Глава 4
Странности и мелочи

Чем ближе планетезималь к Солнцу, тем больше ее орбитальная скорость. Это закон Кеплера. Таким образом, если вы болтаетесь на расстоянии 1 а.е. от Солнца – там, где зародилась Земля, – то более близкая к звезде планетезималь будет вас обгонять, а более дальняя – отстанет. Могут ли эти движущиеся с разной скоростью планетезимали нагнать друг друга, чтобы под действием силы притяжения соединиться и создать планету? Да, если их взаимная гравитация достаточно велика. Но если кеплеровское усилие сдвига – склонность планетезималей на соседних орбитах обращаться с разными скоростями – больше, то этот регион останется без планеты. Согласно уравнению коагуляции Смолуховского, выведенному путем сравнения гравитации и усилия сдвига, протопланетный диск на расстоянии 1 а.е. от звезды солнечного типа может породить планету в десять раз массивнее Земли, но планета, имеющая одну земную массу, будет разорвана быстрее, чем сможет вырасти.

Однако, прежде чем мы хотя бы приступим к решению этой проблемы, нам еще нужно преодолеть «барьер метровых размеров». Расчеты показывают, что достигшая размера небольшого автомобиля планетезималь за несколько десятков лет рухнет по спирали на Солнце. Получается замкнутый круг: если вокруг достаточно пыли, чтобы она могла собраться в планетезималь, то хватает и газа, который тащит планетезимали к Солнцу, когда они образуются. (Это та же самая сила сопротивления, которая заставляет вас замедлять шаг, когда ветер дует в лицо, а низкоорбитальные космические аппараты – по спирали приближаться к Земле.) Но если все планетезимали по спирали упали на Солнце, то почему же на свете есть планеты? Нами описаны десятки планетных систем, еще сотни ждут повторных наблюдений, а всего подтверждено существование примерно 4000 планет, так что их образование происходит достаточно часто.

Кажется, решение состоит в том, что, собираясь в рои, планетезимали меняют динамику и газа, и друг друга, что заставляет их сближаться и сливаться воедино. Одна-единственная частица действительно упадет на звезду по спирали, как свидетельствуют теоретические выкладки, но вот в чем загвоздка: такой штуки, как одна-единственная частица, не существует. Вместо этого миллионы частиц взаимодействуют друг с другом, вызывая в газе круговороты и завихрения, в результате чего к ним притягиваются другие частицы, подобно велосипедистам в пелотоне. Скопления, возникающие в результате, – первичные груды щебня – рассеивают энергию при столкновениях, окутывая новичков, примерно как кресло-мешок – садящегося в него человека. Новые частицы гравия, которые ударяются в них, прилипают. Так что вместо того, чтобы мешать аккреции, сопротивление газа помогает планетезималям расти. Они не просто выживают в условиях такого встречного ветра, но и накапливают все больше и больше материала.

Этот процесс назвали «гравийной аккрецией», и, если она действительно существует, тогда (согласно моделям) можно ожидать, что примитивные кометы и астероиды будут состоять из первичных компонентов размером от одного сантиметра до метра. Так что считать таким гравием? Некоторые убеждены, что на эту роль подходят хондры – сферы размером с песчинку, которыми полны ранние метеориты. Хондры в основном затвердевали как капли расплавленного силикатного вещества, причем большинство из них сформировалось в период от полумиллиона до двух миллионов лет после появления самых древних твердых тел – то есть по сути немного припозднились. Мне кажется, что с большей вероятностью хондры – это побочный продукт аккреции планетезималей, а не то, что послужило им началом. К тому же типичная хондра размером с мелкий бисер слишком мала, чтобы быть предсказанным теорией «гравием». Другие ученые придерживаются мнения, что этот гравий виден на фотографиях, сделанных космическими аппаратами при сближении с кометами и астероидами, такими как комета 67P/Чурюмова – Герасименко, на орбиту которой выходила автоматическая станция ESA «Розетта». На этих снимках видна бугристая фактура стенок свежих выемок и обнажений, напоминающая груды метровых грейпфрутов. Астероид Бенну диаметром 500 м, ставший объектом изучения экспедиции OSIRIS-REx, также имеет поверхность с «крупицами» метрового размера, которые, возможно, слабо сцеплены друг с другом; однако пока на Землю не доставлены образцы, мы не можем в точности знать, чем они являются.

Проблема гравия была бы куда проще, если бы у природы не имелось множества способов создавать такие булыжные мостовые. Ударная нагрузка ломает горные породы, но не на куски одинакового размера. Тепловое расширение и сжатие может дробить камень, и то же самое может делать быстрое выделение газов или переход льда и минералов из одной твердой фазы в другую. Процессы формирования гранул могут быть особенно распространены на кометах и примитивных астероидах, которые вошли во внутреннюю часть Солнечной системы, где их только и можно исследовать с помощью космических аппаратов. Мощное солнечное излучение в новинку кометам, так что бугры размером с мяч для йоги на поверхности 67P могут быть реакцией на разогрев или вакуум и не иметь никакого отношения к аккреции.

В нашем понимании процесса аккреции малых тел есть пробелы, и то же самое можно сказать о нашем понимании процесса аккреции крупных тел. Если бы не экспедиции, доставившие с Луны большое количество разнообразных образцов, у нас бы не было теперь уже неопровержимых геологических доказательств того, что наш спутник сформировался в результате гигантского столкновения на поздней стадии. Это оказалось тем самым ключом, который подошел к замку. Да, аккреция началась с планетезималей, но она длилась до самого слияния отца Земли и матери Тейи.

Бугристая структура стенок жерла на комете 67P/Чурюмова – Герасименко позволяет строить предположения, как организован материал внутри ядра. Характерный масштаб этих неровностей – примерно 3 м.

Существует множество фрагментарных доказательств гипотезы гигантских столкновений, но одно из самых значительных – предсказание лунного океана магмы. Лунная кора двояка во многих отношениях, в том числе по своему составу: там есть возвышенности, состоящие из силикатов кальция и алюминия, известных как полевые шпаты, и низменности видимой стороны, состоящие из базальтов и габброидов. Если наш спутник затвердел из океана магмы, представлявшего собой последствие гигантского столкновения, то возвышенности отлично объясняются как флотационная кора толщиной во много километров – нагромождение кристаллов полевого шпата, которые всплывали на поверхность океана магмы в процессе его затвердевания, как лед плавает на поверхности озера. Кристаллы оливина также затвердевали из остывающей магмы, но они, будучи плотнее, опускались на дно. Если все произошло именно так, посередине между затвердевающей богатой оливином мантией и затвердевающей богатой полевым шпатом корой должен был образоваться остаточный слой, который, согласно геохимическим экспериментам, в конце концов имел бы повышенное содержание калия (К), редкоземельных элементов (rare-earth elements, REE), фосфора (P), урана и тория. Эти элементы относятся к несовместимым со структурой породообразующих минералов и с трудом находят себе место в затвердевающих кристаллах. Свидетельства существования такого слоя, который сокращенно называют KREEP, можно разглядеть во многих районах Луны, но почти исключительно на видимой стороне. Высокая концентрация радиоактивных элементов в этом остаточном слое могла обеспечить поздний разогрев, питавший вулканическое затопление низменностей спустя сотни миллионов лет после того, как остальная Луна затвердела.

Когда она была впервые выдвинута в 1970-е гг., теория гигантского столкновения, как в свое время и идея тектоники плит, была встречена с огромным скептицизмом. Каждый находил в ней что-то, с чем нельзя было согласиться. В основе теории лежало мощное утверждение, что вместо формирования землеподобных планет из отдельных планетезималей при прямой аккреции, вначале образовались десятки олигархов размером от Меркурия до Марса, а потом уже началась битва всех против всех. Сегодня эта мысль о формировании землеподобных планет на поздней стадии, когда олигархи поглощают друг друга, – основа всех главных теорий возникновения Луны. Думаю, она имеет глубокую связь с вопросом о происхождении жизни, потому что может максимизировать разнообразие землеподобных планет – этот невероятный паноптикум, который невозможно объяснить только аккрецией планетезималей.

Вдобавок к таким идеям об иерархическом слиянии, о планетезималях, поглощающих друг друга, чтобы стать эмбрионами, и далее – во все более жестоких столкновениях – планетами, другим прорывом оказалось предположение, что газовые гиганты после своего формирования то придвигались ближе к Солнцу, то отходили от него, как замечтавшиеся конькобежцы на льду замерзшего пруда. Вследствие этого под влиянием движения внешних планет-гигантов менялась сама структура Солнечной системы.

Мысль, что Юпитер вообще сильно сдвигался, звучит абсурдно: он в сотни раз тяжелее Земли и имеет момент импульса больше, чем у Солнца. Но дела обстоят еще хуже. В модели «великой миграции», описанной ниже, Юпитер перемещается с расстояния в 3 а.е. до 1,5 а.е., а потом, в связке с Сатурном, отодвигается на отметку 5 а.е. То, что планеты-гиганты ведут себя таким образом, может объяснить очень многое, особенно структурный и химический (по составу) зазор в Солнечной системе; остается только проверить, верна ли эта гипотеза в деталях. Тем не менее сейчас никаких сомнений не вызывает следующее: что бы ни делали землеподобные планеты, они делали это под влиянием этих странствующих мастодонтов.

Причина миграции гигантских планет звучит невероятно и должна приводить в восторг популистов: в неравновесное состояние Юпитер и Сатурн привело гравитационное воздействие миллиардов планетезималей. Чтобы понять, как такое могло произойти, давайте взглянем на сами планетезимали: откуда они взялись и через что прошли. Начнем с внешней части Солнечной системы, где зародились планеты-гиганты (по крайней мере, мы так сейчас думаем – хотя мы не должны быть так уж в этом уверены).

Триллионы ледяных тел обращаются вокруг Солнца далеко за орбитой Нептуна. Основную их массу, сосредоточенную на расстоянии от 30 до 50 а.е., называют объектами пояса Койпера. В их число включают и Плутон, девятое по размеру тело, самостоятельно обращающееся вокруг Солнца, и Эриду, не такую большую, но занимающую девятое место по массе. (На случай, если вам интересно, все крупные спутники Сатурна, Юпитера и Нептуна тяжелее Эриды.) Большинство объектов пояса Койпера обращаются вокруг Солнца примерно в той же орбитальной плоскости, что и планеты. Другие – в частности, Эрида, орбита которой наклонена на 44° и имеет такой эксцентриситет, что ее расстояние до Солнца меняется от 38 до 98 а.е., – являются свидетельствами прошлого, детали которого мы все еще пытаемся уяснить. После нескольких блуждающих плутоидов и предсказанных гигантов пояс Койпера постепенно переходит в рассеянное, но гораздо более многочисленное внутреннее облако Оорта, которое простирается на десятки тысяч астрономических единиц, то есть на значительную долю расстояния до ближайшей звездной системы. Где-то в этой внешней тьме, в сотнях или даже тысячах астрономических единиц от Солнца, может таиться холодный объект тяжелее планеты Земля, но эту историю мы пока отложим.

