10. Между планет

Издалека кажется, будто наша Солнечная система пуста. Если заключить ее в сферу – такую большую, чтобы в нее поместилась орбита Нептуна, самой дальней планеты (нет, не Плутона, с этим придется смириться), – объем, занятый самим Солнцем, всеми планетами и их спутниками, займет чуть больше одной триллионной части охваченного пространства. Однако на самом деле она далеко не пустая: в пространстве между планет содержатся всевозможные обломки, камешки, ледяные шары, пыль, потоки заряженных частиц и дальнобойные космические зонды. Кроме того, пространство пронизано чудовищными гравитационными и магнитными полями.

Межпланетное пространство настолько не пустое, что Земля, двигаясь по орбите со скоростью 30 километров в секунду, встречает сотни тонн метеоритов ежедневно – почти все они не крупнее песчинки. И почти все сгорают в верхних слоях атмосферы, поскольку врезаются в воздух с такой энергией, что испаряются от соударения. Наш хрупкий биологический вид эволюционировал под этим защитным слоем. Более крупные метеориты – с теннисный мяч размером – разогреваются быстро, но неравномерно и зачастую разлетаются на множество мелких обломков, а уже потом испаряются. Еще более крупные метеориты обгорают по поверхности, но все же долетают до поверхности Земли. Казалось бы, за 4 миллиарда 600 миллионов обходов вокруг Солнца Земля должна была подчистить весь мусор на своем орбитальном пути. Однако когда-то все было гораздо хуже. В течение полумиллиарда лет после формирования Солнца и его планет на Землю падало столько всякого хлама, что от постоянных энергичных соударений, вырабатывавших тепло, атмосфера Земли была раскалена, а земная кора – расплавлена.

Один особенно большой метеорит стал причиной возникновения Луны. Пробы лунного грунта, полученные астронавтами с «Аполлона», показали, что там неожиданно мало железа и других массивных элементов, и это говорит о том, что Луна, скорее всего, вырвалась из бедной железом земной коры и мантии после столкновения по касательной с залетной протопланетой размером с Марс. Орбитальный мусор, оставшийся после этой встречи, сгустился и сформировал наш прелестный спутник с низкой плотностью. Помимо этого сенсационного события, период тяжелой бомбардировки, который Земля пережила во младенчестве, не уникален для планет и других крупных небесных тел Солнечной системы. Все они выдержали подобный натиск, и поверхности Луны и Меркурия, на которых в отсутствие воздуха не было и эрозии, сохранили много свидетельств той поры в виде кратеров.

Шрамы от космического мусора, оставшегося после формирования Солнечной системы, видны не только в ней самой: межпланетные окрестности также содержат камни всевозможных размеров, выбитые из Марса, Луны и Земли отдачей после скоростных соударений. Компьютерные модели падений метеоритов убедительно показывают, что поверхностные камни возле зон удара выбивает вверх с такой скоростью, что они рвут гравитационные узы с родным небесным телом. Если учесть, сколько на Землю попадает метеоритов марсианского происхождения, можно сделать вывод, что на нас ежегодно сыплется дождь из тысячи тонн марсианской породы. Возможно, примерно столько же достигает Земли с Луны.

Обратная сторона Луны

В сущности, нам не нужно было лететь на Луну, чтобы получить лунный грунт. Множество лунных обломков падают на нас сами, просто мы их не выбираем, и к тому же во времена программы «Аполлон» мы еще не знали об этом.

Большинство астероидов в Солнечной системе живут и работают в главном поясе астероидов, более или менее плоской зоне между орбитами Марса и Юпитера. По традиции кто открыл астероид, тот и называет его как хочет. Художники обычно изображают пояс астероидов как лабиринт из каменистых обломков, протянувшийся широким кольцом в плоскости Солнечной системы, однако общая масса этого пояса составляет менее 5 % массы Луны, которая сама составляет чуть больше процента массы Земли. Вроде бы пустяк. Однако из-за накопленных возмущений орбит астероидов среди них всегда есть смертоносная группа небесных тел, чьи эксцентрические орбиты пересекают земную. Простые расчеты показывают, что большинство из них в течение ближайшего миллиона лет столкнутся с Землей. Астероид диаметром больше километра при столкновении принесет достаточно энергии, чтобы разрушить экосистему Земли и поставить большинство видов животных под угрозу исчезновения.

Это было бы скверно.

