обращается вокруг Марса на расстоянии 6000 км от поверхности с периодом 7 час 39 мин. Деймос удален от поверхности планеты на 20 тыс. км, а период его обращения составляет 30 час 18 мин. Периоды вращения спутников вокруг оси совпадают с периодами их обращения вокруг Марса. Большие оси фигур спутников всегда направлены к центру планеты. Фобос восходит на западе и заходит на востоке по 3 раза за марсианские сутки. Средняя плотность Фобоса менее 2 г/см 3 , а ускорение свободного падения на его поверхности составляет 0,5 см/с 2 . Человек весил бы на Фобосе всего несколько десятков граммов и мог бы, бросив камень рукой, заставить его навсегда улететь в космос (скорость отрыва на поверхности Фобоса около 13 м/с). Самый большой кратер на Фобосе имеет диаметр 8 км, сопоставимый с наименьшим поперечником самого спутника. На Деймосе крупнейшая впадина имеет диаметр 2 км. Небольшими кратерами поверхности спутников усеяны примерно также как и Луна. При общем сходстве, обилии мелко раздробленного материала, покрывающего поверхности спутников, Фобос выглядит более «ободранным», а Деймос имеет более сглаженную, засыпанную пылью поверхность. На Фобосе обнаружены загадочные борозды, пересекающие почти весь спутник. Борозды имеют ширину 100-200 м и тянутся на десятки километров. Глубина их от 20 до 90 метров. Есть несколько о происхождении этих борозд, но пока нет достаточно убедительного объяснения, как впрочем и объяснения происхождения самих спутников. Скорее всего, это захваченные Марсом астероиды.

Юпитер не зря называют «царем планет». Это самая крупная планета в Солнечной системе, превосходящая Землю в 11,2 раза по диаметру и в 318 раз по массе. Юпитер имеет низкую среднюю плотность (1,33 г/см 3), поскольку почти целиком состоит из водорода и гелия. Он находится на среднем расстоянии 779 млн. км от Солнца и затрачивает на один оборот по орбите около 12 лет. Несмотря на гигантские размеры, эта планета вращается очень быстро — быстрее Земли или Марса. Самое удивительное, что твердой поверхности в общепринятом смысле у Юпитера нет — это газовый гигант. Юпитер возглавляет группу планет-гигантов. Названный в честь верховного бога античной мифологии (у древних греков — Зевс, у римлян — Юпитер), он находится впятеро дальше от Солнца, чем Земля. Из-за быстрого вращения Юпитер сильно сплюснут: его экваториальный радиус (71 492 км) на 7% больше полярного, что легко заметить при наблюдении в телескоп. Сила тяжести на экваторе планеты в 2,6 раза больше, чем на Земле. Экватор Юпитера наклонен всего на 3° к его орбите, поэтому на планете не бывает смены времен года. Наклон орбиты к плоскости эклиптики еще меньше — всего 1°. Каждые 399 суток повторяются противостояния Земли и Юпитера.

Водород и гелий — основные составляющие этой планеты: по объему соотношения этих газов составляют 89% водорода и 11% гелия, а по массе 80% и 20% соответственно. Вся видимая поверхность Юпитера — это плотные облака, образующие систему темных поясов и светлых зон к северу и югу от экватора до параллелей 40° северной и южной широты. Облака образуют слои коричневатых, красных и голубоватых оттенков. Периоды вращения этих облачных слоев оказались не одинаковыми: чем ближе они к экватору, тем с более коротким периодом вращаются. Так, вблизи экватора они завершают оборот вокруг оси планеты за 9 час 50 мин, а на средних широтах — за 9 час 55 мин. Пояса и зоны — это области нисходящих и восходящих потоков в атмосфере. Атмосферные течения, параллельные экватору, поддерживаются благодаря потокам тепла из глубины планеты, а также быстрому вращению Юпитера и энергии Солнца. Видимая поверхность зон расположена примерно на 20 км выше поясов. На границах поясов и зон наблюдается сильные турбулентные движения газов. Водородно-гелиевая атмосфера Юпитера имеет огромную протяженность. Облачный покров расположен на высоте около 1000 км над «поверхностью», где газообразное состояние меняется на жидкое из-за высокого давления.

Еще до полетов космических аппаратов к Юпитеру было установлено, что поток тепла из недр Юпитера вдвое превышает приток солнечного тепла, получаемого планетой. Это может быть связано с медленным погружением к центру планеты более тяжелых веществ и всплыванием более легких. Падение метеоритов на планету также может быть источником энергии. Окраска поясов объясняется наличием различных химических соединений. Ближе к полюсам планеты, на высоких широтах облака образуют сплошное поле с коричневыми и голубоватыми пятнами поперечником до 1000 км. Самая известная деталь Юпитера — Большое Красное Пятно, овальное образование изменяющихся размеров, расположенное в южной тропической зоне. В настоящее время оно имеет размеры 15000×30000 км (т. е. в нем свободно расположатся два земных шара), а сто лет назад наблюдатели отмечали, что размеры Пятна были вдвое больше. Иногда оно бывает видно не очень четко. Большое Красное Пятно — это долгоживущий вихрь в атмосфере Юпитера, совершающий полный оборот вокруг своего центра за 6 земных суток. Первое исследование Юпитера с близкого расстояния (130 тыс. км) состоялось в декабре 1973 г. с помощью зонда «Пионер-10». Наблюдения, проведенные этим аппаратом в ультрафиолетовых лучах, показали, что планета имеет протяженные водородную и гелиевую короны. Верхний слой облачности, по-видимому, состоит из перистых облаков аммиака, а ниже находится смесь водорода, метана и замерзших кристаллов аммиака. Инфракрасный радиометр показал, что температура внешнего облачного покрова составляет около -133 °С. Было обнаружено мощное магнитное поле и зарегистрирована зона наиболее интенсивной радиации на расстоянии 177 тыс. км от планеты. Шлейф магнитосферы Юпитера заметен даже за орбитой Сатурна.

Трасса «Пионера-11», пролетевшего на расстоянии 43 тыс. км от Юпитера в декабре 1974 г., была рассчитана иначе. Он прошел между радиационными поясами и самой планетой, избежав опасной для электронной аппаратуры дозы радиации. Анализ цветных изображений облачного слоя, полученных фотополяриметром, позволил выявить особенности и структуру облаков. Высота облаков оказалась разной в поясах и зонах. Еще до полетов «Пионера-10 и -11» с Земли при помощи летающей на самолете астрономической обсерватории удалось определить содержание в атмосфере Юпитера других газов. Как и ожидалось, обнаружилось наличие фосфина — газообразного соединения фосфора с водородом (PH 3), придающего цветовую окраску облачному покрову. При нагревании он распадается с выделением красного фосфора. Уникальное взаимное расположение на орбитах Земли и планет-гигантов, имевшее место с 1976 по 1978 гг., было использовано для последовательного изучения Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна с помощью зондов «Вояджер-1 и -2». Их трассы были рассчитаны так, что удалось использовать тяготение самих планет для разгона и поворота трассы полета от одной планеты к другой. В результате перелет к Урану занял 9 лет, а не 16, как было бы по традиционной схеме, а перелет к Нептуну — 12 лет вместо 20. Подобное взаимное расположение планет повторится только через 179 лет.

На основе данных, полученных космическими зондами, и теоретических расчетов построены математические модели облачного покрова Юпитера и уточнены представления о его внутреннем строении. В несколько упрощенном виде Юпитер можно представить в виде оболочек с плотностью, возрастающей по направлению к центру планеты. На дне атмосферы толщиной 1500 км, плотность которой быстро растет с глубиной, находится слой газо-жидкого водорода толщиной около 7000 км. На уровне 0,9 радиуса планеты, где давление составляет 0,7 Мбар, а температура около 6500 К, водород переходит в жидко-молекулярное состояние, а еще через 8000 км — в жидкое металлическое состояние. Наряду с водородом и гелием, в состав слоев входит небольшое количество тяжелых элементов. Внутреннее ядро диаметром 25 000 км металлосиликатное, включающее воду, аммиак и метан. Температура в центре составляет 23 000 К, а давление 50 Мбар. Похожее строение имеет и Сатурн.

Вокруг Юпитера обращаются 63 известных спутника, которые можно разделить на две группы — внутреннюю и внешнюю, или регулярные и иррегулярные; первая группа включает 8 спутников, вторая — 55. Спутники внутренней группы обращаются по почти руговым орбитам, практически лежащим в плоскости экватора планеты. Четыре ближайших к планете спутника — Адрастея, Метида, Амальтея и Теба имеют диаметры от 40 до 270 км и находятся в пределах 2-3 радиусов Юпитера от центра планеты. Они резко отличаются от следующих за ними четырех спутников, расположенных на расстоянии от 6 до 26 радиусов Юпитера и имеющих значительно большие размеры, близкие к размеру Луны. Эти крупные спутники — Ио, Европа, Ганимед и Каллисто были открыты в начале XVII в. почти одновременно Галилео Галилеем и Симоном Марием. Их принято называть галилеевыми спутниками Юпитера, хотя первые таблицы движения этих спутников составил Марий.

Внешняя группа состоит из маленьких — диаметром от 1 до 170 км — спутников, движущихся по вытянутым и сильно наклоненным к экватору Юпитера орбитам. При этом пять более близких к Юпитеру спутника движутся по своим орбитам в сторону вращения Юпитер, а почти все более далекие спутники движутся в обратном направлении. Подробная информация о характере поверхностей спутников получена космическими аппаратами. Остановимся подробнее на галилеевых спутниках. Диаметр ближайшего к Юпитеру спутника Ио 3640 км, а его средняя плотность 3,55 г/см 3 . Недра Ио разогреты из-за приливного влияния Юпитера и возмущений, вносимых в движение Ио его соседями — Европой и Ганимедом. Приливные силы деформируют внешние слои Ио и разогревают их. При этом накопившаяся энергия вырывается на поверхность в виде вулканических извержений. Из жерла вулканов сернистый газ и пары серы выбрасываются со скоростью около 1 км/с на высоту в сотни километров над поверхностью спутника. Хотя в районе экватора температура поверхности Ио составляет в среднем около -140 °C, там существуют горячие пятна размером от 75 до 250 км, в которых температура достигает 100-300 °C . Поверхность Ио покрыта продуктами извержений и имеет оранжевый цвет. Средний возраст деталей на ней небольшой — порядка 1 млн. лет. Рельеф Ио в основном равнинный, но имеется несколько гор высотой от 1 до 10 км. Атмосфера Ио сильно разрежена (практически это вакуум), но за спутником тянется газовый хвост: вдоль орбиты Ио обнаружено излучение кислорода, паров натрия и серы — продуктов вулканических извержении.

Второй из галилеевых спутников — Европа по размеру несколько меньше Луны, его диаметр 3130 км, а средняя плотность вещества около 3 г/см3. Поверхность спутника испещрена сетью светлых и темных линий: по-видимому, это трещины в ледяной коре, возникшие в результате тектонических процессов. Ширина этих разломов меняется от нескольких километров до сотен километров, а протяженность достигает тысяч километров. Оценка толщины коры колеблется от нескольких километров до десятков километров. В недрах Европы также выделяется энергия приливного взаимодействия, которая поддерживает в жидком виде мантию — подледный океан, возможно даже теплый. Не удивительно поэтому, что существует предположение о возможности существования простейших форм жизни в этом океане. Исходя из средней плотности спутника, под океаном должны быть силикатные породы. Поскольку кратеров на Европе, имеющей довольно гладкую поверхность, очень мало, возраст деталей этой оранжево-коричневой поверхности оценивается в сотни тысяч и миллионы лет. На снимках высокого разрешения, полученных «Галилео», видны отдельные поля неправильной формы с вытянутыми параллельными хребтами и долинами, напоминающими шоссейные дороги. В ряде мест выделяются темные пятна, скорее всего это отложения вещества, вынесенного из-под ледяного слоя.

По мнению американского ученого Ричарда Гринберга, условия для жизни на Европе следует искать не в глубоком подледном океане, а в многочисленных трещинах. Из-за приливного эффекта трещины периодически сужаются и расширяются до ширины 1 м. Когда трещина сужается, вода океана уходит вниз, а когда она начинает расширяться, вода поднимается по ней почти до самой поверхности. Сквозь ледяную пробку, мешающую воде достичь поверхности, проникают солнечные лучи, неся энергию, необходимую живым организмам.

Самый крупный спутник в системе Юпитера — Ганимед имеет диаметр 5268 км, однако его средняя плотность лишь вдвое превосходит плотность воды; это говорит о том, что около 50% массы спутника приходится на лед. Множество кратеров, покрывающих участки темно-коричневого цвета, свидетельствует о древнем возрасте этой поверхности, около 3-4 млрд. лет. Более молодые участки покрыты системами параллельных борозд, сформированных более светлым материалом в процессе растяжения ледяной коры. Глубина этих борозд — несколько сотен метров, ширина — десятки километров, а протяженность может доходить до нескольких тысяч километров. У некоторых кратеров Ганимеда встречаются не только светлые лучевые системы (похожие на лунные), но иногда и темные.

Диаметр Каллисто 4800 км. Исходя из средней плотности спутника (1,83 г/см 3), предполагают, что водяной лед составляет около 60% его массы. Толщина ледяной коры, как и у Ганимеда, оценивается десятками километров. Вся поверхность этого спутника сплошь усеяна кратерами самых разных размеров. На нем нет протяженных равнин или систем борозд. Кратеры на Каллисто имеют слабо выраженный вал и небольшую глубину. Уникальной деталью рельефа является многокольцевая структура диаметром 2600 км, состоящая из десяти концентрических колец. Температура поверхности на экваторе Каллисто в полдень достигает -120 °C. У спутника обнаружено собственное магнитное поле.

30 декабря 2000 г. вблизи Юпитера прошел зонд «Кассини», направляющийся к Сатурну. При этом был выполнен ряд экспериментов в окрестности «царя планет». Один из них был направлен на обнаружение очень разреженных атмосфер галилеевых спутников во время их затмения Юпитером. Другой эксперимент состоял в регистрации излучения радиационных поясов Юпитера. Интересно, что параллельно с работой «Кассини» это же излучение регистрировалось с помощью наземных телескопов школьниками и студентами в США. Результаты их исследований были использованы наряду с данными «Кассини».

В результате изучения галилеевых спутников была высказана интересная гипотеза о том, что на ранних стадиях своей эволюции планеты-гиганты излучали в космос огромные потоки тепла. Излучение Юпитера могло плавить льды на поверхности трех галилеевых спутников. На четвертом — Каллисто — этого не должно было произойти, поскольку он удален от Юпитера на 2 млн. км. Поэтому и поверхность его так отличается от поверхностей более близких к планете спутников.

Среди планет-гигантов Сатурн выделяется своей замечательной системой колец. Подобно Юпитеру, он представляет собой огромный быстро вращающийся шар, состоящий преимущественно из жидкого водорода и гелия. Обращаясь вокруг Солнца на расстоянии в 10 раз дальше Земли, Сатурн совершает полный оборот по почти круговой орбите за 29,5 лет. Угол наклона орбиты к плоскости эклиптики составляет всего 2°, в то время как экваториальная плоскость Сатурна наклонена на 27° к плоскости его орбиты, поэтому смена времен года присуща этой планете.

Имя Сатурна восходит к римскому аналогу античного титана Кроноса, сына Урана и Геи. Эта вторая по массе планета превосходит Землю по объему в 800 раз, а по массе в 95 раз. Нетрудно вычислить, что его средняя плотность (0,7 г/см 3) меньше плотности воды — уникально низкая для планет Солнечной системы. Экваториальный радиус Сатурна по верхней границе облачного слоя 60 270 км, а полярный радиус на несколько тысяч километров меньше. Период вращения Сатурна составляет 10 час 40 мин. В атмосфере Сатурна содержится 94% водорода и 6% гелия (по объему).

Нептун был открыт в 1846 г. в результате точного теоретического прогноза. Изучив движение Урана, французский астроном Леверье определил, что на седьмую планету влияет притяжение не менее массивного неизвестного тела, и вычислил его положение. Руководствуясь этим прогнозом, немецкие астрономы Галле и Д»Аррест обнаружили Нептун. Позднее выяснилось, что, начиная с Галилея, астрономы отмечали положение Нептуна на картах, но принимали его за звезду.

Нептун — четвертая из планет-гигантов, назван в честь бога морей в античной мифологии. Экваториальный радиус Нептуна (24 764 км) почти в 4 раза превышает радиус Земли, а по массе Нептун в17 раз больше нашей планеты. Средняя плотность Нептуна 1,64 г/см 3 . Он обращается вокруг Солнца на расстоянии 4,5 млрд км (30 а. е.), совершая полный цикл почти за 165 земных лет. Плоскость орбиты планеты наклонена на 1,8° к плоскости эклиптики. Наклон экватора к плоскости орбиты составляет 29,6°. Из-за большой удаленности от Солнца освещенность на Нептуне в 900 раз меньше, чем на Земле.

Данные, переданные «Вояджером-2», который прошел на расстоянии около 5000 км от поверхности облачного слоя Нептуна в 1989 г., позволили увидеть детали облачного покрова планеты. Полосы на Нептуне выражены слабо. Большое темное пятно размером с нашу планету, обнаруженное в южном полушарии Нептуна, является гигантским антициклоном, совершающим полный оборот за 16 земных суток. Это область повышенного давления и температуры. В отличие от Большого Красного Пятна на Юпитере, дрейфующего со скоростью 3 м/с, Большое Темное Пятно на Нептуне перемещается к западу со скоростью 325 м/с. Темное пятно меньших размеров, расположенное на 74° ю. ш., за неделю сместилось на 2000 км к северу. Довольно быстрым движением отличалось и светлое образование в атмосфере — так называемый «скутер». В некоторых местах скорость ветра в атмосфере Нептуна достигает 400-700 м/с.

Как и у других планет-гигантов, атмосфера у Нептуна в основном состоит из водорода. На долю гелия приходится около 15%, и 1% — на долю метана. Видимый облачный слой соответствует давлению 1,2 бар. Предполагается, что на дне нептунианской атмосферы находится океан из воды, насыщенной различными ионами. Значительное количество метана, по-видимому, содержится глубже, в ледяной мантии планеты. Даже при температуре в тысячи градусов, при давлении в 1 Мбар смесь воды, метана и аммиака может образовать твердые льды. На долю горячей ледяной мантии, вероятно, приходится 70% массы всей планеты. Около 25% массы Нептуна должно, по расчетам, принадлежать ядру планеты, состоящему из окислов кремния, магния, железа и его соединений, а также каменных пород. Модель внутреннего строения планеты показывает, что давление в ее центре около 7 Мбар, а температура около 7000 К. В отличие от Урана, поток тепла из недр Нептуна почти втрое больше тепла, получаемого от Солнца. Этот феномен связывают с выделением тепла при радиоактивном распаде веществ с большим атомным весом.

Магнитное поле Нептуна вдвое слабее, чем поле Урана. Угол между осью магнитного диполя и осью вращения Нептуна 47°. Центр диполя смещен на 6000 км в южное полушарие, поэтому магнитная индукция у южного магнитного полюса в 10 раз выше, чем у северного.

Кольца Нептуна в целом похожи на кольца Урана, с той лишь разницей, что суммарная площадь вещества в кольцах Нептуна в 100 раз меньше, чем в кольцах Урана. Отдельные дуги колец, окружающих Нептун, были обнаружены при покрытиях звезд планетой. На снимках «Вояджера-2» вокруг Нептуна видны незамкнутые образования, которые назвали арками. Они расположены на сплошном самом внешнем кольце малой плотности. Диаметр внешнего кольца 69,2 тыс. км, а ширина арок примерно 50 км. Другие кольца, находящиеся на расстояниях от 61,9 тыс. км до 62,9 тыс. км, замкнутые. При наблюдениях с Земли к середине ХХ века были найдены 2 спутника Нептуна — Тритон и Нереида. «Вояджер-2» обнаружил еще 6 спутников размером от 50 до 400 км и уточнил диаметры Тритона (2705 км) и Нереиды (340 км). В 2002-03 гг. при наблюдениях с Земли были открыты еще 5 далеких спутников Нептуна.

Крупнейший спутник Нептуна — Тритон обращается вокруг планеты на расстоянии 355 тыс. км с периодом около 6 суток по круговой орбите, наклоненной на 23° к экватору планеты. При этом он единственный из внутренних спутников Нептуна, движущийся по орбите в обратном направлении. Период осевого вращения Тритона совпадает с его орбитальным периодом. Средняя плотность Тритона 2,1 г/см3. Температура поверхности очень низкая (38 К). На космических снимках большая часть поверхности Тритона представляет собой равнину с множеством трещин, отчего она напоминает дынную корку. Южный полюс окружает светлая полярная шапка. На равнине обнаружены несколько впадин поперечником 150 — 250 км. Вероятно, ледяная кора спутника многократно перерабатывалась в результате тектонической активности и падения метеоритов. У Тритона, по-видимому, есть каменное ядро радиусом около 1000 км. Предполагается, что ледяная кора толщиной около 180 км покрывает водный океан глубиной около 150 км, насыщенный аммиаком, метаном, солями и ионами. Разреженная атмосфера Тритона в основном состоит из азота, небольшого количества метана и водорода. Снег на поверхности Тритона — это иней азота. Полярная шапка также образована азотным инеем. Удивительные образования, выявленные на полярной шапке — темные пятна, вытянутые к северо-востоку (их было найдено около пятидесяти). Они оказались газовыми гейзерами, поднимающимися на высоту до 8 км, и затем превращающиеся в шлейфы, тянущиеся примерно на 150 км.

В отличие от остальных внутренних спутников, Нереида движется по очень вытянутой орбите, своим эксцентриситетом (0,75) больше похожей на орбиту комет.

Плутон, после его открытия в 1930 г., считался самой маленькой планетой Солнечной системы. В 2006 г. решением Международного астрономического союза он был лишен статуса классической планеты и стал прототипом нового класса объектов — карликовых планет. Пока в группу планет-карликов кроме него входят астероид Церера и несколько недавно открытых объектов в поясе Койпера, за орбитой Нептуна; один из них даже превышает размером Плутон. Нет сомнений, что в поясе Койпера обнаружатся и другие подобные объекты; так что планет-карликов в Солнечной системе может оказаться довольно много.

Плутон обращается вокруг Солнца за 245,7 лет. В момент своего открытия он был довольно далеко от Солнца, занимая месту девятой планеты Солнечной системы. Но орбита Плутона, как оказалось, имеет значительный эксцентриситет, поэтому в каждом орбитальном цикле он в течение 20 лет находится ближе к Солнцу, чем Нептун. В конце ХХ столетия как раз был такой период: 23 января 1979 г. Плутон пересек орбиту Нептуна, так что оказался ближе него к Солнцу и формально превратился в восьмую планету. В этом статусе он пребывал до по 15 марта 1999 г. Пройдя через перигелий своей орбиты (29,6 а. е.) в сентябре 1989 г., Плутон теперь удаляется в сторону афелия (48,8 а. е.), которого он достигнет в 2112 г., а первый после своего открытия полный оборот вокруг Солнца завершит лишь в 2176 г.

Чтобы понять интерес астрономов к Плутону, нужно вспомнить историю его открытия. В начале ХХ века, наблюдая за движением Урана и Нептуна, астрономы заметили некоторую странность в их поведении и предположили, что за орбитами этих планет существует еще одна, неоткрытая, гравитационное влияние которой сказывается на движении известных планет-гигантов. Астрономы даже рассчитали предполагаемое место этой планеты, — «Планеты Х», — хотя и не очень уверенно. После длительных поисков, в 1930 г. американский астроном Клайд Томбо открыл девятую планету, названную именем бога подземного мира — Плутона. Однако открытие, по-видимому, было случайным: последующие измерения показали, что масса Плутона слишком мала, чтобы его гравитация заметным образом отразилась на движении Нептуна и, тем более, Урана. Орбита Плутона оказалась значительно более вытянутой, чем у других планет, и заметно наклоненной (17°) к эклиптике, что также не характерно для планет. Некоторые астрономы склонны считать Плутон «неправильной» планетой, больше похожей на стероид или на потерянный спутник Нептуна. Однако у Плутона есть свои спутники, а по временам бывает и атмосфера, когда покрывающие его поверхность льды испаряются в области перигелия орбиты. Вообще же Плутон исследован очень слабо, поскольку к нему пока не долетел ни один зонд; до недавних пор не предпринималось даже таких попыток. Но в январе 2006 г. к Плутону стартовал аппарат «New Horizons» (NASA), который должен пролететь мимо планеты в июле 2015 г.

Измеряя интенсивность отраженного Плутоном солнечного света, астрономы установили, что видимый блеск планеты периодически меняется. Этот период (6,4 сут) был принят за период осевого вращения Плутона. В 1978 г. американский астроном Дж. Кристи обратил внимание на неправильную форму изображения Плутона на фотоснимках, полученных с наилучшим угловым разрешением: размытое пятнышко изображения часто мело выступ с одной стороны; его положение также изменялось с периодом 6,4 сут. Кристи заключил, что у Плутона имеется довольно крупный спутник, который назвали Хароном по имени мифического лодочника, перевозившего души умерших по рекам в подземном царстве мертвых (владыкой этого царства, как известно, был Плутон). Харон появляется то с севера, то с юга от Плутона, поэтому стало ясно, что орбита спутника, как и ось вращения самой планеты, сильно наклонена к плоскости ее орбиты. Измерения показали, что угол между осью вращения Плутона и плоскостью его орбиты составляет около 32°, а вращение обратное. Орбита Харона лежит в экваториальной плоскости Плутона. В 2005 г. были открыты еще два небольших спутника — Гидра и Никс, обращающиеся дальше Харона, но в той же плоскости. Таким образом, Плутон со своими спутниками напоминает Уран, который вращается, «лежа на боку».

Период вращения Харона, составляющий 6,4 суток, совпадает с периодом его движения вокруг Плутона. Как и Луна, Харон всегда обращен к планете одной стороной. Это свойственно всем спутникам, движущимся недалеко от планеты. Удивительно другое — Плутон также обращен к Харону всегда одной и той же своей стороной; в этом смысле они равноправны. Плутон и Харон — уникальная двойная система, очень компактная и имеющая беспрецедентно высокое отношение масс спутника и планеты (1:8). Отношение масс Луны и Земли, например, составляет 1:81, а у других планет аналогичные отношения гораздо меньше. По существу, Плутон и Харон — двойная карликовая планета.

Наилучшие изображения системы Плутон — Харон были получены Космическим телескопом «Хаббл». По ним удалось определить расстояние между спутником и планетой, оказавшееся всего около 19 400 км. Используя затмения звезд Плутоном, а также взаимные затмения планеты ее спутником, удалось уточнить их размеры: диаметр Плутона по недавним оценкам составляет 2300 км, а диаметр Харона — 1200 км. Средняя плотность Плутона находится в пределах от 1,8 до 2,1 г/см 3 , а Харона — от 1,2 до 1,3 г/см 3 . По-видимому, внутреннее строение Плутона, состоящего из каменных пород и водяного льда, отличается от строения Харона, больше похожего на ледяные спутники планет-гигантов. Поверхность Харона на 30% темнее, чем у Плутона. Различен и цвет у планеты и спутника. По-видимому, они образовались независимо друг от друга. Наблюдения показали, что в перигелии орбиты яркость Плутона заметно увеличивается. Это дало основание предположить появление у Плутона временной атмосферы. При покрытии звезды Плутоном в 1988 г. яркость этой звезды убывала постепенно в течение нескольких секунд, из чего было окончательно установлено наличие у Плутона атмосферы. Главной ее составляющей, скорее всего, служит азот, а из других компонентов возможно наличие метана, аргона и неона. Толщина слоя дымки оценивается в 45 км, а самой атмосферы — в 270 км. Содержание метана должно меняться в зависимости от положения Плутона на орбите. Плутон прошел перигелий в 1989 г. Расчеты показывают, что часть отложений замерзшего метана, азота и углекислого газа, имеющихся на его поверхности в виде льдов и инея, при приближении планеты к Солнцу переходит в атмосферу. Максимальная температура поверхности Плутона составляет 62 К. Поверхность Харона, по-видимому, образована водяным льдом.

Итак, Плутон — это единственная планета (хоть и карликовая), атмосфера у которой то возникает, то исчезает, как у кометы во время ее движения вокруг Солнца. С помощью космического телескопа «Хаббл» в мае 2005 года были обнаружены два новых спутника карликовой планеты Плутон, получившие названия Никта и Гидра. Орбиты этих спутников располагаются за орбитой Харона. Никта находится на расстоянии около 50000 км от Плутона, а Гидра — около 65 000 км. Миссия «Новые горизонты», стартовавшая в январе 2006 г., предназначена для изучения окрестностей Плутона и Пояса Койпера.

За последние 10 лет в мире науки произошло немало удивительных открытий и достижений. Наверняка многие из вас, кто читает наш сайт, слышали о большинстве из представленных в сегодняшнем списке пунктах. Однако их значимость настолько высока, что очередной раз хотя бы кратко не напомнить о них было бы преступлением. Помнить их нужно хотя бы в течение следующего десятилетия, пока на базе этих открытий не будут совершены новые, еще более удивительные научные достижения.

Перепрограммирование стволовых клеток

Стволовые клетки удивительны. Они выполняют те же клеточные функции, что и остальные клетки вашего организма, но, в отличие от последних, обладают одним удивительным свойством – при необходимости они способны изменяться и приобретать функцию абсолютно любых клеток. Это значит, что стволовые клетки можно превратить, например, в эритроциты (красные кровяные тельца), если ваш организм испытывает нехватку последних. Либо в белые кровяные тельца (лейкоциты). Или мышечные клетки. Или нейроциты. Или… в общем, идею вы поняли – практически во все виды клеток.

Несмотря на то, что о стволовых клетках широкой общественности было известно еще с 1981 года (хотя открыты они были гораздо раньше, в начале 20-го века), до 2006 года наука и понятия не имела, что любые клетки живого организма можно перепрограммировать и превращать в стволовые клетки. Более того, метод такой трансформации оказался относительно прост. Первым человеком, выяснившим эту возможность, был японский ученый Синъя Яманака, который превратил клетки кожи в стволовые клетки путем добавления в них четырех определенных генов. В течение двух-трех недель с момента, когда клетки кожи превратились в стволовые клетки, их можно было далее трансформировать в любой другой вид клеток нашего организма. Для регенеративной медицины, как вы понимаете, это открытие является одним из важнейших в новейшей истории, так как теперь у этой сферы есть практически безграничный источник клеток, необходимых для лечения полученных вашим организмом повреждений.

Крупнейшая из обнаруженных черная дыра

«Клякса» в центре — наша Солнечная система

В 2009 году группа астрономов решила выяснить массу черной дыры S5 0014+81, которая на тот момент была только открыта. Каково же было их удивление, когда ученые узнали, что ее масса в 10 000 раз превосходит массу сверхмассивной черной дыры, расположенной в центре нашего Млечного Пути, что фактически сделало ее самой большой из известных на данный момент черной дырой в известной нам Вселенной.

Эта ультрамассивная черная дыра обладает массой 40 миллиардов солнц (то есть если взять массу Солнца и умножить ее на 40 миллиардов, то мы получим массу черной дыры). Не менее интересным является тот факт, что данная черная дыра, как считают ученые, образовалась во времена самого раннего периода истории Вселенной – спустя всего 1,6 миллиарда лет после Большого взрыва. Открытие этой черной дыры поспособствовало пониманию того, что дыры такого размера и массы способны увеличивать эти показатели невероятно быстро.

Манипуляция памятью

Уже звучит как затравка к какому-нибудь нолановскому «Началу», но в 2014 году ученые Стив Рамирез и Ксу Лиу провели манипуляции с памятью лабораторной мыши, заменив негативные воспоминания на позитивные и обратно. Исследователи имплантировали в мозг мыши особые светочувствительные белки и, как вы уже могли догадаться, просто посветили ей в глаза.

В результате эксперимента позитивные воспоминания были полностью заменены на негативные, которые прочно укрепились в ее мозге. Это открытие открывает двери к новым видам лечения для тех, кто страдает посттравматическим синдромом или не может справиться с эмоциями от утраты близких людей. В ближайшем будущем это открытие обещает привести к еще более удивительным результатам.

Компьютерный чип, имитирующий работу человеческого мозга

Такое еще несколько лет назад рассматривалось как нечто фантастическое, однако в 2014 году компания IBM представила миру компьютерный чип, работающий по принципу человеческого мозга. Обладая 5,4 миллиарда транзисторов и потребляя в 10 000 раз меньше электроэнергии для работы, по сравнению с обычными компьютерными чипами, чип SyNAPSE способен симулировать работу синапса вашего мозга. 256 синапсов, если точнее. Их можно запрограммировать на выполнение любых вычислительных задач, что может сделать их крайне полезными при использовании в суперкомпьютерах и различных видах распределенных датчиков.

Благодаря своей уникальной архитектуре эффективность чипа SyNAPSE не ограничивается производительностью, какую мы привыкли оценивать в обычных компьютерах. В работу он включается только тогда, когда это необходимо, что позволяет существенно экономить на энергии и удерживать рабочие температуры. Эта революционная технология со временем может по-настоящему изменить всю компьютерную индустрию.

На шаг ближе к господству роботов

В том же 2014 году перед 1024 крошечными роботами «килоботами» была поставлена задача объединиться в форму звезды. Без каких-либо дополнительных инструкций, роботы самостоятельно и сообща приступили к выполнению задания. Медленно, неуверенно, сталкиваясь между собой несколько раз, но они все же выполнили поставленную перед ними задачу. Если кто-то из роботов застревал или «терялся», не зная, как стать, на помощь приходили соседние роботы, которые помогали «потеряшкам» сориентироваться.

В чем достижение? Все очень просто. Теперь представьте, что такие же роботы, только в тысячи раз меньшего размера, вводятся в вашу кровеносную систему и объединяясь направляются на борьбу засевшего в вашем организме какого-нибудь серьезного заболевания. Более же крупные роботы, также объединяясь, отправляются на какую-нибудь поисково-спасательную операцию, а еще более крупные – используются для фантастически быстрого строительства новых зданий. Тут, конечно, можно вспомнить и какой-нибудь сценарий для летнего блокбастера, но зачем нагнетать?

Подтверждение темной материи

По мнению ученых, эта таинственная материя может содержать в себе ответы, объясняющие множество пока еще необъяснимых астрономических явлений. Вот вам в качестве примера одно из них: скажем, перед нами – галактика с массой тысяч планет. Если мы сравним фактическую массу этих планет и массу всей галактики – цифры не сойдутся. Почему? Потому что ответ кроется гораздо глубже простого вычисления массы материи, которую мы можем видеть. Есть еще материя, которую мы видеть не в состоянии. Она-то как раз и называется «темной материей».

В 2009 году несколько американских лабораторий объявили об обнаружении темной материи с помощью датчиков, погруженных в железную шахту на глубину около 1 километра. Ученые смогли определить наличие двух частиц, чьи характеристики соответствуют предложенному ранее описанию темной материи. Далее предстоит провести множество перепроверок, но все указывает на то, что эти частицы на самом деле являются частицами темной материи. Это может быть одно из самых удивительных и значимых открытий в физике за последнее столетие.

Есть ли жизнь на Марсе?

Возможно. В 2015 году аэрокосмическое агентство NASA опубликовало фотографии марсианских гор с темными полосами у их подножия (фото выше). Они появляются и пропадают в зависимости от сезона. Дело в том, что эти полосы являются неопровержимым доказательством наличия на Марсе воды в жидкой форме. Ученые не могут со стопроцентной уверенностью сказать, имелись ли такие особенности у планеты в прошлом, но наличие воды на планете сейчас открывает множество перспектив.

Например, наличие воды на планете способно оказать большую помощь, когда человечество наконец-то соберет пилотируемую миссию на Марс (где-то после 2024 года, по самым оптимистичным прогнозам). Астронавтам в этом случае придется везти с собой гораздо меньше ресурсов, так как все необходимое уже имеется на марсианской поверхности.

Многоразовые ракеты

Частная аэрокосмическая компания SpaceX, владельцем которой является миллиардер Илон Маск, смогла после нескольких попыток осуществить мягкую посадку отработанной ракеты на удаленно управляемую плавучую баржу, находящуюся в океане.

Все прошло настолько гладко, что теперь посадка отработанных ракет для SpaceX рассматривается рутинной задачей. Кроме того, это позволяет компании экономить миллиарды долларов на производстве ракет, так как теперь их можно просто перебрать, заново заправить и повторно использовать (и не один раз, в теории), вместо того чтобы просто топить где-то в Тихом океане. Благодаря этим ракетам человечество стало сразу на несколько шагов ближе к пилотируемым полетам на Марс.

Гравитационные волны

Гравитационные волны – это рябь пространства и времени, двигающаяся со скоростью света. Они были предсказаны еще Альбертом Эйнштейном в его общей теории относительности, согласно которой масса способна искривлять пространство и время. Гравитационные волны могут создаваться черными дырами, и их в 2016 году смогли обнаружить с помощью высокотехнологичного оборудования лазерно-интерферометрической гравитационно-волновой обсерватории, или просто LIGO, подтвердив тем самым столетнюю теорию Эйнштейна.

