| Космические корабли США и СССР исследуют Вселенную ГЕНРИ Т. СИММОНС |
В результате этих полетов было получено много неожиданных сведений, которые в одних случаях опровергли старые теории и предположения, в других — дали новые волнующие объяснения о происхождении и эволюции Солнечной системы. В результате непрерывно ведущихся исследований, за последние десять лет люди узнали больше о своей маленькой планете и ее связи со Вселенной, чем за многие века астрономических наблюдений с Земли, которые задолго до наших дней предшествовали началу космической эры.
В 1974 году автоматическая станция «Маринер-10», весом в 502 килограмма, провела первое исследование планеты Меркурий в непосредственной близости от ее поверхности. Для того чтобы подойти к этой планете, находящейся от Солнца на среднем расстоянии 58 миллионов километров, пришлось вывести аппарат на межпланетную траекторию полета к Венере. Аппарат пролетел на расстоянии 5785 километров от Венеры, которая своей гравитацией снизила его орбитальную скорость в пределах Солнечной системы до 4,4 километра в секунду, в результате чего «Маринер-10» попал на орбиту Меркурия. Использование гравитации Венеры для изменения траектории полета «Маринера-10» позволило применить ракету гораздо меньших размеров, чем потребовалось бы для запуска аппарата непосредственно с Земли на Меркурий, а также провести важные научные наблюдения Венеры во время пролета мимо этой планеты.
Несмотря на некоторые неполадки в электрической системе и системе управления «Маринера-10», станции все же удалось приблизиться к Меркурию на расстояние 700 километров и передать на Землю сотни четких фотографий освещенной Солнцем поверхности планеты. Эти фотографии стали, пожалуй, самым большим сюрпризом всего эксперимента. Они свидетельствуют о том, что поверхность Меркурия еще больше испещрена кратерами, чем район лунных плато и кратера Циолковского на обратной стороне Луны.
Конечно, ученые знали о наличии кратеров на планете, но, учитывая тот факт, что Меркурий находится настолько далеко от астероидного пояса между Марсом и Юпитером, где обычно образуются метеориты, создающие кратеры, они представляли себе поверхность этой планеты более гладкой, чем поверхность Луны или Марса. Однако фотографии показали, что на поверхности Меркурия больше кратеров, чем на этих двух более древних и менее подверженных изменениям небесных телах. На фотографиях также видны впадины, подобные лунным морям, заполненные вторичными веществами из глубин планеты, точно так же как лунные моря были заполнены застывшей лавой. Рельеф Меркурия оказался похожим на лунный, здесь также есть кратеры различных диаметров, окруженные кольцевыми валами, пики, трещины и борозды.
Тот факт, что Меркурий весь испещрен кратерами, может, и не представляет собой особого интереса, однако кратеры и другие характерные особенности рельефа являются важным фактором для определения основных процессов, происходивших на планете. В 1973 году была выдвинута новая гипотеза относительно возраста самых больших кратеров на Марсе и Луне. Раньше ученые придерживались мнения, что процесс образования кратеров совершался с различной скоростью и в разные периоды истории Солнечной системы, причем появление кратеров на Марсе относится к более позднему периоду, чем на Луне. Теперь же ученые считают, что основной процесс образования кратеров на этих двух планетах происходил в одно и то же время, от 4,2 до 4,5 миллиарда лет назад, и с одинаковой интенсивностью. В соответствии с этим предположением, метеориты, создавшие кратеры, выбрасывались огромным потоком с астероидного пояса гигантской планетой Юпитер. Так как радиоактивные исследования показали, что возраст кратеров на Луне составляет более 4 миллиардов лет, то ученые пришли к выводу, что и Марс и Меркурий подвергались метеоритной бомбардировке в это же время. Такое предположение может привести к очень важным выводам относительно образования планеты Меркурий.