Мы никогда не наблюдали ни одной кометы непосредственно в самом облаке Оорта, так что судим о его объектах теоретически, только по тем из них, которые ныряют глубоко во внутреннюю Солнечную систему, а потом возвращаются обратно, практически в межзвездное пространство, порой невероятно сияя, как кометы Хейла – Боппа и Хякутакэ. (Высчитать, где находится афелий их орбит, достаточно просто.) Специалисты по космохимии отдали бы все, чтобы заполучить частицу этих исходных конденсатов из предшествовавшего Солнцу молекулярного облака. Во время прохождения такими примитивными кометами перигелия астрономы анализируют сияние напоминающих огненную шевелюру ионизированных газов, сдуваемых с них солнечным ветром.

Астероид Ультима Туле (официально – Аррокот или 2014 MU69) – самое далекое тело, которое когда-либо посещал наш космический аппарат. Этот первичный объект длиной 31 км, находящийся в 1 млрд километров за орбитой Плутона, – контактно-двойное тело, сформировавшееся в результате наиболее ранней аккреции или, возможно, повторной аккреции после медленного столкновения.

Один из самых интересных из известных нам объектов пояса Койпера – это быстро вращающаяся вокруг своей оси Хаумеа, рядом с которой уже обнаружены два спутника, Хииака и Намака. Хаумеа движется вокруг Солнца по орбите, напоминающей орбиту Плутона. Она вращается вокруг своей оси так быстро (один оборот за 3,9 часа), что приняла форму вытянутого сфероида с поперечником в почти 2000 км. По скорости вращения она опережает любое тело Солнечной системы диаметром больше 100 км. Длинная ось Хаумеи почти равна диаметру Плутона, но короткая ось в два раза короче. Несмотря на то что площадь ее поверхности гораздо меньше, чем у Плутона или Эриды, Хаумеа – самый яркий транснептуновый объект, поскольку бела, как снег. А если всего этого недостаточно, чтобы разбудить ваше любопытство, она еще и окружена кольцом обломков. Больше того, она динамически связана с десятком других, более мелких объектов пояса Койпера, которые так же ярки и имеют тот же богатый водяным льдом состав поверхности – судя по всему, это бесспорное доказательство того, что все они возникли в результате некоего гигантского столкновения.

Никакой даже общий разговор о Плутоне невозможен без обсуждения, что такое планета. В 2006 г. Международный астрономический союз (МАС) принял резолюцию следующего содержания (я слегка перефразирую): «Планета – небесное тело, обращающееся по орбите вокруг звезды, достаточно массивное, чтобы преодолеть сопротивление твердого тела деформациям и стать округлым под действием собственной гравитации, а также сумевшее расчистить окрестности своей орбиты». Карликовая планета «отвечает всем вышеперечисленным критериям, но не расчистила окрестности своей орбиты». Вроде звучит достаточно логично, но так ли это? Во-первых, тут нужно внести поправку, чтобы исключить звезды, обращающиеся вокруг других звезд; они планетами не являются. Как другую крайность мы должны исключить пузырь воды, плавающий внутри космического корабля, поскольку карликовой планетой его не назовешь. Достаточно справедливо, но как насчет Плутона? Гравитация сделала его практически сферой, то есть с этим пунктом все хорошо. Также на его поверхности очень мало ударных кратеров, что говорит о высокой геологической активности.

Тут возникает первая проблема. Вы заметили, что в определении МАС ничего не говорится о геологии, тогда как с геологической точки зрения Плутон – это планета. Другим недостатком этого определения является обозначение непланет как «карликовых планет», потому что различия тут никак не связаны с размером космического тела. Плутон относят к карликовым планетам, потому что он динамически привязан к Нептуну. Если придерживаться определения МАС, то, когда мы обнаружим примерно равную по массе Земле планету, обращающуюся в обитаемой зоне вокруг иной звезды и имеющую на поверхности жидкую воду, но находящуюся под гравитационным влиянием некого супер-Юпитера, нам придется назвать ее карликовой планетой. Это будет просто глупо.

В конце 1980-х гг. астрономы много интересовались Плутоном из-за как раз завершившейся серии его взаимных затмений со спутником Хароном. (Никаких изображений этого события у нас не было: и Плутон, и Харон оставались лишь точками света.) К этому времени были точно установлены их орбиты и массы, а благодаря затмениям также и диаметры. Появилась возможность высчитать объемную плотность Плутона – 1,9 г/см³, на полпути между горной породой и льдом, чуть меньше, чем у немного более крупного Тритона, который мы посетили во время пролета «Вояджера-2» мимо спутников Нептуна в 1989 г. Полученные с помощью телескопов данные об этих затмениях были использованы для создания первых грубых геологических карт Плутона и Харона; оглядываясь назад, мы понимаем, что примерно так будут выглядеть первые изображения первой найденной нами землеподобной экзопланеты. Применив метод наименьших квадратов, астрономы нарисовали что-то вроде цветной карты, которая без сомнений демонстрировала, что Плутон имеет разнообразную геологию, соответствующую долгой и, возможно, продолжающейся до сих пор эволюции поверхности.

Область Томбо, названная в честь первооткрывателя Плутона, и прилегающая к ней Равнина Спутника вместе образуют яркое сердце на поверхности Плутона. Харон (сзади слева) темнее, поскольку принял органические углеродсодержащие молекулы из атмосферы более крупной планеты. Составлено из изображений, полученных обзорной фотокамерой аппарата «Новые горизонты».

Во всем этом есть динамическая загадка. Орбита Плутона имеет настолько большой эксцентриситет, что 1/12 своего года (который составляет 248 земных лет) он проводит внутри орбиты Нептуна. Можно подумать, что планеты с пересекающимися орбитами рано или поздно столкнутся, но в случае с Нептуном и Плутоном имеет место резонанс 3:2, так что Плутон пересекает орбиту соседа, только когда Нептун находится далеко впереди или далеко позади. Почему планета диаметром 2300 км, вокруг которой обращается спутник в два раза меньшего размера, находится на сильно наклоненной и вытянутой орбите вокруг Солнца в стабильном орбитальном резонансе с Нептуном? Планеты размером с Плутон могут формироваться только в средней плоскости протопланетного диска, потому что именно там находится все вещество, так что Плутон после своего образования был каким-то образом сбит с первоначальной орбиты.

Первой мыслью было объяснить это «гравитационной пращей», в которую попал массивный объект пояса Койпера, близко подошедший к Нептуну. Другая идея состояла в том, что Плутон ушел с орбиты вокруг Нептуна и является родным братом Тритона, который имеет практически ту же массу и обращается вокруг Нептуна в обратную сторону, против направления вращения планеты. Определенно, чтобы объяснить необычное попятное движение Тритона, должно было произойти что-то странное. Но оба этих сценария – сбежавший спутник или скользящее сближение с Нептуном – динамически невозможны. Перейти с орбиты, которая приводит к встрече с Нептуном, на ту, которая заведомо исключает сближение с Нептуном, – это все равно что в биллиарде сделать удачный дуплет с неправильного конца стола. Если использовать язык динамики, эти орбиты находятся по разные стороны сепаратрисы.

В начале 1990-х американский астрофизик Рену Малхотра выдвинула идею, связавшую необычную орбиту Плутона (давнюю проблему) с новой, только зарождавшейся концепцией миграции планет-гигантов из-за рассеяния планетезималей. Согласно ее теории, аккреция Нептуна шла в центре роя ледяных тел, обращающихся вокруг Солнца. Время от времени пролетающая мимо маленькая планетезималь в силу эффекта пращи огибала планету и уносилась прочь. Таких встреч было много миллиардов, и каждая немного толкала Нептун. Поскольку Нептун очень массивен, каждое воздействие было очень маленьким, но в сумме они давали некую силу, ведь толчки были асимметричными из-за того, что большинство планетезималей приближались к Нептуну с внешней стороны его орбиты (те, которые обращались ближе к Солнцу, были поглощены или рассеяны при формировании других планет-гигантов). Таким образом равновесие было слегка нарушено, и суммарная сила оказалась направленной вовне, а не внутрь. Для разумного начального количества планетезималей расчеты показали, что Нептун мог плавно сместиться со своего первоначального положения около 20 а.е. от Солнца на 7 а.е. (или больше) наружу, пока все планетезимали не были рассеяны или не стали слишком редкими, чтобы оказывать значительное влияние.

Плутон, сформировавшийся вне первоначальной орбиты Нептуна, оказался на его пути так же, как и множество других крупных тел. Но, прежде чем Нептун смог его достичь, обе планеты попали в ситуацию, когда Нептун обращался вокруг Солнца три раза на каждые два оборота Плутона. В результате возникло мощное гравитационное сопряжение, в котором Нептун оказывал преимущественное влияние на Плутон. По мере расширения орбиты Нептуна он подталкивал Плутон, увеличивая эксцентриситет и наклонение его орбиты: это походит на ситуацию, когда ребенок на качелях начинает болтаться вправо и влево, если вы раскачали его так сильно, как он вас просит.

Многим из крупнейших первоначальных объектов пояса Койпера повезло меньше. Они были поглощены Нептуном или какой-то другой планетой, а то и вовсе выброшены из Солнечной системы. Тем не менее эта ловкая увертка удалась не одному только Плутону: более десятка других «плутино» меньшего размера попались в ту же ловушку резонанса с Нептуном и смогли договориться никогда не сталкиваться с этим мастодонтом в 20 раз массивнее Земли, так что теперь он оберегает их от дальнейшего хаоса.

Правильность этой модели подразумевает, что Юпитер и Сатурн также мигрировали после своего формирования под влиянием такого же взаимодействия с планетезималями и кометами. Зародившись в центральной части Солнечной системы, они не всегда двигались наружу, как Нептун, но иногда смещались и внутрь. Первая версия этой идеи о значительной миграции Юпитера и Сатурна называется «модель Ниццы» в честь обсерватории во Франции, где она обрела целостную форму. В ней учитывается, что орбитальные периоды Юпитера и Сатурна могли синхронизироваться во время этой миграции – как орбитальные периоды Плутона и Нептуна, только в большем масштабе. В зависимости от начальной конфигурации (расположения планет и распределения масс планетезималей, то есть от результатов «игры в Бога», которой занимаются специалисты по компьютерному моделированию) две планеты могут оказаться в чрезвычайно прочном и несимметричном резонансе 2:1, когда Юпитер делает два оборота на каждый оборот Сатурна. В такой ситуации эти два самых массивных тела Солнечной системы периодически выстраивались бы в линию по ту или другую сторону от Солнца, превращая всю систему в гравитационный двигатель с несбалансированным валом. (Если считать Юпитер ротором, тогда в описанном ниже сценарии первоначальная система спутников Сатурна соответствует болтающимся гайками и болтами, которые вот-вот готовы слететь.)