Это действительно очень важное открытие для астрономии, так как оно доказывает большую часть общей теории относительности Эйнштейна и позволяет с помощью таких приборов, как LIGO, в перспективе определять и следить за событиями огромных космических масштабов.

Система TRAPPIST

TRAPPIST-1 – это звездная система, расположенная приблизительно в 39 световых годах от нашей Солнечной системы. Что делает ее особенной? Немногое, если не учитывать ее звезду, обладающую в 12 раз меньшей массой по сравнению с нашим Солнцем, а также как минимум 7 планет, оборачивающихся вокруг нее и расположенных в так называемой зоне Златовласки, где потенциально может существовать жизнь.

Вокруг этого открытия, как и полагается, сейчас идут жаркие споры. Доходит даже до заявлений о том, что система может быть совсем не пригодной для жизни и ее планеты выглядят скорее как неприглядные выезженные космические булыжники, нежели наши будущие межпланетные курорты. Тем не менее система заслуживает абсолютно всего того внимания, которое сейчас к ней приковано. Во-первых, находится она не так далеко от нас – всего в каких-то 39 световых годах от Солнечной системы. В масштабе космоса – за углом. Во-вторых, в ней есть три землеподобные планеты, находящиеся в обитаемой зоне и являющиеся, пожалуй, лучшими на сегодня целями для поиска внеземной жизни. В-третьих, на всех семи планетах может быть жидкая вода – ключ к жизни. Но вероятность наличия оной выше всего именно на трех планетах, которые находятся ближе к звезде. В-четвертых, если жизнь там на самом деле есть, то подтвердить мы это сможем, даже не отправляя туда космическую экспедицию. Телескопы вроде JWST, который собираются запустить в следующем году, помогут решить этот вопрос.

Факты о Солнечной системе. Исследование планет Солнечной системы

Пожалуй, всем известно, что кусочек Вселенной, приютивший нас, зовется Солнечной системой. Горячая звезда вместе с окружающими ее планетами начала свое формирование около 4,6 млрд лет назад. Тогда произошел гравитационный коллапс части молекулярного межзвездного облака. Центр коллапса, где скопилась большая часть вещества, впоследствии стал Солнцем, а окружившее его протопланетное облако породило все прочие объекты.

Информация о Солнечной системе первоначально собиралась лишь во время наблюдения за ночным небом. По мере усовершенствования телескопов и других приборов ученые узнавали все больше об окружающем нас космическом пространстве. Однако все самые интересные факты о Солнечной системе удалось получить лишь после начала космической эры — в 60-х годах прошлого века.

Состав

Центральный объект нашего кусочка Вселенной — это Солнце. Вокруг него обращается восемь планет: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун. Дальше последнего размещаются так называемые Транснептуновые объекты, в число которых входит и Плутон, лишенный в 2006 году статуса планеты. Его и еще несколько космических тел отнесли к малым планетам. Восемь главных после Солнца объектов подразделяются на две категории: планеты земной группы (Меркурий, Венера, Земля, Марс) и огромные планеты Солнечной системы, интересные факты о которых начинаются с того, что они практически полностью состоят из газа. К ним относятся Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун.

Между Марсом и Юпитером пролегает Астероидный пояс, где расположено множество астероидов и малых планет неправильной формы. За орбитой Нептуна пролегает пояс Койпера и связанный с ним рассеянный диск. Пояс астероидов в основном содержит объекты, состоящие из горных пород и металлов, тогда как Пояс Койпера заполнен телами изо льда различного происхождения. Объекты рассеянного диска также имеют по большей части ледяной состав.

Солнце

Интересные факты о Солнечной системе стоит начинать рассказывать с ее центра. Гигантский раскаленный шар с внутренней температурой свыше 15 миллионов градусов сосредоточил в себе более 99% массы всей системы. Солнце относится к звездам третьего поколения, оно находится примерно на середине своего жизненного цикла. Его ядро — место непрерывных термоядерных реакций, в результате которых водород превращается в гелий. Этот же процесс приводит к образованию огромного количества энергии, которое затем попадает в том числе и на Землю.

Будущее

Примерно через 1,1 млрд лет Солнце израсходует большую часть водородного топлива, его поверхность максимально нагреется. В это время, вероятнее всего, на Земле исчезнет практически вся жизнь. Условия позволят сохраниться лишь организмам в глубинах океана. Когда возраст Солнца будет 12,2 млрд лет, оно превратится в красного гиганта. Внешние слои звезды при этом достигнут орбиты Земли. Наша планета в это время либо перейдет на более удаленную орбиту, либо будет поглощена.

На следующей стадии развития Солнце потеряет свою внешнюю оболочку, которая превратится в планетарную туманность с белым карликом, представляющим собой ядро Солнца — размером с Землю — в центре.

Меркурий

Пока Солнце относительно стабильно, будет продолжаться и исследование планет Солнечной системы. Первое космическое тело достаточно большого размера, которое можно встретить, если удаляться от нашей звезды к окраинам системы, — это Меркурий. Ближайшую к Солнцу и одновременно самую маленькую планету исследовал аппарат «Маринер-10», сумевший заснять его поверхность. Изучение Меркурия затрудняется его соседством со светилом, поэтому на протяжении многих лет он оставался плохо изученным. После «Маринера-10», запущенного в 1973 году, у Меркурия побывал «Мессенджер». Космический аппарат начал свою миссию в 2003 году. Он несколько раз подлетал к планете, а в 2011 стал ее спутником. Благодаря этим исследованиям информация о Солнечной системе значительно расширилась.

Сегодня нам известно, что, хотя Меркурий и ближе всего к Солнцу, он не является самой горячей планетой. Венера в этом плане его сильно опережает. У Меркурия нет настоящей атмосферы: ее сдувает солнечный ветер. Для планеты характерна газовая оболочка с крайне малым давлением. День на Меркурии равен практически двум земным месяцам, при этом год длится 88 суток нашей планеты, то есть меньше двух меркурианских дней.

Венера

Благодаря полету «Маринера-2» интересные факты о Солнечной системе, с одной стороны, оскудели, а с другой — обогатились. До получения информации от этого космического аппарата Венера считалась обладательницей умеренного климата и, возможно, океана, рассматривалась вероятность обнаружения жизни на ней. «Маринер-2» развеял эти мечты. Исследования этого аппарата, а также нескольких других обрисовали довольно неприветливую картину. Под слоем атмосферы, по большей части состоящей из углекислого газа, и облаками из серной кислоты расположена раскаленная почти до 500 ºС поверхность. Здесь нет воды и не может быть известных нам форм жизни. На Венере даже космические аппараты не выдерживают: они плавятся и сгорают.

Марс

4 планета Солнечной системы и последняя из землеподобных — это Марс. Красная планета всегда привлекала внимание ученых, она остается центром исследований и сегодня. Марс изучался многочисленными «Маринерами», двумя «Викингами» и советскими «Марсами». Долгое время астрономы полагали найти на поверхности Красной планеты воду. Сегодня известно, что когда-то давно Марс выглядел совершенно иначе, чем сейчас, возможно, на нем была вода. Существует предположение, согласно которому изменению характера поверхности способствовала столкновение Марса с огромным астероидом, оставившим след в виде пяти кратеров. Результатом катастрофы стало смещение полюсов планеты практически на 90º, значительное усиление вулканической активности и движения литосферных плит. Одновременно произошли и климатические изменения. Марс лишился воды, атмосферное давление на планете значительно снизилось, поверхность стала напоминать пустыню.

Юпитер

Большие планеты Солнечной системы, или газовые гиганты, отделены от землеподобных Астероидным поясом. Ближайшим из них к Солнцу является Юпитер. По своим размерам он превосходит все остальные планеты нашей системы. Газовый гигант изучался при помощи аппаратов «Вояджер» 1 и 2, а также «Галилео». Последний зафиксировал падение на поверхность Юпитера осколков кометы Шумейкеров-Леви 9. Уникальным было как само событие, так и возможность его наблюдать. В результате ученые смогли получить не только ряд интересных изображений, но и некоторые данные о комете и составе планеты.

Само падение на Юпитер отличается от подобного на космические тела земной группы. Осколки даже огромных размеров не могут оставить кратера на поверхности: Юпитер практически полностью состоит из газа. Комета была поглощена верхними слоями атмосферы, оставила на поверхности темные следы, которые вскоре исчезли. Интересно, что Юпитер, благодаря своим размерам и массе, выполняет роль своеобразного защитника Земли, уберегая ее от различного космического мусора. Считается, что газовый гигант сыграл не последнюю роль в возникновении жизни: любой из осколков, упавших на Юпитер, на Земле мог привести к массовому вымиранию. А если бы такие падения происходили часто на ранних этапах развития жизни, возможно, люди не существовали бы до сих пор.

Сигнал братьям по разуму

Исследование планет Солнечной системы и в целом космоса не в последнюю очередь осуществляется с целью поиска условий, где может зародиться или уже появилась жизнь. Однако масштабы Вселенной таковы, что человечество может не справиться с задачей и за все время, отведенное ему. Поэтому аппараты «Вояджер» были оснащены круглой алюминиевой коробочкой, содержащей видеодиск. На нем размещена информация, по мнению ученых, способная объяснить представителям других цивилизаций, возможно, существующим в космосе, где находится Земля и кто ее населяет. На изображениях запечатлены ландшафты, анатомическое строение человека, структура ДНК, сцены из жизни людей и животных, записаны звуки: пение птиц, плач ребенка, шум дождя и еще многие другие. Диск снабжен координатами Солнечной системы относительно 14 мощных пульсаров. Пояснения составлены с помощью двоичного года.

«Вояджер-1» примерно в 2020 году покинет пределы Солнечной системы и еще долгие столетия будет бороздить пространства космоса. Ученые полагают, что обнаружение другими цивилизациями послания землян может произойти очень нескоро, в то время, когда уже и наша планета прекратит свое существование. В этом случае диск с информацией о людях и Земле — все, что останется от человечества во Вселенной.

Новый виток

В начале XXI века интерес к космическим исследованиям сильно возрос. Интересные факты о Солнечной системе продолжают накапливаться. Снаряжаются экспедиции на Марс, уточняются данные о газовых гигантах. С каждым годом совершенствуется аппаратура, в частности разрабатываются новые типы двигателей, которые позволят совершать полеты в более удаленные участки космоса с меньшими затратами горючего. Движение научного прогресса позволяет надеяться, что все самое интересное о Солнечной системе вскоре станет частью нашего знания: мы сможем найти подтверждения существования облака Оорта, понять точно, что привело к изменению климата на Марсе и каким он был раньше, изучить опаленный Солнцем Меркурий, наконец, построить базу на Луне. Самые смелые мечты современных астрономов даже более масштабны, чем некоторые фантастические фильмы. Интересно то, что достижения техники и физики говорят о реальной возможности осуществления в будущем грандиозных планов.

Современные исследования планет. Про планеты солнечной системы для детей

Наука

Космические аппараты, которые изучают планеты в наши дни:

Планета Меркурий

Из планет земной группы, пожалуй, меньше всего исследователи обращали внимание на Меркурий. В отличие от Марса и Венеры, Меркурий в этой группе меньше всего напоминает Землю
. Это самая мелкая планета Солнечной Системы и самая близкая к Солнцу.

Фотографии поверхности планеты, сделанные беспилотным космическим аппаратом «Мессанджер» в 2011 и 2012 годах

К Меркурию пока были направлены только 2 космических аппарата — «Маринер-10»
(НАСА) и «Мессанджер»
(НАСА). Первый аппарат еще в 1974-75 годах
обогнул планету трижды и максимально приблизился к Меркурию на расстояние 320 километров.

Благодаря этой миссии были получены тысячи полезных фотографий, были сделаны выводы относительно ночной и дневной температур, рельефа, атмосферы Меркурия. Также было измерено его магнитное поле.

Космический аппарат «Маринер-10» перед запуском

Информации, полученной с помощью корабля «Маринер-10»
, оказалось недостаточно, поэтому в 2004 году
американцы запустили для исследования Меркурия второй аппарат – «Мессанджер»
, который добрался до орбиты планеты 18 марта 2011 года
.

Работа над космическим аппаратом «Мессанджер» в Космическом центре Кеннеди, Флорида, США

Несмотря на то, что Меркурий относительно недалекая от Земли планета, чтобы выйти на ее орбиту, космическому кораблю «Мессанджер»
понадобилось более 6 лет
. Это связано с тем, что напрямую от Земли к Меркурию добраться невозможно из-за большой скорости Земли, поэтому ученым следует разрабатывать сложные гравитационные маневры
.

Космический аппарат «Мессанджер» в полете (компьютерное изображение)

«Мессанджер»
до сих пор находится на орбите Меркурия и продолжает делать открытия, хотя миссия была рассчитана на меньший срок
. Задача ученых при работе с аппаратом выяснить, какова геологическая история Меркурия, какое магнитное поле имеет планета, какова структура ее ядра, какие необычные материалы находятся на полюсах и так далее.

В конце ноября 2012 года
с помощью аппарата «Мессанджер»
исследователи смогли сделать невероятное и довольно неожиданное для себя открытие: на полюсах Меркурия имеется вода в виде льда
.

Кратеры одного из полюсов Меркурия, где была обнаружена вода

Странность этого явления заключается в том, что, так как планета расположена очень близко от Солнца, температура на ее поверхности может подниматься до 400 градусов Цельсия
! Однако из-за наклона оси полюса планеты расположены в тени, где низкие температуры сохраняются, поэтому лед не тает.

Будущие полеты к Меркурию

В настоящее время разрабатывается новая миссия для исследований Меркурия под названием «BepiColombo»
, которая является совместной работой Европейского космического агентства (ЕКА) и агентства JAXA из Японии. Этот корабль планируется запустить в 2015 году
, хотя окончательно добраться до цели он сможет только через 6 лет
.

Проект «BepiColombo» будет включать два космических аппарата, у каждого из которых свои задачи

Россияне также планируют запустить к Меркурию свой корабль «Меркурий-П»
в 2019 году
. Впрочем, дата запуска, скорее всего, будет отодвинута
. Эта межпланетная станция с посадочным аппаратом станет первым кораблем, который приземлится на поверхность самой близкой планет от Солнца.

Планета Венера

Внутренняя планета Венера, соседка Земли, интенсивно исследовалась с помощью космических миссий, начиная с 1961 года
. С этого года к планете стали направляться советские космические аппараты – «Венера»
и «Вега»
.

Сравнение планет Венеры и Земли

Полеты к Венере

Одновременно планету исследовали американцы с помощью аппаратов «Мариер», «Пионер-Венера-1», «Пионер-Венера-2», «Магеллан»
. Европейское космическое агентство в настоящее время работает с аппаратом «Венера-экспресс»
, который действует с 2006 года. В 2010 году
на Венеру отправился корабль японцев «Акацуки»
.

Аппарат «Венера-экспресс»
добрался до пункта назначения в апреле 2006 года
. Планировалось, что этот корабль выполнит миссию за 500 дней
или за 2 венерианских года, однако со временем миссия была продлена.

Космический аппарат «Венера-Экспресс» в работе по представлениям художника

Целью этого проекта было более подробно изучить сложный химический состав планеты, характеристики планеты, взаимодействие между атмосферой и поверхностью и многое другое. Также ученые хотят больше узнать об истории планеты
и понять, почему же столь похожая на Землю планета пошла совершенно другим эволюционным путем.

«Венера-Экспресс» во время строительства

Японский космический аппарат «Акацуки»
, известный так же под названием PLANET-C
, был запущен в мае 2010 года
, но после приближения к Венере в декабре
, не смог выйти на ее орбиту.

Что делать с этим аппаратом пока не ясно, но ученые не теряют надежды, что он все-таки сможет выполнить свою задачу,
пусть и с большим опозданием. Скорее всего, корабль не вышел на орбиту из-за проблем с клапаном в топливопроводе, из-за чего двигатель остановился раньше срока.

Новые космические корабли

В ноябре 2013
года планируется запуск «Европейского исследователя Венеры»
– зонда Европейского космического агентства, который готовится для исследования атмосферы нашей соседки. Проект будет включать два спутника,
которые, обращаясь вокруг планеты на разных орбитах, будут собирать необходимую информацию.

Поверхность Венеры раскалена, и земные корабли должны обладать хорошей защитой

Также в 2016 году
Россия планирует послать на Венеру космический корабль «Венера-Д»
для исследования атмосферы и поверхности с целью выяснить, куда пропала вода с этой планеты.

Спускаемый аппарат и аэростатный зонд должны будут проработать на поверхности Венеры около недели.

Планета Марс

Сегодня Марс изучают и исследуют интенсивнее всего и не только потому, что эта планета находится так близко от Земли, но и потому что условия на Марсе больше всего приближены к земным
, поэтому внеземную жизнь в первую очередь ищут именно там.

В настоящее время на Марсе работают три орбитальных спутника и 2 марсохода
, а до них Марс посещало огромное количество земных космических аппаратов, некоторые из которых, к сожалению, терпели неудачу.

В октябре 2001 года
орбитальный аппарат НАСА «Марс Одиссей»
вышел на орбиту Красной планеты. Он позволил выдвинуть предположение, что под поверхностью Марса могут находиться залежи воды в виде льда. Это подтвердилось в 2008 году
после долгих лет изучения планеты.

Зонд «Марс Одиссей» (компьютерное изображение)

Аппарат «Марс Одиссей»
успешно работает и сегодня, что является рекордом по длительности работ таких аппаратов.

В 2004 году
на разных участках планеты в кратер Гусева
и на плато Меридиана
соответственно приземлились марсоходы «Спирит»
и «Оппортьюнити»
, которые должны были найти оказательства существования в прошлом жидкой воды на Марсе.

Марсоход «Спирит»
застрял в песке после 5 лет успешной работы, и в конечном итоге связь с ним прервалась с марта 2010
. Из-за слишком суровой зимы на Марсе температура была недостаточная, чтобы поддерживать энергию батарей. Второй марсоход проекта «Оппортьюнити»
также оказался довольно живучим и работает на Красной планете до сих пор.

Панорама кратера Эребус, снятая марсоходом «Оппортьюнити» в 2005 году

С 6 августа 2012 года
на поверхности Марса работает еще один новейший марсоход НАСА «Кьюриосити»
, который в несколько раз больше и тяжелее предыдущих марсоходов. Его задачей является анализ марсианской почвы и компонентов атмосферы. Но главной задачей аппарата является установить, есть ли жизнь на Марсе
, или, возможно, она была в тут в прошлом. Также задачей является получить подробную информацию о геологии Марса и о его климате.

Сравнение марсоходов от меньшего к большему: «Соджорнер», «Оппотьюнити» и «Кьюриосити»

Также с помощью марсохода «Кьюриосити»
исследователи хотят провести подготовку для полета человека на Красную планету
. В ходе миссии были обнаружены следы кислорода и хлора в атмосфере Марса, а также были найдены следы высохшей реки.

Марсоход «Кьюриосити» в работе. Февраль 2013 года

Пару недель назад марсоходу удалось пробуравить небольшую скважину в грунте
Марса, который оказался внутри вовсе не красным, а серым. Пробы грунта с небольшой глубины были взяты марсоходом для проведения анализа.

С помощью бура в грунте было сделано отверстие глубиной 6,5 сантиметров и взяты пробы для анализа

Миссии на Марс в будущем

В ближайшем будущем исследователи различных космических агентств планируют еще несколько миссий на Марс
, целью которых является получение более подробной информации о Красной планете. Среди них межпланетный зонд «МАВЕН»
(НАСА), который отправится к Красной планете в ноябре 2013 года
.

Европейская передвижная лаборатория планируется отправиться на Марс в 2018 году
, которая продолжит работу «Кьюриосити»
, займется бурением грунта и анализом образцов.

Российская автоматическая межпланетная станция «Фобос-Грунт 2»
планируется к запуску в 2018 году
и также собирается взять образцы грунта с Марса, чтобы привезти их на Землю.

Работа над аппаратом «Фобос-Грунт 2» после неудачной попытки запустить «Фобос-Грунт-1»

Как известно, за орбитой Марса располагается пояс астероидов
, который отделяет планеты земного типа от остальных внешних планет. Космических аппаратов к дальним уголкам нашей Солнечной системы было отправлено очень мало, что связано с огромными затратами энергии
и другими сложностями полетов на такие огромные расстояния.

В основном к дальним планетам космические миссии готовили американцы. В 70-х годах прошлого века наблюдался парад планет
, который случается очень редко, поэтому такую возможность облететь сразу все планеты упустить было нельзя.

Планета Юпитер

К Юпитеру были пока запущены исключительно аппараты НАСА. В конце 1980-х — начале 1990-х годов
СССР планировали свои миссии, однако из-за распада Союза они так и не были реализованы.

Первыми аппаратами, которые подлетели к Юпитеру были «Пионер-10»
и «Пионер-11»
, которые приблизились к планете гиганту в 1973-74 годах. В 1979-м году
снимки высокого разрешения были сделаны аппаратами «Вояджерами»
.

Последним аппаратом, который находился на орбите Юпитера, был аппарат «Галлилео»
, миссия которого началась в 1989
, а закончилась в 2003 году
. Этот аппарат был первым, который вышел на орбиту планеты, а не просто пролетал мимо. Он помог изучить атмосферу газового гиганта изнутри, его спутники, а также помог наблюдать падение осколков кометы Шумейкерова-Леви 9
, которая врезалась в Юпитер в июле 1994 года
.

Космический аппарат «Галилео» (компьютерное изображение)

С помощью аппарата «Галлилео»
удалось зафиксировать сильные грозы и молнии
в атмосфере Юпитера, которые сильнее земных в тысячу раз! Также аппарат заснял Большое красное пятно Юпитера
, которое астрономы заменили еще 300 лет назад
. Диаметр этого гигантского шторма по размерам превышает диаметр Земли.

Были также сделаны открытия, связанные со спутниками Юпитера – весьма интересными объектами. Например, «Галлилео»
помог установить, что под поверхностью спутника Европы имеется океан жидкой воды
, а у спутника Ио есть свое магнитное поле
.

Юпитер и его спутники

После завершения миссии «Галлилео»
расплавили в верхних слоях атмосферы Юпитера.

Полет к Юпитеру

В 2011 году
НАСА запустила к Юпитеру новый аппарат – космическую станцию «Юнону»
, которая должна добраться до планеты и выйти на орбиту в 2016 году
. Ее целью является помощь в исследовании магнитного поля планеты, а также «Юнона»
должна выяснить, имеется ли у Юпитера твердое ядро
, или это всего лишь гипотеза.

Космический аппарат «Юнона» доберется до цели только через 3 года

В прошлом году Европейское космическое агентство объявило о намерении подготовить к 2022 году
новую европейско-российскую миссию по изучению Юпитера и его спутников Ганимеда, Каллисто и Европы
. В планы также входит посадка аппарата на спутник Ганимед в 2030 году
.

Планета Сатурн

Впервые к планете Сатурн на близкое расстояние подлетел аппарат «Пионер-11»
и произошло это в 1979 году
. Через год планету посетил «Вояджер-1»
, а еще через год – «Вояджер-2»
. Эти три аппарата пролетали мимо Сатурна, но успели сделать множество полезных для исследователей изображений.

Были получены детальные снимки знаменитых колец Сатурна, было обнаружено магнитное поле планеты, а также были замечены мощные штормы в атмосфере.

Сатурн и его спутник Титан

7 лет понадобилось автоматической космической станции «Кассини-Гюйгенс»
, чтобы в июле 2007 года
выйти на орбиту планеты. Этот аппарат, состоящий из двух элементов, должен был, помимо самого Сатурна, изучить и его крупнейший спутник Титан
, что и было успешно выполнено.

Космический аппарат «Кассини-Гюйгенс» (компьютерное изображение)

Спутник Сатурна Титан

Было доказано существование жидкости и атмосферы на спутнике Титан. Ученые выдвинули предположение, что на спутнике вполне могут существовать простейшие формы жизни
, впрочем, это еще необходимо доказать.

Фото спутника Сатурна Титан

Сначала планировалось, что миссия «Кассини»
будет осуществляться до 2008 года
, но позже она несколько раз продлевалась. В ближайшем будущем планируются новые совместные миссии американцев и европейцев к Сатурну и его спутникам Титану и Энцеладу
.

Планеты Уран и Нептун

Эти далекие планеты, которые не видны невооруженным глазом, астрономы изучают в основном с Земли с помощью телескопов
. Единственный аппарат, который приблизился к ним, был «Вояджер-2»
, который, посетив Сатурн, направился к Урану и Нептуну.

Сначала «Вояджер-2»
пролетел мимо Урана в 1986 году
и сделал фотографии вблизи. Уран оказался совсем невыразительным: на нем не были замечены штормы или облачные полосы, которые есть у других планет-гигантов.

Аппарат «Вояджер-2», пролетающий мимо Урана (компьютерное изображение)

С помощью космического аппарата «Вояджер-2»
удалось обнаружить массу деталей, включая кольца Урана, новые спутники
. Все что нам сегодня известно об этой планете, известно благодаря «Вояджеру-2»
, который на огромной скорости пронесся мимо Урана и сделал несколько снимков.

Аппарат «Вояджер-2», пролетающий мимо Нептуна (компьютерное изображение)

В 1989 году
«Вояджер-2»
добрался до Нептуна, сделав фотографии планеты и его спутника. Тогда же подтвердилось, что у планеты имеется магнитное поле и Большое темное пятно
, которое представляет собой устойчивый шторм. Также у Нептуна были обнаружены слабые кольца и новые спутники.

Новые аппараты к Урану планируются запустить в 2020-х годах
, однако точные даты еще не называются. НАСА намерена послать к Урану не только орбитальный аппарат, но и атмосферный зонд.

Космический аппарат «Urane Orbiter», направляющийся к Урану (компьютерное изображение)

Планета Плутон

В прошлом планета, а сегодня карликовая планета Плутон
– один из самых далеких объектов Солнечной системы, что затрудняет его изучение. Пролетая мимо остальных далеких планет, ни у «Вояджера-1»
, ни у «Вояджера-2»
не было возможности посетить Плутон, поэтому все наши знания об этом объекте мы получили благодаря телескопам
.

Космический аппарат «Новые горизонты» (компьютерное изображение)

До конца 20-го столетия
астрономы не особенно интересовались Плутоном, а все силы бросили на исследования более близких планет. Из-за удаленности планеты требовались большие затраты, особенно для того, чтобы потенциальный аппарат мог подпитываться энергией, находясь вдали от Солнца.

Наконец, только в начале 2006 года
успешно стартовал космический аппарат НАСА «Новые горизонты»
. Он еще в пути: планируется, что в августе 2014 года
он окажется рядом с Нептуном, а до системы Плутона доберется лишь в июле 2015 года
.

Старт ракеты с космическим аппаратом «Новые горизонты» с мыса Канаверал, Флорида, США, 2006 год

К сожалению, современные технологии не позволят пока аппарату выйти на орбиту Плутона и снизить скорость, поэтому он просто пройдет мимо карликовой планеты
. В течение полугода у исследователей будет возможность изучить данные, которые они получат с помощью аппарата «Новые горизонты»
.

После освоения Луны ученье перешли к изучению планет Солнечной системы. Двенадцатого февраля 1961 года к ближайшей планете — Венере — была направлена советская автоматическая станция «Венера-1». Она достигла орбиты планеты через три месяца.

В 1962 году в Париже проходила Международная конференция по космосу, на которой, помимо прочих, обсуждался вопрос: удастся ли послать космическую станцию на Марс до 1980 года или нет. К Марсу ракету удалось запустить гораздо раньше — в том же 1962 году. Советская ракета была названа «Марс-1». В ответ на запросы с Земли был получен 61 сигнал, передавший на Землю всевозможную информацию о планете. Однако в марте 1963 года связь с ракетой прервалась и больше не была восстановлена.

В мае 1971 года были запущены еще две советские ракеты: «Марс-2» и «Марс-3». Они должны были провести комплексное изучение поверхности планеты и окружавшего его пространства. С «Марса-3» был послан спускаемый аппарат, который впервые в истории произвел мягкую посадку на поверхность планеты. Он передал информацию на «Марс-3», а оттуда она была послана на Землю.

Затем советские ученые послали к этой планете автоматические станции «Марс-4», «Марс-5», «Марс-6» и «Марс-7». Благодаря этим станциям были сделаны первые фотографии поверхности Марса.

При изучении фотографий обнаружилось, что поверхность Марса неровная. Она делится на светлые участки, так называемые материки, и темные, серо-зеленые «моря». Участки «суши» занимают около 75% от всей поверхности планеты. Перепады высот составляют от 14 до 16 км, но имеются и вулканические горы, достигающие высоты 27 км.

Как и поверхность Луны, она покрыта многочисленными кратерами, которые имеют самые разнообразные размеры и форму. Они все же не такие глубокие, как на Луне, но значительно пире. Крупнейшие из кратеров достигают высоты более двух десятков километров и имеют основания диаметром в 500-600 км. Ученье полагают, что на Марсе активно шла вулканическая деятельность, которая закончилась несколько сотен миллионов лет назад, т. е. в сравнении с возрастом планеты сравнительно недавно.

Между кратерами обнаружены складки, разломы и трещины. В среднем они имеют длину несколько сотен километров и десятки в ширину. Глубина достигает нескольких метров.

Благодаря космическим аппаратам стало известно, что поверхность планеты является пустыней, на которых нет никаких признаков жизни. Там часто бывают сильные бури, поднимающие тучи песка. Бывает, что скорость ветра достигает сотен метров в секунду.

Целью спускаемого аппарата «Марс-6» являлось изучение пространства над поверхностью планеты. Он перешел через атмосферу и собрал данные о ее структуре, которые были переданы на борт автоматической лаборатории, а оттуда — на Землю.

Атмосфера на Марсе находится в разреженном состоянии. Она состоит из 95% углекислого газа, 3% азота, 1,5% аргона, 0,15% кислорода и очень малого количества водяного пара. Некоторые формы рельефа Марса — длинные каньоны, напоминающие русла рек, и ровные поверхности, как бы сглаженные ледниками, дают возможность ученым сделать вывод, что на планете была вода. Вероятно, в настоящее время она имеется на поверхности планеты в виде мерзлоты, которая занесена песком и пылью. Некоторые ученые даже высказывают предположение, что в недрах планеты вода может оставаться в жидком виде. Однако пока она не была найдена, несмотря на то что внутреннее строение Марса тоже более-менее изучено.

Одновременно с изучением Марса советские ученые посылали автоматические станции и к Венере. Первой была послана «Венера-1», затем «Венера-2». Однако эти аппараты мало что могли сообщать о поверхности планеты. Венера продолжала оставаться для ученых самой таинственной планетой, так как сквозь плотный покров облачности ничего нельзя сказать о ее поверхности. Впервые поверхности Венеры достиг аппарат «Венера-3», а следующий, «Венера-4», впервые совершил плавный спуск в атмосфере.

Исследования атмосферы были выполнены исследовательской станцией «Венера-7». Благодаря полученным данным стало известно, что на планете сформировались очень суровые условия: температура поднимается до 750° К, давление достигает 100 атмосфер. Атмосфера состоит из 97% углекислого газа, 3% азота, очень малого количества водяного пара и кислорода. Кроме того, а атмосфере обнаружены SO2, h3S, CO, HF. Наибольшая концентрация водяного пара — около 1% — наблюдается на высоте примерно 50 км. Облака Венеры на 75% состоят из серной кислоты. Из-за парникового эффекта на поверхности Венеры нет никаких признаков воды.

Многие ученые были разочарованы после получения этих данных, так как надеялись, что именно на Венере может существовать флора и даже фауна, похожая на земную. Однако надежда: обнаружить на планете жизнь не оправдались.

В 1975 году были запушены два советских автоматических спутника «Венера-9» и «Венера-10». Спускаемым аппаратам удалось совершить мягкую посадку на поверхности планеты. Через три года на планету были направлены еще два аппарата: «Венера-11» и «Венера-12», а в 1981-1982 годах — «Венера-13» и «Венера-14».

В 1983 году были запущены автоматические межпланетные станции «Венера-15» и «Венера-16». Достигнув орбиты, они превратились в спутники планеты, продолжая проводить комплексные исследования атмосферы и поверхности планеты. Одним из методов исследований явилось радиолокационное картографирование поверхности северного полушария Венеры.

Помимо данных об атмосфере, на Земле были получены фотографии поверхности планеты и образцы грунта. Выяснилось, что на Венере, как и на Марсе, имеются горы, кратеры и разломы, однако они сравнительно редки. Около 90% поверхности составляют равнины, покрытые камнями и плитами самых разных размеров. Оставшиеся 10% составляют три вулканические области: вулканическое плато Иштар, занимающее площадь, равную земному материку Австралия. Высшей точкой является гора Максвелл (ее высота составляет 12 км). Что касается грунта, то его состав не намного отличается от состава земных осадочных пород.

Благодаря шестнадцати станциям ученым удалось очень много узнать об атмосфере, поверхности и внутреннем строении Венеры. Однако полученных данных еще недостаточно для того, чтобы делать окончательные выводы о развитии этой планеты. Поэтому исследования Венеры, по всей видимости, будут продолжаться.

Американские ученые также принимали участие в изучении двух ближайших к нам планет: Венеры и Марса. В 1962 году отправлена станция «Маринер-2» к Венере, а в 1964-1965 годах — «Маринер-4» к Марсу.

Станция, направленная к Венере, приблизилась на расстояние 35 км к ее поверхности. Аппаратура не зафиксировала следов сильного магнитного поля и радиационных поясов. Была уточнена масса планеты (выяснилось, что она составляет 0,81 массы Земли). Американцы тоже искали на Венере следа: хотя бы белковых форм жизни, но не обнаружили ее.

«Маринер-4» выполнила снимки поверхности и изучила атмосферу Марса. Поначалу на снимках не обнаружили и следов тех каналов, которые, по мнению астрономов XIX века, являлись признаками существования развитых цивилизаций. Причина была в тем, что фотографии были малоконтрастными, к тому же повлияли возможные помехи при работе радиотехнической аппаратуры.

После того как фотографии были получены на Земле, прошло около двух лет, прежде чем их смогли очистить от дефектов и поверхность Марса предстала перед астрономами такой, какой была на самом деле. После этого на фотографиях стали отчетливо видны многочисленные каналы и странные детали рельефа, происхождение которых до сих пор не выяснено.

Больше всего споров и сегодня вызывает знаменитое «лицо», обнаруженное на поверхности Марса. Некоторые полагают, что оно было сделано местными жителями или инопланетянами для того, чтобы сообщить о существовании какой-то внеземной цивилизации. Однако большинство исследователей полагают, что это всего лишь одна из причудливых форм рельефа, выглядевшая на фотографии как гигантское лицо благодаря упавшая на нее тени.

Что касается жизни на Марсе, то и в 70-х годах XX века, несмотря на полученные данные, многие не оставляли надежды обнаружить на «красной планете» не просто жизнь, а высокоразвитую цивилизацию. Многочисленные фотографии пустынной планеты без каких-либо следов деятельности разумных существ не принимались за достаточные доказательства.

Один из американских астрономов заявил, что «Маринер-4» сделал фотографии не только поверхности Марса, но и Земли, причем они имели одинаковый масштаб. При этом лишь на одной фотографии Земли можно было обнаружить следы деятельности человека: просеку в лесу. Поэтому для того чтобы доказать наличие или отсутствие цивилизации на Марсе, по мнению американских ученых, необходимы фотографии, сделанные хотя бы с десятикратным увеличением.

В 1969 году станции «Маринер-6» и «Маринер-7» вновь отправились к Марсу, чтобы продолжить изучение этой планеты и сделать фотографии более высокого качества. На этот раз предметом их наиболее пристального внимания стали ледяные шапки. Многие ученые еще до этой экспедиции высказывали сомнения в том, что это именно лед, так как присутствие такого большого количества заледеневшей воды не объясняет сухость и разреженность атмосферы Марса. Высказывались предположения, что полярные марсианские папки в действительности состоят из замерзшей углекислоты. Однако в этом случае должно было образоваться вещество, похожее на сухой лед: оно неустойчиво и быстро превращается в газ уже при -78°. Однако температура на Марсе поднимается и выше этой отметки, а марсианские папки не меняют свою форму.

После того как были получены данные о толщине южной папки Марса, добавилась еще одна загадка, которую ученые не могли разгадать.

В то же время было обнаружено, что атмосфера Марса не содержит примеси азота — элемента, входящего в атмосферу Земли. Интересно, что кислорода там намного больше, чем на Земле. Это дало ученым возможность сделать вывод, что на Марсе когда-то росли, а возможно, и сейчас имеются растения, интенсивно выделяющие кислород. На Земле в специальной лаборатории был даже проведен успешный опыт по выращиванию земных растений — ржи, риса, кукурузы и огурцов в атмосфере, не содержащей азота.

Марс и Венера — ближайшие к нам планеты Солнечной системы. Они обладают наиболее сходными с Землей физическими условиями и поэтому являются самыми интересными объектами для изучения. Однако они не единственные вызывают пристальный интерес астрономов уже на протяжении веков.