По мнению геолога Бруса Мэрри из Лаборатории ракетных и реактивных двигателей НАСА, тот факт, что планета сохранила такие четкие очертания поверхности на протяжении более 4 миллиардов лет, говорит только о том, что на планете никогда не было атмосферы, способствующей эрозии рельефа, и что Меркурий никогда не подвергался тем многочисленным и могучим тектоническим процессам, которые происходили на Земле и которые уже давно изменили бы его первоначальный вид.
«Вполне вероятно, в рельефе сохранились остатки процесса аккреции, — сказал он на заседании Американского геофизического общества в Вашингтоне весной 1974 года. — Когда бы ни завершился этот процесс, 4,2 или 4,5 миллиарда лет тому назад, по крайней мере некоторые детали рельефа, если не большинство, сохранили свой прежний вид. Со времени образования планеты никаких внутренних или внешних процессов на ее поверхности не происходило. Это очень важное заключение, так как оно означает, что образование химических элементов планеты завершилось до окончания процесса аккреции; если бы оно завершилось позже, рельеф планеты был бы полностью изменен».
Ввиду небольших размеров и высокой плотности Меркурия, в пять с половиной раз превышающей плотность воды, ученые давно определили, что он, подобно Земле, должен иметь относительно большое железное ядро. Но если похожая на лунную поверхность Меркурия такая древняя, тогда дифференциация химических элементов должна была произойти в раннем периоде существования планеты, а не в результате непрерывной серии длительных геологических процессов, что за несколько миллиардов лет привело бы к катастрофическим изменениям ее поверхности. Вполне вероятно, что физический состав планеты из вещества изначальной солнечной туманности способствовал выделению такого большого количества тепла, что железо и другие материалы планеты расплавились, позволив силикатам, тугоплавким и более легким веществам подняться наверх и образовать внешнюю зону планеты, или мантию.
Пролетая мимо Меркурия, «Маринер-10» провел целую серию научных исследований магнитных, инфракрасных и ультрафиолетовых характеристик планеты, а также ее взаимодействия с солнечным ветром — потоком плазмы заряженных частиц, непрерывно вырывающихся из солнечных глубин со скоростью нескольких сотен километров в секунду. Эти исследования показали, что Меркурий имеет очень тонкую атмосферу из тяжелых инертных газов: аргона, неона и, возможно, ксенона. Там имеется также водород, который, по предположениям, выделяется из протонов солнечного ветра, и гелий, очевидно выделяющийся из альфа-частиц, образованных в результате радиоактивного распада урана или тория, находящихся в коре Меркурия. Измерения температуры поверхности при помощи инфракрасных лучей показали, что температура колеблется от — 175°С на ночной стороне до +275°С на дневной стороне. Это свидетельствует о том, что вся поверхность планеты покрыта тонким пористым слоем изоляционного вещества, напоминающего лунный реголит.
Приборы на «Маринере-10» зарегистрировали действие головной ударной волны, образующейся в результате движения потока солнечного ветра, пролетающего мимо Меркурия. При этом наступают резкие колебания напряженности магнитного поля и концентрации частиц. Ученые предполагают, что на фронте потока происходят взрывы заряженных частиц и выделяется большое количество энергии. Хотя ионосфера не была обнаружена на расстоянии 70 километров от поверхности, тем не менее затухание радиосигналов станции во время пролета Меркурия могут свидетельствовать о наличии на планете внутреннего магнитного поля и даже жидкого ядра, причем это поле может быть достаточно сильным и выдерживать постоянное давление солнечного ветра.
«Хоть Меркурий и выглядит, как Луна, но у него есть свои особенности», — заключил один ученый, озадаченный новыми открытиями. Так как «Маринер-10» должен был двигаться синхронно движению планеты и приближаться к ней через каждые 176 дней (два «года» Меркурия), ученые надеялись, что системы «Маринера-10» будут функционировать по меньшей мере до сентября 1974 года, когда станция будет проходить мимо южного полюса Меркурия, и что новые данные позволят дать более определенные ответы на возникшие вопросы.