Модель Ниццы хороша для объяснения характера размещения транснептуновых объектов, поскольку она описывает вытеснение объектов из общего диска на наклонные эксцентрические орбиты, где мы и видим многие из них, но оставляет «классический» диск в средней плоскости. Также она может пролить свет на происхождение Урана и Нептуна, поскольку, если эти ледяные гиганты зародились там, где они находятся сегодня, нам трудно понять, как шел процесс их формирования. Проблема в том, что материал, из которого они появились, на расстоянии 20 или 30 а.е. должен был быть настолько рассеян и обращаться так медленно (с периодом в 100 лет или дольше), что для формирования Нептуна потребовалось бы 10 млрд лет. В оригинальной модели Ниццы эта проблема решена так: Нептун и Уран зародились между Сатурном и Юпитером и были отброшены наружу, когда резонанс 2:1 привел систему в неравновесное состояние. Но, хотя в таком виде модель Ниццы может объяснить существование Нептуна, она делает невозможной изящную теорию о Плутоне, которую я только что изложил. В запутанной научной области динамики образования планет нам нужно постоянно держать в голове сразу много параллельно складывающихся моделей.

Самое знаменитое предсказание модели Ниццы, скорее всего, неверно. Одно из первых наблюдений, сделанных в результате анализа образцов, доставленных «Аполлоном», сводилось к близости их возрастов: сразу многие ударные расплавы образовались примерно 3,9 млрд лет назад. Считалось, что это свидетельствует об огромном всплеске в количестве столкновений, который стал известен как Поздняя тяжелая бомбардировка. Принимая во внимание такую датировку, этот всплеск пришелся на период спустя сотни миллионов лет после окончания формирования планет – и по случайному совпадению как раз на то время, когда геологическая летопись Земли сообщает о начале расцвета земной жизни, что делает эту теорию чрезвычайно важной. На Луне тогда могло сформироваться Море Дождей и пять или шесть сравнимых с ним бассейнов, Землю трепало еще более жестоко, а на Марсе и других планетах шло столь же интенсивное кратерообразование.

Сегодня представление о группировании датировок вокруг отметки 3,9 млрд лет назад является предметом бурных споров. Для начала, экспедиции программы «Аполлон» доставили образцы из всего лишь шести точек на видимой стороне Луны. Когда мы включаем в рассмотрение постоянно растущую коллекцию метеоритов лунного происхождения, какого-то отдельного всплеска не заметно; скорее, мы видим несколько беспорядочно распределенных пиков в промежутке 2,7–4,2 млрд лет назад. Это можно объяснить такими случайными событиями, как разрушение крупных астероидов с образованием метеорного роя. Кроме того, если каждый из доставленных «Аполлоном» образцов анализировать на все более микроскопическом уровне, используя современные «нанометодики», их возраст начинает разниться сильнее. Предположим, у нас есть тысяча красных, зеленых и синих носков, случайным образом перемешанных в кучу. Вытянув из нее несколько отдельных носков (микрообразцов), вы решите: «Ух ты, эти носки (возраста) такие разные!» Если же будете вытягивать сразу по сто носков – эквивалент более ранних измерений, – в каждой охапке окажется примерно по трети носков каждого цвета, и вы скажете: «Ух ты, эти охапки носков выглядят более-менее одинаково!»

Если Поздняя тяжелая бомбардировка все же имела место, то модель Ниццы дает ей объяснение. Идея состоит в том, что резонанс Юпитера и Сатурна произошел примерно через 650 млн лет после образования планет. Ранняя миграция сдвинула их близко к опасной зоне, но им потребовалось еще полмиллиарда лет, чтобы пройти последнюю долю астрономической единицы и достичь страшной точки резонанса 2:1. И только после того, как было достигнуто это грандиозное равнение, Солнечная система, которая, казалось, завершила свое формирование, вошла в последнюю стадию динамической активности и перестановки планет. Хаос продолжался до тех пор, пока Юпитер и Сатурн не вышли из резонанса, как два гигантских корабля, из созданного ими самими шторма, после чего все вернулось к норме.

Фундаментальная проблема модели Ниццы была выявлена сразу после ее опубликования. Если планеты-гиганты сдвигались именно таким образом, в резонанс с ними вовлекались бы и землеподобные планеты. А если бы Юпитер, например, вошел в орбитальный резонанс с Землей, это могло бы привести эксцентриситет ее орбиты к значениям, превышающим сегодняшние в десять раз. Ситуацию с Венерой объяснить еще труднее: ее нынешний эксцентриситет равен почти нулю, тогда как ее орбита должна была бы быть очень вытянутой. Бедный Марс вообще таскали бы за собой как младшего брата в парке аттракционов, и, по некоторым расчетам, орбита этого тела могла бы пересекаться с земной. Во время перигелия (когда планета ближе всего подходит к Солнцу) он бы за два суперлетних месяца каждого года получал в два раза больше тепла, чем сейчас, а потом погружался бы в глубокую заморозку, пару земных лет странствуя по Главному поясу астероидов. Насколько мне известно, никто не моделировал климат такой заблудившейся планеты, но эти экстремальные температурные скачки, как у керамического горшка, который то ставят в морозилку, то разогревают, то снова замораживают, могли запустить процесс катастрофической эволюции рельефа, напоминающий таинственное мегазатопление древнего Марса.

Какие бы выводы мы не делали из этого наблюдения о Марсе, модель, где Земля и Венера оказываются на вытянутых наклонных орбитах, не имеет практического смысла. Либо все происходило не так, либо что-то помешало искажениям. Есть и другие проблемы. Согласно модели Ниццы, Поздняя тяжелая бомбардировка происходила по всей Солнечной системе, но тогда рои вторгнувшихся в чужое пространство малых тел уничтожили бы внутренние спутники Сатурна, много раз перемолов Энцелад и Мимас.

Несмотря на эти существенные нестыковки, модель Ниццы приобрела некоторую сопротивляемость благодаря своей непрестанной трансформации. В 2010 г. было высказано предположение, что вместо непрерывной миграции газовых гигантов их передвижение происходило рывками под действием трех или четырех толкаемых планетезималями нептуноподобных планет, из которых две уцелели. Эту версию назвали «моделью прыгающего Юпитера». Каждый раз, когда ледяной гигант приближался к Юпитеру или Сатурну, их взаимодействие приводило к «прыжку» (длительностью в несколько тысяч лет) на другую орбиту, как будто рукоятку настройки радиоприемника хорошенько крутанули в сторону. Это позволяет сохранить желательные характеристики исходной модели Ниццы, избежав моментов резонанса газовых гигантов с Землей и Венерой.

Если же никакой Поздней тяжелой бомбардировки не было, тогда вместо возникновения резонанса Юпитера и Сатурна примерно 3,9 млрд лет назад этот динамический взрыв в Солнечной системе мог произойти сразу после образования планет, перемешав их в последней встряске меняющихся орбит и резонансных пар. Такая более долгая история сотворения все равно позволяет отбросить наружу Уран и Нептун, отправить на свои орбиты объекты пояса Койпера и захватить имеющие неправильную форму спутники Юпитера, но все это происходит на ранней стадии. Тем не менее в конечном итоге в основе любой теории, касающейся внешней Солнечной системы, видимо, должна лежать именно связь Нептуна с Плутоном, потому что его плавный сдвиг наружу необходим, чтобы захватить Плутон и другие плутино. Нам еще только предстоит увязать все эти сюжеты между собой.

Орбита Марса ограничивает зону планет-гигантов изнутри, так что Марс служит воротами во внешнюю Солнечную систему. У него есть два очень странных спутника, открытых в 1877 г. Асафом Холлом, который использовал только что построенный 66-сантиметровый телескоп-рефрактор Военно-морской обсерватории США. Холл дал спутникам названия Фобос и Деймос в честь двух преданных и кровожадных сыновей бога войны Ареса. С этого начинается одна из самых странных историй в науке о планетах. Полутора столетиями ранее, задолго до того, как эти спутники можно было разглядеть в какой-либо телескоп, Джонатан Свифт упомянул в «Путешествиях Гулливера» две небольшие луны Марса, открытые астрономами летающего острова Лапута, – «две маленькие звезды, или два спутника, обращающихся около Марса», которые он далее описал. Свифт не мог ничего обо этом знать, но в «Путешествиях Гулливера» он поместил спутники очень близко к их реальному положению. В книге говорится, что внутренний спутник обращается на расстоянии трех марсианских радиусов от центра планеты каждые десять часов. В действительности орбита Фобоса проходит на расстоянии 2,8 радиуса, а его период обращения равен восьми часам. Внешний спутник у Свифта отстоит от Марса на 5 радиусов, тогда как Деймос – на 6,9.

Как одно из объяснений такого совпадения приводился интерес Свифта к сочинениям Кеплера, который скончался столетием раньше. Кеплер внимательно следил за работой Галилея, который в 1610 г. совершал открытия каждую безоблачную ночь. Ученые тех времен так же соперничали друг с другом, как сегодняшние, сталкивались с такими же проволочками при публикации своих результатов и не меньше боялись быть обставленными конкурентами. Из-за этого они часто прибегали к своеобразному методу зашифрованного опубликования – рассылали коллегам нечитаемую анаграмму текста своего открытия, а сами продолжали работать над измерениями и анализировать информацию. Таким образом, если и когда приоритет этого ученого оспаривался, он мог расшифровать свой ребус в качестве доказательства того, что был первым.

В 1610 г. Галилей послал Кеплеру и другим коллегам следующую абракадабру: smaismrmilmepoetaleumibunenugttauiras. В расшифрованном виде послание выглядело бы так: Altissimum planetam tergeminum observavi, то есть «Я наблюдал, что высочайшая планета состоит из трех тел». Галилей заметил «ручки» по бокам Сатурна, которые, как показали более поздние наблюдения, оказались кольцами. Но Кеплер, видимо, ожидал новостей о Марсе. Находясь под огромным влиянием нумерологии, он полагал, что раз у Земли один спутник, а у Юпитера – четыре, то Марс, находящий между ними, должен иметь два. Поэтому анаграмму Галилея он расшифровал иначе, оптимистично заменив одну букву и прибегнув к ходульной латыни: Salve umbistineum geminatum Martia proles, или примерно «Приветствую вас, близнецы, Марса порожденье». Таким образом Джонатан Свифт, большой поклонник не только научных сочинений Кеплера, но и его посмертно изданного фантастического рассказа Somnium Astronomicum, уже упомянутого в первой главе, возможно, знал об идеях ученого и случайно угадал орбитальные расстояния.