Другие планеты тоже подверглись изучению астрономов. В 1974 году космическая станция «Маринер-10» была направлена к Меркурию. Пролетев на расстоянии 700 км от поверхности планеты, он выполнил фотографии, по которым можно судить о рельефе этой маленькой и наиболее близко расположенной к Солнцу планеты. До тех пор в распоряжении астрономов имелись фотографии, сделанные с Земли с помощью мощных телескопов.

Благодаря фотографиям, выполненным космической станцией, стало известно, что поверхность Меркурия покрыта кратерами и напоминает Луну. Кратеры чередуются с холмами и долинами, но разница высот не так велика, как на Луне.

Следующем объектом изучения стал Юпитер. В1977 году к нему были посланы американские космические аппараты «Вояджер-1» и «Вояджер-2». Они сделали фотографии Юпитера и галилеевских спутников.

На сегодняшний день астрономы обнаружили 16 спутников Юпитера. Четыре из них: Ио, Европа, Ганимед и Каллисто были открыты еще Галилеем. Остальные обнаружили позднее. Астрономы полагают, что планета-гигант захватывает небольшие астероиды и превращает их в свои спутники.

Большинство спутников, в том числе два ближайшие к планете, было открыто уже в XX веке с началом эры межпланетных полетов. Разглядеть их в телескоп не удавалось. Информация об этих спутниках была получена с помощью космических станций «Пионер» (направленной к Юпитеру в 1973 году), «Вояджер-1» и «Вояджер-2».

Юпитер — необычная планета. Многие ее загадки не раскрыты до сих пор. Правда, благодаря летавшим к ней космическим станциям о Юпитере удалось узнать много нового.

На сегодняшний день известно, что Юпитер намного крупнее остальных планет. Если бы он был массивнее еще в восемьдесят раз, то в его недрах начались бы реакции ядерного синтеза, которые превратили бы его в звезду. Но этого не произошло, и он остался планетой.

По составу Юпитер отличается от других планет Солнечной системы. Преобладавшими элементами, как и на Солнце, являются водород и гелий, из-за этого планета не имеет твердой поверхности. Тем не менее она окружена подобием атмосферы. В ее состав, кроме водорода, входят аммиак, метан, небольшое количество молекул воды и другие элементы.

Юпитер имеет красноватый оттенок. Полагают, что он возник из-за присутствия в атмосфере красного фосфора и, не исключено, молекул органики, которые могли бы появиться из-за частых электрических разрядов.

На Юпитере имеются разноцветные параллельные светлые и темные полосы облаков и так называемое Большое Красное пятно. Облака постоянно меняют свею форму и окрашены в разные цвета: красные, коричневые, оранжевые, что говорит о наличии в атмосфере химических соединений. Они довольно плотные, но сквозь них все же можно рассмотреть поверхность планеты, разделенную на сектора. По их передвижению и была определена скорость вращения: экваториальный сектор вращается со скоростью 9 часов 50 минут 30 секунд.

На фотографии, выполненной «Вояджером», можно заметить Большое Красное пятно. Астрономы ведут за ним наблюдения уже более трехсот лет, однако природа этого загадочного явления до сих пер не понятна до конца. Предполагают, что пятно представляет собой громадный атмосферный вихрь. Было замечено, что с течением времени оно меняет размер, цвет и яркость. Кроме того, Большое Красное пятно вращается против часовой стрелки.

Послать к планете спускаемые аппараты невозможно. Поэтому изучение негостеприимной планеты пришлось проводить из космоса. Наряду с Юпитером «Вояджеры» провели наблюдения за спутниками. Самым древним из всех выглядит Каллисто. Его поверхность покрыта кратерами, которые образовались от ударов метеоритов.

Следующей планетой, к которой были направлены космические аппараты «Пионер» и «Вояджеры», стал Сатурн. Строение этой планеты во многом напоминает Юпитер: она тоже не имеет твердей поверхности и покрыта облаками. Они намного гуще, чем на Юпитере, поэтому сквозь них практически невозможно разглядеть поверхность планеты. Сходство доходит до того, что на Сатурне тоже имеется пятно, однако оно гораздо меньше, чем на Юпитере, и имеет более темную окраску. Его называют Большим Коричневым пятном.

Вокруг Сатурна обращается 17 спутников, большинство из которых было открыто только благодаря полетам космических аппаратов. Самый крупный из них, Титан, по размерам превосходит Меркурий и имеет свою атмосферу. Почти все остальные спутники состоят изо льда, некоторые имеют примесь горных пород.

Вокруг Сатурна обнаружено 7 колец. Им присвоены названия D, C, В, A, F, G, E (в порядке удаленности от поверхности планет). Три из них, А, В и С, можно увидеть с Земли в телескоп, о них было известно уже давно. Остальные открыты в XX веке. В 1979 году космическая станция «Пионер-11» обнаружила кольцо F, состоящее из трех отдельных колечек. В следующем году было подтверждено предположение астрономов о том, что планета может иметь еще два кольца: «Вояджер-1» обнаружил существование колец D и Е. Кроме того, эта же станция зафиксировала наличие кольца G.

В 1986 году «Вояджер-2» пролетел мимо Нептуна и передал на землю около 9 тыс. фотографий поверхности планеты. Благодаря этой космической станции была получена новая информация о Нептуне. В частности, было зафиксировано вращение его магнитного поля, благодаря чему астрономам удалось доказать вращение самой планеты.

Выяснилось, что Нептун по плотности превосходит другие планеты-гиганты. Это объясняется, по всей видимости, наличием в ее недрах тяжелых элементов. Атмосфера состоит из гелия и водорода. Ученые полагают, что большую или даже всю поверхность Нептуна занимает океан из воды, насыщенный ионами. Мантия, также по предположениям, состоит изо льда и составляет 70% всей массы планеты.

«Вояджер» приблизился к Нептуну на расстояние 4900 км от слоя облаков и обнаружил непонятное темное образование, которое впоследствии было названо Большим Темным пятном. Станция использовалась также и для метеорологических исследований и изучения спутников. Помимо известных в то время Тритона и Нереиды, было открыто еще шесть спутников, причем один из них, Протеус, имеет довольно крупные размеры: 400 км в диаметре, тогда как размеры остальных колеблются от 50 до 190 км.

С помощью «Вояджера» было сделано еще одно открытие: Нептун окружают незамкнутые кольца, которые астрономы назвали арками. Однако более точной информации об этих образованиях пока нет.

Астрономы изучают не только планеты, но и другое тела Солнечной система. В космос запушены специальные устройства, ведущие постоянные наблюдения за одним из самых интересных и таинственных объектов — кометы Галлея. Это самая яркая из периодических комет Солнечной системы. Как известно, она появляется на небе с периодичностью в 76 лет.

Уже много столетий люди имеют возможность наблюдать это небесное тело, однако и на сегодняшний день о ней известно далеко не все. Астрономы наблюдали ее уже 29 раз. Рассчитывают, что в очередной, тридцатый раз появится возможность получить о ней больше сведений.

Напрашивается вопрос, почему комета Галлея вызывает такой сильный интерес астрономов? Ради чего все эти сложные разработки и приготовления? Дело в тем, что, по мнению ученых, в теле кометы могли сохраниться остатки газово-пылевой туманности — вещества, из которого, как предполагают, образовались все тела Солнечней системы. Поэтому более детальное изучение строения и состава кометы, как полагали космогонисты, даст возможность окончательно сформулировать гипотезу происхождения Солнечной системы, получить сведения о начальной стадии формирования планет, о процессах, которые происходили при этом.

Была разработана специальная программа, согласно которой в 1984 году в направлении Венеры были запущены две межпланетные станции, имеющие на борту планетные и кометные зонды. Примерно через шесть месяцев станции достигли ближайшей к нам планеты.

Затем от АУС отделились зонда. Пройдя через атмосферу, они передали информацию на борт АМС, которые продолжали двигаться по запланированной траектории, приближаясь к комете Галлея.

Ученье, в частности биохимики, выяснили, что основой всего огромного разнообразия форм жизни на Земле являются всего несколько молекул, которые можно создать в лабораторных условиях. Атомы, молекулы и даже аминокислоты уже обнаружены в составе звезд, в межзвездных пылевых облаках и каменных метеоритах. Однако эту материю еще нельзя назвать живой, способной к осуществлению обмена веществ и размножению.

В 1976 году американцы для этих целей в очередной раз направили к Марсу две автоматические межпланетные станции «Викинг». Спускаемые аппараты достигли поверхности планеты и провели исследования грунта на предмет обнаружения микробов на углеродной основе. Полученные данные оказались настолько неопределенными, что биологи до сих пор не могут сделать окончательных выводов.

Однако поиск бактерий или необычной флоры может представлять интерес только для ученых. Большинство людей на Земле мечтают о контакте с внеземной цивилизацией, с братьями по разуму. На эту тему было написано множество фантастических книг и снято больное количество фильмов. Люди отдают себе отчет, что встреченная цивилизация может оказаться не дружественной, а враждебной, и тогда землянам может быть нанесен непоправимый урон.

И все же земляне продолжают искать в космосе иные цивилизации.

Какова же вероятность, что во Вселенной существуют другие обитаемые планеты? Известно, что Солнце, вокруг которого обращается Земля, является всего лишь одной из 100 млрд. звезд системы «Млечный путь». Кроме нее, на сегодняшний день с Земли можно наблюдать около 1 млрд. галактик. Сколько же разумных цивилизаций может существовать во Вселенной? Этим подсчетом решили заняться ученые К. Саган, Ф. Дрейк и И. Шкловский. Они подсчитали количество звезд в Галактике. Затем они исключили те из них, вокруг которых не обращаются планеты. Изучив оставшееся планетные системы, ученые высчитали примерное количество планет, имеющих подходящие условия для жизни. Затем они прикинули, на скольких планетах жизнь смогла бы развиться до уровня цивилизованных разумных организмов, которые могли бы вступить в контакт с землянами.

Иосиф Самуилович Шкловский (1916—1985) долгое время занимался этим вопросом. Он полагал, что наука не сможет однозначно ответить на этот вопрос, так как перед нею имеется только один пример — земная цивилизация. Этого очень мало для того, чтобы делать точные выводы.

Несмотря на сравнительную близость (по космическим меркам) планет, бoлee-мeнee хорошо изучены только две из них: Венера и Марс. Что касается остальных планет, то две их загадки до еж пор не раскрыты. Астрономы могут только делать предположения о существования точно таких же планетарных систем, но долгое время ни одна из них не была обнаружена.

Шкловский полагал, что после начала работы орбитального оптического телескопа с диаметром зеркала 2,4 м появится возможность начать изучение планетарных систем. И действительно, в конце XX века американские астронома смогли обнаружить планеты, обращающиеся вокруг Барнарда — звезды, находящейся на сравнительно небольшом расстоянии от Солнца. Однако пока ничего не известно о том, пригодны ли они для жизни.

Самым лучшим способом поиска цивилизаций в космосе стали бы полеты к другим звездам. Но пройдет еще немало десятилетий, а возможно, и столетий, пока они станут реальными. Технические возможности, существующие на сегодняшний день, не позволяют сделать это. Даже если удалось бы отправить корабль к ближайшей звезде — альфа Центавра, путешествие заняло бы тысячи лет.

В 1987 году в бескрайнее космическое пространство были запушены космические аппараты «Пионер-10» и «Пионер-11». На их бортах имеются пластинки с посланием представителям внеземных разумных цивилизаций.

Запуск космических аппаратов к звездам продолжает оставаться неоправданно дорогим, несмотря на то что такой полет дает множество новых научных данных, которые передаются на Землю. Поэтому самым доступным сегодня средством обнаружения следов внеземных цивилизаций являются радиотелескопы. С их помощью астронома не только надеются получить их сообщения, но и сами посылают сигналы в космос.

Человечество только вступило на путь поисков внеземных цивилизаций. Аппаратура с каждым годам становится все совершеннее, и возможно, что уже недалек тот день, когда сигналы с другой планеты (если только они были посланы) будут получены и расшифрованы.

Детальные разработки программы поиска во вселенной разумных существ начались с начала 70-х годов. Именно тогда началось осуществление проекта «Циклоп». Для этих целей использовался гигантский телескоп, состоящий из большого количества радиотелескопов. Вся система была компьютеризирована.

В середине 80-х годов астрономы выдвинули предложение провести серьезные международные поиски внеземных цивилизаций. Тогда затраты должны Сыпи составить несколько миллиардов долларов. Впоследствии появились более экономичные возможности для поиска сигналов в пределах 100 св. лет от Земли требовался только радиотелескоп и компьютер. Полагают, что наиболее высокая вероятность обнаружения сигнала существует в интервале частот от 1400 до 1730 МГц.

С помощью гигантских телескопов, которые использовались для проекта «циклоп», можно будет искать сигналы в радиусе 1000 св. лет. В будущем антенны для приема сигналов будут установлены не только на Земле, но и на Луне.

Изучение Планет Солнечной системы

До конца XX века принято было считать, что в Солнечной системе девять планет: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон. Но в последнее время было открыто множество объектов за орбитой Нептуна, причем некоторые из них похожи на Плутон, а иные даже больше него по размерам. Поэтому в 2006 г. астрономы уточнили классификацию: 8 крупнейших тел — от Меркурия до Нептуна — считаются классическими планетами, а Плутон стал прототипом нового класса объектов — карликовых планет. Ближайшие к Солнцу 4 планеты принято называть планетами земной группы, а следующие 4 массивных газовых тела называют планетами-гигантами. Карликовые планеты в основном населяют область за орбитой Нептуна — пояс Койпера.

Луна

Луна — естественный спутник Земли и самый яркий объект на ночном небе. Формально Луна не планета, но она существенно крупнее всех планет-карликов, большинства спутников планет и не сильно уступает в размере Меркурию. На Луне нет привычной для нас атмосферы, нет рек и озер, растительности и живых организмов. Сила тяжести на Луне в шесть раз меньше, чем на Земле. День и ночь с перепадами температур до 300 градусов длятся по две недели. И тем не менее Луна все больше привлекает землян возможностью использовать ее уникальные условия и ресурсы. Поэтому Луна — наша первая ступень в знакомстве с объектами Солнечной системы.

Луна хорошо исследована как с помощью наземных телескопов, так и благодаря полетам более 50 космических аппаратов и кораблей с космонавтами. Советские автоматические станции «Луна-3» (1959 г.) и «Зонд-3» (1965 г.) впервые сфотографировали восточную и западную части невидимого с Земли полушария Луны. Искусственные спутники Луны исследовали ее гравитационное поле и рельеф. Самоходные аппараты «Луноход-1 и -2» передали на Землю множество снимков и информацию о физико-механических свойствах грунта. Двенадцать американских астронавтов с помощью кораблей «Аполлон» в 1969-1972 гг. побывали на Луне, где проводили исследования поверхности в шести различных местах посадок на видимой стороне, установили там научную аппаратуру и привезли на Землю около 400 кг лунных пород. Зонды «Луна-16, -20 и -24» в автоматическом режиме выполнили бурение и доставили лунный грунт на Землю. Космические аппараты нового поколения «Клементина» (1994 г.), «Лунар Проспектор» (1998-99 гг.) и «Смарт-1» (2003-06 гг.) получили более точные сведения о рельефе и гравитационном поле Луны, а также обнаружили на поверхности залежи водородосодержащих материалов, возможно, водяного льда. В частности, повышенная концентрация этих материалов обнаружена в постоянно затененных понижениях около полюсов.

Китайский аппарат «Чаньэ-1», запущенный 24 октября 2007 года, выполнил фотографирование лунной поверхности и сбор данных для составления цифровой модели ее рельефа. 1 марта 2009 года аппарат был сброшен на поверхность Луны. 8 ноября 2008 г. на селеноцентрическую орбиту был выведен индийский аппарат «Чандрайян 1». 14 ноября от него отделился зонд, совершивший жесткую посадку в районе южного полюса Луны. Аппарат работал в течение 312 дней и передавал данные о распределении химических элементов по поверхности и о высотах рельефа. Японская АМС «Кагуя» и два дополнительных микроспутника «Окина» и «Оюна», работавшие в 2007-2009 гг., выполнили научную программу исследований Луны и передали данные о высотах рельефа и распределении силы тяжести на ее поверхности с высокой точностью.

Новым важным этапом в исследовании Луны стал запуск 18 июня 2009 года двух американских АМС «Lunar Reconnaissance Orbiter» (Лунный орбитальный разведчик) и «LCROSS» (спутник по наблюдению и детектированию лунных кратеров). 9 октября 2009 г. АМС «LCROSS» была направлена в кратер Кабео. На дно кратера сначала упала отработавшая ступень ракеты «Атлас-V» массой 2,2 т. Примерно через четыре минуты туда же упала АМС «LCROSS» (массой 891 кг), которая перед падением промчалась сквозь поднятое ступенью облако пыли, успев сделать необходимые исследования до момента гибели аппарата. Американские исследователи считают, что им всё-таки удалось найти некоторое количество воды в облаке лунной пыли. «Лунный орбитальный разведчик» продолжает исследовать Луну с полярной окололунной орбиты. На борту космического аппарата установлен российский прибор ЛЕНД (лунный исследовательский нейтронный детектор), предназначенный для поиска замёрзшей воды. В районе Южного полюса им обнаружено большое количество водорода, который может быть признаком наличия там воды в связанном состоянии.

В недалёком будущем начнётся освоение Луны. Уже в наши дни детально разрабатываются проекты создания на её поверхности постоянно действующей обитаемой базы. Длительное или постоянное присутствие на Луне сменных экипажей такой базы позволит решать более сложные научные и прикладные задачи.

Движется Луна под воздействием тяготения, в основном, двух небесных тел — Земли и Солнца на среднем расстоянии 384 400 км от Земли. В апогее это расстояние увеличивается до 405 500 км, в перигее уменьшается до 363 300 км. Период обращения Луны вокруг Земли по отношению к далеким звездам составляет около 27,3 суток (сидерический месяц), но поскольку вместе с Землей Луна обращается вокруг Солнца, ее положение относительно линии Солнце-Земля повторяется через несколько больший промежуток времени — около 29,5 суток (синодический месяц). За этот период проходит полная смена лунных фаз: от новолуния к первой четверти, затем к полнолунию, к последней четверти и вновь к новолунию. Вращение Луны вокруг оси происходит с постоянной угловой скоростью в том же направлении, в котором она обращается вокруг Земли, и с тем же периодом 27,3 суток. Именно поэтому с Земли мы видим только одно полушарие Луны, которое так и называем — видимое; а другое полушарие всегда скрыто от наших глаз. Это не видимое с Земли полушарие называют обратной стороной Луны. Фигура, образованная физической поверхностью Луны, очень близка к правильной сфере со средним радиусом 1737,5 км. Площадь поверхности лунного шара составляет около 38 млн. км 2 , что составляет лишь 7,4% площади земной поверхности, или около четверти площади земных материков. Соотношение масс Луны и Земли составляет 1:81,3. Средняя плотность Луны (3,34 г/см 3) значительно меньше средней плотности Земли (5,52 г/см 3). Сила тяжести на Луне в шесть раз меньше, чем на Земле. В летний полдень близ экватора поверхность разогревается до +130° С, в отдельных местах и выше; а ночью температура падает до -170 °С. Быстрое остывание поверхности наблюдается и во время лунных затмений. На Луне выделяют области двух типов: светлые — материковые, занимающие 83% всей поверхности (включая обратную сторону), и темные области, названные морями. Такое деление возникло еще в середине XVII века, когда предполагалось, что на Луне действительно имеется вода. По минералогическому составу и содержанию отдельных химических элементов лунные породы на темных участках поверхности (морях) очень близки к земным породам типа базальтов, а на светлых участках (материках) — к анортозитам.

В вопросе о происхождении Луны пока нет полной ясности. Особенности химического состава лунных пород позволяют предположить, что Луна и Земля образовались в одной и той же области Солнечной системы. Но разница в их составе и внутреннем строении заставляет думать, что оба эти тела не были в прошлом единым целым. Большинство крупных кратеров и огромные впадины (многокольцевые бассейны) появились на поверхности лунного шара в период сильной бомбардировки поверхности. Около 3,5 млрд. лет назад в результате внутреннего разогрева из недр Луны излились на поверхность базальтовые лавы, заполнившие низины и круглые впадины. Так образовались лунные моря. На обратной стороне из-за более толстой коры излияний было значительно меньше. На видимом полушарии моря занимают 30% поверхности, а на обратном — лишь 3%. Таким образом, эволюция лунной поверхности в основном завершилась около 3 млрд. лет назад. Метеоритная бомбардировка продолжалась, но уже с меньшей интенсивностью. В результате длительной переработки поверхности образовался верхний рыхлый слой пород Луны — реголит, толщиной в несколько метров.

Ближайшая к Солнцу планета названа в честь античного бога Гермеса (у римлян Меркурий) — посланника богов и бога зари. Меркурий находится на среднем расстоянии 58 млн. км или 0.39 а.е. от Солнца. Двигаясь по сильно вытянутой орбите, он в перигелии приближается к Солнцу на расстояние 0,31 а.е., а в максимальном удалении находится на расстоянии 0,47 а.е., совершая полный оборот за 88 земных суток. В 1965 г. методами радиолокации с Земли было установлено, что период вращения этой планеты составляет 58.6 суток, то есть за 2/3 своего года он завершает полный оборот вокруг своей оси. Сложение осевого и орбитального движений приводит к тому, что, находясь на линии Солнце — Земля, Меркурий всегда повернут одной и той же стороной к нам. Солнечные сутки (промежуток времени между верхними или нижними кульминациями Солнца) продолжаются на планете 176 земных суток.

В конце ХIХ века астрономы пытались зарисовать темные и светлые детали, наблюдаемые на поверхности Меркурия. Наиболее известны работы Скиапарелли (1881-1889 гг.) и американского астронома Персиваля Ловелла (1896-1897 гг.). Интересно, что астроном Т. Дж. Си в 1901 г. даже объявил о том, что он видел кратеры на Меркурии. Мало кто поверил в это, однако впоследствии 625-километровый кратер (Бетховен) оказался в месте, отмеченном Си. Французский астроном Эжен Антониади составил в 1934 г. карту «видимого полушария» Меркурия, поскольку тогда считалось, что всегда освещено лишь одно его полушарие. Отдельным деталям на этой карте Антониади дал названия, которые частично используются и на современных картах.

Составить действительно надежные карты планеты и увидеть мелкие детали рельефа поверхности впервые удалось благодаря американскому космическому зонду «Маринер-10», запущенному в 1973 г. Он трижды сближался с Меркурием и передавал на Землю телевизионные изображения различных участков его поверхности. В общей сложности было снято 45% поверхности планеты, в основном — западное полушарие. Как оказалось, вся его поверхность покрыта множеством кратеров разных размеров. Удалось уточнить значение радиуса планеты (2439 км) и её массы. Датчики температуры позволили установить, что в течение дня температура поверхности планеты поднимается до 510° С, а ночью опускается до -210° С. Напряжённость его магнитного поля составляет около 1% от напряжённости земного магнитного поля. Более 3 тыс. фотографий, полученных при третьем подлете, имели разрешение до 50 м.

Ускорение свободного падения на Меркурии составляет 3,68 м/с 2 . Космонавт на этой планете будет весить почти в три раза меньше, чем на Земле. Поскольку выяснилось, что средняя плотность Меркурия почти такая же, как и у Земли, предполагается существование у Меркурия железного ядра, занимающего примерно половину объема планеты, над которым расположена мантия и силикатная оболочка. Меркурий получает в 6 раз больше солнечного света на единицу площади, чем Земля. Причем большая часть солнечной энергии поглощается, поскольку поверхность планеты темная, отражающая лишь 12-18 процентов падающего света. Поверхностный слой планеты (реголит) сильно измельчен и служит прекрасной теплоизоляцией, так что на глубине нескольких десятков сантиметров от поверхности температура постоянная — около 350 градусов К. У Меркурия обнаружена чрезвычайно разреженная гелиевая атмосфера, создаваемая «солнечным ветром», который обдувает планету. Давление такой атмосферы у поверхности в 500 млрд. раз меньше, чем у поверхности Земли. Кроме гелия, выявлено ничтожное количество водорода, следы аргона и неона.

Американская АМС «Мессенджер» (Мessenger — от англ. Курьер), запущенная 3 августа 2004 г., совершила первый пролет около Меркурия 14 января 2008 г. на расстоянии 200 км от поверхности планеты. Она сфотографировала восточную половину ранее не заснятого полушария планеты. Исследования Меркурия проведены в два этапа: сначала обзорные с пролетной траектории полета при двух встречах с планетой (2008 г.), а затем (30 сентября 2009 г.) — детальные. Выполнена съемка всей поверхности планеты в различных диапазонах спектра и получены цветные изображения местности, определены химический и минералогический состав пород, измерено содержание летучих элементов в приповерхностном слое грунта. Лазерный высотомер выполнил измерения высот рельефа поверхности Меркурия. Оказалось, что перепад высот рельефа на этой планете менее 7 км. При четвертом сближении, 18 марта 2011 г. , АМС «Мессенджер» должна выйти на орбиту искусственного спутника Меркурия.

Согласно решению Международного астрономического союза, кратеры на Меркурии называют в честь деятелей : писателей, поэтов, художников, скульпторов, композиторов. Например, крупнейшие кратеры диаметром от 300 до 600 км получили названия Бетховен, Толстой, Достоевский , Шекспир и другие. Есть и исключения из этого правила — один кратер диаметром 60 км с лучевой системой назван в честь известного астронома Койпера, а другой кратер диаметром 1,5 км вблизи экватора, принятый за начало отсчета долгот на Меркурии, назван Хун Каль, что на языке древних майя означает «двадцать». Через этот кратер условились проводить меридиан, с долготой 20°.

Равнинам даны названия планеты Меркурий на разных языках, например, равнина Собкоу или равнина Один. Есть две равнины, названные по их местоположению: Северная равнина и равнина Жары, находящаяся в области максимальных температур на 180° долготы. Окаймляющие эту равнину горы назвали горами Жары. Отличительной особенностью рельефа Меркурия являются протяженные уступы, получившие имена морских исследовательских судов. Долины названы по названиям радиоастрономических обсерваторий. Две гряды носят названия Антониади и Скиапарелли, в честь астрономов, составивших первые карты этой планеты.

Венера — ближайшая к Земле планета, она находится ближе нас к Солнцу и потому освещается им ярче; наконец, она очень хорошо отражает солнечный свет. Дело в том, что поверхность Венеры укрыта под мощным чехлом атмосферы, полностью скрывающей от нашего взора поверхность планеты. В видимом диапазоне ее нельзя рассмотреть даже с орбиты искусственного спутника Венеры, и, тем не менее, мы имеем «изображения» поверхности, которые были получены методом радиолокации.

Вторая от Солнца планета названа в честь античной богини любви и красоты Афродиты (у римлян — Венера). Средний радиус Венеры 6051,8 км, а масса составляет 81% массы Земли. Венера обращается вокруг Солнца в ту же сторону, что и другие планеты, совершая полный оборот за 225 суток. Период ее вращения вокруг оси (243 суток) удалось определить лишь в начале 1960-х годов, когда для измерения скоростей вращения планет стали применять методы радиолокации. Таким образом, суточное вращение Венеры самое медленное среди всех планет. К тому же, оно происходит в обратном направлении: в отличие от большинства планет, у которых направления обращения по орбите и вращения вокруг оси совпадают, Венера вращается вокруг оси в сторону, противоположную орбитальному движению. Если посмотреть формально, то это не уникальное свойство Венеры. Например, Уран и Плутон тоже вращаются в обратном направлении. Но они вращаются практически «лежа на боку», а ось Венеры почти перпендикулярна орбитальной плоскости, так что она единственная «действительно» вращается в обратном направлении. Именно поэтому солнечные сутки на Венере короче времени ее оборота вокруг оси и составляют 117 земных суток (у других планет солнечные сутки длиннее периода вращения). А год на Венере лишь вдвое продолжительнее солнечных суток.

Атмосфера Венеры состоит на 96,5% из углекислого газа и почти на 3,5% из азота. Другие газы — водяной пар, кислород, окись и двуокись серы, аргон, неон, гелий и криптон — в сумме составляют менее 0,1%. Но следует иметь в виду, что венерианская атмосфера примерно в 100 раз массивнее нашей, так что азота там, например, в пять раз больше по массе, чем в атмосфере Земле.

Туманная дымка в атмосфере Венеры простирается вверх до высоты 48-49 км. Далее до высоты 70 км идет облачный слой, содержащий капельки концентрированной серной кислоты, а в самых верхних слоях также присутствуют соляная и плавиковая кислоты. Облака Венеры отражают 77% падающего на них солнечного света. На вершине самых высоких гор Венеры — гор Максвелла (высота около 11 км) — давление атмосферы составляет 45 бар, а на дне каньона Дианы — 119 бар. Как известно, давление земной атмосферы у поверхности планеты всего лишь 1 бар. Мощная атмосфера Венеры, состоящая из углекислого газа, поглощает и частично пропускает к поверхности около 23% солнечного излучения. Это излучение нагревает поверхность планеты, однако тепловое инфракрасное излучение поверхности проходит сквозь атмосферу обратно в космос с большим трудом. И лишь когда поверхность нагревается примерно до 460-470 °C, уходящий поток энергии оказывается равным приходящему к поверхности. Именно по причине этого парникового эффекта у поверхности Венеры сохраняется высокая температура независимо от широты местности. Но в горах, над которыми толщина атмосферы меньше, температура ниже на несколько десятков градусов. Венеру исследовали более 20 космических аппаратов: «Венеры», «Маринеры», «Пионер-Венеры», «Веги» и «Магеллан». В 2006 году на орбите вокруг нее работал зонд «Венера-Экспресс». Увидеть глобальные особенности рельефа поверхности Венеры ученые смогли благодаря радиолокационному зондированию с борта орбитальных аппаратов «Пионер-Венера» (1978 г.), «Венера-15 и -16» (1983-84 гг.) и «Магеллан»(1990-94 гг.). Наземная радиолокация позволяет «увидеть» только 25% поверхности, причем с гораздо меньшим разрешением деталей, чем способны космические аппараты. Например, «Магеллан» получил изображения всей поверхности с разрешением в 300 м. Оказалось, что большая часть поверхности Венеры занята холмистыми равнинами.

На долю возвышенностей приходится лишь 8% поверхности. Все заметные детали рельефа получили свои имена. На первых наземных радиолокационных изображениях отдельных участков поверхности Венеры исследователи использовали различные названия, из которых сейчас на картах остались — горы Максвелла (название отражает роль радиофизики в исследованиях Венеры), области Альфа и Бета (две наиболее яркие в радиолокационных изображениях детали рельефа Венеры названы по первым буквам греческого алфавита). Но эти названия являются исключениями из правил наименований, принятых Международным астрономическим союзом: астрономы решили называть детали рельефа поверхности Венеры женскими именами. Крупные возвышенные области получили названия: Земля Афродиты, Земля Иштар (в честь ассирийской богини любви и красоты) и Земля Лады (славянская богиня любви и красоты). Крупные кратеры названы в честь выдающихся женщин всех времен и народов, а небольшие кратеры носят личные женские имена. На картах Венеры можно встретить такие названия как Клеопатра (последняя царица Египта), Дашкова (директор Петербургской академии наук), Ахматова (русская поэтесса) и другие известные имена. Из русских имен встречаются Антонина, Галина, Зина, Зоя, Лена, Маша, Татьяна и другие.

Четвертая от Солнца планета, названная именем бога войны Марса, удалена от светила в 1,5 раза дальше Земли. Один оборот по орбите занимает у Марса 687 земных суток. Орбита Марса обладает заметным эксцентриситетом (0,09), поэтому его расстояние от Солнца меняется от 207 млн. км в перигелии до 250 млн. км в афелии. Орбиты Марса и Земли лежат почти в одной плоскости: угол между ними всего 2°. Через каждые 780 дней Земля и Марс оказываются на минимальном расстоянии друг от друга, которое может составлять от 56 до 101 млн. км. Такие сближения планет называют противостояниями. Если в этот момент расстояние между планетами менее 60 млн. км, то противостояние называют великим. Великие противостояния происходят через каждые 15-17 лет.

Экваториальный радиус Марса 3394 км, на 20 км больше полярного. По массе Марс в десять раз меньше Земли, а по площади поверхности он меньше в 3,5 раза. Период осевого вращения Марса был определен путем наземных телескопических наблюдений за контрастными деталями поверхности: он составляет 24 часа 39 минут и 36 секунд. Ось вращения Марса отклонена на угол 25,2° от перпендикуляра к плоскости орбиты. Поэтому на Марсе также наблюдается смена времен года, но длительность сезонов почти вдвое больше, чем на Земле. Из-за вытянутости орбиты сезоны в северном и южном полушариях имеют разную продолжительность: лето в северном полушарии длится 177 марсианских суток, а в южном оно на 21 сутки короче, но при этом теплее, чем лето в северном полушарии.

Из-за большей отдаленности от Солнца Марс получает лишь 43% той энергии, которая попадает на ту же площадь земной поверхности. Среднегодовая температура на поверхности Марса около -60 °С. Максимальное значение температуры там не превышает нескольких градусов выше нуля, а минимальное зарегистрировано на северной полярной шапке и составляет -138 °С. В течение суток температура поверхности существенно изменяется. Например, в южном полушарии на широте 50° характерное значение температуры в середине осени меняется от -18 °С в полдень до -63 °С ночью. Однако уже на глубине 25 см под поверхностью температура практически постоянная (около -60 °С) независимо от времени суток и сезона. Большие изменения температуры на поверхности объясняются тем, что атмосфера Марса очень разрежена, и ночью поверхность быстро остывает, а днем быстро нагревается Солнцем. Атмосфера Марса состоит на 95% из углекислого газа. Другие ее составляющие: 2,5% азота, 1,6% аргона, менее 0,4% кислорода. Среднее давление атмосферы у поверхности 6,1 мбар, т. е. в 160 раз меньше давления земного воздуха на уровне моря (1 бар). В самых глубоких впадинах на Марсе оно может достигать 12 мбар. Атмосфера планеты сухая, в ней практически нет водяных паров.

Полярные шапки Марса многослойны. Нижний, основной слой толщиной несколько километров образован обычным водяным льдом, смешанным с пылью; этот слой сохраняется и в летний период, образуя постоянные шапки. А наблюдаемые сезонные изменения полярных шапок происходят за счет верхнего слоя толщиной менее 1 метра, состоящего из твердой углекислоты, так называемого « сухого льда». Покрытая этим слоем площадь быстро растет в зимний период, достигая параллели 50°, а иногда и переходя этот рубеж. Весной с повышением температуры верхний слой испаряется, и остается лишь постоянная шапка. «Волна потемнения» участков поверхности, наблюдаемая со сменой сезонов, объясняется изменением направления ветров, постоянно дующих в направлении от одного полюса к другому. Ветер уносит верхний слой сыпучего материала — светлую пыль, обнажая участки более темных пород. В периоды, когда Марс проходит перигелий, нагрев поверхности и атмосферы усиливается, и нарушается равновесие марсианской среды. Скорость ветра возрастает до 70 км/час, начинаются вихри и бури. Иногда более миллиарда тонн пыли поднимается и удерживается во взвешенном состоянии, при этом резко меняется климатическая обстановка на всем марсианском шаре. Продолжительность пылевых бурь может достигать 50 — 100 суток. Исследования Марса космическими аппаратами начались в 1962 г. запуском зонда «Марс- 1». Первые снимки участков поверхности Марса передал «Маринер-4» в 1965 г., а затем «Маринер-6 и -7» в 1969 г. Мягкую посадку удалось совершить спускаемому аппарату «Марса-3». По снимкам «Маринера-9» (1971 г.) были составлены подробные карты планеты. Он передал на Землю 7329 снимков Марса с разрешением до 100 м, а также фотографии его спутников — Фобоса и Деймоса. Целая флотилия из четырёх космических аппаратов «Марс-4, -5, -6, -7», запущенных в 1973 г., достигла окрестностей Марса в начале 1974 г. Из-за неисправности бортовой системы торможения «Марс-4» прошёл на расстоянии около 2200 км от поверхности планеты, выполнив только её фотографирование. «Марс-5» проводил дистанционные исследования поверхности и атмосферы с орбиты искусственного спутника. Спускаемый аппарат «Марса-6» совершил мягкую посадку в южном полушарии. На Землю переданы данные о химическом составе, давлении и температуре атмосферы. «Марс-7» прошёл на расстоянии 1300 км от поверхности, не выполнив своей программы.

Самыми результативными были полёты двух американских «Викингов», запущенных в 1975 г. На борту аппаратов находились телекамеры, инфракрасные спектрометры для регистрации водяных паров в атмосфере и радиометры для получения температурных данных. Посадочный блок «Викинга-1» совершил мягкую посадку на Равнине Хриса 20 июля 1976 г., а «Викинга-2» — на Равнине Утопия 3 сентября 1976 г. В местах посадок были проведены уникальные эксперименты с целью обнаружить признаки жизни в марсианском грунте. Специальное устройство захватывало образец грунта и помещало его в один из контейнеров, содержавших запас воды или питательных веществ. Поскольку любые живые организмы меняют среду своего обитания, приборы должны были это зафиксировать. Хотя некоторые изменения среды в плотно закрытом контейнере наблюдались, к таким же результатам могло привести наличие сильного окислителя в грунте. Вот почему учёные не смогли уверенно отнести эти изменения за счёт деятельности бактерий. С орбитальных станций было выполнено детальное фотографирование поверхности Марса и его спутников. На основе полученных данных составлены подробные карты поверхности планеты, геологические, тепловые и другие специальные карты.