Один из любопытных аспектов исследования планет — непрерывный поток новой и часто противоречивой информации, поступающий с каждым новым полетом. Усовершенствованные инструменты приносят новые данные, опровергающие старые гипотезы, и ученые с каждым новым открытием меняют свои взгляды.
Так, например, было с Венерой. Когда «Маринер-10», пролетая мимо этой планеты, под влиянием ее гравитации снизил скорость, две телевизионные камеры повернулись к ее дневной стороне. Используя соответствующие фильтры, камеры сделали сотни снимков верхних слоев атмосферы в диапазоне, близком к ультрафиолетовому. Исследования, проведенные наземными приборами в этой области спектра, показали, что верхний слой атмосферы планеты на высоте 65—75 километров, видимо, перемешается в западном направлении вдоль экватора со скоростью 100 метров в секунду, совершая каждые четыре дня оборот вокруг планеты.
Снимки, сделанные «Маринером-10», не только подтвердили эти наблюдения, но также обеспечили много новых данных для решения одной из самых сложных проблем — какие процессы происходят в венерианской атмосфере, которая в 90 раз плотнее земной и в основном состоит из двуокиси углерода, а также содержит небольшое количество окиси углерода, водяные пары, серную кислоту и другие молекулы. Считалось также, что температура на поверхности Венеры достигает приблизительно +475°С, как было определено советскими космическими аппаратами, опустившимися на ее поверхность. Объяснялось это действием парникового механизма, создаваемого экранизирующим свойством двуокиси углерода. В соответствии с этой теорией двуокись углерода позволяет солнечным лучам достигать поверхности планеты, но препятствует отражению инфракрасной (тепловой) радиации, в результате чего тепловой баланс Венеры резко отличается от Земли, которая, благодаря совершенно другой структуре атмосферы, имеет возможность посылать избыточное количество тепла в космическое пространство.
 Снимки Венеры, сделанные «Маринером-10» 10. II. 1974 г. |
Вполне вероятно, что эту теорию придется в корне пересмотреть. Ученые полагают, что плотность нижних слоев венерианской атмосферы слишком высока и что через нее не может проникнуть достаточное количество солнечных лучей, чтобы довести температуру ее поверхности до вышеуказанных размеров. На снимках, сделанных «Маринером-10» за восемь дней (что составляет два полных оборота верхнего слоя атмосферы), было обнаружено огромное «око» Венеры, которое находится прямо под Солнцем в верхней части атмосферы и состоит из турбулентных конвекционных элементов, подобных тем, которые вызывают грозу. Ударные волны образуются там, где плывущие на запад экваториальные облака сталкиваются с относительно стационарным «оком», подобно тому, как поток воды обрушивается на препятствие. На фотографиях, сделанных в ультрафиолетовом спектре и значительно увеличенных при обработке, хорошо видны группы облаков, спиралями плывущие на северо-запад и юго-запад от экваториальной зоны, чтобы слиться со знаменитыми полярными облаками на 50° северной и южной широты. Эти облачные кольца и четко выделенная «шапка» над южным полюсом по всей вероятности составляют вихрь, в котором горячие газы, вырывающиеся из экваториальной зоны, остывают, конденсируются и оседают в нижней части атмосферы, откуда снова попадают в экваториальную зону.
Новые данные о верхних слоях атмосферы Венеры вызывают сомнения в том, что высокие температуры поверхности планеты объясняются действием парникового механизма Настоящей причиной этого может быть динамический процесс, при котором Солнце направляет свою энергию в постоянную зону высокого давления — «око», которое охватывает одну четвертую дневной стороны планеты и благодаря хорошо налаженной схеме меридиональной циркуляции атмосферы распределяет тепло по всей планете.