Фобос и Деймос стали первыми малыми телами, сфотографированными космическими аппаратами. Под «малыми телами» я имею в виду объекты неправильной формы, не обладающие достаточной силой тяжести, чтобы стать сфероидом. Фобос и Деймос не являются астероидами в точном смысле слова, хотя не так давно господствовало мнение, что они представляют собой чужаков, захваченных Марсом из Главного пояса. Со всей определенностью, эти темные, красноватые, изрытые кратерами глыбы выглядят как астероиды. Но захват астероида на орбиту вокруг планеты очень маловероятен – это много сложнее, чем забросить теннисный мячик в открытое окно машины, проезжающей за несколько улиц от вас. Если сближение происходит слишком быстро, тело не будет захвачено, а если слишком медленно, оно упадет на планету. И даже если такой захват был бы возможен, астероиды подлетают к Марсу со всех направлений. Было бы ошеломительным совпадением, если бы хоть один из них (не говоря уж об обоих) закончил свой путь на круговой орбите в экваториальной плоскости Марса.

С 1980-х гг. ученые предполагали, что гигантское столкновение стало причиной возникновения на Марсе Северного Полярного бассейна – низменности в северном полушарии, создающей еще одну геологическую дихотомию. Согласно данным компьютерного моделирования, ударное образование бассейна такой величины привело бы к появлению диска осколков, где имелось бы более чем достаточно материала для формирования Фобоса и Деймоса, причем все это вещество обращалось бы в экваториальной плоскости. Но тут возникает новая проблема: появление Северного Полярного бассейна выбросило бы на орбиту в тысячу раз больше материала, которого хватило бы на спутник диаметром в сотни километров, по массе пропорциональный Луне на орбите Земли. Более мелкое ударное событие вообще не привело бы к образованию диска, где мог бы зародиться спутник: изверженная порода либо упала бы обратно, либо улетела в космос. Таким образом, кажется, мы имеем ситуацию «все или ничего»: либо крупный спутник Марса, либо никаких спутников. Мы вернемся к этому вопросу позднее, а сейчас давайте просто осознаем его как одну из тех восхитительных научных проблем, где на первый взгляд небольшая странность (скажем, Фобос) меняет нашу точку зрения на более крупный объект (скажем, Марс) и тем самым влияет на понимание нами самого процесса планетообразования – хвосты, которые виляют собакой.

Почему Марс вообще так невелик, если у нас есть все основания полагать, что толстый диск вещества первоначально простирался от Венеры до Сатурна? Если плотность диска была неизменной во всем этом диапазоне, то есть в нем не было промежутка, Марс должен был оказаться в пять или шесть раз тяжелее и гораздо более богатым водой – более землеподобным, а не маленьким и сухим. Возьмем другую, еще более странную теорию, основанную на миграции планет-гигантов. В соответствии с моделью «великой миграции» Юпитер зародился на расстоянии в 3 а.е. от Солнца, а не в 5 а.е., где он находится сейчас. Его ядро состоит не изо льда, а из горных пород. С этой начальной позиции он передвинулся внутрь на орбиту с радиусом 1,5 а.е., туда, где сейчас находится Марс, собрав в себя практически все, что там было. Затем возник Сатурн, который тоже начал двигаться к Солнцу, пока не попал в резонанс 3:2 с Юпитером и не застрял – что-то подобное произошло с Плутоном и Нептуном, но Юпитер и Сатурн более близки по массе. Это создало на орбитах Юпитера и Сатурна огромную центробежную силу, которая со временем привела эти гиганты на их нынешние позиции.

Теперь сделаем большой шаг назад и окинем одним взором общее положение вещей. Миграция планет-гигантов имела место и изменила первоначальную архитектуру Солнечной системы. Ученые предложили много моделей, которые объясняют определенные факты, такие как маленькую массу Марса, или существование рассеянной популяции объектов пояса Койпера, или резонанс орбит Нептуна и Плутона, или Позднюю тяжелую бомбардировку Луны, если она действительно имела место. Но у нас нет никакой определенности по поводу того, как и когда все это случилось, в каком порядке и какие изменения вызвало. Прибавим к этому все растущее число доказательств того, что Солнечная система очень необычна, и от регуляторов на панели управления моделями начинают отлетать ручки.

Несмотря на неопределенность по поводу того, где он появился на свет и какой путь прошел, Юпитер может оказаться образцом того, как происходит образование спутников вокруг газовых гигантов по всей Галактике. Современная точка зрения состоит в том, что галилеевы спутники зародились в конце формирования Юпитера (задолго до того, как начались только что описанные орбитальные перестроения) из массивной протоспутниковой туманности, состоящей изо льда и пыли. Первые из этих спутников не дошли до нас или, можно сказать, наоборот, дошли, потому что, как только они сформировались, их затянуло внутрь Юпитера в результате гравитационных взаимодействий с диском. (Если спутник достаточно массивен, он вызывает в газовом диске волны плотности, создавая асимметричную силу, подобную приливной.)

Эти крупные спутники диаметром в тысячи километров один за другим по спирали погружались в толщу Юпитера в рамках поздней стадии его аккреции. Но состоящее из металлического водорода ядро Юпитера, быстро вращаясь и взаимодействуя с полем Солнца, создало мощную динамо-машину, магнитное поле которой расчистило «дырку от бублика» в окружающем планету газопылевом облаке. После того как вокруг Юпитера (согласно этой теории) сформировался такой просвет, вызванная взаимодействием с диском миграция недавно образовавшихся спутников внутрь планеты стала невозможной, и, когда из пыли и льда появился новый спутник, он остановился на краю этой дыры. Это была Ио.

Начав свое существование как ледяной мир, Ио теперь очутилась прямо рядом с пышущим жаром новорожденным Юпитером. Следующим ледяным телом, двигающимся по такой спирали, стала Европа, чья миграция прекратилась, когда она попала в орбитальный резонанс 2:1 с Ио, как граммофонная игла, угодившая в глубокую борозду на пластинке. Поскольку Европа остановилась дальше от Юпитера и позже Ио, большая часть воды на ней сохранилась. Затем последовал Ганимед, названный в честь молодого пастушка, которого Зевс похитил, чтобы сделать своим виночерпием (все галилеевы спутники получили названия в честь смертных возлюбленных Зевса); его миграция завершилась резонансом 2:1 с Европой.

Эта сплоченная троица сформировала то, что позднее назвали резонансом Лапласа в честь французского энциклопедиста Пьера-Симона Лапласа, который доказал высокую стабильность такого трио. Согласно его теории, четвертый галилеев спутник, очаровательная Каллисто, должна была пройти по этой спирали последней. Но туманности к тому времени уже не было, так что миграция Каллисто закончилась до того, как она попала в резонанс с Ганимедом. Если большинство планет-гигантов во Вселенной формируются по типу Юпитера, мы можем ожидать, что вокруг них, как правило, возникают системы спутников, которые в конце концов оказываются на резонансных орбитах. Это важно, поскольку обеспечивает таким спутникам долговременный источник внутреннего приливного тепла, способный поддерживать жизнь.

Спутники в цепи Лапласа оказываются на эллиптических, а не круговых орбитах. Они испытывают периоды сильного и слабого воздействия приливных сил и соответственно деформируются, то приближаясь к Юпитеру, то отдаляясь от него во время каждого оборота вокруг планеты. Это приводит к приливному рассеянию энергии, которое заставило бы их орбиты расширяться, если бы только каждый спутник мог мигрировать без своих товарищей по резонансу. Итог напоминает хорошо сбалансированный часовой механизм, который может стабильно работать в течение десятков миллиардов лет, дольше, чем просуществует сама Солнечная система. Обусловленный трением приливный разогрев довольно значителен, и он существует не только в теории – просто посмотрите на Ио, спутник размером с Луну, находящийся всего в пяти радиусах от центра Юпитера. Она покрыта вулканами и является самым геологически активным телом в Солнечной системе.

Приливный разогрев резко падает при увеличении расстояния от Юпитера: приливные силы уменьшаются, а период обращения увеличивается, так что частота приливных колебаний снижается. В силу этого приливный разогрев Европы гораздо скромнее, чем поток тепла, обрушивающийся на Ио. Вместе с радиоактивным разогревом его хватает, чтобы обеспечить существование океана жидкой воды под ледяным панцирем. (Поскольку вода, замерзнув, всплывает, она формирует изолирующий панцирь, который сохраняет тепло.) Ганимед также находится в резонансе Лапласа и, хотя он подогревается менее интенсивно, отчасти благодаря мощному радиоактивному разогреву тут тоже имеется океан жидкой воды. На самом деле его впечатляющая летопись геологической активности может восходить как раз к тому моменту, когда Ганимед впервые попал в резонанс Лапласа и отреагировал на шок приливного разогрева затоплением поверхности и извержениями вязкого рассола.

Приливный бугор на планете вращается перед подспутниковой точкой. Это вызывает несбалансированную силу притяжения, которая придает спутнику момент импульса, заставляющий его двигаться по спирали вовне (в данном случае). У спутника есть собственный приливный бугор, но после приливного захвата (который происходит быстро) он застывает на одном месте, указывая прямо на планету так, как на рисунке. Однако, если орбита спутника является эксцентрической, его приливный бугор (сильно преувеличенный на рисунке) начинает немного колыхаться туда-сюда. Эти периодические деформации становятся причиной трения, вызывающего исключительную вулканическую активность на Ио и лежащего в основе геологических процессов на других спутниках. Приливный разогрев внутри ранней Луны был достаточно большим, чтобы поддерживать ее в расплавленном состоянии. С тех пор (из-за приливного бугра, вызываемого ею на Земле) она удалилась на ширину дюжины страниц (в масштабе рисунка), так что теперь ее приливный разогрев незначителен

Точно так же как Луна движется прочь от Земли из-за приливных сил и вращения Земли, галилеевы спутники постепенно удаляются от Юпитера. Однако они делают это в унисон, без столкновений или иных динамических проблем, а их орбиты всегда остаются эксцентрическими – по расчетам, такая ситуация сохранится и после гибели Солнца; на отметке в 5 а.е. даже стадия красного гиганта не сулит им значительных неприятностей. С точки зрения возникновения и поддержания жизни геологические последствия длительного равномерного притока энергии приливного разогрева означают, что любой газовый гигант, обращающийся вокруг своей звезды за ледяной линией, может иметь спутники, сохраняющие океаническую среду на протяжении миллиардов лет.