В задачу советских станций «Фобос-1, -2», запущенных после 13-летнего перерыва, входило исследование Марса и его спутника Фобоса. В результате неверной команды с Земли «Фобос-1» потерял ориентацию, и связь с ним не удалось восстановить. «Фобос-2» вышел на орбиту искусственного спутника Марса в январе 1989 г. Дистанционными методами получены данные об изменении температуры на поверхности Марса и новые сведения о свойствах пород, слагающих Фобос. Получено 38 изображений с разрешением до 40 м, измерена температура его поверхности, составляющая в наиболее горячих точках 30 °С. К сожалению, осуществить основную программу по исследованию Фобоса не удалось. Связь с аппаратом была потеряна 27 марта 1989 г. На этом не закончилась серия неудач. Американский космический аппарат «Марс-Обсервер», запущенный в 1992 г., также не выполнил своей задачи. Связь с ним была потеряна 21 августа 1993 г. Не удалось вывести на траекторию полёта к Марсу и российскую станцию «Марс-96».

Одним из самых успешных проектов НАСА является станция «Марс глобал Сервейер», запущенная 7 ноября 1996 года для детального картографирования поверхности Марса. Аппарат выполняет также роль телекоммуникационного спутника для роверов «Спирит» и «Оппортьюнити», доставленных в 2003 г. и продолжающих работать до сих пор. В июле 1997 г. «Марс-Пасфайндер» доставил на планету первый автоматический марсоход «Соджернер» весом менее 11 кг, который успешно исследовал химический состав поверхности и метеорологические условия. Связь с Землей марсоход поддерживал через посадочный модуль . Автоматическая межпланетная станция НАСА «Марсианский разведывательный спутник» начал свою работу на орбите в марте 2006 г. С помощью камеры высокого разрешения на поверхности Марса можно было различать детали размером 30 см. «Марс Одиссей», «Марс — экспресс» и «Марс разведывательный спутник» продолжают исследования с орбиты. Аппарат «Феникс» работал в приполярной области с 25 мая по 2 ноября 2008 года. Им впервые произведено бурение поверхности и обнаружен лед. «Феникс» доставил на планету цифровую библиотеку научной фантастики. Разрабатываются программы полёта на Марс астронавтов. Такая экспедиция займёт более двух лет, поскольку, чтобы вернуться, им придётся ждать удобного взаимного расположения Земли и Марса.

На современных картах Марса, наряду с наименованиями, присвоенными формам рельефа, которые выявлены по космическим снимкам, используются также старые географические и мифологические названия, предложенные Скиапарелли. Самая крупная возвышенная область, поперечником около 6000 км и высотой до 9 км получила название Фарсида (так на древних картах назывался Иран), а огромная кольцевая депрессия на юге диаметром более 2000 км названа Элладой (Греция). Густо покрытые кратерами участки поверхности получили название земель: Земля Прометея, Земля Ноя, и другие. Долинам даются названия планеты Марс из языков разных народов. Крупные кратеры названы в честь ученых, а небольшие кратеры носят названия населенных пунктов Земли. Четыре гигантских потухших вулкана возвышаются над окружающей местностью на высоту до 26 м. Самый крупный из них — гора Олимп, расположенный на западной окраине гор арсида, имеет основание диаметром 600 км и кальдеру (кратер) на вершине поперечником 60 км. Три вулкана — гора Аскрийская, гора Павлина и гора Арсия — расположены на одной прямой на вершине гор Фарсида. Сами вулканы возвышаются над Фарсидой еще на 17 км. Помимо указанных четырех, на Марсе найдено более 70 потухших вулканов, но они гораздо меньше по занимаемой площади и по высоте.

К югу от экватора находится гигантская долина глубиной до 6 км и протяженностью более 4000 км. Ее назвали Долиной Маринера. Выявлено также множество долин меньших размеров, а также борозд и трещин, свидетельствующих о том, что в древности на Марсе была вода и, следовательно, атмосфера была более плотной. Под поверхностью Марса в отдельных областях должен находиться слой вечной мерзлоты, толщиной несколько километров. В таких районах на поверхности у кратеров видны необычные для планет земной группы застывшие потоки, по которым можно судить о наличии подповерхностного льда.

За исключением равнин, поверхность Марса сильно кратерирована. Кратеры, как правило, выглядят более разрушенными, чем на Меркурии и Луне. Следы ветровой эрозии можно видеть повсюду.

Спутники Марса были открыты во время великого противостояния 1877 г. американским астрономом А. Холлом. Их назвали Фобос (в переводе с греческого Страх) и Деймос (Ужас), поскольку в античных мифах бога войны всегда сопровождали его дети — Страх и Ужас. Спутники очень малы по размеру и имеют неправильную форму. Большая полуось Фобоса составляет 13,5 км, а малая 9,4 км; у Деймоса, соответственно, 7,5 и 5,5 км. Зонд «Маринер-7» сфотографировал Фобос на фоне Марса в 1969 г., а «Маринер-9» передал множество снимков обоих спутников, на которых видно, что их поверхности неровные, обильно покрытые кратерами. Несколько близких подлетов к спутникам совершили зонды «Викинг» и «Фобос-2». На лучших фотографиях Фобоса видны детали рельефа размером до 5 метров.

Орбиты спутников круговые. Фобос обращается вокруг Марса на расстоянии 6000 км от поверхности с периодом 7 час 39 мин. Деймос удален от поверхности планеты на 20 тыс. км, а период его обращения составляет 30 час 18 мин. Периоды вращения спутников вокруг оси совпадают с периодами их обращения вокруг Марса. Большие оси фигур спутников всегда направлены к центру планеты. Фобос восходит на западе и заходит на востоке по 3 раза за марсианские сутки. Средняя плотность Фобоса менее 2 г/см 3 , а ускорение свободного падения на его поверхности составляет 0,5 см/с 2 . Человек весил бы на Фобосе всего несколько десятков граммов и мог бы, бросив камень рукой, заставить его навсегда улететь в космос (скорость отрыва на поверхности Фобоса около 13 м/с). Самый большой кратер на Фобосе имеет диаметр 8 км, сопоставимый с наименьшим поперечником самого спутника. На Деймосе крупнейшая впадина имеет диаметр 2 км. Небольшими кратерами поверхности спутников усеяны примерно также как и Луна. При общем сходстве, обилии мелко раздробленного материала, покрывающего поверхности спутников, Фобос выглядит более «ободранным», а Деймос имеет более сглаженную, засыпанную пылью поверхность. На Фобосе обнаружены загадочные борозды, пересекающие почти весь спутник. Борозды имеют ширину 100-200 м и тянутся на десятки километров. Глубина их от 20 до 90 метров. Есть несколько о происхождении этих борозд, но пока нет достаточно убедительного объяснения, как впрочем и объяснения происхождения самих спутников. Скорее всего, это захваченные Марсом астероиды.

Юпитер не зря называют «царем планет». Это самая крупная планета в Солнечной системе, превосходящая Землю в 11,2 раза по диаметру и в 318 раз по массе. Юпитер имеет низкую среднюю плотность (1,33 г/см 3), поскольку почти целиком состоит из водорода и гелия. Он находится на среднем расстоянии 779 млн. км от Солнца и затрачивает на один оборот по орбите около 12 лет. Несмотря на гигантские размеры, эта планета вращается очень быстро — быстрее Земли или Марса. Самое удивительное, что твердой поверхности в общепринятом смысле у Юпитера нет — это газовый гигант. Юпитер возглавляет группу планет-гигантов. Названный в честь верховного бога античной мифологии (у древних греков — Зевс, у римлян — Юпитер), он находится впятеро дальше от Солнца, чем Земля. Из-за быстрого вращения Юпитер сильно сплюснут: его экваториальный радиус (71 492 км) на 7% больше полярного, что легко заметить при наблюдении в телескоп. Сила тяжести на экваторе планеты в 2,6 раза больше, чем на Земле. Экватор Юпитера наклонен всего на 3° к его орбите, поэтому на планете не бывает смены времен года. Наклон орбиты к плоскости эклиптики еще меньше — всего 1°. Каждые 399 суток повторяются противостояния Земли и Юпитера.

Водород и гелий — основные составляющие этой планеты: по объему соотношения этих газов составляют 89% водорода и 11% гелия, а по массе 80% и 20% соответственно. Вся видимая поверхность Юпитера — это плотные облака, образующие систему темных поясов и светлых зон к северу и югу от экватора до параллелей 40° северной и южной широты. Облака образуют слои коричневатых, красных и голубоватых оттенков. Периоды вращения этих облачных слоев оказались не одинаковыми: чем ближе они к экватору, тем с более коротким периодом вращаются. Так, вблизи экватора они завершают оборот вокруг оси планеты за 9 час 50 мин, а на средних широтах — за 9 час 55 мин. Пояса и зоны — это области нисходящих и восходящих потоков в атмосфере. Атмосферные течения, параллельные экватору, поддерживаются благодаря потокам тепла из глубины планеты, а также быстрому вращению Юпитера и энергии Солнца. Видимая поверхность зон расположена примерно на 20 км выше поясов. На границах поясов и зон наблюдается сильные турбулентные движения газов. Водородно-гелиевая атмосфера Юпитера имеет огромную протяженность. Облачный покров расположен на высоте около 1000 км над «поверхностью», где газообразное состояние меняется на жидкое из-за высокого давления.

Еще до полетов космических аппаратов к Юпитеру было установлено, что поток тепла из недр Юпитера вдвое превышает приток солнечного тепла, получаемого планетой. Это может быть связано с медленным погружением к центру планеты более тяжелых веществ и всплыванием более легких. Падение метеоритов на планету также может быть источником энергии. Окраска поясов объясняется наличием различных химических соединений. Ближе к полюсам планеты, на высоких широтах облака образуют сплошное поле с коричневыми и голубоватыми пятнами поперечником до 1000 км. Самая известная деталь Юпитера — Большое Красное Пятно, овальное образование изменяющихся размеров, расположенное в южной тропической зоне. В настоящее время оно имеет размеры 15000×30000 км (т. е. в нем свободно расположатся два земных шара), а сто лет назад наблюдатели отмечали, что размеры Пятна были вдвое больше. Иногда оно бывает видно не очень четко. Большое Красное Пятно — это долгоживущий вихрь в атмосфере Юпитера, совершающий полный оборот вокруг своего центра за 6 земных суток. Первое исследование Юпитера с близкого расстояния (130 тыс. км) состоялось в декабре 1973 г. с помощью зонда «Пионер-10». Наблюдения, проведенные этим аппаратом в ультрафиолетовых лучах, показали, что планета имеет протяженные водородную и гелиевую короны. Верхний слой облачности, по-видимому, состоит из перистых облаков аммиака, а ниже находится смесь водорода, метана и замерзших кристаллов аммиака. Инфракрасный радиометр показал, что температура внешнего облачного покрова составляет около -133 °С. Было обнаружено мощное магнитное поле и зарегистрирована зона наиболее интенсивной радиации на расстоянии 177 тыс. км от планеты. Шлейф магнитосферы Юпитера заметен даже за орбитой Сатурна.

Трасса «Пионера-11», пролетевшего на расстоянии 43 тыс. км от Юпитера в декабре 1974 г., была рассчитана иначе. Он прошел между радиационными поясами и самой планетой, избежав опасной для электронной аппаратуры дозы радиации. Анализ цветных изображений облачного слоя, полученных фотополяриметром, позволил выявить особенности и структуру облаков. Высота облаков оказалась разной в поясах и зонах. Еще до полетов «Пионера-10 и -11» с Земли при помощи летающей на самолете астрономической обсерватории удалось определить содержание в атмосфере Юпитера других газов. Как и ожидалось, обнаружилось наличие фосфина — газообразного соединения фосфора с водородом (PH 3), придающего цветовую окраску облачному покрову. При нагревании он распадается с выделением красного фосфора. Уникальное взаимное расположение на орбитах Земли и планет-гигантов, имевшее место с 1976 по 1978 гг., было использовано для последовательного изучения Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна с помощью зондов «Вояджер-1 и -2». Их трассы были рассчитаны так, что удалось использовать тяготение самих планет для разгона и поворота трассы полета от одной планеты к другой. В результате перелет к Урану занял 9 лет, а не 16, как было бы по традиционной схеме, а перелет к Нептуну — 12 лет вместо 20. Подобное взаимное расположение планет повторится только через 179 лет.

На основе данных, полученных космическими зондами, и теоретических расчетов построены математические модели облачного покрова Юпитера и уточнены представления о его внутреннем строении. В несколько упрощенном виде Юпитер можно представить в виде оболочек с плотностью, возрастающей по направлению к центру планеты. На дне атмосферы толщиной 1500 км, плотность которой быстро растет с глубиной, находится слой газо-жидкого водорода толщиной около 7000 км. На уровне 0,9 радиуса планеты, где давление составляет 0,7 Мбар, а температура около 6500 К, водород переходит в жидко-молекулярное состояние, а еще через 8000 км — в жидкое металлическое состояние. Наряду с водородом и гелием, в состав слоев входит небольшое количество тяжелых элементов. Внутреннее ядро диаметром 25 000 км металлосиликатное, включающее воду, аммиак и метан. Температура в центре составляет 23 000 К, а давление 50 Мбар. Похожее строение имеет и Сатурн.

Вокруг Юпитера обращаются 63 известных спутника, которые можно разделить на две группы — внутреннюю и внешнюю, или регулярные и иррегулярные; первая группа включает 8 спутников, вторая — 55. Спутники внутренней группы обращаются по почти руговым орбитам, практически лежащим в плоскости экватора планеты. Четыре ближайших к планете спутника — Адрастея, Метида, Амальтея и Теба имеют диаметры от 40 до 270 км и находятся в пределах 2-3 радиусов Юпитера от центра планеты. Они резко отличаются от следующих за ними четырех спутников, расположенных на расстоянии от 6 до 26 радиусов Юпитера и имеющих значительно большие размеры, близкие к размеру Луны. Эти крупные спутники — Ио, Европа, Ганимед и Каллисто были открыты в начале XVII в. почти одновременно Галилео Галилеем и Симоном Марием. Их принято называть галилеевыми спутниками Юпитера, хотя первые таблицы движения этих спутников составил Марий.

Внешняя группа состоит из маленьких — диаметром от 1 до 170 км — спутников, движущихся по вытянутым и сильно наклоненным к экватору Юпитера орбитам. При этом пять более близких к Юпитеру спутника движутся по своим орбитам в сторону вращения Юпитер, а почти все более далекие спутники движутся в обратном направлении. Подробная информация о характере поверхностей спутников получена космическими аппаратами. Остановимся подробнее на галилеевых спутниках. Диаметр ближайшего к Юпитеру спутника Ио 3640 км, а его средняя плотность 3,55 г/см 3 . Недра Ио разогреты из-за приливного влияния Юпитера и возмущений, вносимых в движение Ио его соседями — Европой и Ганимедом. Приливные силы деформируют внешние слои Ио и разогревают их. При этом накопившаяся энергия вырывается на поверхность в виде вулканических извержений. Из жерла вулканов сернистый газ и пары серы выбрасываются со скоростью около 1 км/с на высоту в сотни километров над поверхностью спутника. Хотя в районе экватора температура поверхности Ио составляет в среднем около -140 °C, там существуют горячие пятна размером от 75 до 250 км, в которых температура достигает 100-300 °C . Поверхность Ио покрыта продуктами извержений и имеет оранжевый цвет. Средний возраст деталей на ней небольшой — порядка 1 млн. лет. Рельеф Ио в основном равнинный, но имеется несколько гор высотой от 1 до 10 км. Атмосфера Ио сильно разрежена (практически это вакуум), но за спутником тянется газовый хвост: вдоль орбиты Ио обнаружено излучение кислорода, паров натрия и серы — продуктов вулканических извержении.

Второй из галилеевых спутников — Европа по размеру несколько меньше Луны, его диаметр 3130 км, а средняя плотность вещества около 3 г/см3. Поверхность спутника испещрена сетью светлых и темных линий: по-видимому, это трещины в ледяной коре, возникшие в результате тектонических процессов. Ширина этих разломов меняется от нескольких километров до сотен километров, а протяженность достигает тысяч километров. Оценка толщины коры колеблется от нескольких километров до десятков километров. В недрах Европы также выделяется энергия приливного взаимодействия, которая поддерживает в жидком виде мантию — подледный океан, возможно даже теплый. Не удивительно поэтому, что существует предположение о возможности существования простейших форм жизни в этом океане. Исходя из средней плотности спутника, под океаном должны быть силикатные породы. Поскольку кратеров на Европе, имеющей довольно гладкую поверхность, очень мало, возраст деталей этой оранжево-коричневой поверхности оценивается в сотни тысяч и миллионы лет. На снимках высокого разрешения, полученных «Галилео», видны отдельные поля неправильной формы с вытянутыми параллельными хребтами и долинами, напоминающими шоссейные дороги. В ряде мест выделяются темные пятна, скорее всего это отложения вещества, вынесенного из-под ледяного слоя.

По мнению американского ученого Ричарда Гринберга, условия для жизни на Европе следует искать не в глубоком подледном океане, а в многочисленных трещинах. Из-за приливного эффекта трещины периодически сужаются и расширяются до ширины 1 м. Когда трещина сужается, вода океана уходит вниз, а когда она начинает расширяться, вода поднимается по ней почти до самой поверхности. Сквозь ледяную пробку, мешающую воде достичь поверхности, проникают солнечные лучи, неся энергию, необходимую живым организмам.

Самый крупный спутник в системе Юпитера — Ганимед имеет диаметр 5268 км, однако его средняя плотность лишь вдвое превосходит плотность воды; это говорит о том, что около 50% массы спутника приходится на лед. Множество кратеров, покрывающих участки темно-коричневого цвета, свидетельствует о древнем возрасте этой поверхности, около 3-4 млрд. лет. Более молодые участки покрыты системами параллельных борозд, сформированных более светлым материалом в процессе растяжения ледяной коры. Глубина этих борозд — несколько сотен метров, ширина — десятки километров, а протяженность может доходить до нескольких тысяч километров. У некоторых кратеров Ганимеда встречаются не только светлые лучевые системы (похожие на лунные), но иногда и темные.

Диаметр Каллисто 4800 км. Исходя из средней плотности спутника (1,83 г/см 3), предполагают, что водяной лед составляет около 60% его массы. Толщина ледяной коры, как и у Ганимеда, оценивается десятками километров. Вся поверхность этого спутника сплошь усеяна кратерами самых разных размеров. На нем нет протяженных равнин или систем борозд. Кратеры на Каллисто имеют слабо выраженный вал и небольшую глубину. Уникальной деталью рельефа является многокольцевая структура диаметром 2600 км, состоящая из десяти концентрических колец. Температура поверхности на экваторе Каллисто в полдень достигает -120 °C. У спутника обнаружено собственное магнитное поле.

30 декабря 2000 г. вблизи Юпитера прошел зонд «Кассини», направляющийся к Сатурну. При этом был выполнен ряд экспериментов в окрестности «царя планет». Один из них был направлен на обнаружение очень разреженных атмосфер галилеевых спутников во время их затмения Юпитером. Другой эксперимент состоял в регистрации излучения радиационных поясов Юпитера. Интересно, что параллельно с работой «Кассини» это же излучение регистрировалось с помощью наземных телескопов школьниками и студентами в США. Результаты их исследований были использованы наряду с данными «Кассини».

В результате изучения галилеевых спутников была высказана интересная гипотеза о том, что на ранних стадиях своей эволюции планеты-гиганты излучали в космос огромные потоки тепла. Излучение Юпитера могло плавить льды на поверхности трех галилеевых спутников. На четвертом — Каллисто — этого не должно было произойти, поскольку он удален от Юпитера на 2 млн. км. Поэтому и поверхность его так отличается от поверхностей более близких к планете спутников.

Среди планет-гигантов Сатурн выделяется своей замечательной системой колец. Подобно Юпитеру, он представляет собой огромный быстро вращающийся шар, состоящий преимущественно из жидкого водорода и гелия. Обращаясь вокруг Солнца на расстоянии в 10 раз дальше Земли, Сатурн совершает полный оборот по почти круговой орбите за 29,5 лет. Угол наклона орбиты к плоскости эклиптики составляет всего 2°, в то время как экваториальная плоскость Сатурна наклонена на 27° к плоскости его орбиты, поэтому смена времен года присуща этой планете.

Имя Сатурна восходит к римскому аналогу античного титана Кроноса, сына Урана и Геи. Эта вторая по массе планета превосходит Землю по объему в 800 раз, а по массе в 95 раз. Нетрудно вычислить, что его средняя плотность (0,7 г/см 3) меньше плотности воды — уникально низкая для планет Солнечной системы. Экваториальный радиус Сатурна по верхней границе облачного слоя 60 270 км, а полярный радиус на несколько тысяч километров меньше. Период вращения Сатурна составляет 10 час 40 мин. В атмосфере Сатурна содержится 94% водорода и 6% гелия (по объему).

Нептун был открыт в 1846 г. в результате точного теоретического прогноза. Изучив движение Урана, французский астроном Леверье определил, что на седьмую планету влияет притяжение не менее массивного неизвестного тела, и вычислил его положение. Руководствуясь этим прогнозом, немецкие астрономы Галле и Д»Аррест обнаружили Нептун. Позднее выяснилось, что, начиная с Галилея, астрономы отмечали положение Нептуна на картах, но принимали его за звезду.

Нептун — четвертая из планет-гигантов, назван в честь бога морей в античной мифологии. Экваториальный радиус Нептуна (24 764 км) почти в 4 раза превышает радиус Земли, а по массе Нептун в17 раз больше нашей планеты. Средняя плотность Нептуна 1,64 г/см 3 . Он обращается вокруг Солнца на расстоянии 4,5 млрд км (30 а. е.), совершая полный цикл почти за 165 земных лет. Плоскость орбиты планеты наклонена на 1,8° к плоскости эклиптики. Наклон экватора к плоскости орбиты составляет 29,6°. Из-за большой удаленности от Солнца освещенность на Нептуне в 900 раз меньше, чем на Земле.

Данные, переданные «Вояджером-2», который прошел на расстоянии около 5000 км от поверхности облачного слоя Нептуна в 1989 г., позволили увидеть детали облачного покрова планеты. Полосы на Нептуне выражены слабо. Большое темное пятно размером с нашу планету, обнаруженное в южном полушарии Нептуна, является гигантским антициклоном, совершающим полный оборот за 16 земных суток. Это область повышенного давления и температуры. В отличие от Большого Красного Пятна на Юпитере, дрейфующего со скоростью 3 м/с, Большое Темное Пятно на Нептуне перемещается к западу со скоростью 325 м/с. Темное пятно меньших размеров, расположенное на 74° ю. ш., за неделю сместилось на 2000 км к северу. Довольно быстрым движением отличалось и светлое образование в атмосфере — так называемый «скутер». В некоторых местах скорость ветра в атмосфере Нептуна достигает 400-700 м/с.

Как и у других планет-гигантов, атмосфера у Нептуна в основном состоит из водорода. На долю гелия приходится около 15%, и 1% — на долю метана. Видимый облачный слой соответствует давлению 1,2 бар. Предполагается, что на дне нептунианской атмосферы находится океан из воды, насыщенной различными ионами. Значительное количество метана, по-видимому, содержится глубже, в ледяной мантии планеты. Даже при температуре в тысячи градусов, при давлении в 1 Мбар смесь воды, метана и аммиака может образовать твердые льды. На долю горячей ледяной мантии, вероятно, приходится 70% массы всей планеты. Около 25% массы Нептуна должно, по расчетам, принадлежать ядру планеты, состоящему из окислов кремния, магния, железа и его соединений, а также каменных пород. Модель внутреннего строения планеты показывает, что давление в ее центре около 7 Мбар, а температура около 7000 К. В отличие от Урана, поток тепла из недр Нептуна почти втрое больше тепла, получаемого от Солнца. Этот феномен связывают с выделением тепла при радиоактивном распаде веществ с большим атомным весом.

Магнитное поле Нептуна вдвое слабее, чем поле Урана. Угол между осью магнитного диполя и осью вращения Нептуна 47°. Центр диполя смещен на 6000 км в южное полушарие, поэтому магнитная индукция у южного магнитного полюса в 10 раз выше, чем у северного.

Кольца Нептуна в целом похожи на кольца Урана, с той лишь разницей, что суммарная площадь вещества в кольцах Нептуна в 100 раз меньше, чем в кольцах Урана. Отдельные дуги колец, окружающих Нептун, были обнаружены при покрытиях звезд планетой. На снимках «Вояджера-2» вокруг Нептуна видны незамкнутые образования, которые назвали арками. Они расположены на сплошном самом внешнем кольце малой плотности. Диаметр внешнего кольца 69,2 тыс. км, а ширина арок примерно 50 км. Другие кольца, находящиеся на расстояниях от 61,9 тыс. км до 62,9 тыс. км, замкнутые. При наблюдениях с Земли к середине ХХ века были найдены 2 спутника Нептуна — Тритон и Нереида. «Вояджер-2» обнаружил еще 6 спутников размером от 50 до 400 км и уточнил диаметры Тритона (2705 км) и Нереиды (340 км). В 2002-03 гг. при наблюдениях с Земли были открыты еще 5 далеких спутников Нептуна.

Крупнейший спутник Нептуна — Тритон обращается вокруг планеты на расстоянии 355 тыс. км с периодом около 6 суток по круговой орбите, наклоненной на 23° к экватору планеты. При этом он единственный из внутренних спутников Нептуна, движущийся по орбите в обратном направлении. Период осевого вращения Тритона совпадает с его орбитальным периодом. Средняя плотность Тритона 2,1 г/см3. Температура поверхности очень низкая (38 К). На космических снимках большая часть поверхности Тритона представляет собой равнину с множеством трещин, отчего она напоминает дынную корку. Южный полюс окружает светлая полярная шапка. На равнине обнаружены несколько впадин поперечником 150 — 250 км. Вероятно, ледяная кора спутника многократно перерабатывалась в результате тектонической активности и падения метеоритов. У Тритона, по-видимому, есть каменное ядро радиусом около 1000 км. Предполагается, что ледяная кора толщиной около 180 км покрывает водный океан глубиной около 150 км, насыщенный аммиаком, метаном, солями и ионами. Разреженная атмосфера Тритона в основном состоит из азота, небольшого количества метана и водорода. Снег на поверхности Тритона — это иней азота. Полярная шапка также образована азотным инеем. Удивительные образования, выявленные на полярной шапке — темные пятна, вытянутые к северо-востоку (их было найдено около пятидесяти). Они оказались газовыми гейзерами, поднимающимися на высоту до 8 км, и затем превращающиеся в шлейфы, тянущиеся примерно на 150 км.

В отличие от остальных внутренних спутников, Нереида движется по очень вытянутой орбите, своим эксцентриситетом (0,75) больше похожей на орбиту комет.

Плутон, после его открытия в 1930 г., считался самой маленькой планетой Солнечной системы. В 2006 г. решением Международного астрономического союза он был лишен статуса классической планеты и стал прототипом нового класса объектов — карликовых планет. Пока в группу планет-карликов кроме него входят астероид Церера и несколько недавно открытых объектов в поясе Койпера, за орбитой Нептуна; один из них даже превышает размером Плутон. Нет сомнений, что в поясе Койпера обнаружатся и другие подобные объекты; так что планет-карликов в Солнечной системе может оказаться довольно много.

Плутон обращается вокруг Солнца за 245,7 лет. В момент своего открытия он был довольно далеко от Солнца, занимая месту девятой планеты Солнечной системы. Но орбита Плутона, как оказалось, имеет значительный эксцентриситет, поэтому в каждом орбитальном цикле он в течение 20 лет находится ближе к Солнцу, чем Нептун. В конце ХХ столетия как раз был такой период: 23 января 1979 г. Плутон пересек орбиту Нептуна, так что оказался ближе него к Солнцу и формально превратился в восьмую планету. В этом статусе он пребывал до по 15 марта 1999 г. Пройдя через перигелий своей орбиты (29,6 а. е.) в сентябре 1989 г., Плутон теперь удаляется в сторону афелия (48,8 а. е.), которого он достигнет в 2112 г., а первый после своего открытия полный оборот вокруг Солнца завершит лишь в 2176 г.

Чтобы понять интерес астрономов к Плутону, нужно вспомнить историю его открытия. В начале ХХ века, наблюдая за движением Урана и Нептуна, астрономы заметили некоторую странность в их поведении и предположили, что за орбитами этих планет существует еще одна, неоткрытая, гравитационное влияние которой сказывается на движении известных планет-гигантов. Астрономы даже рассчитали предполагаемое место этой планеты, — «Планеты Х», — хотя и не очень уверенно. После длительных поисков, в 1930 г. американский астроном Клайд Томбо открыл девятую планету, названную именем бога подземного мира — Плутона. Однако открытие, по-видимому, было случайным: последующие измерения показали, что масса Плутона слишком мала, чтобы его гравитация заметным образом отразилась на движении Нептуна и, тем более, Урана. Орбита Плутона оказалась значительно более вытянутой, чем у других планет, и заметно наклоненной (17°) к эклиптике, что также не характерно для планет. Некоторые астрономы склонны считать Плутон «неправильной» планетой, больше похожей на стероид или на потерянный спутник Нептуна. Однако у Плутона есть свои спутники, а по временам бывает и атмосфера, когда покрывающие его поверхность льды испаряются в области перигелия орбиты. Вообще же Плутон исследован очень слабо, поскольку к нему пока не долетел ни один зонд; до недавних пор не предпринималось даже таких попыток. Но в январе 2006 г. к Плутону стартовал аппарат «New Horizons» (NASA), который должен пролететь мимо планеты в июле 2015 г.

Измеряя интенсивность отраженного Плутоном солнечного света, астрономы установили, что видимый блеск планеты периодически меняется. Этот период (6,4 сут) был принят за период осевого вращения Плутона. В 1978 г. американский астроном Дж. Кристи обратил внимание на неправильную форму изображения Плутона на фотоснимках, полученных с наилучшим угловым разрешением: размытое пятнышко изображения часто мело выступ с одной стороны; его положение также изменялось с периодом 6,4 сут. Кристи заключил, что у Плутона имеется довольно крупный спутник, который назвали Хароном по имени мифического лодочника, перевозившего души умерших по рекам в подземном царстве мертвых (владыкой этого царства, как известно, был Плутон). Харон появляется то с севера, то с юга от Плутона, поэтому стало ясно, что орбита спутника, как и ось вращения самой планеты, сильно наклонена к плоскости ее орбиты. Измерения показали, что угол между осью вращения Плутона и плоскостью его орбиты составляет около 32°, а вращение обратное. Орбита Харона лежит в экваториальной плоскости Плутона. В 2005 г. были открыты еще два небольших спутника — Гидра и Никс, обращающиеся дальше Харона, но в той же плоскости. Таким образом, Плутон со своими спутниками напоминает Уран, который вращается, «лежа на боку».

Период вращения Харона, составляющий 6,4 суток, совпадает с периодом его движения вокруг Плутона. Как и Луна, Харон всегда обращен к планете одной стороной. Это свойственно всем спутникам, движущимся недалеко от планеты. Удивительно другое — Плутон также обращен к Харону всегда одной и той же своей стороной; в этом смысле они равноправны. Плутон и Харон — уникальная двойная система, очень компактная и имеющая беспрецедентно высокое отношение масс спутника и планеты (1:8). Отношение масс Луны и Земли, например, составляет 1:81, а у других планет аналогичные отношения гораздо меньше. По существу, Плутон и Харон — двойная карликовая планета.

Наилучшие изображения системы Плутон — Харон были получены Космическим телескопом «Хаббл». По ним удалось определить расстояние между спутником и планетой, оказавшееся всего около 19 400 км. Используя затмения звезд Плутоном, а также взаимные затмения планеты ее спутником, удалось уточнить их размеры: диаметр Плутона по недавним оценкам составляет 2300 км, а диаметр Харона — 1200 км. Средняя плотность Плутона находится в пределах от 1,8 до 2,1 г/см 3 , а Харона — от 1,2 до 1,3 г/см 3 . По-видимому, внутреннее строение Плутона, состоящего из каменных пород и водяного льда, отличается от строения Харона, больше похожего на ледяные спутники планет-гигантов. Поверхность Харона на 30% темнее, чем у Плутона. Различен и цвет у планеты и спутника. По-видимому, они образовались независимо друг от друга. Наблюдения показали, что в перигелии орбиты яркость Плутона заметно увеличивается. Это дало основание предположить появление у Плутона временной атмосферы. При покрытии звезды Плутоном в 1988 г. яркость этой звезды убывала постепенно в течение нескольких секунд, из чего было окончательно установлено наличие у Плутона атмосферы. Главной ее составляющей, скорее всего, служит азот, а из других компонентов возможно наличие метана, аргона и неона. Толщина слоя дымки оценивается в 45 км, а самой атмосферы — в 270 км. Содержание метана должно меняться в зависимости от положения Плутона на орбите. Плутон прошел перигелий в 1989 г. Расчеты показывают, что часть отложений замерзшего метана, азота и углекислого газа, имеющихся на его поверхности в виде льдов и инея, при приближении планеты к Солнцу переходит в атмосферу. Максимальная температура поверхности Плутона составляет 62 К. Поверхность Харона, по-видимому, образована водяным льдом.

Итак, Плутон — это единственная планета (хоть и карликовая), атмосфера у которой то возникает, то исчезает, как у кометы во время ее движения вокруг Солнца. С помощью космического телескопа «Хаббл» в мае 2005 года были обнаружены два новых спутника карликовой планеты Плутон, получившие названия Никта и Гидра. Орбиты этих спутников располагаются за орбитой Харона. Никта находится на расстоянии около 50000 км от Плутона, а Гидра — около 65 000 км. Миссия «Новые горизонты», стартовавшая в январе 2006 г., предназначена для изучения окрестностей Плутона и Пояса Койпера.

Близкие встречи с автоматическими космическими аппаратами превратили для нас планеты, спутники и бесчисленные мелкие миры из интригующих разрисованных дисков или далеких точек света в полноценные сложные объекты с уникальной историей.

РЯДОМ С СОЛНЦЕМ

Ближе всего к Солнцу лежит быстро вращающийся Меркурий, и именно он задал ученым сложнейшую задачу, поскольку аппараты сталкиваются с трудностями при выходе на его орбиту. Благодаря станции «Маринер-10», стартовавшей в 1973 году, мы узнали о поверхности Меркурия.

Астрономы были рады любой возможности увидеть хоть какие-либо детали поверхности этой планеты. Теперь, когда космическая станция «МЕССЕНДЖЕР», наконец, вышла на орбиту Меркурия, ей предстоит составить карту его невидимой стороны.

БЛИЗНЕЦ ЗЕМЛИ

Венера, вторая от Солнца планета и ближайшая соседка Земли, с начала 1960-х годов приняла у себя целый отряд орбитальных аппаратов и посадочных модулей. При этом ее враждебная поверхность быстро разрушала все аппараты, которые пытались войти в ее плотную атмосферу.

Советские аппараты для изучения Венеры достигли уникальных успехов: жесткая и мягкая посадка на поверхность, изучение атмосферы, обнаружение водородной короны, первый сеанс радиосвязи с другой планеты и пр. В начале 1990-х годов американская станция «Магеллан» с помощью радара составила карту поверхности планеты, открыв целый мир вулканов.

Стартовые окна
. Отправить космическую станцию на другую планету очень трудно, это ведь не простой перелет по прямой линии от одной орбиты до другой. Следовательно, космический аппарат должен пройти дальше кратчайшего расстояния между двумя объектами. Аппараты используют гомановскую траекторию (орбиту Гомана — Ветчинкина). По существу, это сегмент эллиптической орбиты вокруг Солнца, которая заставляет аппарат вращаться по спирали, приближаясь к центру Солнечной системы. Такие орбиты помогают минимизировать расход топлива, однако из-за подобных условий аппарат может покидать Землю только в узком временном окне (где-то пару недель), когда он точно сможет встретиться с нужным объектом. Если маршрут космической станции проходит мимо больше одной планеты, то планирование полета вызывает значительные трудности.

НАШ СПУТНИК

Луна находится на нашем космическом крыльце, поэтому ее так легко наблюдать в тех или иных подробностях в любой телескоп. Наверное, поэтому Луна была и остается популярной целью для космических аппаратов, начиная с самых первых советских экспедиций «Луна» в конце 1950-х годов.

Многие американские станции 1960-х годов конструировались преимущественно в поддержку пилотируемой программы «Аполлон». К примеру, аппараты серии «Рейнджер» сделали подробные фотографии поверхности нашего спутника. Полученные фото показали, что лунные кратеры не имеют нижней границы размеров, поэтому, вероятно, являются следствием ударов метеоритов, а не вулканической активности.