Подобно другим космическим станциям — американским «Маринерам» и советским «Венерам», — «Маринер-10» не обнаружил на Венере следов внутреннего магнитного поля, поэтому планета не может иметь магнитосферу подобно Земле, которая отклоняет солнечную плазму. И все же приборы станции зарегистрировали отчетливые и быстрые колебания напряженности магнитного поля и интенсивности заряженных частиц низких энергий. Сигналы указали, что «Маринер» проходил головную ударную волну, создаваемую Венерой в потоке солнечного ветра. Каким образом поток мог находиться так далеко от планеты — пока не совсем ясно, но ученые предполагают, что солнечный ветер индуктирует магнитное поле, когда он врезается глубоко в ионосферу планеты, представляющую собой слой заряженных частиц с наивысшей плотностью на высоте 150 километров. Считается также, что это индуктированное поле создает «псевдомагнитную паузу» на дневной стороне планеты, которая и возбуждает ударную волну в солнечном ветре, зарегистрированную «Маринером-10».
«На примере Венеры у нас есть возможность наблюдать интересную ситуацию немагнитной планеты, постоянно подвергающейся влиянию солнечного ветра, — заметил д-р Майкл Макэлрой из Гарвардского университета на пресс-конференции НАСА. — Ясно, что солнечный ветер глубоко проникает в ее атмосферу».
По мнению д-ра Макэлроя, солнечный ветер приносит на Венеру водород для небольшого количества водяных паров и других молекул, содержащих водород, но в то же самое время уносит из атмосферы легкие и быстро испаряющиеся газы — такие, как гелий, углерод и кислород. Понять этот процесс очень важно, считает он, так как такое же явление должно происходить в атмосфере Земли во время периодических перемен направления магнитного поля.
Нижние слои атмосферы Венеры находятся вне досягаемости точных приборов, но анализ сигналов «Маринера» при затухании показал, что имеется четыре четких слоя температурной инверсии на высоте 56-63 километров. Диапазон температур составляет от 3°С для самого высокого слоя до 22°С для самого низкого. Ученые считают, что эти слои связаны со структурой облаков Венеры и что они играют важную роль в динамических процессах атмосферы. Возможно, что самый высокий из этих четырех уровней, находящийся на высоте 63 километров, служит линией перехода от стабильной верхней атмосферы к конвекционной нижней.
Если высокие температуры венерианской поверхности объясняются динамическими метеорологическими процессами, а не действием парникового механизма, то возникает вопрос: как могло продолжаться образование кратеров на гористой поверхности планеты? Эти кратеры наблюдались во время радиоастрономических исследований планеты, однако существование их объяснить трудно, если есть хоть какое-нибудь значительное движение в нижней атмосфере. Впрочем, измерения показали, что движение атмосферы у самой поверхности очень незначительно и равняется приблизительно одному сантиметру в секунду. Таким образом, и разрушительная деятельность ее тоже незначительна.
 Схема полета к Венере и Меркурию (справа) и космический аппарат «Маринер-10» |
Планеты «земной» группы с железным ядром и гористой поверхностью составляют лишь небольшую часть всей Солнечной системы. За орбитой Марса находятся четыре «газовых гиганта» — Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Вместе они составляют 97 процентов обшей планетной массы всей Солнечной системы и обладают 99 процентами центробежной силы. Самая большая из этих планет — Юпитер. Его масса в 318 раз превышает массу Земли, и он в 2,5 раза больше всех других планет, вместе взятых; у него самая большая скорость вращения, самый короткий день — 9 часов 55 минут, он имеет больше всего спутников — 12, и самые большие размеры: диаметр его экватора составляет 143 000 километров, а объем может вместить 1319 земных шаров. И все же его плотность только в 1,3 раза больше плотности воды или меньше одной четвертой плотности Земли. Это указывает на то, что планета в основном состоит из водорода и гелия, самых легких элементов, и, возможно, как заметил Карл Саган из Корнеллского университета, это «остатки первичного химического состава Солнечной системы».