Что, если бы твердая H₂O тонула? Все эти океаны во внешней Солнечной системе оказались бы распахнутыми навстречу космосу, за десятки тысяч лет испустили бы вовне все свое тепло и промерзли бы со дна до верху, подставив все, что находится на поверхности, под безжалостное излучение. Они превратились бы в безжизненные, сухие корки. Вместо этого твердая H₂O всплывает, формируя мощный, устойчивый, хорошо сохраняющий тепло щит. Очень холодный лед на самом деле не уступает по прочности граниту, а любая пробоина в нем – например, ударный кратер – быстро замерзает и выравнивается. На поверхности Европы невероятно холодно – примерно –200 ℃. Под несколькими километрами ледяной коры плещется океан, по объему равный всем океанам и морям Земли.

Поначалу доказательства существования океана на Европе были косвенными: поверхность спутника состоит изо льда, а его объемная плотность соответствует плотности тела, покрытого слоем воды толщиной в сотни километров. Мы видим геологические свидетельства происходившего в недавнем прошлом взаимодействия жидкой воды с ледяной корой на ее поверхности и сразу под ней. Кометы, судя по всему, врезались в нечто, напоминающее по свойствам жидкую воду. Кроме того, сильный приливный разогрев Европы Юпитером предсказывался как теоретически, так и по аналогии с соседним спутником Ио, который покрыт вулканами. Но, хотя все эти доводы согласуются между собой, они указывают только на прошлое, на то, что океан когда-то существовал на Европе. Но как дело обстоит сегодня?

Состоящее из концентрических колец неровное пятно на поверхности Европы – затянувшийся шрам от столкновения с кометой, названный макулой Тир. По внешнему краю его диаметр составляет 50 км. Черная полоса – это пробел в массиве данных. Возраст макулы Тир насчитывает десятки миллионов лет, она возникла при ударе 5-километровой кометы в ледяной панцирь. Нечто похожее происходит, если бросить камень в замерзший пруд.

Помимо фотографий, экспедиция «Галилео» собирала данные самого разного типа. Американский физик и планетолог Маргарет Кивельсон показала, что измеренная им мощность магнитного поля совпадает с предсказанной для спутника с электропроводящим океаном, а именно со слоем рассола определенной солености толщиной 100 км, движущегося внутри мощного магнитного поля Юпитера в 20 раз сильнее земного. Так прямое измерение проводящего слоя доказало существование первого глобального океана за пределами Земли.

На Европе сила притяжения в десять раз слабее, чем на Земле, а ее океан в десять раз глубже, так что давление в его глубинах сравнимо с давлением в земных океанах. И – что, возможно, удивительно – у основания своей ледяной скорлупы этот океан ненамного холоднее, чем вода под ледяными шельфами на Земле. Его температура – всего пара градусов ниже нуля. Еще немного, и вода стала бы твердой. Что касается солености, по оценкам, сделанным на основе ее электропроводности, вода на Европе может быть от солоноватой (1 грамм соли на литр) до сверхсоленой (100 грамм соли на литр); соленость морской воды на Земле – 30 грамм соли на литр, так что условия могут показаться нам знакомыми. Геофизические характеристики океана (особенности его циркуляции и взаимодействия с панцирем из пресного льда) также зависят от солености, которая определяет температуру замерзания и плотность воды.

Приливный разогрев Европы, как считается, происходит в основном у основания ледяного панциря, где деформации создают наибольшее трение. Сказывается и радиоактивное тепло, исходящее от горных пород мантии. Снаружи океан не получает ни тепла, ни света, и, за исключением возможных вспышек триболюминесценции (свечения при разрушении кристаллических тел) и биолюминесценции (свечения живых существ), в глубинах ледяных спутников царит беспросветный мрак. Сейчас какая-либо связь с поверхностью, кажется, отсутствует, но существует множество доказательств того, что в прошлом вода просачивалась наверх – например, так называемые хаотические области: встречающиеся повсеместно зоны, которые выглядят как грязь, замерзшая зимой на заднем дворе после того, как в ней порылись собаки.

Хаотические прорывы на Европе, возможно, случаются редко: «Галилео» смог детально заснять только пару таких точек, а с тех пор мы не возвращались. Но более свежие наблюдения с помощью телескопов позволяют предположить, что вода и сейчас может прокладывать себе путь через локальные сдвиговые трещины. Обнаружение следовых количеств кислорода в газовых шлейфах вокруг Европы указывает на некие незначительные, но повторяющиеся события, и недавние или непрерывные извержения богатого водой материала являются тут наилучшим объяснением. Ученые не спускают с Европы глаз в поисках дальнейших доказательств выбросов, которые могут навести нас на идеи для новых экспедиций.

Условия для жизни на поверхности Европы ужасны. Гигантское магнитное поле Юпитера захватывает заряженные частицы, испускаемые Солнцем, и направляет их внутрь себя, создавая обжигающий поток концентрированного излучения, достаточно мощный, чтобы разбивать на части молекулы и ионизировать атомы. Этот поток убьет любое существо, которое отважится появиться на поверхности, и может поджарить даже неприхотливый роботизированный зонд. Именно поэтому мы даже не пытались сесть на Европу: половина массы посадочного аппарата пришлась бы на радиационную защиту. Несмотря на все это, если и когда мы на такое решимся, нам придется быть очень осторожными, чтобы не заразить нашу цель земной жизнью. С самой посадкой все может быть в порядке – заражение внешней поверхности ледяной коры невозможно из-за стерилизующей радиации. Вы можете сесть и произвести какие угодно сейсмические и геохимические измерения, потому что у любого земного организма (вируса или бактерии), который сумеет безбилетником проскочить на Европу, разорвет на части ДНК. Но многие выступают за то, чтобы пойти дальше – пробурить кору и спуститься в солоноватый океан. И тут мы должны проявить терпение.

Российские ученые пробурили скважину в озеро Восток, находящееся на Земле под 4 км антарктического льда. Если мы хотим искать свидетельства второго творения в Солнечной системе, это прекрасное место, которое, вероятно, было изолировано от всей остальной земной жизни на протяжении миллионов лет. Увы, желание провести исследования при нашей жизни перевесило тут научную осторожность, и мы вот-вот загрязним эти абсолютно уникальные биомы только потому, что люди нетерпеливы. Это напоминает вторжение археологов начала XIX в. в египетские гробницы, только с еще худшими последствиями. Несколько случайных микробов могут прекрасно прижиться там (в озере Восток, как и в океане Европы), и мы разрушим единственную по-настоящему чуждую нам экосистему, которую только и могли надеяться изучить, в неловкой попытке узнать ее тайны.

Для существ, которые, быть может, кишат в теплых глубинах Европы, ад находится наверху, над криосферой. Рай – внизу, под панцирем и около черных курильщиков и подводных вершин, на поверхности контакта воды и горных пород. Но время от времени в этом «саду осьминога» наступает полный переполох. Насколько часто это происходит, мы можем судить по немногочисленности кратеров Европы. Астрономы неплохо понимают, сколько комет проходит через район Юпитера за миллион лет. Дальше мы можем посчитать, сколько кратеров приходится на миллион квадратных километров поверхности Европы. Вместе эти данные свидетельствуют, что возраст этой поверхности не превышает 70 млн лет, причем ни один ее участок не является значительно более древним или молодым, чем другие.

Что же произошло? Возможно, в то время Европа пережила глобальную геологическую катастрофу, напоминающую гипотетическое бедствие на Венере, – скажем, столкновение с крупной кометой или с утраченным спутником Юпитера. Другая идея состоит в том, что океан может подвергаться термическому или химическому расслоению, что постепенно увеличивает его гравитационную нестабильность до тех пор, пока он в очередной раз не переворачивается вместе с плавающей на его поверхности ледяной корой. Можно вообразить, что жизнь внутри Европы время от времени угощается дарами космоса. Поверхность захватывает кометы и пыль, материалы которых превращаются в новые соединения под действием солнечного и космического излучения. Возможно, глубоко внутри спутника дремлющая биосфера терпеливо ждет следующего раза, когда ей достанется новая порция вызревшей ледяной коры.

Самые древние крупные кратеры на Европе – их возраст оценивается в десятки миллионов лет – выглядят так, будто они пробивались прямо до жидкого океана, не оставив после себя почти никаких следов в рельефе. С тех пор ледяная кора, видимо, стала толще, так что самый свежий кратер Пуйл (диаметр 30 км) выглядит, как будто образовался в твердом льду по меньшей мере 10-километровой толщины. Со временем процесс утолщения панциря замедляется, поскольку теплу все труднее выходить наружу, и лед нарастает нерегулярно. На сегодняшний день толщина ледяной коры Европы судя по всему варьирует: кое-где она составляет пару километров, где-то еще всего несколько сот метров, тогда как в основном достигает десяти и более километров.

Ученых особенно интересуют места с тонким льдом, где, возможно, имели место самые недавние прорывы льда. Грядущая экспедиция NASA «Клиппер» совершит серию облетов Европы в конце 2020-х гг., собрав комбинированные данные радарной и магнитной разведки электропроводящего рассола под проницаемой для радаров ледяной корой. Участки с тонким льдом рассматриваются как потенциальные места будущих посадок.

Ганимед в три раза тяжелее Европы, и на его поверхности нет никаких признаков существования подледного океана; о наличии там воды мы знаем благодаря теоретическим выкладкам и данным измерений магнитного поля, соответствующим планете со слоем электропроводящего рассола. Судя по деформации кратеров и особенностям трещин, можно сказать, что кора Ганимеда состоит из сплошного льда толщиной по меньшей мере 50–100 км. Не слишком ли это глубоко, чтобы нам было дело до того, что под ней? Ведь это в несколько раз глубже нижней границы биосферы Земли. Чтобы пробиться к океану внутри Ганимеда, потребуется удар такого крупного тела, что его, возможно, не произойдет до тех пор, пока не состарится Солнце. Если на нижней поверхности ледовой коры Ганимеда и есть живые существа, они могут никогда не понять, что верх – это на самом деле низ, а вниз – значит наружу, даже если переживут все другие планеты.

35-километровая область переходной зоны поверхности Япета, массивного и далекого ледяного спутника Сатурна. Черное на белом или белое на черном?

Занявшие свои орбиты вокруг Юпитера галилеевы спутники представляют собой массивные тела в такой стабильной конфигурации, что никакое событие в Солнечной системе, если не считать того, которое их напрямую разрушит, не способно вырвать их из резонанса Лапласа. Они продолжают согласованное обращение вокруг Юпитера с момента своего образования независимо от того, куда и как мигрирует планета. Их движение и приливный разогрев их океанов продолжатся и после гибели Солнца.