Вскоре после этого американские аппараты «Сервейер», выполнившие мягкую посадку, исследовали условия на поверхности Луны, а серия орбитальных аппаратов «Лунар Орбитер» составила подробный фотографический атлас.

С 1990-х годов к Луне снова были отправлены космические станции, в частности Lunar Prospector (он первым составил карту элементного состава поверхности Луны) и японский орбитальный аппарат «КАГУЯ», оборудованный камерами высокого разрешения.

МЕНЯЮЩИЙСЯ МАРС

Красная планета служила непрерывным источником для игры воображения многих специалистов еще задолго до начала космической эры. Первые станции «Маринер» пролетали над кратерированными южными высокогорьями. Эти первые беглые взгляды обнаружили нечто вроде ржавой версии нашей безжизненной Луны, развенчав все иллюзии о том, что Марс может быть вполне гостеприимен для нас. Прибытие орбитального аппарата «Маринер-9» в 1971 году изменило представления о планете. Обнаружилось, что это куда более интересный мир с громадными вулканами и древними руслами рек.

ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ СЕКРЕТЫ

В 1996 году была запущена станция «Марс Глобал Сервейор», которая вместе с последовавшими за ней другими аппаратами обнаружила будоражащие воображение признаки того, что на или под поверхностью Марса и сегодня может течь вода.

Благодаря посадочным модулям мы узнали историю Марса. Аппараты «Викинг» представили нам первый беглый взгляд на пустынную поверхность планеты в 1976 году, когда они тщетно искали признаки жизни. Mars Pathfinder («Марсопроходец») и марсоходы Mars Exploration Rover осматривали ландшафт планеты в 1997-м и далее с 2004 года. Они помогли раскрыть ряд важных геологических секретов, нашли убедительные доказательства того, что некогда стоячая вода была широко распространена по всей планете.

Посадочный модуль «Феникс», запущенный в 2007 году, прибыл на Северный полюс Марса в мае 2008 для подтверждения существования на планете воды. В сентябре 2008 года модуль увидел снег, падавший с облаков Марса.

МАЛЫЕ МИРЫ

Космические аппараты посещали также — астероиды и кометы. Комета Галлея, первый такой объект, который земные станции посетили в 1986 году, оказалась очень эффектной. Последовавшие в дальнейшем миссии исследовали кометы различными способами: отбирали образцы материала из их хвостов, падали на них и фотографировали их поверхности.

«Галилео» впервые показал нам крупным планом астероид, когда находился в полете к Юпитеру в 1991 году. Но первые подробные снимки были получены в рамках проекта по отслеживанию околоземных астероидов NEAR, когда космическая станция вышла на орбиту астероида (433) Эрос на целый год, начиная с 2000-го.

СРЕДИ ГИГАНТОВ

За пределы пояса астероидов , полетевшие на свидание с Юпитером и Сатурном в 1970-х годах. Они проложили путь аппаратам «Вояджер», обнаружившим сложность устройства планет-гигантов.

Хотя встреча с небесным телом ограничивалась лишь расширенным пролетом мимо него, великолепные камеры на борту и тщательно высчитанные траектории позволяли станциям проходить максимально близко к крупнейшим спутникам. Вот почему им удалось открыть вулканическую активность на Ио, признаки наличия океана под ледяной корой Европы, плотную атмосферу, укрывающую Титан, и поразительную сложность системы колец Сатурна.

Этих открытий оказалось более чем достаточно, чтобы подтвердить целесообразность отправки орбитальных станций «Галилео» и «Кассини» для исследования Юпитера и Сатурна. «Галилео» не только подтвердил теории о существовании водяного океана на спутнике Юпитера Европе, но и нашел доказательства чего-то похожего под поверхностью Ганимеда и Каллисто. «Кассини» открыла на Титане углеводородные озера, а также выявила активность на маленьком спутнике Энцеладе.

НА КРАЙ СВЕТА

Если «Вояджер-1» от Сатурна полетел в космическое пространство, то «Вояджер-2» с помощью гравитационных маневров обогнул Уран и Нептун, бросив лишь беглый взгляд на эти холодные миры и их системы спутников.

Ни один из этих аппаратов, находясь на пути к краю Солнечной системы, не смог пролететь мимо объектов пояса Койпера, но запущенная недавно станция «Новые горизонты» заполнит этот пробел, и наше первое разведывательное освоение Солнечной системы, длившееся более полувека, будет завершено.

История и строение

Солнечная система – наша планетная система, включающая в себя Солнце и все естественные объекты, вращающиеся вокруг него. Она появилась 4,57 миллиарда лет назад, когда температура и давление, создаваемые гравитацией внутри первичного газопылевого облака, привели к началу термоядерной реакции.

Основную часть массы Солнечной системы заключается в Солнце, а все остальное содержится в планетах, карликовых планетах, астероидах, кометах, пыли и газе. Восемь относительно уединенных планет имеют относительно круговые орбиты и располагаются в границах почти плоского диска — плоскости эклиптики. Земля входит в так называемую земную группу, в которую входят первые четыре от Солнца планеты — Меркурий, Венера, Земля и , состоящие в основном, из силикатов и металлов. За ними следует группа из четырех более удалённых от Солнца планет — , Урана и Нептуна (также называемых газовыми гигантами), по сравнению с планетами земного типа их размеры огромны. Особенно велики Юпитер и Сатурн, крупнейшие в Солнечной системе, состоящие в основном из гелия и водорода; в составе Урана и Нептуна, кроме водорода и гелия, определяется также угарный газ и метан. Эти планеты также называют «ледяными гигантами». Все газовые гиганты окружены кольцами из пыли и других частиц.

Наша система обладает двумя областями с малыми телами. Пояс астероидов между Марсом и Юпитером
включает в себя множество объектов, состоящих из силикатов и металлов, что говорит о сходстве с планетами земного типа. Самые крупные объекты в нем это карликовая планета и астероиды Веста, Гигея и Паллада. За орбитой Нептуна находится так называемый пояс Койпера, его объекты состоят из водяного льда, аммиака и метана. Крупнейшими объектами пояса Койпера
, обнаруженными на этот день, считают , Седну, Хаумеа, Макемаке, Квавар, Орк и Эриду.

В Солнечной системе существуют и другие популяции малых тел, такие как планетные квазиспутники и троянцы, околоземные астероиды, кентавры, дамоклоиды, а также перемещающиеся по системе кометы, метеороиды и космическая пыль.

Солнечный ветер (поток плазмы от Солнца) создаёт пузырь в межзвёздной среде, называемый гелиосферой
, который простирается до края рассеянного диска. Гипотетическое облако Оорта, служащее источником долгопериодических комет, может простираться на расстояние примерно в тысячу раз дальше гелиосферы.

Солнечная система входит в состав галактики Млечный Путь.

Центральный объект системы, Солнце, является так называемым жёлтым карликом и принадлежит к звездам главной последовательности спектрального класса G2V. Несмотря на такое название, Солнце вовсе не маленькая звезда. Ее масса составляет примерно 99,866 % массы всей системы. Примерно 99 % оставшейся массы приходится на газовые гиганты (из этого большая часть досталась Юпитеру и Сатурну — около 90 %).

Движение большинства крупных объектов Солнечной системы происходит практически в одной плоскости, получившей название плоскость эклиптики
, но движение комет и многих объектов пояса Койпера часто характеризует большой угол наклона к этой плоскости.

Направление вращения всех планет и большинства других объектов повторяет направление вращения Солнца
, из этого правила есть исключения, например, комета Галлея.

Самая большая угловая скорость зафиксирована у Меркурия — на полный оборот вокруг Солнца он тратит 88 земных суток, а у самой далекой планеты, Нептуна, один оборот вокруг Солнца происходит за 165 земных лет.

У большинства планет направление вращения вокруг своей оси и направление вращения вокруг Солнца совпадают, исключением из этого правила являются Венера и Уран. Венера вращается в обратную сторону, причем очень медленно, один оборот происходит за 243 земных дня, а ось вращения Урана наклонена к оси эклиптики почти на 90°, практически он «лежит на боку».

Многие планеты в Солнечной системе имеют спутники, при этом некоторые из них превосходят по размерам Меркурий. Часто крупные спутники вращаются синхронно, это значит, что спутник всегда повернут к планете одной стороной.

Первая миссия к астероидам Юпитера может раскрыть происхождение Солнечной системы.

Космический корабль НАСА собирается начать свое путешествие в область внешней части Солнечной системы, которая никогда прежде не посещалась: набор астероидов, вращающихся вокруг Солнца вблизи Юпитера. Камни — «последняя неисследованная, но относительно доступная популяция малых тел», вращающихся вокруг Солнца, — говорит Вишну Редди, планетолог из Аризонского университета в Тусоне.

Миссия «Люси» стоимостью 981 миллион долларов США, которая должна стартовать с мыса Канаверал, штат Флорида, 16 октября, в течение следующих 12 лет проведет гравитационную гимнастику, пролетев мимо шести астероидов, известных как трояны, чтобы сфотографировать и определить их композиции. Ученые считают, что троянцы раскроют информацию о формировании и эволюции Солнечной системы. Название миссии отражает их надежды: Люси — это окаменелость гоминида возрастом 3,2 миллиона лет, обнаруженная в 1974 году в Эфиопии, которая раскрыла тайны происхождения человека.

Рабочие готовят капсулу, которая защитит космический корабль Люси во время запуска. Фото: НАСА/Бен Смегельски

Троянцы «очень загадочны, что делает их по-настоящему забавными», — говорит Одри Мартин, планетолог из Университета Северной Аризоны во Флагстаффе, которая работает с миссией Люси.

Астероиды, вероятно, образовались в самых отдаленных уголках Солнечной системы около 4,6 миллиарда лет назад, когда Земля, Юпитер и другие планеты объединились из диска газа и пыли вокруг новорожденного Солнца. В этом сценарии гравитационные взаимодействия отбросили бы троянцев внутрь, где они теперь вращаются как относительно нетронутые образцы строительных блоков Солнечной системы.

Ученые могут изучать троянцев, чтобы понять, на что похожи отдаленные, первобытные части Солнечной системы, без необходимости отправлять туда миссию.

Из дальних пределов

С 1991 года, когда космический корабль «Галилео» пронесся мимо астероида Гаспра на пути к Юпитеру, ряд миссий исследовали главный пояс астероидов Солнечной системы, расположенный между Марсом и Юпитером. Но ни одна миссия никогда не отправлялась к троянцам Юпитера, которые могут сильно отличаться от астероидов в главном поясе. «Каждый раз, когда мы идем к новым популяциям, мы узнаем что-то новое», — говорит Кэти Олкин, планетолог из Юго-западного научно-исследовательского института в Боулдере, штат Колорадо, и заместитель главного исследователя Люси.

Более 7000 троянских астероидов путешествуют вблизи Юпитера двумя большими роями, которые ведут и следуют за планетой, когда она вращается вокруг Солнца. На нескольких других планетах, включая Марс и Нептун, также есть троянские астероиды, которые внимательно следят за их орбитами; На Земле их как минимум два. Но на Юпитере есть самые известные троянцы.

На этой визуализации показано, как космический корабль «Люси» (синий) запустится с Земли (зеленый), а затем в течение 12 лет будет летать вокруг Солнечной системы, чтобы посетить троянские астероиды на орбите Юпитера (оранжевый). Он пролетит мимо одного астероида главного пояса (белая точка, вращающаяся между Марсом и Юпитером) и посетит шесть троянцев в роях вокруг Юпитера (белые точки; один из них представляет собой двойной астероид, состоящий из двух больших объектов). Фото: НАСА. Студия визуализации

Когда сформировалась Солнечная система, согласно одной из ведущих моделей формирования планет, планеты были намного ближе к Солнцу, чем сегодня. Затем гравитационные взаимодействия заставили многих из них мигрировать. Сатурн, Уран и Нептун двигались наружу от Солнца, а Юпитер двигался немного внутрь. В этом хаосе ледяные тела из самых отдаленных уголков Солнечной системы — пояса Койпера, где сегодня вращаются Плутон и другие небольшие объекты, — были выброшены внутрь. Юпитер захватил их, и с тех пор они остаются рядом, практически не изменившись за миллиарды лет. Это делает их важной частью понимания происхождения и эволюции Солнечной системы, говорит Лори Глейз, директор отдела планетарных исследований НАСА в штаб-квартире агентства в Вашингтоне, округ Колумбия.

Переписывание учебников

Возможно, из-за своего бурного происхождения троянские астероиды, названные в честь персонажей эпической поэмы Гомера Илиада , имеют самые разные цвета, формы и размеры ¹ . Люси посетит шесть из них, чтобы определить, почему они такие разные ² . Цели космического корабля включают Eurybates, остаток массивного космического столкновения шириной 64 километра, и его крошечный спутник Queta, обнаруженный в прошлом году с помощью космического телескопа Хаббла 9. 0031 3 . Другими являются 20-километровый Левк в форме футбольного мяча и пара, известная как Патрокл и Менетий, которые вращаются вокруг друг друга и имеют диаметр около 100 километров. Такие бинарные астероиды распространены в поясе Койпера, но не среди троянцев, насколько могут судить ученые.

НАСА «ударяет кулаком» по астероиду, чтобы раскрыть секреты Солнечной системы

После запуска Люси совершит несколько витков вокруг Земли, чтобы получить гравитационный импульс, необходимый для движения к своей первой цели, Еврибату, которую она достигнет только в 2027 году. Последний пролет Патрокла и Менетия произойдет только после 2033. «Вы определенно должны быть терпеливы, когда пытаетесь исследовать внешнюю часть Солнечной системы», — говорит Олкин.

Оснащенная двумя солнечными панелями шириной 7,3 метра, Люси пролетит мимо каждого астероида со скоростью от 6 до 9 километров в секунду, измеряя цвет, состав, вращение и массу астероида ⁴ . Что бы ни нашла миссия, это почти наверняка перепишет статьи из учебников о троянских астероидах, говорит Редди. «Мы можем выбросить все наши модели формирования в окно».

Ссылки

1. Sharkey, B.N.L. et al. Астрон. Дж. 158 , 204 (2019).

   Артикул

   Google ученый

2. Levison, H. F. et al. Планета. науч. J. 2, 171 (2021).

   Артикул

   Google ученый

3. Браун, М.Е. и др. Планета. науч. J. 2, 170 (2021).

   Артикул

   Google ученый

4. Olkin, C.B. et al. Планета. науч. J. 2, 172 (2021).

   Артикул

   Google ученый

Загрузить ссылки

Солнечная система » Обсерватория Лоуэлла

Астрономы Лоуэлла осуществляют широкий спектр исследовательских программ, целью которых является понимание природы, формирования, обитаемости и эволюции планетарных тел в нашей Солнечной системе.

Эта работа продолжает наследие обсерватории по изучению Солнечной системы. который начался с вопросов о нашей Солнечной системе и нашем месте в ней. Основатель Персиваль Лоуэлл основал обсерваторию в 189 г.4 для изучения планеты Марс в благоприятном противостоянии, а позднее в 1930 году Клайдом Томбо в обсерватории была открыта планета Плутон. После этих новаторских первоначальных исследований в обсерватории Лоуэлла продолжаются планетарные исследования.

Современные исследования включают ключевой вклад в текущие миссии космических кораблей, проведение новых лабораторных экспериментов и анализ наблюдений с помощью современных наземных и космических телескопов.

Кольца Сатурна отличаются разнообразием, как видно на этих снимках, сделанных космическим аппаратом «Кассини». Кольцо B оптически толстое и яркое, а кольцо F (вставка) узкое и тонкое. Он также наклонен по отношению к плоскости экватора Сатурна и другим кольцам. [Источник: https://www.sciencemag.org/news/2015/08/satellite-smashup-created-saturns-narrow-f-ring]

Кольца вокруг планет и кентавров

Доктор Аманда Бош изучает кентавров, небольшие тела, которые были рассеяны внутри области пояса Койпера и в конечном итоге либо покинут Солнечную систему, либо станут кометами семейства Юпитера. Они в значительной степени сохраняют изменчивый инвентарь со времени формирования Солнечной системы, что делает их интересными объектами для изучения как окно в ранний возраст нашей планетарной системы. Она ищет признаки активности в этих телах и обнаружила, что у Хирона, первого идентифицированного кентавра, есть система тонких колец. Она также использует технику звездного покрытия для изучения долговременной изменчивости атмосферы Плутона и кинематики систем колец Сатурна и Урана.

Узнайте больше о докторе Аманде Бош

Объект пояса Койпера Аррокот посетил космический корабль «Новые горизонты» в 2019 году. Форма с двумя лепестками была предложена предыдущими данными звездного затмения и подтверждена во время пролета. [Источник: https://www.nasa.gov/feature/far-far-away-in-the-sky-new-horizons-kuiper-belt-flyby-object-officially-named-arrokoth]

Покрытия

Доктор Ларри Вассерман изучает тела Солнечной системы с помощью покрытий. Его работа по покрытиям включает предсказание, наблюдение и анализ данных таких событий. Эти наблюдения приводят к пониманию размеров и формы малых тел, параметров, которые невозможно определить без дорогостоящего in situ космическая миссия. Они также могут выявить наличие атмосферы, как это произошло с Плутоном в 1988 году.

Узнайте больше о докторе Ларри Вассермане

Кратер Колумба на Марсе. Соли были обнаружены спектроскопически в местах, отмеченных цветными квадратами, что указывает на то, что жидкая вода существовала в этих местах когда-то в прошлом. [Источник: https://lowell.edu/salts-in-the-solar-system/

Жидкости

Основным исследовательским интересом доктора Дженнифер Хэнли является стабильность жидкостей в Солнечной системе, с особым вниманием к Марсу, Титану и Европе. . Она работает в сотрудничестве с Лабораторией льда НАУ, чтобы исследовать стабильность и спектральные свойства жидкостей и льдов при низких температурах и давлениях, имеющих отношение к внешней солнечной системе, особенно к Титану и Плутону. Она также изучает стабильность воды на Марсе и Европе в присутствии солей хлора, а также определяет спектральные свойства этих солей, чтобы помочь в обнаружении на удаленных телах.

Узнайте больше о докторе Дженнифер Хэнли

Комета 41P/Туттля-Джакобини-Кресака демонстрирует активную струйную активность, выбросы газа и пыли из ядра кометы. В течение шестинедельного периода в 2017 году период вращения этой кометы замедлился в два раза. [Источник: https://astroengine.com/2017/10/19/spinning-comet-slams-its-brakes-as-it-makes-earth-flyby/]

Эволюция и вращение кометы

Доктор Дейв Шлейхер основные исследовательские интересы включают физические свойства, химический состав и поведение комет. В своих исследованиях он использует различные инструменты наблюдения, а также теоретическое моделирование. В 19В 86 г. он вместе с доктором Робертом Миллисом обнаружил периодическую изменчивость кометы Галлея — открытие, которое глубоко повлияло на интерпретацию всех наблюдений кометы, в том числе с аппаратов Джотто и Вега.

Узнайте больше о докторе Дейве Шлейхере

В 2016 году данные сети обнаружения метеоритов Ника Московица LOCAMS использовались для определения места падения яркого огненного шара, за которым наблюдали более 400 человек. Эти 12 извлеченных фрагментов из метеорита Дищибикох. [Источник: https://azdailysun.com/opinion/columnists/view-from-mars-hill-detecting-an-intruder-from-outer-space/article_cae08725-6a90-5cb7-a2d7-b05ad54cd580.html

Формирование и эволюция астероидов

Исследования доктора Ника Московица сосредоточены на малых планетах Солнечной системы. Его работа затрагивает самые разные темы, от происхождения планет до исследования малых тел космическими кораблями. Темы, которыми занимаются Московиц и его сотрудники, включают понимание связи между астероидами и метеоритами, характеристику свойств метеоров, исследование геологической эволюции малых планет на протяжении истории Солнечной системы, разработку инструментов, позволяющих добывать данные о малых планетах, и использование телескопических наблюдений для поддерживать миссии космических кораблей.

В 2016 году данные сети метеорных камер Ника Московица LO-CAMS использовались для обнаружения метеоритов по яркому огненному шару, за которым наблюдали более 400 человек. Это 12 извлеченных фрагментов метеорита Дищыбикох.

Узнайте больше о докторе Нике Московице

Район Sputnik Planum встречается с горами al-Idrisi на Плутоне. Особенности поверхности Плутона состоят из водяного льда, метанового льда, азотного льда и ряда других летучих веществ; при сверхнизких температурах внешней Солнечной системы эти летучие вещества остаются твердыми. [Источник: https://www.nasa.gov/feature/new-horizons-returns-first-of-the-best-images-of-pluto]

Ледяная внешняя часть Солнечной системы

Исследования доктора Уилла Гранди охватывают ледяные внешние планеты Солнечной системы, спутники и объекты пояса Койпера с использованием широкого спектра наблюдательных, теоретических, лабораторных и космических методов. Он участвует в проектах по открытию двойных систем пояса Койпера и определению их взаимных орбит и масс. Он наблюдает за ледяными спутниками и объектами пояса Койпера, некоторые из которых имеют летучие поверхностные льды, которые сезонно взаимодействуют с их тонкой атмосферой, что приводит к множеству сложных и интересных явлений. Чтобы поддержать свою наблюдательную работу, Гранди также изучает криогенные льды и ледяные смеси в Лаборатории астрофизических материалов Университета Северной Аризоны. Он также является соисследователем миссии НАСА «Новые горизонты», в ходе которой в 2015 году была обнаружена система Плутона и небольшой объект пояса Койпера Аррокот в 2019 году., возглавив группу наземного состава миссии.

Узнайте больше о докторе Уилле Гранди

Транснептуновый объект 2004 TT357 диаметром около 150 км имеет кривую блеска, соответствующую двухлепестковому телу. [Источник: https://aasnova.org/2017/08/11/have-two-lonely-trans-neptunian-objects-found-each-other/]

Обломки Солнечной системы

Основные научные интересы доктора Одри Тируэн физические и динамические свойства малых тел Солнечной системы, таких как астероиды, кометы, кентавры, трояны и транснептуновые объекты (ТНО). Ее особенно интересуют вращательные свойства этих тел и то, что мы можем у них узнать, а также вращательные свойства и формирование двойных и кратных систем в Транснептуновом поясе и поясе астероидов. Она также работает над численным моделированием, чтобы объяснить формирование семей и, в более широком смысле, генезис двойных систем.

Узнайте больше о докторе Одри Тируэн

Исследователи Лоуэлла, изучающие тела Солнечной системы

Области исследований

Узнайте больше

Солнечная система

Ученые продолжают давнюю традицию изучения планет Солнечной системы включая Солнце, планеты, луны, кометы, метеоры, астероиды и объекты пояса Койпера.

Подробнее

Звездная астрофизика

Еще одной давней традицией в Лоуэлле является изучение звезд, от сверхмассивных звезд Вольфа-Райе до маломассивных М-карликов.

Подробнее

Экзопланетные системы

Астрономы Лоуэлла ищут далекие миры вокруг других звезд и определяют их природу.

Узнать больше

Галактическая и внегалактическая астрономия

Наблюдения В. М. Слайфера за красными смещениями галактик столетие назад стали первым свидетельством расширения Вселенной. Исследования структур галактик и Вселенной продолжаются в Лоуэлле и сегодня.

Подробнее

Культурная астрономия

Исследователи изучают не только то, как устроена Вселенная, но и то, как ее воспринимают люди, и интегрируют эти интерпретации в культуру.

Узнать больше

Исследования и разработки в области приборов

Наша команда по приборам выполняет различные работы в поддержку исследовательских приборов, телескопов и проектов по сохранению исторического наследия.

Недавно открытая планета бросает вызов представлениям астрономов о том, как формируются планеты: NPR

Недавно открытая планета бросает вызов представлениям астрономов о том, как формируются планеты Удивительно большая планета, вращающаяся вокруг маленькой звезды, противоречит общепринятому мнению о том, как рождаются планеты. Но идея темной лошадки более чем 20-летней давности может объяснить это.

Пространство

26 сентября 2019 г., 14:00 по восточному времени

Слышали обо всем

Необычная Солнечная система заставляет ученых переосмысливать теории формирования планет

Группа ученых использовала телескоп в обсерватории Калар-Альто в Испании, чтобы обнаружить газового гиганта, вращающегося вокруг крошечной красной звезды примерно в 30 световых годах от Земли.

Бабак Тафреши/Science Source/Getty Images

скрыть заголовок

переключить заголовок

Бабак Тафреши/Science Source/Getty Images

Группа ученых использовала телескоп в обсерватории Калар-Альто в Испании, чтобы обнаружить газового гиганта, вращающегося вокруг крошечной красной звезды примерно в 30 световых годах от Земли.

Бабак Тафреши/Science Source/Getty Images

Странная солнечная система, открытая недалеко от нашей, заставляет астрономов пересмотреть свои представления о том, как создаются планеты.

В журнале Science исследователей сообщают, что они обнаружили маленькую тусклую красную карликовую звезду примерно в 30 световых годах от Земли, которую притягивает гравитация огромной планеты, похожей на Юпитер.

«Это очень большая планета для такой маленькой звезды», — говорит Хуан Карлос Моралес, астрофизик из Института космических исследований Каталонии в Барселоне, который был частью исследовательской группы.

Он такой большой, говорит он, что его существование нельзя объяснить общепринятыми представлениями о том, как развиваются солнечные системы.

«Это удивительно, — говорит Моралес. «Нам нужен другой, альтернативный сценарий формирования, чтобы объяснить эту систему».

Вновь рожденные звезды временно окружены вращающимся диском остатков газа и пыли. Ученые давно считают, что планеты начинают расти, когда кусочки твердого материала в этом диске начинают сталкиваться и как бы слипаться.

Эти растущие тела со временем могут стать каменистыми планетами. Или они могут стать каменистыми ледяными ядрами, которые захватывают вращающиеся газы и превращаются в гигантов, подобных Юпитеру.

Это базовое понимание сохранилось, несмотря на то, что в последние годы астрономы обнаружили тысячи планет вокруг далеких звезд. Огромное количество известных миров включает в себя газовые гиганты, планеты размером с Землю, которые могут быть каменистыми, и планеты, размеры которых не похожи ни на что в нашей Солнечной системе.

Теоретически все они могут быть объяснены традиционной моделью «наращивания ядра», или слияния, модели построения планет — до сих пор. «Впервые мы уверены, что имеем планету, которую не можем объяснить с помощью модели аккреции ядра», — говорит Моралес.

Но есть еще одна идея, которая потенциально может объяснить эту планету, менее популярная, которая существует с 1997 года. Астроном, который ее выдвинул, Алан Босс из Института науки Карнеги в Вашингтоне, округ Колумбия, говорит, что она «на самом деле не был воспринят слишком серьезно очень многими людьми».

Более двух десятков лет назад, размышляя о том, как может вести себя вращающийся диск из газа и пыли, Босс понял, что области диска могут образовывать плотные комки, которые могут спонтанно сжиматься и коллапсировать в планеты.

«Это может произойти лет через 100», — говорит Босс.

Постепенное склеивание достаточного количества материала по частям, чтобы сформировать планету, может занять, скажем, 1 миллион лет или больше — слишком много времени, чтобы создать планету размером с Юпитер вокруг маломассивной звезды, такой как красный карлик в этом исследовании, Босс. говорит.

Это потому, что создание такой маленькой звезды оставило бы только ничтожный диск пыли и газа, который двигался со скоростью улитки и в конце концов исчезал. «Просто ничего не происходит в течение периода времени, в течение которого, как мы полагаем, эти диски прослужат», — объясняет Босс. — У тебя просто закончилось время.

Но это возможно в его сценарии быстрого создания планеты. И он был рад узнать, что теперь есть доказательства того, что это действительно может произойти во Вселенной.

«Я все еще немного шокирован тем, что кто-то действительно считает мои идеи достойными внимания», — смеется Босс. «Я уверен, что переживу это, но это очень приятно».

Кортни Дрессинг, астроном из Калифорнийского университета в Беркли, говорит, что эта находка новой планеты и ее последствия впечатляют.

Она говорит, что планета была обнаружена только потому, что исследовательская группа использовала новый инструмент, который может обнаруживать миры, вращающиеся относительно далеко от красноватых звезд.

«Я думаю, что это только вершина айсберга», — говорит Дрессинг. «Я думаю, что знание того, что эти объекты существуют, заставит нас более внимательно задуматься о том, как эти планеты образовались в первую очередь».

Ученые изучают планеты за пределами нашей Солнечной системы отчасти потому, что «никогда не знаешь, найдешь ли ты планету, которая просто противоречит тренду, является новой и в некотором роде захватывающей, которая проливает свет на проблему планетологии», — говорит Сара. Сигер, астрофизик и планетолог из Массачусетского технологического института. «И я думаю, что этот действительно подходит под эту категорию».

Она говорит, что часто в науке существует пара конкурирующих гипотез, объясняющих какое-то явление, например, как образуются планеты.

«Часто оказывается, что на самом деле верны обе парадигмы или обе концепции, — отмечает Сигер. «Природа умнее нас. И вполне вероятно, что если мы, люди, можем себе представить, что что-то происходит, это, вероятно, действительно происходит».

Сообщение спонсора

Стать спонсором NPR

интересных фактов о Солнечной системе

Хотя большинство из нас застряли на планете Земля, нам посчастливилось иметь достаточно прозрачную атмосферу. Это позволяет нам смотреть на небо и наблюдать за изменениями. Древние замечали блуждающие по небу планеты и случайных посетителей, таких как кометы.

Тысячи лет назад большинство считало, что нашей судьбой правят звезды. Однако сегодня мы можем наблюдать, как наука работает на планетах, астероидах и кометах недалеко от дома. Так зачем смотреть на Солнечную систему? Чему это может нас научить?

1. Определение планеты и луны нечеткое.

Все мы знаем о том известном голосовании Международного астрономического союза в 2006 году, когда Плутон был понижен в должности из планетарного статуса до недавно созданного класса под названием «карликовые планеты». Но определение вызвало разногласия среди некоторых, которые указали, что ни одна планета — карликовая или какая-то другая — идеально очищает окрестности на своей орбите, например, от астероидов. Считается, что луны вращаются вокруг планет, но это не распространяется на такие ситуации, как, например, луны, вращающиеся вокруг астероидов или двойных планет. Это показывает вам, что Солнечная система требует дополнительных исследований, чтобы понять это.

2. Остатки комет и астероидов.

Нет, мы не имеем в виду остатки еды — мы имеем в виду остатки того, как когда-то выглядела Солнечная система. Поэтому, хотя легко отвлечься на погоду, кратеры и перспективы жизни на планетах и ​​лунах, важно помнить, что мы также должны обращать внимание на более мелкие тела. Кометы и астероиды, например, могли принести на нашу планету органику и водяной лед, обеспечив то, что нам нужно для жизни.

Четыре изображения кометы 67P/Чурюмова–Герасименко, сделанные 30 ноября 2014 г. орбитальным космическим аппаратом Rosetta. Предоставлено: ESA/Rosetta/NAVCAM – CC BY-SA IGO 3.0

3. Все планеты находятся в одной «плоскости» и вращаются в одном направлении.

При рассмотрении определения планет МАС мы приходим к восьми: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Вы заметите, что эти тела имеют тенденцию следовать по одному и тому же пути в небе (называемом эклиптикой) и что они вращаются вокруг Солнца в одном и том же направлении. Это подтверждает основную теорию формирования Солнечной системы, согласно которой планеты, луны и Солнце образовались из большого газово-пылевого облака, которое конденсировалось и вращалось.

4. Мы далеко от центра галактики.

Мы можем измерять огромные расстояния во Вселенной, глядя на такие вещи, как «стандартные свечи» — тип взрывающихся звезд, которые обычно имеют одинаковую светимость, что позволяет легче предсказать, как далеко они от нас. В любом случае, глядя на окрестности, мы смогли понять, что находимся далеко не от центра галактики Млечный Путь. НАСА говорит, что мы находимся примерно в 165 квадриллионах миль от центральной сверхмассивной черной дыры, что, вероятно, хорошо.

Неподвижное фото из анимированного облета вселенной с использованием данных SDSS. На этом изображении показана наша Галактика Млечный Путь. Форма галактики — это концепция художника, и каждая из маленьких белых точек — это одна из сотен тысяч звезд, видимых SDSS. Изображение предоставлено:
Дана Берри / SkyWorks Digital, Inc. и Джонатан Берд (Университет Вандербильта)

5. Но Солнечная система больше, чем вы думаете.

За пределами орбиты Нептуна (самой дальней планеты) требуется много времени, чтобы покинуть Солнечную систему. В 2012 году, примерно через 35 лет после того, как он покинул Землю в одностороннем путешествии к внешней части Солнечной системы, «Вояджер-1» прошел через область, где магнитная и газовая среда Солнца уступает место среде звезд, а это означает, что это межзвездное пространство. Это было поразительное расстояние в 11 миллиардов миль (17 миллиардов километров) от Земли, или примерно 118 эквивалентных расстояний от Земли до Солнца (астрономических единиц).

6. Солнце имеет огромную массу.

Насколько массивным? 99,86% массы Солнечной системы приходится на нашу местную звезду, которая покажет вам, где находится настоящий тяжеловес. Солнце состоит из водорода и гелия, что показывает, что этих газов гораздо больше в наших окрестностях (и во Вселенной в целом), чем горных пород и металлов, с которыми мы более знакомы здесь, на Земле.

Солнечные протуберанцы и волокна на Солнце 18 сентября 2014 г., снимок с водородным альфа-фильтром. Авторы и права: Джон Чумак/Galactic Images.

7. Мы еще не закончили поиски жизни здесь.

Итак, мы точно знаем, что жизнь существует на Земле, но это не исключает целую кучу других мест. В древности на Марсе текла вода, а на его полюсах была замерзшая вода, что заставило астробиологов подумать, что это может быть хорошим кандидатом. Есть также целый ряд ледяных спутников, у которых под поверхностью могут быть океаны с жизнью, такие как Европа (на Юпитере) и Энцелад (на Сатурне). Есть также интересный мир Титана, на поверхности которого есть «пребиотическая химия» — химия, предшествовавшая жизни.

8. Мы можем использовать Солнечную систему, чтобы лучше понять экзопланеты.

Экзопланеты находятся так далеко и настолько малы для наших телескопов, что в их атмосферах трудно разглядеть очень много деталей. Но, взглянув, например, на химический состав Юпитера, мы можем сделать некоторые предсказания относительно газовых гигантов, находящихся дальше. Если мы посмотрим на Землю и Нептун, мы сможем лучше понять диапазон размеров планет, на которых может существовать жизнь (те самые «суперземли» и «мини-Нептуны», о которых вы иногда слышите). замерзания в нашей собственной Солнечной системе могут помочь нам лучше понять линию льда в других местах.

Мы написали статьи о Солнечной системе для Universe Today. Вот факты о планетах Солнечной системы. Мы записали целую серию подкастов о Солнечной системе на Astronomy Cast. Проверьте их здесь.

Нравится:

Нравится Загрузка…

3 Приоритетных вопроса планетоведения на следующее десятилетие

Посетите NAP.edu/10766, чтобы получить дополнительную информацию об этой книге, купить ее в печатном виде или загрузить как бесплатный PDF.

« Предыдущая: 2 Национальные и международные программы по планетологии

Страница 69

Делиться

Цитировать

Рекомендуемое цитирование: «3 приоритетных вопроса планетарной науки на следующее десятилетие». Национальный исследовательский совет. 2011. Видение и путешествия для планетоведения в десятилетие 2013-2022 гг. . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/13117.

×

Сохранить

Отменить

3

Приоритетные вопросы планетарной науки
Наука следующего десятилетия

СКВОЗНЫЕ ТЕМЫ

Сквозные темы планетарной науки касаются вопросов огромной важности, над которыми веками размышляли как ученые, так и не ученые. Они не могут быть полностью решены с помощью одного космического корабля и, вероятно, не будут полностью решены ни в этом, ни в следующем десятилетии. Темы не новы; их лайки можно найти в прошлых отчетах. ^{1, 2} Они объясняют, почему планетарная наука является важным делом, достойным общественной поддержки. Комитет определяет три темы, представляющие особый интерес на следующее десятилетие; они стимулируются недавними достижениями планетарной науки, а также их фундаментальной природой.

• Создание новых миров — понимание зарождения солнечной системы,

• Планетарная среда обитания — поиск условий для жизни и

• Работа солнечных систем — выявление планетарных процессов во времени.

Каждая тема содержит собственный набор вопросов, основанный на текущем понимании лежащих в основе научных проблем. Каждый вопрос представляет собой квинтэссенцию основных областей исследований в планетарной науке, а сами вопросы иногда являются сквозными. Каждый вопрос указывает на одно или несколько тел Солнечной системы, которые могут содержать подсказки или другую важную информацию, необходимую для решения вопросов. В последующих главах (4-8) эти вопросы рассматриваются более подробно, анализируя их для определения конкретных возможностей, которые лучше всего использовать в предстоящем десятилетии с помощью полетов больших, средних и малых космических аппаратов, а также других космических и наземных исследований. Как указано в следующих разделах, для достижения серьезных прорывов в решении многих из этих вопросов потребуются анализы на месте и, в конечном итоге, возврат образцов.