Первое исследование человеком этой загадочной планеты было проведено в декабре 1973 года, когда космический аппарат «Пионер-10». весом в 258 килограммов, за 21 месяц покрыв один миллиард километров пути, прошел на расстоянии 131 400 километров от вершин облаков, закрывающих планету. Достичь Юпитера — задача не из легких. Так как планета находится на орбите со средним расстоянием от Солнца в 778 миллионов километров, то, чтобы вывести космическую станцию на межпланетную траекторию и сделать соответствующие коррекции для перевода на орбиту Юпитера, требуется значительно большее ускорение, чем для полета на Венеру или Марс. Для того чтобы запустить корабль на Юпитер, скорость при запуске должна составлять 51 704 километра в час. Это означает, что вес станции должен быть минимальным. Поэтому «Пионер» не был оснащен таким количеством научной аппаратуры, как «Венера» или «Маринер». «Пионер» же был сконструирован по принципу старых космических кораблей с вращательной стабилизацией (4,8 оборота в минуту) в течение всего полета. Это исключило установку на корабле телевизионных камер.
Так как Юпитер находится от Солнца более чем в пять раз дальше, чем Земля, он получает только 1/27 часть земной солнечной радиации. Это означало, что «Пионер-10» не может использовать солнечную энергию для питания своей аппаратуры, так как панели солнечных батарей должны быть невероятно большими. Вместо этого на нем установили два радиоизотопных термоэлектрических генератора, работавших на плутонии-238; они обеспечивали подачу энергии мощностью в 140 ватт во время пролета планеты.
Ввиду исключительной дальности расстояния, на котором велись научные исследования, для радиосвязи к моменту достижения «Пионером» Юпитера требовалось 92 минуты. Когда аппарат достиг предельной скорости в 132 000 километров в час в зоне большого притяжения Юпитера, все операции на корабле при приближении к планете должны были совершаться автоматически, с минимальным расчетом на команды с Земли.
Ученые сомневались, сможет ли «Пионер-10» выдержать радиацию Юпитера. Действительно, 6 из 11 приборов для проведения научных исследований, общий вес которых составлял 33 килограмма, были предназначены для отражения радиации Юпитера. И сомнения их были вполне обоснованы. Когда «Пионер» приблизился к Юпитеру на расстояние 715 000 километров, приборы показали, что интенсивность радиации начала удваиваться через каждые 10 часов. Это вызвало опасение, что могут возникнуть серьезные неполадки, которые помешают станции достичь ближайшей к планете точки, когда она будет пролетать мимо нее на предельной скорости.
«В этот вечер все были ужасно взволнованы и ожидали драматических событий, — вспоминает д-р Р. Уокер Филлиус из Калифорнийского университета, детектор которого, установленный на борту «Пионера», зарегистрировал наивысшую интенсивность радиации в 13 миллионов электронов на квадратный сантиметр при энергии свыше 50 миллионов электрон-вольт, чего достаточно, чтобы проникнуть через медную обшивку толщиной всего в несколько сантиметров. — Мы страшно нервничали, выдержит ли станция. И она выдержала, хотя все, казалось, было на волоске от гибели. Траектория, на которой станция пролетала мимо планеты, полностью совпала с расчетной».
Что же спасло «Пионер-10»? Дело в том, что протоны — те из них, заряд которых составляет 30 миллионов вольт или выше, — имеют интенсивность до четырех миллионов в секунду, или в пять раз больше, чем радиация Земли, и сосредоточены они в основном в районе магнитного экватора Юпитера. Из-за характерной конфигурации радиационных поясов Юпитера протоны обрушивались на «Пионер-10» с перерывами в то время, как он пролетел внешнюю магнитную сферу Юпитера и не подвергался бомбардировке до тех пор, пока не приблизился к Юпитеру на расстояние 700 000 километров.
Основываясь на радиотелескопических наблюдениях с Земли, ученые уже давно подозревали о наличии интенсивной радиации на Юпитере. Они смогли приблизительно подсчитать напряженность и ориентацию магнитного поля планеты. Полет «Пионера-10» подтвердил и уточнил эти данные. Было установлено, что Юпитер имеет магнитное поле типа диполя, или стержневого магнита, как и Земля, хотя и в противоположном смысле: север магнитного поля Юпитера направлен на юг. Центр диполя значительно отклонен от физического центра планеты — две десятые радиуса Юпитера (14 000 километров) в экваториальной плоскости и на одну десятую радиуса (7000 километров) к географическому северу в экваториальной плоскости. (Диполь Земли тоже отклонен от физического центра планеты, но только примерно на 100 километров.)