Если нас устраивает объяснение того, как Юпитер приобрел цепочку массивных спутников, находящихся в резонансе Лапласа, тогда почему у Сатурна только один крупный спутник, Титан, и множество его мелких собратьев? Одна из версий состоит в том, что Сатурн слишком мал, чтобы создать мощный магнитоэлектрический генератор, необходимый для расчистки центрального просвета во внутреннем диске. Без такого просвета спутники продолжали один за другим падать на планету по спирали, а Титан, как гласит эта теория, оказался последним в их череде и остановился, когда газа просто не осталось. Но в случае Сатурна нам нужно объяснить существование не только Титана, но и ряда спутников среднего размера – объектов, которых нет в системе Юпитера.

При обсуждении происхождения системы Сатурна самый важный для нас спутник среднего размера – это, видимо, Япет, который в два раза меньше Луны и обращается в три раза дальше Титана по орбите со значительным наклонением. Все это нуждается в объяснении. Плотность Япета немного выше, чем у льда, при этом часть его поверхности ослепительно бела, а другая – черна как смоль. Чтобы передать его странность, скажу, что, после того как с аппарата «Кассини» пришли снимки поверхности Япета в высоком разрешении, ученым экспедиции осталось только чесать затылки и обмениваться электронными письмами, пытаясь придумать, что же сообщить прессе. Несколько из них считали, что черные области, состоящие из органического материала темнее угля, наложены на белоснежную поверхность. Другие придерживались противоположного мнения – это белое лежит на черном. И у каждого лагеря имелась теория для подкрепления своей версии.

Каждый из спутников среднего размера, обращающихся вокруг Сатурна, имеет собственную странную геологию, и в том, как именно они отличаются друг от друга, нет никакой системы, что также чрезвычайно озадачивает. Япет – только начало этой кроличьей норы странностей, один из «восьми гномов», которых в этом случае назвали в честь греческих гигантов и титанов: Мимас, Энцелад, Тефия, Диона, Рея, а далее, за Титаном – Гиперион, Япет и Феба (последняя, находящаяся на странной орбите и имеющая размер меньше, чем у остальных, возможно, представляет собой захваченный объект пояса Койпера). Спутники Сатурна настолько разнообразны, что, по крайней мере на мой взгляд, они являются лучшей лабораторией для изучения происхождения разнородности планет.

Космический аппарат «Кассини» провел 13 лет, обращаясь вокруг Сатурна, что позволило подвести четкую базу под сотни лет астрономических наблюдений за моментами, когда спутники выглядывали из-за диска планеты. В итоге мы смогли неплохо разобраться, как происходила приливная эволюция орбит спутников. Мы увидели, как Сатурн меняет движение своих спутников. Чтобы это происходило с такой скоростью, внутренние области Сатурна должны быть в тысячу раз более диссипативными, чем у Юпитера, то есть в них должно наблюдаться намного большее вязкое трение, так что на орбиты спутников передается в тысячу раз больше энергии и миграция происходит быстро. Хотя мы не понимаем причину этих различий, внутренние области Сатурна значительно отличаются от юпитерианских, и он имеет намного более слабое магнитное поле. В конце концов, как доказал Ньютон еще много столетий назад, объемная плотность Сатурна в два раза меньше, чем у Юпитера, – 0,7 г/см³, меньше, чем у воды.

Гиперион – самый маленький из спутников среднего размера в системе Сатурна. Он обращается в резонансе 4:3 с Титаном. Его средний диаметр составляет 270 км, а объемная плотность – чуть больше половины плотности льда, как у ядер комет. Гиперион имеет очень высокую пористость. На этом фото различимы структуры размером около километра. Хребты с плоскими стенками обращены к тому, что может быть зоной древнего ударного взаимодействия или глобального структурного коллапса. Маленькие вмятины – это, видимо, ударные кратеры, которые разрослись в сплошные соты при сублимации льда. Нам по-прежнему многое неясно и про сам Гиперион, и про его взаимодействие с Титаном.

Вот краткий геологический обзор основных спутников Сатурна в порядке удаления от планеты; судите сами, есть ли тут какая-то логика. Первым идет геологически мертвый Мимас с диаметром 400 км и плотностью водяного льда. Следующий – Энцелад, одно из самых активных тел в Солнечной системе, с диаметром 500 км и объемной плотностью смеси равного объема горных пород и льда. Там постоянно бьют гейзеры богатой аммиаком воды, вырывающейся из глобального океана. За ним идет Тефия, которая, как и Мимас, состоит в основном из твердого водяного льда, но в 20 раз тяжелее. Далее находятся самые крупные, наряду с Япетом, из всех спутников среднего размера – Диона и Рея. Обе примерно наполовину состоят из горных пород, а наполовину изо льда; обе странные и сложные, но совершенно непохожие друг на друга. За ними – наш старый знакомец Титан диаметром 5000 км, что заметно больше, чем у планеты Меркурий, и в десять раз тяжелее Плутона. Во многих отношениях он является прекрасным аналогом Земли.

Титан примерно равен по размеру Ганимеду и Каллисто, самым крупным спутникам Юпитера, но контраст между ними огромен. Титан – чрезвычайно активная планета с плотной азотной атмосферой, ледяными континентами и метановыми морями. Там есть большие углеводородные озера протяженностью в сотни километров, лежащие на коре из прочного водяного льда толщиной десятки километров. Ниже подогреваемая изнутри приливным трением и радиоактивным распадом ледяная кора Титана под огромным давлением предположительно переходит в жидкость, как на Европе и Ганимеде. Другими словами, мы считаем, что на Титане есть океаны двух видов: наверху углеводородные моря с сообщающимися с ними болотами, дренажными каналами и водоносными слоями, затем твердая ледяная кора, а под ней – водный океан.

За орбитой Титана и в орбитальном резонансе 4:3 с ним обращается Гиперион, нерегулярное по форме хаотически вращающееся тело, гораздо менее плотное, чем лед, что говорит о его значительной пористости. Наконец, наступает очередь Япета – ложки дегтя сразу во многих теориях, – обращающегося на том же относительном расстоянии от Сатурна, что и Луна от Земли, в 60 радиусах планеты, но с большим наклонением орбиты. За Япетом находится Феба, спутник неправильной формы, который, кажется, относится к бродячим объектам пояса Койпера, а за ней кружатся еще десятки нерегулярных спутников, которые предположительно тоже попали в гравитационную ловушку планеты-гиганта.

Южная полярная область Энцелада, 500-километрового спутника Сатурна. Фото получено аппаратом «Кассини» в 2009 г. На переднем плане – «тигровые полосы», в том числе рытвины Багдад, где бьют потрясающие гейзеры. Эти элементы рельефа ярко сияют в инфракрасных лучах.

Для характеристик основных спутников Сатурна, будь то расстояние до планеты, диаметр или состав, не просматривается каких-либо конкретных тенденций. Создается впечатление, что Бог наугад создал такой-то спутник среднего размера и поместил его сюда, а потом соорудил еще один, на этот раз с ледяной корой потолще и меньшим содержанием горных пород, и поместил его туда. Но как бы они ни сформировались, их позиции на самом деле тесно увязаны: Титан ведет Гиперион в резонансе 4:3, Диона подстегивает Энцелад в резонансе 2:1, Тефия связана с Мимасом в резонансе 2:1 и так далее. Как ни странно, Тефия и Диона имеют по паре собственных коорбитальных спутников (один совсем мелкий, второй чуть массивнее), которые делят с ними их орбиты вокруг Сатурна. Сейчас эти их орбитальные товарищи стабильны; возможно, они представляют собой осколки, захваченные после столкновения – мы еще вернемся к этой идее, когда будем обсуждать нашу собственную Луну.

Мы можем провести примерную аналогию между системой Сатурна и Солнечной системой в целом. Пусть Мимас и Энцелад соответствуют Меркурию, тогда Тефия, Диона и Рея (крупные спутники среднего размера) будут Венерой, Землей и Марсом, Титан – Юпитером и Сатурном, а Япет – Ураном и Нептуном. Разумеется, это изрядная натяжка. Во-первых, настоящие планеты гораздо больше. Во-вторых, среди планет есть только слабые признаки тех взаимосвязанных орбитальных резонансов, которые спутники среднего размера демонстрируют так ярко. Наконец, на спутники действуют приливные силы Сатурна, подогревая их и меняя их орбиты, чего не происходит в случае планет, которые обращаются в десятках и сотнях миллионов километров от своей звезды.

При массе примерно в одну тысячную от массы Луны Энцелад представляет собой чрезвычайно активный маленький спутник. Его тепло, как мы думаем, производится потому, что в десять раз более тяжелая Диона заставляет его двигаться по эксцентрической орбите. Это вызывает приливное трение в основании его ледяной коры, выделяющее примерно 20 гигаватт энергии в области «тигровых полос» около его южного полюса. Но здесь есть проблема: если приливное трение может объяснить впечатляющую геологическую активность на Энцеладе, то, рассуждая по аналогии, Мимас должен испытывать еще более сильный приливный разогрев, так как он выведен на эксцентрическую орбиту из-за резонанса 2:1 с Тефией. Мимас тогда был бы чудом криовулканизма, но вместо этого выглядит как изрытый древними кратерами сфероид возрастом 4 млрд лет, напоминающий из-за циклопического кратера Гершель «Звезду смерти» из «Звездных войн». Еще один замок, к которому не удается подобрать ключа.

Спутник среднего размера Диона на фоне Сатурна. Полосы на поверхности планеты – это тени, отбрасываемые кольцами, которые видны с ребра внизу снимка.

Почему вокруг Сатурна обращается полдюжины спутников среднего размера? Почему у Юпитера их вовсе нет? Возможно, две системы сконструированы под воздействием разных факторов и по различным правилам: Юпитер – как дом на колесах, а Сатурн – как гоночный мотоцикл. Но что-то общее у них есть: масса Титана по сравнению с Сатурном равна массе всех четырех галилеевых спутников в сумме по сравнению с Юпитером. Кроме того, орбитальное расстояние от Титана до Сатурна в радиусах планеты близко к среднему орбитальному расстоянию галилеевых спутников в радиусах Юпитера. Так что в какой-то мере системы Сатурна и Юпитера похожи, если не считать того, что у Сатурна она сжата в один большой спутник.

Это привело к гипотезе, что с Сатурном что-то не так – или, наоборот, все хорошо, если вам нравится то, что вы видите. Несколько лет назад мы со швейцарским астрофизиком Андреасом Рейфером предположили, что у Сатурна когда-то было семейство крупных спутников, сравнимое с юпитерианским. Но вместо того, чтобы двигаться по своим орбитам в согласованном порядке, они однажды слились в одно крупное тело, создав Титан и горстку отставшей мелочи. Механизм, который мы предложили, не слишком отличается от того, как Луна гипотетически сформировалась из разлетевшихся фрагментов мантии Тейи при ее слиянии с Протоземлей.