ПРИОРИТЕТНЫЕ ВОПРОСЫ

Строительство новых миров

Чуть более 4,5 миллиардов лет назад небольшой сгусток газа и пыли внутри гигантского молекулярного облака начал разрушаться, возможно, вызванный ударной волной соседней сверхновой. Сгусток состоял в основном из газообразного водорода и гелия, слегка обогащенного процентом или двумя более тяжелыми элементами — остатками звезд старшего поколения. Около 100 000 лет спустя гравитация и инерция превратили этот комок в сплющенный закрученный диск из материала 9.0003

Страница 70

Делиться

Цитировать

Рекомендуемое цитирование: «3 приоритетных вопроса планетарной науки на следующее десятилетие». Национальный исследовательский совет. 2011. Видение и путешествия для планетоведения в десятилетие 2013-2022 гг. . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/13117.

×

Сохранить

Отменить

с зарождающейся звездой в центре. Примерно через 50 миллионов лет центр этой «протозвезды» стал достаточно горячим, чтобы начался синтез водорода: родилось Солнце. Внутри диска обломков, вращающихся вокруг молодой звезды, началось формирование планеты. Газы конденсировались на пыли и льду, а лед и пыль начали срастаться и превращаться в предшественников планет: планетезималей. Они сталкивались друг с другом, становясь все больше и сложнее. Конечным результатом стал разнообразный набор планетарных тел, наблюдаемых сегодня в Солнечной системе; планетарные системы вокруг других звезд начинают проявлять еще большее разнообразие. Из этой истории образования и эволюции Солнечной системы вытекают три основных вопроса:

• Каковы были начальные этапы, условия и процессы формирования Солнечной системы и природа включенного в нее межзвездного вещества?

• Как происходила аккреция планет-гигантов и их спутниковых систем, и есть ли свидетельства того, что они мигрировали на новые орбитальные позиции?

• Что управляло аккрецией, поступлением воды, химическим составом и внутренней дифференциацией внутренних планет и эволюцией их атмосфер, и какую роль играли бомбардировки большими снарядами?

Планетарная среда обитания

По мере формирования Солнечной системы, по крайней мере, на одном планетарном теле произошло замечательное событие: жизнь зародилась, распространилась и развилась до такой степени, что человечество теперь размышляет о своем собственном происхождении. Было ли зарождение жизни уникальным событием или оно повторялось где-то еще в Солнечной системе или на внесолнечных планетных системах? Какие условия необходимы? Фундаментальный вопрос шире, чем вопрос о том, существует ли жизнь или существовала ли она на одном конкретном планетарном теле, таком как Марс, Европа или где-либо еще. Скорее, вопрос в том, как вообще возникла жизнь. Хотя механизмы возникновения жизни пока неизвестны, эти процессы, вероятно, связаны с одновременным присутствием органических соединений, микроэлементов, воды и источников энергии. Демонстрация того, что другие планетарные среды являются пристанищем для жизни, поможет выяснить происхождение жизни на Земле. Чтобы исследовать это, необходимо ответить на следующие вопросы о прошлой и настоящей планетарной среде, которая могла способствовать развитию жизни:

• Каковы были первоисточники органического вещества и где сегодня продолжается органический синтез?

• Были ли на Марсе или Венере древние водные среды, способствующие зарождению жизни, и есть ли доказательства возникновения жизни?

• Существуют ли за пределами Земли современные места обитания где-либо еще в Солнечной системе с необходимыми условиями, органическим веществом, водой, энергией и питательными веществами для поддержания жизни, и живут ли сейчас там организмы?

Работы Солнечных систем

Солнечная система представляет собой богатое разнообразие планетных сред. Известные планетные системы вокруг других звезд начинают демонстрировать еще более широкий спектр планетарных архитектур. Понимание этого разнообразия требует детального понимания физических и химических свойств и процессов, которые формируют планетарные недра, поверхности, атмосферы, кольца и магнитосферы. Соответствующие внутренние процессы включают, например, химическую дифференциацию, формирование ядра и перенос тепла на протяжении всей истории планеты. Ударные кратеры, тектонизм и вулканизм являются важными геологическими процессами, сформировавшими планетарные поверхности. Планетарные атмосферы хранят записи изменчивой эволюции планеты и взаимодействия между поверхностями, погодой и климатом. Не менее важно понять сложный баланс планеты с ее окружающей средой, среду, созданную и поддерживаемую звездой-хозяином, которая доминирует в планетарной системе. Звезды-хозяева, такие как Солнце, имеют свой собственный жизненный цикл, как и планеты, и изменения в течение этого цикла играют глубокую роль в модификации сопутствующих планет. Возникает множество критических вопросов о том, как функционируют планетарные системы:

• Как планеты-гиганты служат лабораториями для изучения Земли, Солнечной системы и внесолнечных планетных систем?

• Какие тела Солнечной системы угрожают биосфере Земли и какие механизмы защищают ее?

Страница 71

Делиться

Цитировать

Рекомендуемое цитирование: «3 приоритетных вопроса планетарной науки на следующее десятилетие». Национальный исследовательский совет. 2011. Видение и путешествия для планетоведения в десятилетие 2013–2022 годов . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/13117.

×

Сохранить

Отменить

• Может ли понимание роли физики, химии, геологии и динамики в формировании планетарных атмосфер и климата привести к лучшему пониманию изменения климата на Земле?

• Как бесчисленные химические и физические процессы, сформировавшие Солнечную систему, работали, взаимодействовали и развивались с течением времени?

В таблице 3. 1 обобщены вопросы и направления на следующее десятилетие, которые более подробно обсуждаются в оставшейся части этой главы; они рассматриваются более подробно в главах с 4 по 8. Таблица 9.4 в главе 9 связывает эти вопросы и направления с рекомендованными комитетом миссиями.

ТАБЛИЦА 3.1 Ключевые вопросы и планетарные направления для их решения

Сквозные темы	Приоритетные вопросы	Ключевые органы для изучения
Создание новых миров	1. Каковы были начальные этапы, условия и процессы образования Солнечной системы и природа включённого в неё межзвёздного вещества?	Кометы, астероиды, трояны, объекты пояса Койпера (см. главу 4)
	2. Как образовались планеты-гиганты и их спутниковая система, и есть ли свидетельства того, что они мигрировали на новые орбитальные позиции?	Энцелад, Европа, Ио, Ганимед, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, объекты пояса Койпера, Титан, кольца (см. главы 4, 7 и 8)
	3. Что управляло аккрецией, поступлением воды, химическим составом и внутренней дифференциацией внутренних планет и эволюцией их атмосфер, какую роль играла бомбардировка большими снарядами?	Марс, Луна, троянцы, Венера, астероиды, кометы (см. главы 4, 5 и 6)
Планетарные места обитания	4. Каковы были первоисточники органического вещества и где сегодня продолжается органический синтез?	Кометы, астероиды, трояны, объекты пояса Койпера, спутники урана, Энцелад, Европа, Марс, Титан (см. главы 4, 5, 6 и 8)
	5. Были ли на Марсе или Венере древние водные среды, способствующие зарождению жизни, и есть ли доказательства того, что жизнь возникла?	Марс и Венера (см. главы 5 и 6)
	6. Существуют ли за пределами Земли современные места обитания где-либо еще в Солнечной системе с необходимыми условиями, органическими веществами, водой, энергией и питательными веществами для поддержания жизни, или организмы живут там сейчас?	Энцелад, Европа, Марс, Титан (см. главы 6 и 8)
Работы по соляным системам	7. Как планеты-гиганты служат лабораториями для изучения Земли, Солнечной системы и внесолнечных планетных систем?	Юпитер, Нептун, Сатурн, Уран (см. главу 7)
	8. Какие тела Солнечной системы угрожают биосфере Земли и какие механизмы ее защищают?	Околоземные объекты, Луна, кометы, Юпитер (см. главы 4, 5 и 7)
	9. Может ли понимание роли физики, химии, геологии и динамики в движущихся планетных атмосферах и климате привести к лучшему пониманию изменения климата на Земле?	Марс, Юпитер, Нептун, Сатурн, Титан, Уран, Венера (см. главы 5, 6 и 8)
	10. Как бесчисленные химические и физические процессы, сформировавшие Солнечную систему, действовали, взаимодействовали и развивались с течением времени?	Все направления Солнечной системы. (см. главы 4, 5, 6, 7 и 8)

Страница 72

Делиться

Цитировать

Рекомендуемое цитирование: «3 приоритетных вопроса планетарной науки на следующее десятилетие». Национальный исследовательский совет. 2011. Видение и путешествия для планетоведения в десятилетие 2013-2022 гг. . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/13117.

×

Сохранить

Отменить

ПОСТРОЕНИЕ НОВЫХ МИРОВ: ПОНИМАНИЕ НАЧАЛА СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ

Каковы были начальные этапы, условия и процессы Солнечной системы
Формирование и природа межзвездной материи, которая была включена?

Близкий взрыв сверхновой, возможно, первоначально вызвал коллапс местного молекулярного облака и тем самым начало формирования Солнечной системы. ³ Многие примитивные тела — астероиды, кометы, метеориты, объекты пояса Койпера, троянские астероиды и тела в далеком облаке Оорта — все еще содержат неповрежденные записи этого очень раннего периода. Изучение их минералов, их изотопной и молекулярной химии может выявить физические условия, при которых они образовались, и дать нам лучшее представление об этой самой ранней стадии формирования Солнечной системы. На самом деле, мы можем увидеть изотопные доказательства такого взрыва сверхновой в образцах древних метеоритов. ⁴ В наименее обработанных образцах примитивных метеоритов сохранились крошечные досолнечные зерна, изотопный состав которых отражает процессы нуклеосинтеза в звездах и сверхновых, предшествовавшие формированию Солнечной системы. ⁵ Эти досолнечные звездные остатки предоставили ключевые ингредиенты (например, металлы и силикаты) для аккреции планет.

За последнее десятилетие был достигнут значительный прогресс в установлении связи состава досолнечных зерен в хондритовых метеоритах с конкретной звездной средой, в которой они образуются. ⁶ Неожиданно в образцах комет, доставленных миссией «Звездная пыль», оказалось мало досолнечных зерен, что свидетельствует об ограниченном понимании того, как и где досолнечные зерна были включены в солнечную туманность. ⁷ Недавние исследования органического вещества в этих материалах начинают показывать, как молекулы на основе углерода, образующиеся в межзвездном пространстве, подвергаются дальнейшей обработке и включению. Большинство известных до сих пор предсолнечных зерен представляют собой углерод (алмаз и графит) или карбиды; ⁸ остаются важные вопросы относительно обилия досолнечных силикатов и оксидов и того, как различаются составы досолнечных зерен и органических молекул среди комет.

После образования Солнца солнечная туманность постепенно начала сливаться и образовывать сгустки, которые, в свою очередь, аккрецировались в планетезимали. Во внутренней части Солнечной системы, где условия были более жаркими, примитивные астероиды и метеориты фиксируют ранние события и процессы в солнечной туманности, в результате которых межзвездные твердые вещества плавились, испарялись и конденсировались с образованием новых соединений. Дальше, за «снежной линией», было прохладнее, и летучие вещества конденсировались в виде льда; там начали формироваться планеты-гиганты и системы их спутников. В этом регионе и дальше, где температура была чрезвычайно низкой, что сводило к минимуму химическую обработку, сформировались родительские объекты комет. Они хранят самые точные записи первоначального химического состава внешних частей солнечной туманности. Распределение объектов пояса Койпера по размерам выявляет природу аккреции во внешней области, которая рано остановилась, остановив их рост. ^{9, 10} Смешивание материалов между областями туманности ясно показано различными компонентами в образцах кометы Stardust. ¹¹ Теперь также выяснилось, что некоторые дифференцированные астероиды образовались раньше, чем примитивные хондриты, что показывает, что аккреционные последовательности были гораздо более сложными, чем считалось ранее. ¹²

В течение следующего десятилетия важные прорывы в понимании досолнечных материалов и ранних небулярных процессов, безусловно, будут происходить благодаря применению все более совершенных аналитических методов при анализе метеоритов, межпланетной пыли и образцов звездной пыли. Однако больший потенциал для достижения важных шагов в понимании досолнечной и небулярной космохимии будет связан с анализом образцов, возвращенных непосредственно с поверхности комет. Образцы звездной пыли значительно расширили наши знания о досолнечных источниках и небулярных процессах. В конце концов, величайшие научные прорывы в решении этих вопросов будут связаны с изучением возвращенных образцов поверхности, летучие вещества которых были криогенно сохранены.

Как срослись планеты-гиганты и их спутниковые системы,
и есть ли доказательства того, что они мигрировали на новые орбитальные позиции?

Планеты земной группы выросли лишь до относительно небольших размеров из-за нехватки металлических и силикатных зерен во внутренней части солнечной туманности. Однако льда, сконденсировавшегося из туманного газа за линией снега, было больше. Ученые-планетологи наблюдают аналогичные процессы, происходящие в экзопланетных системах. Таким образом, планетарные зародыши планет-гигантов быстро росли в течение первых нескольких миллионов лет, пока они не стали достаточно массивными, чтобы непосредственно захватывать самые распространенные элементы в солнечной туманности, водород и гелий. Огромный размер Юпитера, скорее всего, связан с его положением сразу за линией снежного покрова: водяной пар, вытесняемый через эту границу, быстро конденсировался бы и

Страница 73

Делиться

Цитировать

Рекомендуемое цитирование: «3 приоритетных вопроса планетарной науки на следующее десятилетие». Национальный исследовательский совет. 2011. Видение и путешествия для планетоведения в десятилетие 2013-2022 гг. . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/13117.

×

Сохранить

Отменить

накапливать; твердые частицы, вращающиеся за пределами снеговой линии, попадали в зону низкого давления и ускорялись из-за уменьшения сопротивления, что замедляло их миграцию внутрь. Таким образом, зона питания Юпитера была чрезвычайно хорошо снабжена.

Обычные спутники Юпитера, Сатурна и Урана вращаются в своих экваториальных плоскостях, что позволяет предположить, что они сформировались в поднебулярных дисках, подобных миниатюрным солнечным системам. ¹³ Компланарная спутниковая система Нептуна, вероятно, была разрушена в результате захвата Тритона, его большого ретроградного спутника, вероятно, объекта пояса Койпера. Слишком маленькие, чтобы захватить много газа гравитационно, спутники срослись в основном из ледяных и каменистых твердых тел. Они могли улавливать газы в клатратах (то есть клетках с водяным льдом) или в аморфных льдах. Если бы их ледяные твердые тела поступали непосредственно из солнечной туманности, они бы сохранили небулярное изобилие летучих веществ. Данные Кассини-Гюйгенса предполагают, что это, вероятно, относится к спутникам Сатурна и, в частности, к Титану. ^{14, 15} Если бы они образовались в газовых гигантских субтуманностях, в зависимости от профиля радиальной температуры некоторые регионы были бы достаточно горячими, чтобы испарять льды, сбрасывая изотопные термометры и фазы до того, как они снова конденсировались. Такая обработка субтуманностей предполагается для обычных спутников Юпитера, но важные измерения отсутствуют. Чтобы распутать процессы туманности и субтуманности, необходимо знать внутреннюю структуру спутников; обилие летучих льдов; соотношения стабильных изотопов углерода, водорода, кислорода и азота; и обилие благородных газов. Для решения этих ключевых вопросов потребуются точные геофизические измерения, дистанционное зондирование и измерения на месте на спутниках внешних планет их внутренних структур и их составов по их шлейфам, распыленным атмосферам, коорбитальным торам и поверхностям.

Остается много неизвестного относительно того, как внешние планеты сформировались из солнечной туманности и когда они мигрировали на другие орбиты. Это также важный вопрос в отношении экзопланет. Зонд «Галилео», отправленный в атмосферу Юпитера, совершенно неожиданно показал, что благородных газов аргона, криптона и ксенона там гораздо больше, чем на Солнце. Предлагаемые объяснения их концентрации включают конденсацию благородных газов на чрезвычайно холодных твердых телах туманностей, захват клатратных гидратов, испарение протопланетного диска до образования Юпитера и выделение благородных газов из глубоких недр, обогащая их в атмосфере. ¹⁶ Каждая из этих гипотез приводит к поддающимся проверке предсказаниям об изобилии инертных газов на других планетах-гигантах — окончательные ответы потребуются зондовыми измерениями на месте — критически важными данными, которых не хватает исследователям для Сатурна, Урана и Нептуна.

Решение второй большой головоломки также требует проведения измерений зондом. Модели Солнечной системы, которые поместили образование Урана и Нептуна в их нынешние положения, не смогли достаточно быстро произвести ядра ледяных гигантов. Разработчики моделей пришли к выводу, что планеты-гиганты должны были мигрировать на новые орбиты после своего образования. В настоящее время считается, что в течение первых полумиллиарда лет существования Солнечной системы Уран и Нептун обращались по орбите в области, намного более близкой к Солнцу; возможно даже, что Нептун находился внутри орбиты Урана. ^{17, 18} Модели предполагают, что примерно 4 миллиарда лет назад Сатурн и Юпитер вошли в орбитальный резонанс 2:1, увеличив эксцентриситет Сатурна и тем самым вытеснив Уран и Нептун в пояс Койпера, который, в свою очередь, был вытеснен в его текущее местоположение.

Было предложено множество вариантов таких сценариев. Однако ключевые доказательства отсутствуют, и полное понимание формирования и миграции четырех планет, на долю которых приходится 99 процентов массы Солнечной системы, за исключением Солнца, ожидает ключевых измерений на Сатурне, Уране и Нептуне. Чтобы различать множество теоретических сценариев образования и миграции планет-гигантов и их спутниковых систем, ученым необходимо знать подробный состав — отношения дейтерий/водород и водород/гелий, другие изотопные отношения, а также информацию о благородных газах, которую можно получить только полученные in situ из атмосферных зондов планет-гигантов. Для решения этих вопросов большое значение имеют подробные измерения состава атмосфер Сатурна, Урана и Нептуна на месте, полученные с помощью зонда «Галилео».

Что управляло аккрецией, поступлением воды, химией и внутренней
дифференциацией внутренних планет и эволюцией их атмосфер,
и какую роль играли бомбардировки большими снарядами?

Исследователи планет теперь считают, что досолнечные силикатные и металлические материалы в горячей внутренней части солнечной туманности аккрецировались довольно рано, собрав порядка сотни планетезималей размером с Луну-Марс. ¹⁹ Из-за дефицита такого материала в туманности эти протопланеты прекратили бы свой рост очень рано, примерно в начале фазы Т Тельца Солнца. В течение следующих ~ 100 миллионов лет планеты земной группы выросли в результате слияния этих объектов при столкновениях; ²⁰ Предполагается, что Луна образовалась в этот период в результате скользящего столкновения планетезимали размером с Марс с Землей. Если Юпитер и Сатурн вошли в орбитальный резонанс 2:1 ~4 миллиарда лет назад, они

Делиться

Цитировать

Рекомендуемое цитирование: «3 приоритетных вопроса планетарной науки на следующее десятилетие». Национальный исследовательский совет. 2011. Видение и путешествия планетарной науки в десятилетие 2013–2022 гг. . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/13117.

×

Сохранить

Отменить

вызвал перестановку орбит и бомбардировку, которая изменила внутреннюю часть Солнечной системы. ²¹ По мере того, как Уран и Нептун устремлялись наружу, объекты пояса Койпера были бы рассеяны — многие из них, выброшенные внутрь Солнечной системы, могли доставить воду и другие летучие вещества на планеты земной группы в качестве поздней облицовки. ²² Большинство объектов в поясе астероидов также были рассеяны, некоторые внутрь, доставляя больше воды на внутренние планеты. Предполагается, что эти две столкнувшиеся группы населения вызвали позднюю тяжелую бомбардировку, которая была предложена в отчетах о лунных кратерах; его время может быть связано с появлением жизни на Земле. ^{23, 24}

Поскольку астероиды и объекты пояса Койпера были важными ингредиентами в рецепте планет земной группы, они содержат много ключей к ранней эволюции внутренних планет. В настоящее время исследователям очень мало известно о составе и физических характеристиках троянцев и кентавров. Как и кентавры, троянцы могут происходить из пояса Койпера, но, возможно, образовались ближе к Юпитеру. Получение информации путем прямых наблюдений с космических аппаратов поможет ограничить существующие модели происхождения этих тел. Изучение этих объектов важно, потому что они могут содержать ключевую информацию о материнских материалах, которые аккрецировались во внутренней части Солнечной системы. Важная научная цель на это десятилетие — начать научное исследование троянских астероидов.

Распределение тел в поясе Койпера может дать ключевое свидетельство орбитальной миграции планет-гигантов. ²⁵ Измерение времени образования отдельных компонентов, составляющих кометы, будет ограничивать эволюцию объектов за пределами орбиты Нептуна. Тугоплавкие включения в образце звездной пыли кометы Wild 2 позволяют предположить, что вещество внутренней Солнечной системы было перемешано с зоной пояса Койпера. ²⁶ Определение содержания водорода и других важных изотопных соотношений в нескольких кометах по образцам их ядер может помочь ответить на важные вопросы о роли комет в доставке воды и других летучих веществ внутрь Солнечной системы и, в частности, на раннюю Землю.

Вскоре после образования планет земной группы их недра дифференцировались на скалистые коры и мантии и металлические ядра; они продолжали рассеивать внутреннюю энергию за счет мантийной конвекции, генерации магнитного поля и магматизма. Земля, Луна и Марс демонстрируют изотопные доказательства того, что они дифференцировались только через 10–50 миллионов лет после образования; очень вероятно, что это имело место и для Венеры и Меркурия. ²⁷ Чтобы понять последующую эволюцию этих тел, необходимо знать их химический состав и внутреннюю структуру. Геофизические исследования внутреннего строения Луны и Марса с помощью глобальной сейсмической сети остаются достижимой задачей исключительной научной важности. Лунные образцы показывают, что Луна сформировалась в горячем состоянии с глубоким магматическим океаном; магматические океаны могли быть общими для всех планет земной группы. Анализ древних образцов, извлеченных из глубоких недр во время формирования бассейна Эйткен на Южном полюсе Луны, может дать глубокое понимание самых ранних этапов формирования и эволюции Земля-Луна, открывая записи, которые исчезли с Земли.

Остаются серьезные вопросы относительно того, как и когда вода и другие летучие вещества были доставлены на Землю. Какая часть летучих запасов Земли была доставлена ​​непосредственно планетезималями во время аккреции, а затем выделена на поверхность во время дифференциации и последующего вулканизма? Какая фракция была получена в качестве поздней облицовки от ударов комет и астероидов, богатых летучими веществами, во время поздней тяжелой бомбардировки? Подсказки для ответа на эти вопросы можно найти в химических сигнатурах на поверхности и в атмосфере соседей Земли.

Венера и Марс образовались на орбитах с радиусом, равным радиусу Земли. Изотопные, элементарные, молекулярные и минералогические записи, сохранившиеся на их поверхности и в атмосферах, могут быть изучены, чтобы выявить радиальные градиенты в аккрецирующих источниках летучих веществ, ранний перенос летучих веществ во внутреннюю часть Солнечной системы путем столкновительного и гравитационного рассеяния и смешивания, а также относительная важность астероидных и кометных источников в доставке позднего покрытия. Например, результаты Galileo и Venus Express показывают, что нагорья Венеры могут быть более кислыми, что предполагает раннее извержение водной магмы. ^{28, 29} Важнейшие вопросы о происхождении летучих веществ для Венеры лучше всего решать с помощью in situ измерений инертных газов и молекулярной и изотопной химии в атмосфере, а также геохимии и минералогии ее поверхности. Ученые собрали почти все, что можно узнать о марсианских метеоритах, вероятно, это сильно необъективная выборка, основанная на их молодом радиометрическом возрасте по сравнению с возрастом кратеров на марсианской поверхности. ³⁰ Происхождение и эволюция летучих веществ на Марсе имеет сложную, многоэтапную историю. Хотя с помощью марсианских метеоритов и текущих миссий in situ была получена значительная информация о химическом составе атмосферы, а также о геохимии и минералогии поверхности, многие недавно идентифицированные геохимические среды не наблюдались in situ, и благодаря этому будет достигнут значительный прогресс. возвращение марсианских образцов, которые можно изучать с помощью самых сложных инструментов с использованием самых разнообразных аналитических методов, что невозможно с помощью одной наземной миссии.

Страница 75

Делиться

Цитировать

Рекомендуемое цитирование: «3 приоритетных вопроса планетарной науки на следующее десятилетие». Национальный исследовательский совет. 2011. Видение и путешествия для планетоведения в десятилетие 2013-2022 гг. . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/13117.

×

Сохранить

Отменить

ПЛАНЕТАРНЫЕ ОБИТАНИЯ: В ПОИСКАХ НЕОБХОДИМОСТИ ЖИЗНИ

Каковы были первоисточники органического вещества,
и где сегодня продолжается органический синтез?

Органические молекулы, необходимые для жизни, широко распространены в Солнечной системе. За последнее десятилетие был достигнут значительный прогресс в прослеживании их происхождения от самых примитивных досолнечных источников до активных сред и физических и химических процессов, посредством которых они создаются и разрушаются сегодня. Прослеживая их происхождение и эволюцию, мы прослеживаем наше происхождение, поскольку без органических соединений, доставленных на раннюю Землю или химически синтезированных на ней, жизнь здесь не существовала бы.

Исследователи начинают понимать, как молекулы на основе углерода образовались в межзвездном пространстве и позже объединились в другие сложные молекулы в солнечной туманности и планетезималях. Спутники внешней Солнечной системы богаты органикой. Сложный набор органических молекул и активная химия в атмосфере Титана и на его поверхности представляют собой бесценную лабораторию для понимания пребиотических химических процессов в планетарном масштабе. ³¹ Органические вещества в полярных струях Энцелада сигнализируют о том, что ледяные спутники содержат органические молекулы и процессы в их недрах — ключевые индикаторы возникновения жизни в таких подземных средах. ³² Сообщалось о наличии метана, одного из простейших органических соединений, в марсианской атмосфере, что привело к проверяемым гипотезам его происхождения, будь то геохимическое или биогенное. ³³

Межзвездные молекулярные облака и околозвездные оболочки представляют собой космическую среду, в которой в результате химических реакций в твердом состоянии образуются разнообразные сложные молекулы. Органические соединения широко распространены в Млечном Пути и других галактиках и включают нитрилы, альдегиды, спирты, кислоты, простые эфиры, кетоны, амины и амиды, а также углеводороды с длинной цепью. ^{34, 35} Происхождение органических молекул в метеоритах сложное; некоторые соединения образовались в виде покрытий на досолнечных пылинках в молекулярных облаках, а другие были изменены в нагретых недрах планетезималей при таянии льдов в этих телах. ³⁶ Их химический состав охватывает ряд молекул, включая аминокислоты; эти молекулы дают частичную картину пребиотических компонентов, которые привели к жизни. Но ученым не хватает критической информации об органических компонентах в кометах и ​​объектах пояса Койпера, а также о том, как состав органических молекул может различаться среди этих тел. Какая часть кометного материала остается нетронутой, выдерживаемой при низких температурах с небольшими изменениями? Насколько сильно перемешивание произошло в солнечной туманности, о чем свидетельствуют высокотемпературные силикаты в образцах звездной пыли? Какие реакции происходили между органическими соединениями и зернами силиката или оксида? Анализ элементного, изотопного, органического и минералогического состава богатых органикой образцов поверхности астероидов и комет (в конечном итоге криогенно законсервированных образцов) с использованием самых современных аналитических лабораторных методов обладает наибольшим потенциалом для решения этих фундаментальных вопросов и отслеживания происхождения и источников примитивная органика, которая привела к жизни во внутренней Солнечной системе.

Титан — самая богатая лаборатория в Солнечной системе для изучения пребиотической химии с широким спектром активного органического синтеза. Несколько процентов метана в толстой холодной азотной атмосфере движутся по глобальному циклу, образуя облака, дождь, реки, озера и моря, которые поразительно напоминают гидрологический цикл Земли. Под воздействием солнечного ультрафиолетового излучения и частиц плазмы в верхних слоях атмосферы метан и азот расщепляются на радикалы и ионы, которые рекомбинируют в несколько стадий, образуя множество углеводородов и нитрилов, от простых газов до больших сложных молекул. По мере того как эти соединения опускаются вниз, они конденсируются в виде жидкостей и в виде дымки органических аэрозолей (толинов), которые выпадают на поверхность дождем.

Ключевой вопрос, поставленный данными Кассини, состоит в том, содержат ли органические вещества аминокислоты и строительные блоки нуклеотидов? ³⁷ Поскольку добиотические химические пути его органической эволюции могут содержать ключи к пониманию происхождения жизни на Земле, прямое изучение органических видов и активных процессов, а также изотопов как с поверхности, так и в атмосфере, стало одним из самые высокие научные приоритеты на будущее.

Ледяные спутники содержат множество свидетельств органической химии. На Сатурне Япет и Феба в значительной степени покрыты сложной темной органикой. Ганимед и Каллисто, а также все пять спутников Урана демонстрируют многочисленные темные геологические образования, богатые органическими веществами. Кассини обнаружил, что шлейфы, исходящие из недр Энцелада, содержат органические соединения, которые могут быть первичными, образоваться в результате аккреции или образоваться в результате химических реакций, таких как реакции Фишера-Тропша (водород и монооксид углерода) или реакции серпентинизации (вода, диоксид углерода, и силикаты). ³⁸ Как обсуждается ниже, Европа, вероятно, имеет подповерхностный океан на небольшой глубине,

Страница 76

Делиться

Цитировать

Рекомендуемое цитирование: «3 приоритетных вопроса планетарной науки на следующее десятилетие». Национальный исследовательский совет. 2011. Видение и путешествия для планетоведения в десятилетие 2013-2022 гг. . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/13117.

×

Сохранить

Отменить

, что дает ему высокий потенциал в качестве среды обитания для жизни. Плюмы наблюдались на нескольких геологически активных телах (Ио, Энцелад и Тритон), и неудивительно обнаружить их и на Европе. ³⁹ Если это так, то характеристика органических веществ Европы может быть сделана на месте, как и для Энцелада. Первоочередные научные цели, вытекающие из этого ключевого вопроса, состоят в том, чтобы идентифицировать органические молекулы и охарактеризовать процессы органического синтеза в недрах и на поверхности Европы и Энцелада, а также Титана.

Доказательства возможного присутствия метана в атмосфере Марса — самый замечательный недавний отчет. Если метан подтвердится, он, вероятно, будет постоянно образовываться, потому что нынешнее количество, о котором сообщается, может быть фотохимически уничтожено всего за несколько сотен лет. Все возможные процессы, которые были предложены, будут происходить в недрах: геологические процессы, включая метаморфические реакции ультраосновных пород с угольной кислотой (серпентинизация), термическое разложение органических веществ или даже, возможно, под действием существующих подземных микроорганизмов. Возникают новые вопросы и новые цели. Можно ли подтвердить обнаружение метана и как исследователи могут проверить гипотезы о его происхождении?

Миссия ESA-NASA Mars Trace Gas Orbiter, которая в настоящее время разрабатывается для запуска в 2016 году, призвана ответить на эти вопросы. Он нанесет на карту ключевые изотопы и газовые следы, чтобы попытаться оценить геологическую или возможную биологическую активность, в результате которой выделяется метан. Могли ли другие сложные органические соединения образоваться в условиях ранней восстановительной атмосферы или в результате реакций, катализируемых минералами, которые, возможно, продолжаются в недрах сегодня, составляет самый фундаментальный вопрос при решении вопроса о том, возникла ли когда-либо жизнь на Марсе. Марсианская научная лаборатория начнет решать эти вопросы, продвигаясь к пониманию химии углерода и ранних пребиотических процессов. Однако окончательные ответы на эти ключевые вопросы, связанные с жизнью, почти наверняка потребуют возвращения образцов с Марса.

Была ли на Марсе или Венере древняя водная среда, способствующая зарождению жизни,
и есть ли доказательства возникновения жизни?

Сегодня поверхности Марса и Венеры представляют собой враждебную среду для выживания любой жизни. Массивная двуокиси углерода атмосфера Венеры демонстрирует интенсивный парниковый эффект, усиленный сернокислотными облаками, что приводит к температуре поверхности около 740 К. Поверхностная среда Марса представляет собой холодную пустыню, которая химически окисляется; его разреженная атмосфера позволяет интенсивному солнечному ультрафиолетовому излучению омывать поверхность; существование жизни на поверхности Марса сегодня, вероятно, запрещено. Однако в течение первых полумиллиарда лет или около того их ранней истории поверхностная среда Марса и Венеры могла быть влажной, а температура и химический состав благоприятствовали развитию жизни. ⁴⁰ Сравнительная планетология стремится понять процессы и историю Земли (в данном случае, ранней Земли) посредством изучения ее ближайших соседей. Помимо жидкой воды и стабильной среды, земной жизни потребуются ключевые органические молекулы и источники энергии. При изучении этих древних поверхностных мест обитания и поиске доказательств того, что когда-то в них существовала жизнь, необходимо учитывать все эти факторы.

За последнее десятилетие наша картина древнего Марса значительно расширилась. Геология и минералогия древнейших территорий (ноев период), восходящих к периоду интенсивных бомбардировок, дают убедительные доказательства того, что на поверхности было достаточно жидкой воды. Геологические индикаторы включают дренажные сети высокой плотности, дельтовые отложения, осадочные ткани, образовавшиеся в стоячей воде, и эвапоритовые отложения. Этот влажный период, очевидно, уменьшился в течение гесперианского периода и фактически прекратился 3,5 миллиарда лет назад. ⁴¹

Почему этот мягкий период не сохранялся на протяжении всего геологического времени? Mars Global Surveyor обнаружил магнитное поле с динамо-машиной, которое могло бы сдерживать солнечный ветер и защищать от потери ранней плотной атмосферы и ее обильной воды. Но динамо-машина была неустойчивой, и поле разрушилось через несколько сотен миллионов лет, ближе к концу поздней тяжелой бомбардировки, что, возможно, позволило разрушить большую часть атмосферы. ⁴² Ученые также обнаружили доказательства того, что химические условия в этот постулируемый ранний теплый водный период могли сильно отличаться от условий в последующие эпохи. Можно было бы ожидать, что при обилии воды в атмосфере, состоящей в основном из углекислого газа, образовались бы широко распространенные карбонаты. Хотя карбонат был обнаружен в марсианских метеоритах, поиски его обнаженного на поверхности десятилетиями не увенчались успехом.

Данные марсохода Mars Exploration Rover показывают, что на двух глобально разделенных участках в раннем гесперианском периоде химический состав воды был преимущественно кислым. Mars Express и Mars Reconnaissance Orbiter выявили множество изолированных областей, содержащих филлосиликаты в более старых отложениях; для их формирования потребовались бы более нейтральные условия.

Страница 77

Делиться

Цитировать

Рекомендуемое цитирование: «3 приоритетных вопроса планетологии на следующее десятилетие». Национальный исследовательский совет. 2011. Видение и путешествия для планетоведения в десятилетие 2013-2022 гг. . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/13117.

×

Сохранить

Отменить

Возможно, долгоживущий широко распространенный вулканизм привел к переходу к сернисто-кислым условиям, стерев следы более древних карбонатсодержащих пород. ⁴³

Недавно орбитальный аппарат Mars Reconnaissance Orbiter и марсоход Spirit обнаружили карбонатные породы в древних пластах. Эти нойские карбонаты должны были образоваться в гораздо менее кислых условиях. Вопрос о том, происходил ли этот сдвиг равномерно в глобальном масштабе или более локально, варьируя от региона к региону или от поверхности к глубине, остается спорным. ⁴⁴ Древние карбонаты имеют важные разветвления: они предполагают, что это мог быть период в истории Марса, наиболее благоприятный для появления жизни на его поверхности. Вооруженные этими новыми перспективами, исследователи готовы искать в древних записях Марса как органические строительные блоки, так и любые доказательства, указывающие на возможное появление и сохранение признаков жизни.

Теоретические исследования показывают, что около 4 миллиардов лет назад поверхность Венеры могла быть намного холоднее, чем сегодня, с жидкой водой, даже океанами, на ее поверхности, что привело к возможности ранней жизни. ⁴⁵ Это должно было быть время, когда солнечная светимость была ниже, и когда толстая атмосфера Венеры с давлением в 100 бар и изобилием углекислого газа и других парниковых газов не полностью испарялась изнутри. Впоследствии, по мере увеличения светимости Солнца, вода испарялась, а углекислый газ становился все более обильным, что приводило к неконтролируемой теплице и нынешней жаркой и сухой поверхностной среде.