Хотя поле Юпитера имеет среднюю напряженность около четырех гаусс (примерно в восемь раз больше земной), смещение диполя от центра планеты означает, что поле довольно неоднородное на поверхности, и его напряженность колеблется в пределах от 2 до 15 гаусс. Ось диполя Юпитера смещена примерно на 15° от оси вращения планеты; примерно такое же смещение имеется и на Земле, но из-за большей напряженности и большего объема поле Юпитера обладает моментом в 20 000 раз большим, чем поле Земли.
Огромная протяженность магнитного поля Юпитера стала очевидной, когда «Пионер» прошел головную ударную волну на дневной стороне Юпитера, находясь все еще на расстоянии 7 700 000 километров от планеты. Это означает, что магнитное поле Юпитера задерживает солнечный ветер с большей силой, чем предполагалось, и ученые вскоре поняли, как заметил д-р Джон Симпсон из Чикагского университета, что они имеют дело «с новой комбинацией физических явлений, о существовании которых они подозревали, но которые не могли быть обнаружены на других планетах».
Измерения, проведенные «Пионером-10», показали, что Юпитер имеет два четких участка в магнитной сфере. На расстоянии 700 000 километров от поверхности планеты поле и частицы, находящиеся в нем, действуют так, как и в магнитной сфере Земли. Но во внешней зоне действует совершенно другой механизм. Выяснилось, что из-за очень быстрого вращения линии поля сильно вытянуты во внешнее пространство в форме тонкого удлиненного магнитного диска. Вращаясь синхронно с вращением планеты и поочередно поднимаясь и опускаясь, как поля шляпы при сильном ветре, этот диск и проникшие в него заряженные частицы создали интенсивную радиацию, которой «Пионер-10» подвергался во время его полета с интервалами в 10 часов. Так как магнитный диск вытянут приблизительно вдоль отклоненного магнитного экватора Юпитера, то потоки радиации обрушивались на автоматическую станцию каждый раз, когда траектория ее полета пересекала линию магнитного экватора.
Дальнейшие исследования этой внешней зоны, или «возмущенного поля», как ее называют ученые, показали, что существует огромное кольцо электрического тока внутри магнитного диска, которое и вращает планету. Протоны и электроны вращаются вокруг планеты в противоположных направлениях по этому кольцу, и, когда внешний магнитный диск сжимается под давлением солнечного ветра (как однажды случилось при пролете «Пионера»), частицы ускоряются, при взрывах переходя в более высокие энергии, и вылетают из поля магнитного притяжения.
По сути дела, внешняя зона магнитной сферы Юпитера действует подобно гигантскому циклотрону, и именно Юпитер является основным, после Солнца, источником частиц в Солнечной системе. Новый анализ данных показал, что «Пионер-10» фактически регистрировал взрывы заряженных частиц, которые образовались на Юпитере, с расстояния более 160 миллионов километров еще за шесть месяцев до того, как он приблизился к планете. Небезынтересно отметить, что исследование данных, полученных десять лет тому назад с космических кораблей, летавших на орбите Земли на большой высоте, показало, что многочисленные взрывы частиц происходят независимо от солнечной активности, когда и Юпитер и Земля находятся на одной линии с магнитным полем Солнца. Таким образом, частицы с Юпитера могут, по-видимому, проникать так далеко в глубины Солнечной системы, несмотря на градиент солнечного ветра.