Это теория о происхождении, и она, соответственно, является более умозрительной, чем теория приливной эволюции, которая более прочно укоренена в реальности. На основе приблизительных скоростей приливной миграции специалисты по динамическому моделированию могут прикинуть, какие орбиты были у спутников Сатурна миллионы лет назад, так же как Дарвин экстраполировал в прошлое приливную миграцию Луны, но на основе более точных данных. Эти экстраполяции свидетельствуют, что всего сотню миллионов лет назад Тефия, Диона и Рея испытывали мощное взаимовлияние и, вероятно, сталкивались между собой. Если дело обстоит так, внутри орбиты Титана не может быть ничего древнего. Это согласуется с нашими представлениями о кольцах Сатурна, чью небольшую массу микрометеориты должны были разметать за схожий промежуток времени. Получается, что у всей этой красоты должен быть некий постоянный источник.

Что же насчет самого Титана? Одна из загадок тут состоит в том, что его орбита имеет гораздо больший эксцентриситет, чем у любого из галилеевых спутников Юпитера. Как мы уже обсудили, ничто не дается даром: рассеивание энергии орбитального движения в виде тепла давно перевело бы Титан на более круговую орбиту, прекратив приливный разогрев. Чтобы сегодня спутник имел эллиптическую орбиту, несколько миллиардов лет назад ее эксцентриситет должен был быть еще сильнее. Мы с Рейфером установили, что череда гигантских ударных слияний могла стать причиной 10-процентного эксцентриситета орбиты Титана, что с течением времени привело бы к сегодняшним значениям; если говорить о приливном разогреве, это напоминало бы хороший запас дров на долгую холодную зиму.

Более того, перебирая модели столкновений, мы показали, что разнообразие спутников среднего размера можно объяснить: крошечный Энцелад получился из нижних слоев мантий сталкивавшихся тел (отсюда его вулканическая активность – результат разложения образовавшихся при высоком давлении твердых фаз), а богатая водой Тефия – из ледяных внешних оболочек. Так эта история обретает геологический смысл, хотя с динамикой тут пока не все гладко.

Заключительная аккреция в истории Титана произошла вскоре после формирования Сатурна, или позднее, как часть ранней миграции Сатурна по типу «прыгающего Юпитера», или даже еще позже – в ходе приливной миграции спутника. (Для нашего понимания, на мой взгляд, очень важно, что система Юпитера избежала подобной судьбы. Юпитер втрое массивнее, что сделало его первоначальный набор спутников более стабильным.) Возникновение Титана в результате гигантских ударных слияний оставило Сатурн с одним огромным спутником и множеством спутников среднего размера, совокупность которых не была стабильной: за следующие несколько миллиардов лет им предстояло решить массу хаотических орбитальных проблем, что время от времени пополняло кольца.

Какой же вывод мы можем сделать из всего этого? Нам просто необходимо вернуться на Титан! Во-первых, там может быть жизнь, и если так, то это обязательно второе творение, а не завезенные с древней Земли безбилетные пассажиры. Во-вторых, это идеальный аналог Земли, с помощью которого мы можем понять, как климат влияет на планету со сложной гидросферой и атмосферой. В-третьих, в происхождении Титана есть множество геофизических загадок, способных пролить свет на происхождение Земли. И в-четвертых, прагматичный аргумент: на Титане будет относительно легко совершить посадку и использовать исследовательские аппараты, поскольку там имеется похожее на земное атмосферное давление и похожая на лунную сила притяжения. Но для того, чтобы отправиться так далеко и, возможно, многое узнать, кто-то должен за это заплатить.

В начале 1970-х гг. казалось, что Солнечная система станет ареной для дружеского соревнования сверхдержав, стремящихся превзойти друг друга техническими достижениями, так что вскоре мы будем путешествовать повсюду. Хотя гонка к Луне и Марсу замерла на сорок лет, кажется, сейчас она вновь начинается: китайский «Чанъэ-4» совершил посадку на обратной стороне Луны, где ранее не садился ни один космический аппарат. Современная программа пилотируемой космонавтики и целенаправленный интерес к исследованию богатых летучими компонентами регионов вокруг южного полюса Луны показывают, что Китай готовится к созданию обитаемой лунной базы с доступом к богатым местным ресурсам.

Тем временем мы наблюдаем частную космическую гонку: Virgin Galactic (Ричард Брэнсон), Blue Origin (Джефф Безос) и SpaceX (Илон Маск) – самые известные ее участники. Упор делается на развитие рынка космического туризма вроде напоминающих программу «Аполлона-8» облетов обратной стороны Луны. Я бы от такого не отказался. В целом, 26 человек контролируют финансовые ресурсы, превышающие накопления половины населения планеты, и они без проблем могут позволить себе слетать на Луну и обратно, если это является их мечтой.

У 50 человек состояние превышает 10 млрд долларов – стоимость космического телескопа «Джеймс Уэбб», который вскоре начнет искать новые экзопланеты. У тысяч денег достаточно, чтобы отправить непилотируемый дирижабль в небеса Венеры, посадить лодку на Титан или доставить на Землю образец газового шлейфа Энцелада. То, что никто из них этого еще не сделал, показывает либо недостаток интереса, либо отсутствие воображения и понимания того, что это достижимо. Предположим последнее и представим, что вы один из сотни самых богатых людей на Земле. Вот вы просыпаетесь неким прекрасным утром в одном из ваших десяти домов, и тут на вас снисходит озарение по поводу того, как избавиться от половины своего состояния. Вы решаете профинансировать передовую экспедицию по исследованию Солнечной системы, которая войдет в историю наряду с «Вояджерами», «Викингами» и «Кассини». Вы можете это сделать. Так куда полетите?

Если вы питаете слабость к яхтам, выбирайте Титан. Невероятно красивая и геологически сложная, это единственная достижимая планета, где, как на Земле, есть мощная атмосфера и открытые моря. Если не считать того, что он сырой и туманный в своем особом низкотемпературно-органическом роде, Титан гарантирует сравнительно благоприятную обстановку для изобретательной, амбициозной экспедиции. Использовав данные, собранные аппаратом «Кассини» и его посадочным зондом «Гюйгенс», ваша команда сможет минимизировать операционные риски и приготовиться к неизвестным чудесам и сюрпризам этой планеты. NASA недавно одобрило полет космического аппарата «Дрэгонфлай» с его квадрокоптером размером с холодильник, который совершит посадку в темных дюнах области Шангри-Ла в 2034 г., а затем полетает вокруг в радиусе пары сотен километров. Он опустится в кратер диаметром 80 км, изучит его геологическое строение и соберет там образцы для определения молекулярного и изотопного состава. Вложив в дело в несколько раз больше денег, вы сможете оказаться на Титане быстрее. Если вы пересечетесь, ваши потоки данных можно будет координировать через Сеть дальней космической связи NASA.

Еще одно преимущество поиска приключений на Титане по сравнению с Марсом (другим впечатляющим аналогом Земли) – это то, что способные пережить космический полет матерые микробные безбилетники, притаившиеся на оборудовании, которое невозможно простерилизовать полностью, не смогут прижиться на низкотемпературной, пропитанной метаном поверхности Титана. В отличие от экспедиции на Марс, где какие-то земные организмы, возможно, способны процветать в некоторых нишах, полет на Титан совершенно безопасен с точки зрения планетарной защиты – принципа, закрепленного в международном соглашении, которое оберегает возможную инопланетную жизнь от заражения земной до того, как у нас будет шанс ее изучить. Этот здравый, рассчитанный на долгую перспективу подход может сделать экспедиции слишком сложными, неприемлемо дорогими или даже невозможными – именно он при нынешнем уровне технологий не позволяет нам посетить самые интересные с точки зрения геобиологии места на Марсе. Ни о чем подобном на Титане беспокоиться не стоит.

Но давайте не будем опережать события. Уже в самом начале проекта, вместе с главным инженером, чьему мнению вы доверяете, вам нужно будет принять решение о ракете-носителе, которая потребуется, чтобы как можно скорее доставить к Сатурну двухтонный космический аппарат. Это решение определит траекторию полета и весовые характеристики вашей экспедиции. На все про все вам понадобится около пяти лет. Также нужно будет решить вопрос о двигателе космического аппарата: будет ли он химическим (на ракетном топливе) или ионным (на солнечной или ядерной энергии) – в зависимости от этого вы будете сотрудничать с компанией или космическим агентством, которые имеют опыт работы именно с таким оборудованием. Разработку плана полета, запуск и управление аппаратом вы поручите проверенному центру управления полетами в глубоком космосе; выбор невелик, особенно если учесть, что его специалистам нужно быть знакомыми со сверхзвуковым входом в атмосферу. Приготовьтесь выписывать им огромные чеки, но взамен вы получите уверенность в том, что ваш аппарат будет разрабатываться, строиться, управляться и обслуживаться в соответствии с лучшими практиками нашего времени. К тому же, поскольку Титан получает только 1 % от того солнечного света, что достигает Землю, и скрыт туманной атмосферой, источник энергии для аппарата на поверхности должен быть ядерным – то есть радиоизотопным термоэлектрическим генератором (РИТЭГ), который превращает получаемое при распаде плутония тепло в электричество. Поэтому разумно иметь дело с той организацией, которая сможет заодно позаботиться и об этом.

Теперь, когда у вас есть купленный билет, конкретная дата запуска и космический аппарат, который доставит вас на Титан, вы можете сосредоточиться на самих исследованиях – что и как вы будете там делать. Все начинается с формирования основной научной команды. Вам стоит начать с подбора людей, с которыми вы захотите провести следующие десять лет своей жизни, людей, вместе с которыми вам нравится решать проблемы, людей, про которых вы знаете, что они примут здравые, своевременные решения, людей, которые будут относиться к вам как к равному и осаживать, если посчитают, что вы не правы. Недавние экспедиции доказали, что наилучшие научные результаты дают команды, разнообразные по возрасту, расовой принадлежности и полу.

Первая задача команды – это разработка рабочей концепции. Вам нужна мобильность, но будут ли это крылья, ноги, воздушные шары или понтоны? А может, паруса? Частично решение зависит от научной нагрузки: от выбора приборов, камер, химических датчиков, манипуляторов и радаров. Главный инженер будет контролировать полезную нагрузку на предмет соответствия плану полета, уделив особое внимание тому, как будет происходить посадка на Титан, что аппарат будет делать на поверхности и как он сможет передавать данные на Землю. Его работа, особенно на последнем этапе разработки, – это сообщать вам плохие новости о том, что экспедиция выходит за рамки бюджета или не укладывается в график, а затем предлагать возможные пути выхода из кризиса.