Сегодня в атмосфере Венеры наблюдается гораздо более высокое отношение дейтерия к водороду, чем в других телах Солнечной системы, что свидетельствует о том, что древняя вода была фотодиссоциирована в верхних слоях атмосферы и утеряна в космос, хотя скорость остается дискуссионной. Измерения Venus Express свидетельствуют о том, что вода все еще теряется, поскольку улетучивающийся водород и кислород происходят в соотношении 2: 1 для воды. Характеристика ранней среды Венеры, была ли она пригодна для жизни при наличии жидкой воды, является приоритетной научной задачей; это потребует измерения молекулярного и изотопного состава нижних слоев атмосферы и элементного и минералогического состава поверхности. ⁴⁶

За пределами Земли, существуют ли современные среды обитания где-либо еще в Солнечной системе
с необходимыми условиями, органическим веществом, водой, энергией и питательными веществами
для поддержания жизни, и живут ли сейчас там организмы?

Места обитания существующей жизни на поверхности планет редки. Венера слишком горячая; остальные поверхности Солнечной системы, в том числе поверхность Марса, подвергаются смертельному солнечному ультрафиолетовому излучению и излучению ионизированных частиц. Если современные места обитания для жизни существуют, скорее всего, они находятся под поверхностью. Исключением является Титан, единственный мир за пределами Земли, который имеет благоприятную, хотя и чрезвычайно холодную, поверхностную среду, которая также защищена от смертельной радиации.

Комитет исходит из предположения, что жизнь в других частях Солнечной системы будет похожа на земную и, следовательно, будет узнаваема исследователями. Чтобы земные формы жизни возникли и выжили в подземных планетарных средах обитания, потребуется жидкая вода; наличие органических ингредиентов, включая углерод, азот, водород, кислород, фосфор и серу; и, в отсутствие солнечного света, некоторая форма химической энергии для управления метаболизмом. Марс, Европа и Энцелад обладают наибольшим потенциалом в качестве современных мест обитания для земной жизни, а Титан обладает наибольшим потенциалом в качестве пребиотической органической лаборатории, предположительно являющейся пристанищем для совершенно иного образа жизни. Поскольку наша космическая перспектива вероятности существования жизни где-либо еще во Вселенной расширяется, определение потенциальных мест обитания в Солнечной системе стало приоритетом.

Открытие жидкой воды в недрах ледяных галилейских спутников и, возможно, Энцелада заметно повысило их приоритет для дальнейших исследований в контексте этого сквозного вопроса. Миссия Галилео обнаружила внутренние океаны на Европе, Ганимеде и Каллисто по магнитным сигнатурам, вызванным магнитным полем Юпитера. ⁴⁷ То, что океаны обладают электропроводностью, свидетельствует о том, что они соленые, и фактически в спектрах поверхности были обнаружены следы солей. Хотя глубина и состав до сих пор плохо изучены, модели предполагают, что толщина вышележащих ледяных корок в случае Европы может составлять всего от 4 до 30 километров, но гораздо больше в случае Ганимеда и Каллисто.

В настоящее время считается, что недра Ганимеда и Каллисто нагреваются в основном слабыми радиогенными источниками тепла, но Европа подвергается более мощному приливному нагреву, что должно привести к тому, что ледяной покров, покрывающий ее океан, будет намного тоньше. Сочетание этих факторов делает океан Европы самым приоритетным местом во внешней солнечной системе для изучения в качестве потенциальной среды обитания для жизни. Характеристика его внутреннего океана и ледяной оболочки, а также поиск шлейфов и свидетельств органического происхождения являются ключевыми целями на это десятилетие.

Страница 78

Делиться

Цитировать

Рекомендуемое цитирование: «3 приоритетных вопроса планетарной науки на следующее десятилетие». Национальный исследовательский совет. 2011. Видение и путешествия для планетоведения в десятилетие 2013-2022 гг. . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/13117.

×

Сохранить

Отменить

Обнаружение шлейфов, выбрасывающихся из разломов на полярных равнинах крошечного Энцелада, является ошеломляющим открытием. Богатые солью зерна в шлейфах свидетельствуют о наличии подземной жидкой воды. ^{48, 49} Кассини также обнаружил, что шлейфы истощают органические молекулы, в том числе метан. Предложенные объяснения включают термический распад первичных органических веществ, реакции Фишера-Тропша и реакции горной породы с водой или, возможно, биологические процессы. Биотическую и абиотическую органику можно отличить, например, по их хиральности. Детальная характеристика молекулярной и изотопной химии органических и летучих веществ в шлейфах Энцелада становится важным научным приоритетом.

Сегодня недра Марса, вероятно, более пригодны для жизни, чем его облучаемая ультрафиолетом поверхность. ⁵⁰ При средней температуре экваториальной поверхности ~215 K ледяные условия распространяются на глобальные глубины в километры на большей части планеты. Тем не менее, жидкая вода может существовать у поверхности в некоторых особых местах, особенно в виде соляных растворов. Геологически молодые лавовые равнины предполагают относительно высокий тепловой поток и таяние приповерхностного льда. Хотя гидротермальная активность еще не обнаружена, она, вероятно, также сохраняется и может поддерживать водную среду обитания на небольшой глубине.

Исследователям не хватает важных геофизических данных о внутреннем строении Марса; в конечном итоге сейсмические измерения станут лучшим средством для выявления вулканических и гидротермальных режимов в земной коре. В любом случае биологические места обитания могут существовать в системах подземных вод в проницаемых слоях всего на несколько километров ниже. Недавние изменения климата, вызванные большими отклонениями наклона оси Марса, могли увеличить содержание воды в атмосфере и привести к перемещению значительного количества поверхностного льда с полюсов в более низкие широты.

В дополнение к жидкой воде подповерхностной марсианской жизни потребуются органические вещества и энергия для запуска метаболизма. Предполагаемое открытие атмосферного метана имеет огромное значение для подземной среды обитания и существующей жизни. ⁵¹ Некоторые активные подземные процессы — вулканизм, водные реакции с горными породами, разложение органики — или, возможно, микроорганизмы были бы необходимы для его поддержания. Результаты орбитального аппарата Mars Trace Gas Orbiter ЕКА-НАСА являются ключом к этому вопросу. Однако, чтобы с уверенностью ответить на вопрос о существовании современных марсианских мест обитания и форм жизни, потребуются сложные лабораторные анализы образцов, собранных в местах с наибольшим потенциалом в качестве подповерхностных мест обитания.

Титан предлагает единственную правдоподобную современную среду обитания на поверхности за пределами Земли, которая защищена от радиации. Он также предоставляет самую богатую и самую доступную лабораторию для изучения активного органического синтеза в планетарном масштабе. и азот энергетически разлагаются высоко в атмосфере, инициируя ряд реакций с образованием широкого спектра углеводородов и нитрилов, предположительно включая аминокислоты и нуклеотиды. Высказывались даже предположения о существовании метаногенных организмов в богатых органическими веществами отложениях, покрывающих его поверхность, или в его полярных озерах и морях.

Какая энергия может управлять метаболическими процессами? Первый солнечный свет, лишенный стерилизующего ультрафиолетового излучения и радиации частиц, достигает поверхности. Ненасыщенные органические вещества, такие как ацетилен и этан, продукты атмосферных реакций, могут реагировать с водородом, выделяя энергию со скоростью, сравнимой с той, которую используют микроорганизмы на Земле. ⁵² Измерения концентрации водорода и химически активных органических веществ в поверхностной среде могут проверить такие гипотезы. Детальное изучение природы и взаимодействия богатого набора твердых и жидких органических соединений в поверхностной среде Титана является приоритетной задачей, которая позволит открыть новое понимание органической химической эволюции в глобальном масштабе и, возможно, обнаружить текущие биологические процессы.

РАБОТА СОЛНЕЧНЫХ СИСТЕМ:
ВЫЯВЛЕНИЕ ПЛАНЕТАРНЫХ ПРОЦЕССОВ ВО ВРЕМЕНИ

Как планеты-гиганты служат лабораториями для изучения Земли,
Солнечной системы и внесолнечных планетарных систем?

Среди потрясающих достижений космической науки за последние 10 лет — признание огромного разнообразия планет, вращающихся вокруг других звезд; на момент написания этого отчета их подтверждено около 500 человек. ⁵³ Эти миры обладают невероятным разнообразием планетарных характеристик, орбит и звездного окружения. Более того, обнаружено, что некоторые из этих планетных систем содержат несколько планет. Некоторые экзопланеты вращаются близко к своим звездным спутникам; у некоторых орбиты сильно эксцентричны или даже ретроградны. По размеру и составу известные экзопланеты варьируются от массивных суперюпитеров, состоящих в основном из водорода и гелия, до ледяных гигантов размером с Уран и Нептун, называемых водными мирами, и вплоть до суперземель, состоящих из льда и горных пород. ⁵⁴ Открытие и характеристика

Страница 79

Делиться

Цитировать

Рекомендуемое цитирование: «3 приоритетных вопроса планетарной науки на следующее десятилетие». Национальный исследовательский совет. 2011. Видение и путешествия для планетоведения в десятилетие 2013-2022 гг. . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/13117.

×

Сохранить

Отменить

водянистых планеты размером с Землю, вероятно, находятся в пределах десятилетнего горизонта. Новые области исследований стремятся экстраполировать понимание Солнечной системы на экзопланеты, поэтому все более актуальными становятся более полные знания о происхождении, эволюции и операционных процессах в нашей Солнечной системе, в частности, о планетах-гигантах. ⁵⁵

Экзопланеты существуют в широком диапазоне звездных условий и демонстрируют экстремальные свойства планет. Многие экзопланеты, «раздутые» непосредственной близостью к своей звезде, имеют радиусы, намного большие, чем это можно объяснить лучшими моделями тепловой истории. Орбиты горячих юпитеров близки к тому месту, где внутренний тепловой поток затмевается огромными звездными потоками; другие показывают обратное, вращаясь далеко от своих центральных звезд. ⁵⁶ Аналогично, тепловой поток Урана составляет небольшую часть солнечного потока, но на Юпитере они одинаковы.

Сила внутреннего магнитного поля экзопланеты неизвестна. Экзопланеты на узких орбитах могут испытывать интенсивное магнитосферное взаимодействие с сильными звездными ветрами. В крайних случаях планетарная атмосфера может выходить за пределы магнитосферы и быстро поглощаться звездным ветром. Взаимодействие звезды с планетой может принимать разные формы: венерианское, если внутреннее магнитное поле слабое, земное с полярным сиянием, если поле сильное, или юпитерианское, если планета быстро вращается, а магнитосфера содержит плазму. Уран и Нептун имеют наклонные магнитосферы, смещенные от их центров, конфигурации, которые могут дать новое понимание экзопланет ледяных гигантов. ⁵⁷ Подобно тому, как планеты-гиганты и экзопланеты тесно связаны между собой, системы колец планет-гигантов служат важными аналогами, помогающими понять рассадники экзопланет в околозвездных дисках. ^{58, 59, 60}

Население экзопланет ледяных гигантов быстро растет. Три были обнаружены при прохождении через их центральные звезды; многие другие очевидны в ранних данных миссии Кеплер и ждут подтверждения. ⁶¹ Очевидно, что эти объекты в изобилии похожи по размеру и составу на Нептун и Уран — планеты-гиганты, о которых мы знаем меньше всего. Для Юпитера зонд «Галилео» предоставил важные данные об изотопах, инертных газах, глубинных ветрах и тепловых профилях — данных, которых сейчас не хватает для Сатурна, Урана и Нептуна.

Юпитер достаточно хорошо соответствует базовой модели эволюции планет-гигантов. Однако Сатурн намного теплее, чем предсказывают простые модели; на самом деле, отношение внутреннего тепла Сатурна к поглощенному солнечному теплу больше, чем у Юпитера. Одна давняя теория состоит в том, что гелиевый дождь падает глубоко внутрь, преобразовывая потенциальную энергию в кинетическую энергию и тем самым нагревая внутреннюю часть и продлевая ее теплое состояние. Прямое измерение содержания гелия могло бы проверить эту гипотезу. В сочетании с миссией «Кассини» сбор данных об изотопном составе инертных газов и других ключевых элементов и молекулярных соединений заполнит огромные пробелы в понимании формирования и эволюции Сатурна.

Знание внутренних состояний, химии и эволюции Урана и Нептуна еще более примитивно, чем у Сатурна. Более двух десятилетий назад «Вояджер» показал, что тепловой поток Нептуна примерно в 10 раз, а Урана — примерно в 3 раза больше, чем ожидалось из-за радиоактивного производства тепла — причины до сих пор неизвестны. Измерение содержаний основных элементов и изотопов, а также тепловых профилей в атмосферах Сатурна, Урана и Нептуна имеет важное значение для углубления понимания свойств и эволюции газовых гигантов как в нашей Солнечной системе, так и во внесолнечных планетных системах.

Кассини обнаруживает множество динамических структур в кольцах Сатурна. Аккреция, по-видимому, продолжается в кольце Сатурна F, гравитационно вызванная близкими проходами спутников. ^{62, 63} Негравитационные силы, такие как электромагнетизм, приводят в движение пыльные кольца, такие как кольцо E Сатурна, тонкие кольца Юпитера и кольцо «дзета» Урана. Физические процессы, которые ограничивают узкие, похожие на струны кольца Урана, являются загадкой, и их решение может открыть новую главу в понимании процессов, происходящих в кольцах и околозвездных дисках. ^{64, 65} Изучение колец Сатурна, Урана и Нептуна имеет высокий научный приоритет не только для углубления понимания этих систем планет-гигантов, но и для получения новых сведений об экзопланетных процессах и их формировании в околозвездных дисках. хотя и совсем другого масштаба.

Какие тела Солнечной системы угрожают биосфере Земли и какие механизмы ее защищают?

Как показывают геологические данные, кометы и астероиды сталкивались с Землей на протяжении всей ее истории, иногда с катастрофическими последствиями. Большинство считает, что глобальное вымирание на границе мелового и палеогенового периодов 65 миллионов лет назад (исторически называемой границей мелового и третичного периодов) спровоцировало примерно 10-километровое соударение. Объекты диаметром менее 30 метров практически полностью сгорают в атмосфере Земли. Но более крупные объекты взрываются в нижних слоях атмосферы или ударяются о поверхность и могут представлять угрозу для жизни человека.

Страница 80

Делиться

Цитировать

Рекомендуемое цитирование: «3 приоритетных вопроса планетарной науки на следующее десятилетие». Национальный исследовательский совет. 2011. Видение и путешествия для планетоведения в десятилетие 2013-2022 гг. . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/13117.

×

Сохранить

Отменить

В отчете NRC за 2010 год Защита планеты Земля: исследования объектов, сближающихся с Землей, и стратегии снижения опасностей рассматриваются опасности, которые представляют для Земли астероиды (особенно объекты, сближающиеся с Землей, или ОСЗ) и кометы. ⁶⁶ В отчете говорится, что риск невелик, но в отличие от других катастрофических событий, таких как землетрясения, его можно не только смягчить, но и потенциально устранить, если вовремя обнаружить опасные объекты. В отчете сделан вывод о том, что существует два подхода к завершению санкционированного Конгрессом обследования опасных объектов. Более дорогой, но более целесообразный метод требует наличия как космического обзорного телескопа, так и подходящего наземного телескопа (т. небо). Более рентабельный метод может быть реализован с помощью подходящего наземного телескопа в течение более длительного периода времени при условии, что программы, не связанные с ОСЗ, в основном оплачивают телескоп.

В отчете о десятилетнем обзоре астрономии и астрофизики за 2010 г. «Новые миры, новые горизонты в астрономии и астрофизике» Большой синоптический обзорный телескоп (LSST) назван своим первоочередным наземным телескопом, заявив, что он «будет использовать самые амбициозные оптические подход к обзору неба еще и произвел бы революцию в исследованиях переходных явлений» (стр. 223). ⁶⁷ LSST получил первостепенное значение «из-за его способности решать так много поставленных научных задач и высокого уровня технической готовности» (стр. 223). С точки зрения планетологии, LSST создаст новую богатую базу данных, которая не только может использоваться для поиска опасных объектов, сближающихся с Землей, но и будет иметь большую научную ценность для продвижения исследований примитивных тел, простирающихся до пояса Койпера. .

Хотя опасность столкновения с Землей реальна, она, вероятно, на самом деле уменьшена гравитационным влиянием планет-гигантов, особенно Юпитера. Астрономические исследования подсчитали, что астероидов размером более километра около миллиона. Но кометных ядер такого размера и больше, вероятно, гораздо больше. Когда эти объекты отклоняются на эллиптические орбиты, приближающие их к Земле, они также часто пересекают орбиту Юпитера. Моделирование с большими выборками орбитальных столкновений показывает, что Юпитер отклоняет некоторые объекты по безвредным траекториям, которые пересекают внутреннюю часть Солнечной системы, и что большинство из них выбрасывается за пределы Солнечной системы. Таким образом, в совокупности Юпитер защищает Землю. ⁶⁸

С тех пор, как в 1994 г. был сделан замечательный прогноз о столкновении спутника Шумейкер-Леви 9 с Юпитером, на момент написания этой статьи ученые стали свидетелями трех новых столкновений Юпитера: одного в 2009 г. и двух в 2010 г. ⁶⁹ Орбиты и частота столкновений Ударные элементы Юпитера предоставляют новую информацию, позволяющую понять, как Юпитер отклоняет опасности к Земле или от нее. Поэтому постоянный мониторинг Юпитера для фиксации этих событий был бы неоценим. Сегодня такая работа полагается на небольшое количество высокомотивированных наблюдателей-любителей; однако эти добровольцы без финансирования не могут постоянно прикрывать Юпитер. Небольшие специализированные автоматизированные телескопы для наблюдения за планетами будут иметь большое значение для проведения всесторонних исследований, чтобы зафиксировать будущие столкновения с Юпитером.

Может ли понимание роли физики, химии, геологии и динамики
в управлении планетарной атмосферой и климатом привести к лучшему пониманию изменения климата на Земле?

Венера, Марс, Титан, Юпитер, Сатурн, Уран, Ио, Плутон, Нептун и Тритон демонстрируют огромный диапазон активных атмосфер, которые во многих отношениях намного проще, чем у Земли, — атмосферу, возможно, сложнее моделировать и чтобы понять. Взаимодействия земной атмосферы, биосферы, литосферы и гидросферы представляют собой чрезвычайно сложные, даже хаотичные проблемы, которые бросают вызов нашей способности надежно предсказывать их будущее или определять их прошлое как в краткосрочных, так и в долгосрочных масштабах. Венера, Марс и Титан представляют собой атмосферные лаборатории, которые обладают многими земными характеристиками, но работают в широком спектре температуры, давления и химического состава. Точно так же атмосферы планет-гигантов также во многих отношениях гораздо проще понять, чем атмосферу Земли. Процессы, управляющие плотными атмосферами, можно моделировать без усложнения поверхности жидкости или твердого тела.

Рассмотрение полного набора планетарных атмосфер чрезвычайно расширяет область науки об атмосфере. Цель понять весь спектр планетарных атмосфер — физику, химию, динамику, метеорологию, фотохимию, взаимодействия солнечного ветра и магнитосферы, реакцию на солнечные циклы и особенно парниковые процессы — открывает более богатую и всеобъемлющую перспективу, в которой Земля становится единым целым. пример.

Венера и Земля почти идентичны по размеру и объемной плотности, но массивная атмосфера Венеры представляет собой совершенно другую систему по сравнению с земной. В верховьях его горячий, плотный углекислый газ

Страница 81

Делиться

Цитировать

Рекомендуемое цитирование: «3 приоритетных вопроса планетарной науки на следующее десятилетие». Национальный исследовательский совет. 2011. Видение и путешествия для планетоведения в десятилетие 2013-2022 гг. . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/13117.

×

Сохранить

Отменить

Атмосфера

, наполненная сернокислотными облаками, облетает планету каждые 4 дня. Venus Express обнаружил, что молнии, полярные сияния и ночные зарева освещают небо планеты. ⁷⁰ Также предлагаются доказательства активного вулканизма, подтверждающие идею о том, что продолжающиеся выбросы диоксида серы из вулканов питают густые сернокислотные облака. Какие механизмы вызвали безудержный парниковый климат Венеры и в какие сроки остаются открытыми вопросами. ⁷¹ Обращение к ним может помочь нам лучше понять принципы создания парниковых атмосфер в целом, помещая Землю в более широкий контекст. Для Венеры решение этих вопросов требует измерений атмосферной химии, особенно изотопной химии и химии благородных газов в нижних слоях атмосферы. Установление начальных климатических условий и современных состояний Венеры и Марса может помочь нам понять, почему их среда так сильно отличалась от земной.

Марс имеет, возможно, наиболее похожую на Землю современную планетарную атмосферу, а его самый ранний климат, возможно, был похож на климат ранней Земли. Таким образом, его изучение дает возможность проверить модели земного климата и глобальной циркуляции в очень разных атмосферных условиях. Полярные слоистые отложения Марса предполагают изменение климата за последние 10 миллионов лет, а динамические модели предсказывают большие недавние отклонения осевого наклона и эксцентриситета орбиты. ⁷² Эти соображения указывают на недавние климатические изменения, аналогичные ледниковым периодам на Земле, подробные записи которых, вероятно, сохранились в полярных слоистых отложениях. Считается, что во время предполагаемого раннего теплого влажного климата на Марсе солнечная светимость была примерно на 25 процентов ниже, чем сегодня. Этот факт мешает специалистам по моделированию атмосферы понять, как парниковый эффект Марса мог поддерживать такие теплые условия, но геологические доказательства существования рек и озер Ноаха убедительны. Непрерывное исследование климата Марса во времени и изучение его современных атмосферных процессов с орбиты, с поверхности и, в конечном итоге, на основе анализа возвращенных образцов остаются приоритетными задачами науки.

Потоки в атмосферах планет-гигантов в основном организованы в виде восточно-западных струйных течений. В то время как Юпитер и Сатурн демонстрируют чередующиеся струи с востока на запад, Уран и Нептун демонстрируют широкие пояса ретроградных ветров на экваторе, смещающиеся к проградным с увеличением широты. Вихри, циклонические и антициклонические, во многих масштабах вращаются между струями и напоминают погодные явления, наблюдаемые на Земле, от торнадо до ураганов. Циркуляция север-юг постоянно переворачивает системы поясных зон в конвекционных ячейках, подобных Хэдли, и за счет воздействия волн. ^{73, 74} Остаются основные вопросы о том, как эти движения, видимые в слоистых слоях облаков, связаны с внутренней структурой и глубокой циркуляцией. Миссии Juno и Cassini Solstice могут обнаружить гравитационные признаки глубокого внутреннего потока на Юпитере и Сатурне. Самый серьезный пробел в понимании планетных атмосфер остается у ледяных гигантов Нептуна и Урана.

Планеты-гиганты также являются единственными примерами общих для Земли процессов, в которых сильные внутренние магнитные поля взаимодействуют с солнечным ветром. Это включает в себя флуоресцентное зрелище северного сияния Земли и аналогичные полярные сияния, наблюдаемые вблизи магнитных полюсов Юпитера и Сатурна. На Юпитере и Сатурне основными источниками питания магнитосферной плазмы являются кольца Ио, Энцелада и Сатурна, в то время как большая часть магнитосферной плазмы на Земле представляет собой захваченный солнечный ветер. Эти взаимодействия имеют серьезные последствия для людей; понимание и прогнозирование их важно. Солнечный ветер вызывает магнитосферные бури, которые нарушают работу систем электроснабжения и связи по всему миру. Планеты-гиганты обеспечивают широкий спектр наблюдаемых магнитосферных процессов, которые могут напрямую способствовать пониманию физики, действующей в космической среде Земли.

Одно из самых поразительных открытий последнего десятилетия заключается в том, насколько процессы, происходящие в плотной глобальной атмосфере Титана и на его поверхности, напоминают земные. Оба мира имеют атмосферу с преобладанием азота с примерно одинаковым поверхностным давлением. ⁷⁵ Однако в ультрахолодной метеорологии Титана метан мигрирует через глобальную систему облаков, дождей, рек, озер, морей и водоносных горизонтов: аналогия с гидрологическим циклом Земли очевидна. Механика и химический состав этой атмосферы сложны, но бледны по сравнению со сложностью Земли. В стремлении понять парниковые механизмы атмосфера Титана проявляет как парниковое потепление, так и противопарниковое охлаждение, вызывая недоумение в диаметральных случаях, когда тепловое излучение иногда улавливается, а иногда излучается в космос. Космический аппарат «Кассини-Гюйгенс» прибыл к Сатурну незадолго до северного зимнего солнцестояния, и миссия будет продлена до северного летнего солнцестояния, что позволит получить беспрецедентное представление о сезонном поведении Титана. Продолжение исследования этой захватывающей атмосферы, похожей на Землю, как с орбиты, так и на месте, остается одной из важнейших задач планетологии.

Страница 82

Делиться

Цитировать

Рекомендуемое цитирование: «3 приоритетных вопроса планетарной науки на следующее десятилетие». Национальный исследовательский совет. 2011. Видение и путешествия для планетоведения в десятилетие 2013-2022 гг. . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/13117.

×

Сохранить

Отменить

Как бесчисленное множество химических и физических процессов, сформировавших Солнечную систему
, работали, взаимодействовали и развивались с течением времени?

В поисках ответов на всеобъемлющие вопросы исследователи прежде всего стремятся к глубокому пониманию химических и физических процессов, которые во времени формировали планетарные недра, поверхности, атмосферы, кольца и магнитосферы. С 1977 года, когда космический корабль «Вояджер» покинул Землю, наши взгляды на сложность и разнообразие Солнечной системы подверглись серьезному пересмотру и расширению. Данные Ranger, Surveyor и Apollo показали, что геологическая эволюция Луны давно закончилась. Посещение Меркурия «Маринер-10» показало аналогичную картину — древний, изрешеченный ударами и геологически мертвый мир. Моряки 4, 6, 7 и 9пролетели мимо Марса и облетели его вокруг Марса и снова обнаружили вулканический мир, по большей части изрытый кратерами, но также и с беспорядочной хаотической местностью, гигантскими каньонами, экзотическими полярными отложениями, а также дренажными каналами и дренажными сетями водянистого, но древнего происхождения. Даже с обилием геологических процессов на Марсе он тоже казался неактивным, холодным пустынным миром.

Как и было предсказано, «Вояджер» обнаружил, что спутник Юпитера Ио является самым вулканическим объектом в Солнечной системе; вулканические шлейфы фонтанируют до 300 километров, а на его молодых вулканических равнинах нигде не обнаружено ни одного ударного кратера. Галилей подтвердил, что поверхность Ио продолжает быстро меняться, обнаруживая расплавленные озера силикатов и богатую серой лаву, а также активные огненные фонтаны. New Horizons предоставил элегантные видеоролики о происходящем извержении. Захваченный небесным танцем, в котором также участвуют Юпитер, Европа и Ганимед, Ио сильно нагревается приливами и остается одним из лучших мест в Солнечной системе для изучения активного вулканизма и приливного нагрева.

Обратившись к другим спутникам Галилея, миссия Галилея обнаружила, что у всех трех есть внутренние океаны. Считается, что из трех, потолок океанической камеры Европы находится на самой мелкой глубине, потому что, хотя и меньше, чем Ио, он также нагревается приливами. ⁷⁶ Кроме того, поскольку его большая скалистая внутренняя часть, на которой покоится океан, подвергается как приливному, так и радиогенному нагреву, разумно ожидать вулканизма на морском дне и гидротермальной активности, которые могли бы обеспечить питательные вещества и энергию для поддержания метаболизма. ⁷⁷ В совокупности эти факторы делают Европу, наряду с Марсом, наиболее приоритетными пунктами назначения в Солнечной системе в качестве потенциальной планетарной среды обитания.

В системе Юпитера мы научились ожидать неожиданного. Галилей показал Ганимед, единственный спутник во внешней Солнечной системе, который, как известно, имеет внутреннее магнитное поле и магнитосферу. Исследование Галилеем атмосферы Юпитера показало, что содержание инертных газов очень не похоже на солнечное — в качестве возможных объяснений приводились такие процессы, как гелиевый дождь, попадающий в ядро ​​Юпитера, а более поздние наблюдения показали динамичную, постоянно меняющуюся атмосферу, пронизанную ударами. . ⁷⁸

Избыточная тепловая энергия Сатурна также может сигнализировать о гелиевом дожде; для получения ответа требуется прямое измерение содержания благородных газов и изотопная химия. Кассини подтвердил изысканные особенности атмосферы Сатурна: обнаруженный «Вояджером» гексагональный циркумполярный джет, вращающийся вокруг северного полюса Сатурна, и горячий, похожий на ураган вихрь с недавно обнаруженными четко очерченными кругами на стенках глаза на юге. То, что крошечная ледяная луна может быть достаточно теплой, чтобы поддерживать жидкую воду внутри себя, выбрасывая струи, если ее кора сломана, делает Энцелад ключевым пунктом назначения. ^{79, 80} Подражая Земле, Титан имеет моря органических песчаных дюн, углеводородные озера, дендритные речные системы, предполагаемый ледяной вулканизм, горные цепи и глобальные системы разломов — Титан занимает одно из первых мест в списке целей будущих исследований. ⁸¹ На Нептуне «Вояджер» обнаружил азотные гейзеры, фонтанирующие в стратосферу с ультрахолодной поверхности Тритона с температурой 37 К — возможно, вызванные парниковым эффектом, когда сублимирующий газ устремляется к вентиляционным отверстиям под чистым азотным льдом. Первоначально исследователи думали, что из планет-гигантов только Сатурн обладает системой колец. Как оказалось, Юпитер, Уран и Нептун тоже, и все эти системы сильно различаются. Нептун имеет дуги, образующие частичные кольца; плотные темные кольца с вкраплениями широких слоев почти невидимой пыли окружают Уран; ^{82, 83} Тонкое кольцо Юпитера вращается по орбите пыльным венком. Исследователи только начинают раскрывать природу и возраст материала колец.

У нас были дразнящие проблески условий и конфигураций самих ледяных гигантов: странно наклоненные и смещенные магнитные поля, необъяснимые источники тепла и сверхзвуковые движения атмосферы. Из основных объектов Солнечной системы эти миры-ледяные гиганты изучены меньше всего. Поскольку недавние открытия предполагают, что такие тела могут доминировать в популяции экзопланет, заполнение этого пробела в уровне знаний является приоритетной задачей.

Новые уроки внутренней части Солнечной системы, полученные за последние несколько десятилетий, показывают, что она тоже намного сложнее и активнее, чем было известно ранее — открытия здесь не менее захватывающие. На Венере могут происходить активные вулканические извержения, выделяющие сернистые соединения и водяной пар, питающие сернокислотные облака. ⁸⁴ Марс также гораздо более активен, чем

Страница 83

Делиться

Цитировать

Рекомендуемое цитирование: «3 приоритетных вопроса планетарной науки на следующее десятилетие». Национальный исследовательский совет. 2011. Видение и путешествия для планетоведения в десятилетие 2013-2022 гг. . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/13117.

×

Сохранить

Отменить

думал раньше, с изменениями во временной шкале всего в несколько лет: новые шрамы от ударов, новые оползни, активные процессы, происходящие в оврагах. ⁸⁵ Замедленная съемка с марсоходов показывает, как пыльные дьяволы мчатся по поверхности. У ученых появились новые доказательства наличия на Марсе ледников, простирающихся местами даже до экватора, и активных или недавних подповерхностных процессов скрытого происхождения, генерирующих метан. Гидротермальная и вулканическая активность Марса, вероятно, продолжается и сегодня, но для подтверждения потребуются сейсмические данные, что является важной областью для будущих исследований. Мы обнаружили странные «активные» астероиды в главном поясе, извергающие пыль и газ и ведущие себя как кометы. Когда-то на Луне были глобальные океаны расплавленной лавы; сегодня его сейсмические толчки могут пролить свет на его внутреннюю структуру и раскрыть секреты его раннего происхождения и эволюции.

Таким образом, мы прошли полный круг в нашем представлении о том, насколько сложны, разнообразны и часто активны процессы, управляющие Солнечной системой. В конце концов, мы пришли к пониманию, что во время исследования наши ожидания обычно не соответствуют тому, что приготовила для нас природа в неизведанных уголках Солнечной системы и Вселенной.

ССЫЛКИ

1. Национальный исследовательский совет. 1994. Комплексная стратегия планетарных наук: 1995-2010 . National Academy Press, Вашингтон, округ Колумбия, стр. 33-34.

2. Национальный исследовательский совет. 2003. Новые рубежи в Солнечной системе: комплексная стратегия исследования . Издательство Национальных академий, Вашингтон, округ Колумбия, стр. 156–158.

3. Дж. Уильямс. 2010. Астрофизическая среда места рождения Солнца. Современная физика 51:381-396.

4. М. Биззарро, Д. Ульфбек, А. Тринкье, К. Трейн, Дж.Н. Коннелли и Б.С. Мейер. 2007. Доказательства поздней инжекции сверхновой 60Fe в протопланетный диск. Наука 316(5828):1178-1181.

5. Э. Циннер. 2007. Предсолнечные зерна. Стр. 17–39 в «Трактат о геохимии», том 1: Метеориты, кометы и планеты (ред. А. М. Дэвиса). Elsevier, Oxford, UK

6. T.J. Бернатович, Т.К. Хорват и Т.Л. Долтон. 2006. Происхождение и эволюция углеродистых предсолнечных зерен в звездных средах. Стр. 109–126 в метеоритах и ​​ранней Солнечной системе II (Д. С. Лауретта и Х. Я. МакСуин, ред.). University of Arizona Press, Тусон, Аризона

7. Х.А. Исии, Дж.П. Брэдли, З.Р. Дай, М. Чи, А.Т. Кирсли, М. Дж. Берчелл, Н. Д. Браунинг и Ф. Дж. Молстер. 2008. Сравнение пыли кометы 81P/Wild2 с межпланетной пылью комет. Наука 319:447-450.

8. Х.Ю. Максуин и Г.Р. Гус. 2010. Космохимия . Издательство Кембриджского университета, Кембридж, Великобритания

9. К. Циганис, Р. Гомес, А. Морбиделли и Х. Ф. Левисон. 2005. Происхождение орбитальной архитектуры планет-гигантов Солнечной системы. Природа 435:459-461.

10. А. Морбиделли, Х. Ф. Левисон, К. Циганис и Р. Гомеш. 2005. Хаотический захват Юпитера троянскими астероидами в ранней Солнечной системе. Природа 435:462-465.

11. Д. Браунли, П. Цоу, Дж. Алеон, C.M.O’D. Александр, Т. Араки, С. Байт, Г.А. Baratta, R. Bastien, P. Bland, P. Bleuet, J. Borg, et al. 2006. Комета 81P/Wild2 под микроскопом. Наука 314:1711-1716.

12. Т. Кляйне, М. Тубул, Б. Бурдон, Ф. Ниммо, К. Мезгер, Х. Пальме, С.Б. Якобсен, К.-З. Инь и А.Н. Холлидей. 2009 г.. Hf-W хронология аккреции и ранней эволюции астероидов и планет земной группы. Geochimica et Cosmochimica Acta 73:5150-5188.

13. П.Р. Эстрада, И. Москейра, Ж.Дж. Лиссауэр, Г. Д’Анджело и Д.П. Крукшенк. 2009. Формирование Юпитера и условия аккреции галилеевых спутников. Стр. 27–58 в Europa (ред. Р. Паппалардо, В. Маккиннон и К. Хурана). University of Arizona Press, Tucson, Arizona

14. Дж. Лунин, М. Чукроун, Д. Стивенсон и Г. Тоби. 2009 г.. Происхождение и эволюция Титана. Стр. 75-140 на Титане от Cassini-Huygens (Р. Браун, Дж. П. ЛеБретон и Дж. Х. Уэйт, ред.). Спрингер, Гейдельберг, Германия.

15. С. Атрея, Р. Лоренц и Дж.Х. Уэйт. 2009. Летучее происхождение и циклы: азот и метан. Стр. 177-199 в Титане из Cassini-Huygens (Р. Браун, Дж. П. ЛеБретон и Дж. Х. Уэйт, ред.). Спрингер, Гейдельберг, Германия.

16. Ф. Херсант, Д. Готье, Г. Тоби и Дж.И. Лунин. 2008. Интерпретация содержания углерода на Сатурне, измеренного Кассини. Планетарные и космические науки 56:1103-1111.

17. Циганис К., Гомес Р., Морбиделли А., Левисон Х.Ф. 2005. Происхождение орбитальной архитектуры планет-гигантов Солнечной системы. Природа 435:459-461.

18. А. Морбиделли, Х. Ф. Левисон, К. Циганис и Р. Гомеш. 2005. Хаотический захват Юпитера троянскими астероидами в ранней Солнечной системе. Природа 435:462-465.

19. Ж.-М. Пети и А. Морбиделли. 2001. Первичное возбуждение и очистка пояса астероидов. Икар 153:338-347.

Страница 84

Делиться

Цитировать

Рекомендуемое цитирование: «3 приоритетных вопроса планетарной науки на следующее десятилетие». Национальный исследовательский совет. 2011. Видение и путешествия для планетоведения в десятилетие 2013-2022 гг. . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/13117.

×

Сохранить

Отменить

20. Д.П. О’Брайен, А. Морбиделл и Х. Ф. Левисон. 2006. Формирование планет земной группы с сильным динамическим трением. Икар 184:39-58.

21. К. Циганис, Р. Гомес, А. Морбиделли и Х. Ф. Левисон. 2005. Происхождение орбитальной архитектуры планет-гигантов Солнечной системы. Природа 435:459-461.