Захватывающее зрелище представляют собой цветные изображения вершин облаков Юпитера, переданные с «Пионера-10» во время пролета. На борту аппарата не было телевизионных камер, но там установили сканирующее радиолокационное устройство, которое периодически с каждым поворотом фиксировало новые участки поверхности Юпитера. Эти данные передавались телеметрическими приборами в цифровом виде на Землю, затем их обрабатывали на вычислительных машинах, после чего и были получены такие детальные изображения планеты, которых никогда раньше человек не видел и которых никогда бы не смогли обнаружить наземные телескопы. На них видно знаменитое Красное пятно, в три раза больше Земли, в виде облака с самой теплой точкой в центре, но холодного и оседающего по краям; и меньшее по размеру Красное пятно в северном полушарии планеты. Видны и другие детали атмосферы, яркие ядра, которые поднимаются выше своих темных облачных зон и оставляют за собой длинные струи яркого газа, что указывает на то, что они вращаются быстрее, чем сами зоны. Очевидно, что атмосфера Юпитера, как и его магнитная сфера, очень динамична и что процессы перехода энергии не прекращаются в этой странной сверхплотной атмосфере, процессы, которым пока еще невозможно дать научного объяснения.
Исследования атмосферы Юпитера при помощи ультрафиолетового фотометра показали, что она содержит 82 процента водорода, 17 процентов гелия и молекулы углерода и азота, которые входят в состав сложных соединений в верхних слоях облаков — аммиака и метана. Таким образом, на Юпитере, как и на Солнце, наблюдается обилие различных элементов. Это открытие ставит под сомнение вопрос о происхождении Юпитера — переход его от газообразного состояния (солнечной туманности) к конденсированному, а также характер его внутреннего строения и предполагаемый источник сильного магнитного поля.
С помощью радиометрических наблюдений с Земли было установлено, что температура у вершины облаков Юпитера очень низка. Это подтвердили и приборы «Пионера-10». Средняя температура планеты составляет —145°С, на высоте 40 километров над вершиной облаков она колеблется от — 147°С над светлым поясом до — 140°С над темными зонами.
Во время пролета «Пионера-10» радиосигналы исследовали верхние слои атмосферы планеты и обнаружили на высоте нескольких сотен километров от вершины облаков так называемые теплые зоны, где температура превышает 0°С. Объяснение этому феномену пока еще найти не удалось. Возможно, эти зоны представляют собой концентрацию пылевых частиц, или аэросоля, присутствие которых нельзя определить с помощью микроволновой аппаратуры.
Удалось также установить, что, в отличие от других планет, Юпитер излучает в космос больше тепла, чем получает от Солнца. Радиометрические приборы «Пионера-10» обнаружили, что Юпитер выделяет в 2,5 раза больше тепла, чем получает от Солнца. Как на Юпитере создается это тепло, пока неясно. Хотя некоторые ученые считают, что внутренняя часть Юпитера представляет собой горячую жидкую массу с температурой свыше 10 000°С, однако это слишком низкая температура для того, чтобы там происходили термоядерные реакции, подобные тем, которые происходят на Солнце. Возможно, что Юпитер, хотя и находится в состоянии гидростатического равновесия, все еще медленно сжимается. Согласно подсчетам, уменьшение только на один миллиметр в год диаметра планеты может высвободить достаточное количество гравитационной энергии, дающей такой выход тепла.
Юпитер иногда называют «погасшей звездой» из-за его огромных размеров. Но даже самая маленькая «действующая» звезда должна иметь массу в 30-60 раз больше массы Юпитера для того, чтобы происходили ядерные реакции. Однако теоретиков очень заинтриговало то, что Юпитер, в отличие от других планет и спутников с дифференциацией химических элементов, представляет собой сжатую первоначальную солнечную туманность. Возможно, именно так, с гравитационной неустойчивости большого масштаба в облаке пыли или газа, и началось образование нашей Солнечной системы около 4,6 миллиарда лет назад. Многие считают, что именно такой процесс привел к образованию двойных звездных систем, но в случае с Юпитером количество массы оказалось недостаточным для образования второй звезды в Солнечной системе. Если бы это случилось, то вряд ли бы сегодня на Земле находились люди и исследовали Солнечную систему — скорее всего не было бы планет для исследования.