Присланные аппаратом «Кассини» радарные изображения Моря Лигеи на Титане. Левое изображение получено методом синтезированной апертуры: луч радара проникает на десятки метров в глубину метаново-этанового моря, что позволяет фиксировать батиметрические характеристики прибрежной зоны. Справа на том же изображении убран электронный шум. Море Лигеи имеет в ширину около 500 км; здесь показана его южная половина, где каналы Вид (справа вверху) в определенные сезоны связывают его с самым крупным озером – Морем Кракена на юго-востоке.

Вам всегда нравилось ходить под парусом, и вы решаете, что было бы здорово управлять лодкой и на Титане, выполняя радарную и акустическую разведку озер и рек, а также лазерные измерения топографии бухт и пещер. Вы хотите подробно изучить батиметрические характеристики водоемов и поискать там макроскопических живых существ – скажем, низкотемпературных кальмаров и рыб, или даже коралловые рифы. Для этого за лодкой придется тянуть отдельную установку для сейсмических и радарных измерений. Чтобы приобрести опыт, вы с друзьями катаетесь на лодках по Северо-Шотландскому нагорью, чьи озера по глубине и топографии сопоставимы с некоторыми озерами на Титане. Там же вы тестируете окончательные прототипы судна и приборов. Принимается решение сосредоточиться на очень точных, но простых по сути измерениях – изображениях в видимой области спектра, лазерном сканировании, макрофотографии структуры образцов, микроскопировании и химическом анализе жидкости. Всего этого хватит на два года работы.

Парашют может доставить на поверхность Титана значительную массу в виде снабженной радиоизотопным источником энергии лодки. Общую идею такой экспедиции в 2009 г. впервые выдвинула американская исследовательница Эллен Стофан, чья команда разработала оснащенный измерительной аппаратурой буй, который может дрейфовать под влиянием медленных течений и ветров, дующих со скоростью порядка нескольких метров в секунду. Увеличьте бюджет в три или четыре раза, и ваша лодка превратится в надувной понтон, в киле которого спрятан термоэлектрический генератор, способный более десяти лет давать достаточно энергии для научных приборов, средств связи, а также обогревателей, не позволяющих всему этому оборудованию замерзнуть.

Изучив радарные изображения, инфракрасные и оптические снимки, полученные «Кассини» и «Гюйгенсом», а также прослушав бесчисленные доклады научной команды, вы останавливаетесь на Море Лигеи, где собиралась совершить посадку команда Стофан. По размеру оно сравнимо с Великими озерами, но гораздо мельче и наполнено углеводородами. Море подпитывается подземными жидкостными пластами и сезонным разливом рек. Каналы Вид тянутся от него на сотни километров по разъеденному эрозией нагорью вдоль пробитых сквозь льды каньонов; вашей целью станет их устье. Вам стоит быть готовым к сильным течениям и, возможно, ветрам. Значит, ваше судно должно быть устойчивым, маневренным и непотопляемым; ему необходима надежная ходовая часть.

По размеру ваш космический аппарат будет примерно с большой автофургон; ему необходима термоизоляция, чтобы пережить прыжок в атмосферу Титана на скорости 9 км/с. Звучит пугающе, но все срабатывает просто отлично, поскольку район десантирования имеет размер озера Верхнего, а атмосфера плотна и стабильна. Внутри термоизоляционной защиты находится точно подогнанная под условия Титана лодка, при создании которой учтен опыт луноходов и марсоходов. Она использует системы, уже показавшие себя в работе, а главным новшеством там являются понтоны и винты. Что касается управления, то из-за огромного расстояния аппарату придется двигаться автономно: команды будут загружаться раз в два дня. Он будет выполнять целую последовательность команд, а потом сообщать об этом; вы будете получать его отчеты с задержкой в один час.

После того как экспедиция стартует в космос, у вас будет пять свободных лет, когда вы сможете заниматься своим оставшимся состоянием и делать то, что миллиардеры всегда делают на каком-нибудь острове в духе Джеймса Бонда. За время многолетнего полета к Сатурну будет несколько критических для экспедиции событий; это скорее весело, поскольку проблемы на этом этапе случаются редко. (Хороший повод пригласить соседей.) По пути аппарат может совершить пролет какого-нибудь астероида и два или три раза сблизиться с планетами для гравитационных маневров, сделав заодно фотографии. Также вас ждет несколько промежуточных коррекций, когда с помощью небольшой тяги аппарат выводится на оптимальную траекторию приближения к Титану, которая обеспечит точно рассчитанный вход в атмосферу. Шумиха в СМИ в связи с успехом этих эффектных операций может помочь вам вернуть те миллиарды, которые, по словам ваших друзей, вы спустили на какую-то странную космическую затею. В свое время скряги точно так же ворчали, что программа «Аполлон» обходится в миллиарды, тогда как она стимулировала экономику в стократном размере.

Законы физики вкупе с минимальными погрешностями в расчетах позволяют современным космическим аппаратам добиваться потрясающих успехов. Посадка лодки на спутнике Сатурна кажется отчаянно дерзким предприятием, так что вам хочется ущипнуть себя при приближении самого нервного момента, когда ваш посадочный модуль готовится воткнуться в атмосферу Титана, используя термоизоляционную защиту, чтобы сойти со своей межпланетной траектории. Когда он потеряет бóльшую часть скорости входа, откроется тормозной парашют, который, в свою очередь, вытянет за собой главный. Вся ваша надежда – на заранее введенные в электронную память программы и алгоритмы, на системы механики и контроля. Конечно, многое может тут пойти не так, но на самом деле редко что-то идет совсем не так, если экспедиция спланирована правильно. Если у вас действительно хорошая команда, она предусмотрела все и снизила риски благодаря дублированию всех компонентов и изучению каждой детали предыдущих миссий.

По мере того как поступают и расшифровываются телеметрические данные о происходящем на космическом аппарате, люди в центре управления полетом демонстрируют огромное нетерпение и возбуждение. Сообщение о том, что понтоны надулись и посадка уже близка, вызывает громкие аплодисменты. Но есть здесь одна странность: посадка в действительности состоялась почти час назад, в миллиарде километров от вас, которые даже свет не может преодолеть мгновенно. Ваш аппарат либо находится в рабочем состоянии, либо разбросан по поверхности в виде обломков. Кот Шрёдингера либо жив, либо мертв, и сделать уже ничего нельзя. Если вы захотите исправить что-то за час до посадки, это невозможно, поскольку относительно нее вы находитесь в прошлом. К тому времени, когда аппарат получит ваше сообщение, он либо будет занят начальной проверкой систем, либо от него останется несколько фрагментов, болтающихся на дрейфующем к берегу парашюте.

Предположим, вам удалось совершить посадку вблизи от намеченной точки, в 16 км от берега, и ваша лодка включилась без каких-то значительных проблем. Ее самосборный надувной каркас теперь поддерживает платформу с научными приборами, большую антенну для связи с Землей, а в самом низу – радиоизотопный термоэлектрический генератор. Датчики и камеры распределены вокруг платформы так, чтобы генерировать данные для пакетов создания виртуальной реальности, а радары и сонары всматриваются во всех направлениях, а также вниз. Компактная лаборатория микроскопии и химического анализа вот-вот начнет отбирать и анализировать пробы из углеводородного озера. Бортовые компьютеры преобразуют необработанные потоки данных в тщательно продуманный набор радарограмм, сонограмм, MPEG-файлов и так далее, вместо того чтобы пересылать на Землю всю сырую информацию.

Семь дней спустя суета, связанная с посадкой, позади. Ваша команда завершила первую неделю работы, и теперь лодка уверенно рассекает спокойные воды, направляясь к усыпанному островами побережью. В научном центре управления экспедиции повсюду карты, глобусы и компьютерные экраны во всю стену для показа изображений. Пока что море спокойно, как стекло, а ветер дует со скоростью примерно в один узел. Иногда на Титане достаточно ветрено, чтобы образовывались песчаные дюны, но пока что вокруг холодно, тихо и, как всегда, туманно. После четырех дней постоянного движения понтон останавливается и ждет дальнейших инструкций, передав первые фотографии островов и маленьких изрезанных бухт, которые образуют линию ледяного берега. Вы видите многочисленные пещеры – результат эрозии. В море спускаются отвесные стенки, чьи слои повествуют о геологической истории планеты.

Еще через несколько дней вы достигнете устья реки – основной цели ваших исследований. Тут лодка начнет выполнять однообразные проходы туда-сюда, проводя радарную и сонарную съемку, которая даст всестороннее и очень подробное изображение каналов, дельт и других элементов подводного рельефа. Весь мир бесконечно восхищается вашей экспедицией, но в научном центре управления вы живете на Титане, и у вас слишком много работы, чтобы замечать всеобщие восторги. К тому же вы только что получили первый пакет данных виртуальной реальности. Вы заходите в звукоизолированную студию в дальнем конце научного центра управления, встаете в середину и нажимаете на кнопку, включающую цилиндрическую стену цветных мониторов, которые освещают вас со всех сторон. Затем вы ставите громкость на максимум и запускаете воспроизведение. На экранах появляются яркие цветные изображения, скомпонованные так, чтобы окружать вас со всех сторон. Вы слышите тихие звуки, которые были записаны с помощью микрофонов вашего аппарата: дробь дождевых капель, ветер, плеск «воды». В комнате установлены маленькие вентиляторы, которые создают потоки воздуха, совпадающие с показаниями датчиков давления и анемометра на Титане; теперь вы даже чувствуете, будто вы там. Новые десятиминутные пакеты будут передаваться каждую неделю.

Поток информации хлынул в полную силу, и ваша команда анализирует его во всей полноте, подтверждая или опровергая старые теории и выдвигая все новые. Спустя примерно полгода вы начинаете выкладывать необработанные данные в открытый доступ, а члены вашей команды – отсылать подтвержденную информацию и конечные результаты анализа в архивы NASA и ESA. Выполнив первоначальную программу экспедиции, вы направляете судно вдоль берега, разыскивая признаки необычной геологической активности и наперекор всему высматривая свидетельства существования жизни в прошлом или настоящем. Если вы действительно найдете жизнь, то эта история приобретет совершенно другой оборот и не закончится уже никогда. В ином случае настает время для давно задуманных рискованных приключений. В устье каналов Вид, где вы нанесли на карту гравийные мели, лодка причаливает к пляжу и задействует маленький вездеход, который катится по гравию и камням – твердым льдам, влажным от углеводородов и окрашенным в черный цвет органическими соединениями. Наверху он разворачивается, чтобы сделать для всех нас фотографию на память: ваша лодка в бухте за миллиард километров от Земли. Затем он послушно поедет вперед, пока не завязнет, или не застрянет, или пока у него не кончится заряд батареи. Вы же поплывете дальше, направив лодку вверх по реке, как Хамфри Богарт в «Африканской королеве», не оглядываясь назад. Отыщите ли вы жизнь? Ну разумеется – у себя внутри.