22. Н. Х. де Леу, К.Р.А. Кэтлоу, Х.Е. Кинг, А. Путнис, К. Муралидхаран, П. Деймиер, М. Штимпфл и М. Дж. Дрейк. 2010. Откуда на Земле взялась наша вода? Chemical Communications 46(47):8923, doi: 10.1039/c0cc02312d.

23. Р. Гомеш, Х. Ф. Левисон, К. Циганис и А. Морбиделли. 2005. Происхождение катастрофического периода поздней тяжелой бомбардировки планет земной группы. Природа 435:466-469.

24. Р.Г. Стром, Р. Малхотра, Т. Ито, Ф. Йошида и Д.А. Кринг. 2005. Происхождение планетарных ударников во внутренней Солнечной системе. Наука 309:1847-1850.

25. К. Циганис, Р. Гомес, А. Морбиделли и Х. Ф. Левисон. 2005. Происхождение орбитальной архитектуры планет-гигантов Солнечной системы. Природа 435:459-461.

26. Д. Браунли, П. Цоу, Дж. Алеон, C.M.O’D. Александр, Т. Араки, С. Байт, Г.А. Baratta, R. Bastien, P. Bland, P. Bleuet, J. Borg, et al. 2006. Комета 81P/Wild2 под микроскопом. Наука 314:1711-1716.

27. А.Н. Холлидей. 2004. Происхождение и самая ранняя история Земли. Стр. 509-557 в Трактате по геохимии, Vol. 1. Метеориты, кометы и планеты 90 030 (ред. А.М. Дэвиса). Elsevier, Oxford, UK

28. N. Mueller, J. Helbert, G.L. Hashimoto, C.C.C. Цанг, С. Эрард, Дж. Пиччони и П. Дроссарт. 2008. Тепловое излучение поверхности Венеры на расстоянии 1 мкм в визуализирующих наблюдениях VIRTIS: свидетельство изменения условий дифференциации коры и мантии. Журнал геофизических исследований 113(E9):E00B17, doi:10. 1029/2008JE003225.

29. Г.Л. Хасимото, М. Роос-Сероте, С. Сугита, М.С. Гилмор, Л.В. Камп, Р.В. Карлсон и К.Х. Бейнс. 2008. Горная кора кислого грунта на Венере, предложенная по данным картографического спектрометра ближнего инфракрасного диапазона Galileo. Журнал геофизических исследований 113:E00B24, doi:10.1029/2008JE003134.

30. Х.Ю. МакСуин. 2008. Марсианские метеориты как образцы земной коры. Стр. 383-395 в Поверхность Марса: состав, минералогия и физические свойства (Дж. Ф. Белл, изд.). Издательство Кембриджского университета, Кембридж, Великобритания

31. Ф. Раулин, К. Маккей, Дж. Лунин и Т. Оуэн. 2009. Астробиология Титана. Стр. 215-233 в Титане из Cassini-Huygens (Р. Браун, Дж. П. ЛеБретон и Дж. Х. Уэйт, ред.). Спрингер, Гейдельберг, Германия.

32. Дж.Х. Уэйт-младший, У.С. Льюис, Б.А. Маги, Дж.И. Лунин, В.Б. Маккиннон, К. Р. Гляйн, О. Мусис, Д. Т. Янг, Т. Броквелл, Дж. Уэстлейк, М.-Дж. Нгуен и др. 2009. Жидкая вода на Энцеладе по наблюдениям за аммиаком и 40Ar в шлейфе. Природа 460:487-490.

33. М.Дж. Мумма, Г.Л. Вильянуэва, Р.Е. Новак, Т. Хевагама, Б.П. Бонев, М.А. ДиСанти, А.М. Манделл и М.Д. Смит. 2009. Сильный выброс метана на Марсе северным летом 2003 г. Science 323:1041-1045, doi:1010.1126/science.1165243.

34. С. Квок. 2009. Доставка сложных органических соединений из планетарных туманностей в Солнечную систему. Международный журнал астробиологии 8/3:161-167.

35. Э. Хербст и Э. Ф. ван Дишок. 2009 г.. Сложные органические межзвездные молекулы. Ежегодный обзор астрономии и астрофизики 47:427-480.

36. С. Пьяццарелло, Г.В. Купер и Г.Дж. Флинн. 2006. Природа и распределение органического вещества в углистых хондритах и ​​межпланетных пылевых частицах. Стр. 625-651 в метеоритах и ​​ранней Солнечной системе II (Д. С. Лауретта и Х. Я. МакСуин, ред.). University of Arizona Press, Tucson, Arizona

37. Ф. Раулин, К. Маккей, Дж. Лунин и Т. Оуэн. 2009 г.. Астробиология Титана. Стр. 215-233 в Титане из Cassini-Huygens (Р. Браун, Дж. П. ЛеБретон и Дж. Х. Уэйт, ред.). Спрингер, Гейдельберг, Германия.

38. Д.Л. Мэтсон, Дж. К. Кастильо-Рогез, Г. Шуберт, К. Сотин и У.Б. Маккиннон. 2009. Тепловая эволюция и внутренняя структура ледяных спутников Сатурна среднего размера. Стр. 577-612 в Сатурн из Cassini-Huygens (М.К. Догерти, Л.В. Эспозито и С.М. Кримигис, ред.). Спрингер, Берлин.

39. К.К. Хурана, М.Г. Кивельсон, К.П. Хэнд и К.Т. Рассел. 2009 г.. Электромагнитная индукция от океана Европы и недр. Стр. 571-586 в Europa (ред. Р. Паппалардо, В. Маккиннон и К. Хурана). University of Arizona Press, Тусон, Аризона

40. М.Х. Карр. 2006. Поверхность Марса . Издательство Кембриджского университета, Кембридж, Великобритания

41. Дж. К. Эндрюс-Ханна, М.Т. Зубер, Р.Э. Арвидсон и С.Дж. Мудрец. 2010. Гидрология Марса: отложения Meridiani playa и осадочная летопись Arabia Terra. Журнал геофизических исследований 115:E06002, doi: 10. 1029/2009JE003485.

42. С. К. Соломон, О. Ааронсон, Дж. М. Орну, В. Б. Банердт, М.Х. Карр, А.Дж. Домбард, Х.В. Фрей, М.П. Голомбек, С.А. Хаук II, Дж.В. Глава III, Б.М. Якоски и др. 2005. Новые взгляды на древний Марс. Наука 307:1214-1220.

Страница 85

Делиться

Цитировать

Рекомендуемое цитирование: «3 приоритетных вопроса планетарной науки на следующее десятилетие». Национальный исследовательский совет. 2011. Видение и путешествия для планетоведения в десятилетие 2013–2022 годов . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/13117.

×

Сохранить

Отменить

43. С.Л. Мурчи, Дж. Ф. Мастард, Б.Л. Эльманн, Р.Э. Милликен, Дж.Л. Бишоп, Н.К. Маккеун, Э.З.Н. Добреа, Ф.П. Силос, Д.Л. Бучковский, С.М. Мудрец. 2009. Синтез марсианской водной минералогии после 1 марсианского года наблюдений с марсианского разведывательного орбитального аппарата. Журнал геофизических исследований 114:E00D06, doi:10.1029/2009JE003342.

44. Р.В. Моррис, С.В. Рафф, Р. Геллерт, Д.В. Мин, Р.Э. Арвидсон, Б.К. Кларк, Д. К. Голден, К. Зибах, Г. Клингельхофер и К. Шредер. 2010. Идентификация богатых карбонатами обнажений на Марсе с помощью марсохода Spirit. Наука 329(5990):421-424.

45. Ф. Тейлор и Д. Гринспун. 2009. Эволюция климата Венеры. Журнал геофизических исследований 114:E00B40.

46. М.К. Лян и Ю.Л. Юнг. 2009 г.. Моделирование распределения H ₂ O и HDO в верхних слоях атмосферы Венеры. Журнал геофизических исследований 114:E00B28.

47. К.К. Хурана, М.Г. Кивельсон, К.П. Хэнд и К.Т. Рассел. 2009. Электромагнитная индукция от океана Европы и недр. Стр. 571-586 в Europa (ред. Р. Паппалардо, В. Маккиннон и К. Хурана). University of Arizona Press, Tucson, Arizona

48. Ф. Постберг, С. Кемпф, Дж. Шмидт, Н. Бриллиантов, А. Бейнсен, Б. Абель, У. Бак и Р. Шрама. 2009 г.. Соли натрия в ледяных зернах с кольцом Е из океана под поверхностью Энцелада. Природа 459:1098-1101.

49. Дж.Х. Уэйт-младший, У.С. Льюис, Б.А. Маги, Дж.И. Лунин, В.Б. Маккиннон, К. Р. Гляйн, О. Мусис, Д. Т. Янг, Т. Броквелл, Дж. Уэстлейк, М.-Дж. Нгуен и др. 2009. Жидкая вода на Энцеладе по наблюдениям за аммиаком и 40Ar в шлейфе. Природа 460:487-490.

50. Национальный исследовательский совет. 2007. Астробиологическая стратегия исследования Марса . The National Academys Press, Washington, D.C.

51. M.J. Mumma, G.L. Villanueva, R.E. Новак, Т. Хевагама, Б.П. Бонев, М.А. ДиСанти, А.М. Манделл и М.Д. Смит. 2009. Сильный выброс метана на Марсе северным летом 2003 г. Science 323:1041-1045, doi:1010.1126/science.1165243.

52. К.П. Маккей и Х.Д. Смит. 2005. Возможности метаногенной жизни в жидком метане на поверхности Титана. Икар 178:274-276.

53. В. Боруки для команды Кеплера. 2011. Характеристики кандидатов в планеты Кеплера, основанные на первом наборе данных: обнаружено, что большинство из них имеют размер Нептуна и меньше. Астрофизический журнал 728(2):117.

54. C. Lovos, D. Ségransan, M. Mayor, S. Udry, F. Pepe, D. Queloz, W. Benz, F. Bouchy, C. Mordasini, N.C. Santos, J. Laskar, et al. 2010. Поиск южных внесолнечных планет с помощью HARPS. ХХVII. До семи планет на орбите HD 10180: исследование архитектуры маломассивных планетарных систем. Астрономия и астрофизика , подана.

55. Дж.И. Лунин, Д. Фишер, Х.Б. Хаммель, Т. Хеннинг, Л. Хилленбранд, Дж. Кастинг, Г. Лафлин, Б. Макинтош, М. Марли, Г. Мельник, Д. Моне и др. 2008. Миры за пределами: стратегия обнаружения и описания экзопланет. Резюме доклада Консультативного комитета по астрономии и астрофизике Целевой группы ExoPlanet, Вашингтон, округ Колумбия, 23 июня 2008 г. Астробиология 8:875-881.

56. К. Маруа, Б. Макинтош, Т. Барман, Б. Цукерман, И. Сонг, Ж. Пейшенс, Д. Лафреньер и Р. Дойон. 2008. Прямые изображения нескольких планет, вращающихся вокруг звезды HR 8799. Science 322:1348.

57. С. Стэнли и Дж. Блоксхэм. 2004. Геометрия конвективной области как причина необычных магнитных полей Урана и Нептуна. Природа 428(6979):151-153.

58. Дж.Н. Куцци, Дж.А. Бернс, С. Чарноз, Р.Н. Кларк, Дж. Э. Колвелл, Л. Доунс, Л.В. Эспозито, Г. Филаккионе, Р.Г. Французский, М.М. Хедман, С. Кемпф и др. 2010. Эволюция динамических колец Сатурна. Наука 327:1470-1475.

59. К. Берле, К.Д. Мюррей, Г.А. Уильямс, М. В. Эванс, Н. Дж. Купер и К. Б. Агнор. 2010. Прямые доказательства гравитационной нестабильности и образования лун в кольцах Сатурна. Астрофизический журнал 718:L176-L180.

60. С. Чарноз, Дж. Салмон и А. Крида. 2010. Недавнее образование спутников Сатурна из-за вязкого растекания главных колец. Природа 465:752-754.

61. В. Боруки для команды Кеплера. 2011. Характеристики кандидатов в планеты Кеплера, основанные на первом наборе данных: обнаружено, что большинство из них имеют размер Нептуна и меньше. Астрофизический журнал 728(2)117.

62. К. Берле, К.Д. Мюррей, Г.А. Уильямс, М. В. Эванс, Н. Дж. Купер и К. Б. Агнор. 2010. Прямые доказательства гравитационной нестабильности и образования лун в кольцах Сатурна. Астрофизический журнал 718:L176-L180.

63. С. Чарноз, Дж. Салмон и А. Крида. 2010. Недавнее образование спутников Сатурна из-за вязкого растекания главных колец. Природа 465:752-754.

64. М.Р. Шоуолтер и Дж.Дж. Лиссауэр. 2006. Второе кольцо-луна системы Урана: Открытие и динамика. Наука 311:973-977.

65. И. де Патер, Х.Б. Хаммель, С. Г. Гиббард и М. Р. Шоуолтер. 2006. Новые пылевые пояса Урана: одно кольцо, два кольца, красное кольцо, синее кольцо. Наука 312:92-94.

66. Национальный исследовательский совет. 2010. Защита планеты Земля: исследования объектов, сближающихся с Землей, и стратегии снижения опасности. Издательство Национальных Академий, Вашингтон, округ Колумбия

Страница 86

Делиться

Цитировать

Рекомендуемое цитирование: «3 приоритетных вопроса планетарной науки на следующее десятилетие». Национальный исследовательский совет. 2011. Видение и путешествия для планетоведения в десятилетие 2013-2022 гг. . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/13117.

×

Сохранить

Отменить

67. Национальный исследовательский совет. 2010. Новые миры, новые горизонты в астрономии и астрофизике. The National Academys Press, Вашингтон, округ Колумбия

68. Дж. Хорнер, Б.В. Джонс и Дж. Чемберс. 2010. Юпитер — друг или враг? III: кометы облака Оорта. Международный журнал астробиологии 9:1-10.

69. А. Санчес-Лавега, А. Уэсли, Г. Ортон, Р. Уэсо, С. Перес-Ойос, Л.Н. Флетчер, П. Янамандра-Фишер, Дж. Легаррета, И. де Патер, Х. Хаммель, А. Саймон-Миллер и др. 2010. Столкновение крупного объекта с Юпитером в июле 2009 г. Journal 210:L155-L159.

70. Д.В. Титов, Ф. В. Тейлор и Х. Сведхем. 2008. Введение в специальный раздел Venus Express: Результаты номинальной миссии. Журнал геофизических исследований 113:E00B19.

71. С.Е. Смрекар, Э. Р. Стофан, Н. Мюллер, А. Трейман, Л. Элкинс-Тантон, Дж. Хелберт, Г. Пиччони и П. Дроссарт. 2010. Недавний очаг вулканизма на Венере по данным об излучательной способности VIRTIS. Science 328(5978):605-608, doi:10.1126/science.1186785.

72. Ф. Форгет, Р.М. Хаберле, Ф. Монмессен, Б. Леврар и Дж.В. Глава. 2006. Формирование ледников на Марсе атмосферными осадками под большим углом наклона. Наука 311:368-371.

73. Г. С. Ортон, П.А. Янамандра-Фишер, Б.М. Фишер, А.Дж. Фридсон, П.Д. Пэрриш, Дж. Ф. Нельсон, А.С. Бауэрмейстер, Л. Флетчер, Д.Ю. Гезари, Ф. Варози, А.Т. Токунага и др. 2008. Полугодовые колебания низкоширотных стратосферных температур Сатурна. Природа 453:196-199.

74. Т. Фуше, С. Герле, Д.Ф. Стробель, А.А. Саймон-Миллер, Б. Безар и Ф.М. Фласар. 2008. Экваториальное колебание в средней атмосфере Сатурна. Природа 453:200-202.

75. Д.Ф. Стробель, С.К. Атрея, Б. Безар, Ф. Ферри, Ф.М. Флазар, М. Фульчиньони, Э. Лелуш и И. Мюллер-Водарг. 2009. Структура и состав атмосферы. Стр. 235-257 в Титане из Cassini-Huygens (Р. Браун, Дж.-П. ЛеБретон и Дж. Х. Уэйт, ред.). Спрингер, Гейдельберг, Германия.

76. К.К. Хурана, М.Г. Кивельсон, К.П. Хэнд и К.Т. Рассел. 2009. Электромагнитная индукция от океана Европы и недр. Стр. 571-586 в Европа (Р. Паппалардо, В. Маккиннон и К. Хурана, ред.). University of Arizona Press, Tucson, Arizona

77. C.F. Чиба. 2000. Энергия для микробной жизни на Европе. Природа 403:381-382.

78. Х. Ф. Уилсон и Б. Милитцер. 2010. Улавливание благородных газов в недрах гигантских планет. Письма о физическом обзоре 104:121101.

79. Ф. Постберг, С. Кемпф, Дж. Шмидт, Н. Бриллиантов, А. Бейнсен, Б. Абель, У. Бак и Р. Шрама. 2009. Соли натрия в зернах льда с кольцом Е из океана под поверхностью Энцелада. Природа 459:1098-1101.

80. Дж.Х. Уэйт-младший, У.С. Льюис, Б.А. Маги, Дж.И. Лунин, В.Б. Маккиннон, К. Р. Гляйн, О. Мусис, Д. Т. Янг, Т. Броквелл, Дж. Уэстлейк, М.-Дж. Нгуен и др. 2009. Жидкая вода на Энцеладе по наблюдениям за аммиаком и 40Ar в шлейфе. Природа 460:487-490.

81. Р. Х. Браун, Дж.-П. Лебретон и Дж.Х. Уэйт. 2009. Обзор. Стр. 1-7 в Титане от Кассини-Гюйгенс (Р. Браун, Дж. П. ЛеБретон и Дж. Х. Уэйт, ред.). Спрингер, Гейдельберг, Германия.

82. М.Р. Шоуолтер и Дж.Дж. Лиссауэр. 2006. Второе кольцо-луна системы Урана: Открытие и динамика. Science 311:973-977 2006.

83. I. de Pater, H. B. Хаммель, С. Г. Гиббард и М. Р. Шоуолтер. 2006. Новые пылевые пояса Урана: одно кольцо, два кольца, красное кольцо, синее кольцо. Наука 312:92-94.

84. С.Е. Смрекар, Э. Р. Стофан, Н. Мюллер, А. Трейман, Л. Элкинс-Тантон, Дж. Хелберт, Г. Пиччони и П. Дроссарт. 2010. Недавний очаг вулканизма на Венере по данным об излучательной способности VIRTIS. Наука 328(5978):605-608.

85. М.К. Малин и К.С. Эджет. 2001. Mars Global Surveyor Mars Orbiter Camera: межпланетный круиз в рамках основной миссии. Журнал геофизических исследований 106:423429-423570.

Страница 69

Делиться

Цитировать

Рекомендуемое цитирование: «3 приоритетных вопроса планетарной науки на следующее десятилетие». Национальный исследовательский совет. 2011. Видение и путешествия для планетоведения в десятилетие 2013–2022 годов . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/13117.

×

Сохранить

Отменить

Страница 70

Делиться

Цитировать

Рекомендуемое цитирование: «3 приоритетных вопроса планетарной науки на следующее десятилетие». Национальный исследовательский совет. 2011. Видение и путешествия для планетоведения в десятилетие 2013–2022 годов . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/13117.

×

Сохранить

Отменить

Страница 71

Делиться

Цитировать

Рекомендуемое цитирование: «3 приоритетных вопроса планетарной науки на следующее десятилетие». Национальный исследовательский совет. 2011. Видение и путешествия для планетоведения в десятилетие 2013–2022 годов . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/13117.

×

Сохранить

Отменить

Страница 72

Делиться

Цитировать

Рекомендуемое цитирование: «3 приоритетных вопроса планетарной науки на следующее десятилетие». Национальный исследовательский совет. 2011. Видение и путешествия для планетоведения в десятилетие 2013–2022 годов . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/13117.

×

Сохранить

Отменить

Страница 73

Делиться

Цитировать

Рекомендуемое цитирование: «3 приоритетных вопроса планетарной науки на следующее десятилетие». Национальный исследовательский совет. 2011. Видение и путешествия для планетоведения в десятилетие 2013–2022 годов . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/13117.

×

Сохранить

Отменить

Страница 74

Делиться

Цитировать

Рекомендуемое цитирование: «3 приоритетных вопроса планетарной науки на следующее десятилетие». Национальный исследовательский совет. 2011. Видение и путешествия для планетоведения в десятилетие 2013–2022 годов . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/13117.

×

Сохранить

Отменить

Страница 75

Делиться

Цитировать

Рекомендуемое цитирование: «3 приоритетных вопроса планетарной науки на следующее десятилетие». Национальный исследовательский совет. 2011. Видение и путешествия для планетоведения в десятилетие 2013–2022 годов . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/13117.

×

Сохранить

Отменить

Страница 76

Делиться

Цитировать

Рекомендуемое цитирование: «3 приоритетных вопроса планетарной науки на следующее десятилетие». Национальный исследовательский совет. 2011. Видение и путешествия для планетоведения в десятилетие 2013–2022 годов . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/13117.

×

Сохранить

Отменить

Страница 77

Делиться

Цитировать

Рекомендуемое цитирование: «3 приоритетных вопроса планетарной науки на следующее десятилетие». Национальный исследовательский совет. 2011. Видение и путешествия для планетоведения в десятилетие 2013–2022 годов . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/13117.

×

Сохранить

Отменить

Страница 78

Делиться

Цитировать

Рекомендуемое цитирование: «3 приоритетных вопроса планетарной науки на следующее десятилетие». Национальный исследовательский совет. 2011. Видение и путешествия для планетоведения в десятилетие 2013–2022 годов . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/13117.

×

Сохранить

Отменить

Страница 79

Делиться

Цитировать

Рекомендуемое цитирование: «3 приоритетных вопроса планетарной науки на следующее десятилетие». Национальный исследовательский совет. 2011. Видение и путешествия для планетоведения в десятилетие 2013–2022 годов . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/13117.

×

Сохранить

Отменить

Страница 80

Делиться

Цитировать

Рекомендуемое цитирование: «3 приоритетных вопроса планетарной науки на следующее десятилетие». Национальный исследовательский совет. 2011. Видение и путешествия для планетоведения в десятилетие 2013–2022 годов . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/13117.

×

Сохранить

Отменить

Страница 81

Делиться

Цитировать

Рекомендуемое цитирование: «3 приоритетных вопроса планетарной науки на следующее десятилетие». Национальный исследовательский совет. 2011. Видение и путешествия для планетоведения в десятилетие 2013–2022 годов . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/13117.

×

Сохранить

Отменить

Страница 82

Делиться

Цитировать

Рекомендуемое цитирование: «3 приоритетных вопроса планетарной науки на следующее десятилетие». Национальный исследовательский совет. 2011. Видение и путешествия для планетоведения в десятилетие 2013–2022 годов . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/13117.

×

Сохранить

Отменить

Страница 83

Делиться

Цитировать

Рекомендуемое цитирование: «3 приоритетных вопроса планетарной науки на следующее десятилетие». Национальный исследовательский совет. 2011. Видение и путешествия для планетоведения в десятилетие 2013–2022 годов . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/13117.

×

Сохранить

Отменить

Страница 84

Делиться

Цитировать

Рекомендуемое цитирование: «3 приоритетных вопроса планетарной науки на следующее десятилетие». Национальный исследовательский совет. 2011. Видение и путешествия для планетоведения в десятилетие 2013–2022 годов . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/13117.

×

Сохранить

Отменить

Страница 85

Делиться

Цитировать

Рекомендуемое цитирование: «3 приоритетных вопроса планетарной науки на следующее десятилетие». Национальный исследовательский совет. 2011. Видение и путешествия для планетоведения в десятилетие 2013–2022 годов . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/13117.

×

Сохранить

Отменить

Страница 86

Делиться

Цитировать

Рекомендуемое цитирование: «3 приоритетных вопроса планетарной науки на следующее десятилетие». Национальный исследовательский совет. 2011. Видение и путешествия для планетоведения в десятилетие 2013–2022 годов . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. дои: 10.17226/13117.

×

Сохранить

Отменить

Next: 4 Примитивные тела: строительные блоки Солнечной системы »

Американские и китайские ученые предлагают новые смелые миссии за пределы Солнечной системы

Прямо сейчас наша Солнечная система несется в область космоса, о которой мы почти ничего не знаем . В течение примерно 60 000 лет наше Солнце пересекало местное межзвездное облако (LIC), область газа и пыли внутри почти пустого пузыря, который был вырезан из Млечного Пути сверхновыми миллионы лет назад. Однако всего через 2000 лет сфера влияния нашей звезды переместится в неизведанный космос. «Мы понятия не имеем, что произойдет», когда это произойдет, говорит Понтус Брандт из Лаборатории прикладной физики Университета Джона Хопкинса (APL). За пределами LIC может возникнуть совершенно иная «новая норма»: Земля может подвергаться большему количеству космических лучей, которые изменяют планетарные климаты и поджаривают ДНК. А область влияния Солнца — его гелиосфера — может радикально измениться в размерах. «Мы просто не знаем, — говорит Брандт.

Выяснить, что произойдет, когда мы покинем обыденные пределы LIC, является одной из целей амбициозного и захватывающего предложения миссии Брандта и его коллег из APL. Этот воображаемый космический корабль, названный Межзвездным зондом, должен был изучить космическое окружение Солнца с беспрецедентной точностью. Впервые анонсированная в 2019 году, но о которой мечтали десятилетиями, сегодня концепция межзвездного зонда отражает труды более 1000 ученых, которые в течение последних нескольких лет работали над формализацией дизайна, инструментов и научных целей миссии. В прошлом месяце на осеннем собрании Американского геофизического союза (AGU) в Новом Орлеане команда APL представила отчет о концепции миссии, возникший в результате этих обсуждений, — почти 500-страничное исследование, направленное на то, чтобы сделать Межзвездный зонд на один важный шаг ближе к реальность. И не только: в Китае предпринимаются попытки запустить независимую, но столь же захватывающую межзвездную миссию, , в настоящее время именуемый «Интерстеллар Экспресс».

«Межзвездный зонд позволит нам понять, откуда мы пришли и куда идем», — говорит Брандт, научный сотрудник проекта. «Это миссия выйти за пределы гелиосферы, огромного магнитного пузыря, который охватывает всю Солнечную систему».

Ожидается, что предстоящее десятилетнее исследование солнечной и космической физики в США поможет определить, на каких миссиях НАСА и другие федеральные агентства должны сосредоточиться в течение 10-летнего периода с начала 2020-х по 2030-е годы. APL надеется, что отчет побудит НАСА разработать межзвездный зонд. Геополитические конфликты между США и Китаем в настоящее время исключают перспективу сотрудничества между двумя странами, но другие партнеры, такие как Европейское космическое агентство, могут присоединиться в будущем, чтобы сделать любой проект действительно международным. Такие обсуждения преждевременны на данный момент, но могут возникнуть позже — наряду с возможностью Interstellar Probe и Interstellar Express дополнять друг друга вместо формального сотрудничества, если они оба будут выбраны соответствующими агентствами.

Миссия для нескольких поколений

Концепция APL отчасти разработана для того, чтобы стать преемником миссий НАСА «Вояджер-1» и «Вояджер-2» — на сегодняшний день это единственный активный космический корабль, покинувший нашу Солнечную систему. Оба «Вояджера» добились огромных успехов в понимании межзвездного пространства: в частности, они обнаружили, что край гелиосферы — так называемая гелиопауза, где магнитное влияние нашей звезды ослабевает до незначительности и можно сказать, что действительно начинается межзвездное пространство, — находится более чем в 120 раз превышает расстояние от Земли до Солнца (более 120 астрономических единиц или а. е.) от Солнца. Но ни одна из миссий «Вояджера» не была специально разработана для исследования этого региона так далеко от Земли, что ограничивало предлагаемую научную отдачу. «Вояджеры попали туда случайно», — говорит Ральф МакНатт из APL, главный исследователь проекта межзвездного зонда. «Они едва поцарапали поверхность».

Межзвездный зонд будет специальной миссией для изучения этого обширного региона, предназначенного для запуска в 2030-х годах, при этом 2036 год запуска будет использоваться в качестве отправной точки в исследовании. Запущенный на мощной ракете, такой как готовящаяся к выпуску NASA система космического запуска (SLS), и весом 860 кг (около 1900 фунтов), подобно «Вояджерам», межзвездный зонд покинет Землю со скоростью около 60 000 километров в час, быстрее, чем любой космический корабль в мире. истории, затмив рекорд около 43 000 километров в час , установленный космическим кораблем New Horizons на пути к Плутону. На таких скоростях Межзвездный зонд достигнет Юпитера за семь месяцев, достигнет гелиопаузы за 15 лет — по сравнению с 35 годами для «Вояджера-1» — и догонит космический корабль «Вояджер» к концу века.

«Я ваш решительный сторонник», — говорит Дон Гурнетт, почетный профессор Университета Айовы и бывший главный исследователь инструментов плазменных волн на обоих космических кораблях «Вояджер». «Вояджер-1, вероятно, будет работать еще 10 лет и будет находиться на расстоянии 165 а.е. Это недостаточно далеко. Мы хотели бы пойти [дальше] в первозданную межзвездную среду».

Общая цель состоит в том, чтобы спланировать миссию, которая продлится не менее 50 лет, достигнув к этому времени расстояния более 300 а. Такая миссия потребует беспрецедентного межпоколенческого планирования, когда сегодняшние бэби-бумеры возглавят проект, который будет передан представителям поколения X, миллениалов, представителей поколения Z и других. «Так развивается наука, — говорит Макнатт. «Вы платите вперед; вы продолжаете передавать эти вещи следующим поколениям и настраиваете их на успех». Он и его коллеги также надеются, что их воображаемый космический корабль будет нести сводку человечества и жизни на Земле, чтобы любые инопланетные цивилизации могли обнаружить, что может случиться наткнуться на космический корабль, подобно Золотой записи, включенной в оба Вояджера. Однако, в отличие от этих физических записей, это, вероятно, будет своего рода «твердотельная память», которая может хранить эквивалент «сотен александрийских библиотек», говорит Брандт.

Форма будущего

Инструменты космического корабля будут специально созданы, чтобы революционизировать наше понимание межзвездного пространства. Возглавит список устройство для формирования изображения энергетических нейтральных атомов (ENA), предназначенное для съемки атомов, исходящих от нашего Солнца, когда они ударяются о межзвездную среду, создавая изображение гелиосферы, в которой мы живем. В настоящее время неясно, какую форму эта гелиосфера принимает против преобладающих галактических ветров: некоторые модели, экстраполирующие немногочисленные доступные данные, отдают предпочтение гелиосфере, очерченной как круассан, тогда как другие склоняются к форме головастика с отчетливыми носом и хвостом. Межзвездный зонд в идеале должен был бы быть отправлен по боковой траектории к этой великой структуре, раскрывая ее истинную форму для всеобщего обозрения.

«Самая большая загадка, которая у нас сейчас есть, — это «Какова форма гелиосферы?», — говорит Елена Проворникова из APL, руководитель отдела гелиофизики Interstellar Probe. Текущая миссия под названием Interstellar Boundary Explorer (IBEX), запущенная в 2008 году, предположила, что эта форма имеет вытянутую форму. Но данные космического корабля «Кассини», который вращался вокруг Сатурна в период с 2004 по 2017 год, указывают на более округлую структуру без длинного хвоста. «Единственный способ узнать это — вылететь из гелиосферы и оглянуться», — говорит Проворникова. «Вояджеры не могут этого сделать, потому что у них нет камер ENA».

Еще одна заманчивая цель — определить наше местонахождение в ЛИК. Используя четыре 50-метровых радиоантенны, Межзвездный зонд будет измерять плотность электронов в окружающей плазме. Это показало бы нашу близость к краю LIC и дало бы нам точный прогноз того, когда мы покинем его. «Возможно, мы сможем сказать, где мы находимся», — говорит Проворникова. Это может сказать нам, собираемся ли мы войти в область с более низкой плотностью между большими межзвездными облаками, что может позволить гелиосфере резко расшириться, или же мы направляемся к соседнему облаку, называемому комплексом G-облака, где плотность может быть намного выше, и наша гелиосфера, таким образом, была бы раздавлена. «Если у вас очень сжатая гелиосфера, поток галактических космических лучей может [увеличиться] в 10 раз, кто знает», — говорит Брандт. «Влияет ли это на химию атмосферы [и] биологическую эволюцию?»

Другие инструменты, в том числе магнитометр и анализатор межзвездной пыли, будут способствовать дальнейшему изучению взаимодействия нашего Солнца и межзвездной среды. Такая информация была бы бесценной, говорит Шами Чаттерджи, астроном из Корнельского университета, который не участвует в миссии. «Можем ли мы на самом деле отправить что-нибудь, чтобы дать нам прямой образец?» он говорит. «Если бы мы могли, это было бы действительно замечательно. Это была бы абсолютно уникальная информация [о] окрестностях нашего солнца».

У межзвездного зонда также есть несколько интригующих дополнительных целей, которые он может решить. Это будет включать в себя изучение Юпитера во время его пролета, а также возможные наблюдения за карликовыми планетами во внешней части Солнечной системы и объектами пояса Койпера (ОПК), состоящими из астероидов и комет, которые находятся за пределами Нептуна. «Есть несколько разных кандидатов», — говорит Алиса Кокорос из APL, инженер по системам полезной нагрузки миссии. Одной из них является Эрида, самая массивная из известных карликовых планет, открытие которой в 2005 году привело к понижению Плутона до карликовой планеты в 2006 году. Другая — большая карликовая планета Гонгонг. Возможно, даже Девятую Планету, гипотетическую девятую планету нашей Солнечной системы, можно будет посетить, если обнаружится, что она существует. «Этот отчет действительно охватывает меню» предлагаемой науки, — говорит МакНатт.

Космический корабль может заниматься другими трансформационными науками, такими как изучение внегалактического фонового света, коллективного космического свечения всех светящихся объектов в наблюдаемой Вселенной. Из своего отдаленного местоположения Межзвездный зонд мог видеть, «сколько фотонов на самом деле поступает», — говорит МакНатт. «Это помогло бы нам ограничить некоторые модели большого взрыва». Еще одна возможность — изучение древних остатков ближайшей сверхновой. Исследования ледяных кернов ледников и полярных шапок на Земле обнаружили характерный всплеск гамма-излучения, который, казалось, пришел около трех миллионов лет назад, по-видимому, от звезды, взорвавшейся примерно в 300 световых годах от нас. Путешествуя за пределы гелиопаузы, «Межзвездный зонд» смог более четко увидеть и изучить отдаленные остатки этого древнего взрыва. «Если бы мы могли видеть состав пыли, мы могли бы сказать, был ли этот [всплеск] от сверхновой», — говорит Джесси Миллер из Университета Иллинойса в Урбана-Шампейн, который представил исследование этой идеи на осеннем собрании AGU. «Это могло бы рассказать нам, что случилось с материалом, который был обработан взрывной волной, [и] как эволюционируют и исчезают остатки древних сверхновых».

Дополнительный конкурс

Тем временем миссия Interstellar Express, которую Китай рассматривает, запустит два или даже три космических корабля в межзвездное пространство. Один пойдет к предполагаемому «носу» гелиосферы, а другой — к «хвосту». Потенциальный третий космический корабль, возможно, будет двигаться в боковом направлении, как и общая траектория, запланированная для Межзвездного зонда. Первоначально запланированный к запуску уже в 2024 году, к 2049 году китайский космический корабль может достичь 100 а.е., 100-летие со дня основания Китайской Народной Республики, но пандемия коронавируса настолько замедлила развитие, что эта целевая дата старта может оказаться невыполнимой.

По пути каждый из китайских зондов будет независимо изучать такие цели, как Юпитер, Нептун и некоторые избранные КБО, такие как карликовая планета Квавар. Однако их коллективной целью будет исследование внешней гелиосферы и межзвездного пространства. Как и Interstellar Probe, два или три космических корабля будут оснащены формирователями изображений ENA для получения снимков нашей гелиосферы, а также инструментами для измерения местного магнитного поля и плотности плазмы, среди прочего. «У нас есть похожие инструменты», — говорит Линхуа Ван из Пекинского университета, который является частью команды разработчиков изображений ENA Interstellar Express. «Но особенности инструмента могут быть другими».

Наличие этих космических кораблей, дополняющих Межзвездный зонд, было бы благом для ученых, надеющихся изучать межзвездное пространство. «Лучше иметь больше», — говорит Ван. «Я надеюсь, что у нас может быть четыре космических корабля или больше». Перспективы поддержки Китаем миссии кажутся многообещающими, поскольку страна стремится укрепить свои космические возможности после того, как уже вернула образцы с Луны, приземлилась на Марсе и построила пилотируемую космическую станцию ​​на низкой околоземной орбите. Группы, участвующие в миссии, базирующиеся в Пекинском университете и Китайской академии наук, «получили финансирование от правительства для концептуальных исследований», — говорит Ван. «Так что шанс, вероятно, не так уж и низок».

Пока неизвестно, будут ли выбраны и профинансированы один, два или все эти космические корабли.