Астероиды – не единственные небесные тела, опасные для жизни на Земле. Есть еще пояс Койпера: это кишащая кометами кольцевидная область, начинающаяся сразу за орбитой Нептуна и включающая в себя Плутон. Возможно, она продолжается за орбиту Нептуна на расстояние, равное дистанции от Нептуна до Солнца. Американский астроном Герард Койпер, родившийся в Нидерландах, выдвинул гипотезу, что в холодных глубинах космоса за орбитой Нептуна сохранился замороженный мусор, оставшийся после формирования Солнечной системы. Поскольку там нет массивных планет и падать некуда, большинство этих комет будут вращаться по орбите вокруг Солнца еще миллиарды лет.

Как и в поясе астероидов, некоторые тела из пояса Койпера вращаются по эксцентрическим орбитам, пересекающим орбиты других планет. Орбиту Нептуна пересекают Плутон и ансамбль его собратьев под названием «Плутино». Другие объекты из пояса Койпера долетают даже до внутренних областей Солнечной системы и пересекают орбиты планет как попало. В их число входит и комета Галлея, самая знаменитая из всех комет.

А далеко-далеко за поясом Койпера, на полпути к ближайшим звездам, раскинулась сферическая резервация комет под названием облако Оорта – в честь Яна Оорта, голландского астрофизика, первым выдвинувшего гипотезу об ее существовании. Эта зона порождает кометы с большим периодом обращения – гораздо больше, чем человеческая жизнь. В отличие от комет из пояса Койпера, кометы из пояса Оорта могут падать во внутренние области Солнечной системы под любым углом и откуда угодно. Две самых ярких кометы 90-х годов прошлого века – кометы Хейла – Боппа и Хякутакэ – происходили из облака Оорта и в ближайшем будущем не вернутся.

Если бы наши глаза видели магнитные поля, Юпитер был бы в десять раз больше полной Луны. Все космические корабли, которые отправляются на Юпитер, должны конструироваться с учетом этой мощной силы. Как показал в XIX веке английский физик Майкл Фарадей, если протянуть проволоку через магнитное поле, на ней создается разность потенциалов. Поскольку космические зонды металлические и летят очень быстро, в них индуцируется электрический ток. Этот ток генерирует свое магнитное поле, взаимодействующее с магнитным полем среды, что тормозит движение зонда.

Когда я подводил баланс в последний раз, вокруг планет в Солнечной системе вращалось 56 спутников. А потом в одно прекрасное утро просыпаюсь и узнаю, что вокруг Сатурна открыли еще десяток. После этого случая я решил больше их не считать. Теперь меня интересует только одно: интересно ли туда наведаться или их поизучать. По некоторым параметрам спутники в Солнечной системе гораздо удивительнее планет, вокруг которых они вращаются.

Луна, спутник Земли, примерно в 300 раз меньше Солнца в диаметре, но при этом в 300 раз ближе к нам, поэтому Солнце и Луна на небе одинакового размера – это уникальное совпадение, которого не наблюдается больше ни в одной паре планеты и спутника в Солнечной системе: именно поэтому полные солнечные затмения у нас так фотогеничны. Кроме того, Земля удерживает Луну приливным захватом: у Луны одинаковые периоды обращения вокруг своей оси и вокруг Земли. Во всех таких случаях захваченный спутник всегда повернут к своей планете одной стороной.

Система спутников Юпитера – компания чудаков и оригиналов. Ио, ближайший спутник Юпитера, тоже находится в приливном захвате и подвергается постоянному механическому напряжению из-за гравитационного взаимодействия с Юпитером и другими спутниками, отчего этот маленький шарик так разогревается, что его внутренние породы плавятся: недаром Ио принадлежит рекорд по вулканической активности в Солнечной системе. На спутнике Юпитера Европе столько H₂O, что благодаря механизму разогрева, такому же, как и на Ио, лед под поверхностью растаял и получился теплый океан. Если где-то и есть почти такая же подходящая среда для развития жизни, как на Земле, то это на Европе. Один мой сотрудник-художник спросил, как назывались бы инопланетяне с Европы – неужели европейцы? В отсутствие более подходящего ответа пришлось сказать «да».

Самый большой спутник Плутона Харон так велик и так близок к Плутону, что они с Плутоном оба поймали друг друга в приливный захват: их периоды обращения по орбите друг вокруг друга и периоды обращения вокруг своей оси одинаковы. Это называется двойной приливный захват – звучит как еще не изобретенный борцовский прием.

Спутники планет принято называть в честь древнегреческих мифологических персонажей в жизни древнегреческого аналога того римского бога, в честь которого названа планета. Светская жизнь у античных богов была очень запутанная, поэтому недостатка в персонажах мы не испытываем. Единственное исключение из этого правила – спутники Урана, названные в честь различных главных героев английской классической литературы. Английский астроном Уильям Гершель первым обнаружил планету, которая находится дальше остальных, видимых невооруженным глазом, и был готов назвать ее в честь тогдашнего короля, которому верно служил. Если бы сэру Уильяму это удалось, список планет выглядел бы так: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн и Георг. К счастью, здравомыслие возобладало, и несколько лет спустя планета получила классическое имя Уран. Однако спутники его Гершель предложил называть в честь героев пьес Шекспира и поэм Поупа, и эта традиция соблюдается до сих пор. Среди 27 спутников Урана есть Ариэль, Корделия, Дездемона, Джульетта, Офелия, Порция, Пак, Умбриэль и Миранда.

Солнце теряет вещество с поверхности со скоростью больше миллиона тонн в секунду. Мы называем это солнечным ветром, который состоит из высокоэнергичных заряженных частиц.

Поток частиц мчится сквозь пространство со скоростью в тысячи километров в секунду и отражается магнитными полями планет. Тогда частицы устремляются по спирали к северному и южному магнитному полюсу, бомбардируют молекулы газа и зажигают в атмосфере многоцветные полярные сияния. Космический телескоп имени Хаббла зарегистрировал полярные сияния у полюсов Сатурна и Юпитера. А на Земле северные и южные сияния – аврора бореалис и аврора аустралис – служат постоянным напоминанием о том, как прекрасна защитная атмосфера.

Принято считать, что земная атмосфера достигает десятков километров от поверхности. Спутники на «низких» околоземных орбитах, как правило, летают на расстоянии от 150 до 600 километров от Земли и проходят полный оборот примерно за 90 минут. Дышать на такой высоте невозможно, однако кое-какие атмосферные молекулы еще встречаются – и их достаточно, чтобы постепенно истощать орбитальную энергию ничего не подозревающих спутников. Чтобы преодолеть сопротивление воздуха, спутнику нужно периодически делать рывки, иначе он упадет на Землю и сгорит в плотных слоях атмосферы.

Альтернативный способ определить, где проходит граница атмосферы, – задаться вопросом, где плотность молекул атмосферных газов равна плотности молекул газов межпланетного пространства. По такому определению толщина земной атмосферы составляет несколько тысяч километров. Гораздо выше этого уровня, на расстоянии в 40 000 километров от поверхности Земли (одна десятая расстояния до Луны), проходят орбиты спутников связи. Эта высота избрана не только потому, что земная атмосфера перестает оказывать на спутники существенное влияние, но и потому, что на ней скорость спутника такова, что он совершает один оборот вокруг Земли ровно за сутки. Когда орбита идеально согласуется с темпом вращения Земли, спутник словно парит над одной точкой, а значит, служит идеальным передатчиком сигналов между разными областями земной поверхности.

Законы Ньютона особо оговаривают, что, хотя гравитация планеты слабеет, когда от нее удаляешься, нет такого расстояния, на котором она будет равна нулю. Планета Юпитер со своим мощным гравитационным полем благополучно отражает множество комет, которые могли бы натворить бед, попади они во внутреннюю Солнечную систему. Юпитер служит для Земли гравитационным щитом – мускулистым старшим братом, благодаря которому на Земле случаются долгие, по сто миллионов лет, периоды относительного мира и покоя. Без покровительства Юпитера сложной жизни было бы непросто стать такой, какая она есть, поскольку она постоянно находилась бы под угрозой вымирания в результате катастрофического столкновения с каким-нибудь метеоритом.

Когда мы запускаем в космос зонды, то практически всегда эксплуатируем гравитационные поля других планет. Например, зонд «Кассини», побывавший на Сатурне, дважды заручился гравитационной помощью Венеры, один раз – Земли (во время обратного пролета) и один раз – Юпитера. Траектории от планеты к планете, напоминающие путь биллиардного шара, многократно отражающегося от бортиков, встречаются сплошь и рядом. Иначе наши крошечные зонды не смогли бы набрать достаточно скорости и энергии и добраться до цели – одними лишь рукотворными ракетными двигателями здесь не обойтись.

В том, что между планет в нашей Солнечной системе болтается столько мусора, теперь виноват и я. В ноябре 2000 года астероид из основного пояса 1994KA, который открыли Дэвид Леви и Кэролин Шумейкер, назвали 13123–Тайсон в мою честь. Мне это необычайно приятно, однако особенных причин зазнаваться здесь нет: астероиды частенько носят обычные человеческие имена, например, Джоди, Гарриет или Томас. На свете есть даже астероиды Мерлин, Джеймс Бонд и Санта. Их насчитывается уже сотни тысяч – того и гляди, у нас кончится запас имен. Не знаю, настанет ли такой день, но я утешаюсь, что мой комок космического мусора не одинок – в межпланетном пространстве полным-полно хлама, названного в честь людей, реальных и вымышленных.

А еще я рад, что в данный момент мой астероид не летит к Земле.