Хотя Юпитеру и не довелось стать звездой, тем не менее ученые уверены, что он находился в очень раскаленном состоянии во время конечной стадии своего образования. Плотность его четырех внутренних спутников от Ио до Калисто систематически уменьшается; это позволяет предполагать, что их легкие и быстро испаряющиеся элементы выталкивались теплом гигантского соседа; точно так же, по мнению специалистов, как под влиянием высоких температур более легкие материалы выталкивались из планет внутренней Солнечной системы, делая их массу более плотной, чем у планет внешней Солнечной системы.
Спутники Юпитера представляют такой же интерес, как и сам Юпитер. Названные лунами Галилея, в честь великого ученого, который открыл их в 1610 году, когда только начал использовать телескоп для астрономических целей, эти спутники вращаются вокруг Юпитера в его экваториальной плоскости, и расстояние между их орбитами настолько четко установлено, что, по всей вероятности, они были образованы из того же самого облака пыли и газа, из которого образовался и сам Юпитер.
Известно, что по крайней мере два из спутников Галилея — Ганимед и Ио — имеют атмосферу. «Пионер-10» пролетел позади Ио, и колебания его радиосигнала показали, что у этого спутника не только есть тонкий слой атмосферы, но также и проводящая ионосфера. Ученые полагают, что этот слой заряженных частиц, окружающий Ио, может служить «громоотводом» для электрических разрядов, в результате чего, по мнению ученых, иногда происходят мощные взрывы, равные по мощности нескольким водородным бомбам.
«Пионер-10» также обнаружил яркое облако атомарного водорода, простирающееся от Юпитера до орбиты Ио и занимающее более трети орбиты спутника. Так как приборы зафиксировали значительное уменьшение количества энергетических протонов вблизи орбиты Ио, ученые предполагают, что спутник сносит протоны к внутреннему радиационному поясу Юпитера, превращая их в нейтральные атомы водорода, свечение которых зафиксировали приборы «Пионера-10» как яркий ореол, сопровождающий Ио при обращении вокруг планеты.
| Фотомозаика из снимков, сделанных «Маринером-10» 29. III. 1974 г. |
Кроме того, «Пионер-10» уточнил плотность распределения массы в системе Юпитера. И снова неожиданность: масса Ио увеличилась более чем на 20 процентов (по сравнению с данными, полученными до полета) — с 0,99 лунной массы до 1,22. Более того, массы спутников Юпитера теперь известны с точностью до одного процента, и эти данные помогут будущим космическим кораблям исследовать градиент силы тяжести четырех самых больших спутников, что позволит внести поправки в траектории этих кораблей во время длительных орбитальных полетов к Юпитеру. Удивительное открытие слоя «горячей» инверсии намного выше облаков Юпитера должно означать, что планета имеет относительно теплую и расширенную водородную атмосферу, о которой раньше и не подозревали. Исследования этой атмосферы могут быть проведены при помоши автоматических капсул, запущенных на планету и оснащенных современными приборами.
При полете следующего корабля-исследователя «Пионера-11» будут использованы те данные, которые уже известны о конфигурации радиационных поясов Юпитера. Как и «Маринер-10», который использовал поле притяжения Венеры для того, чтобы приблизиться к Меркурию, «Пионер-11» использует градиент притяжения Юпитера для изменения траектории на пути к Сатурну. Когда писалась эта статья, предполагалось, что, минуя планету на расстоянии 32 000 километров от ее переднего края, в декабре 1974 года «Пионер-11» выйдет на новую траекторию, которая позволит ему в сентябре 1979 года приблизиться к Сатурну. И хотя на своем пути корабль будет подвергаться действию более мощной радиации, чем «Пионер-10», все же он будет находиться вне пределов магнитной радиации от экватора Юпитера; суммарная доза радиации будет меньше 500 000 рад — меньше той, которую выдержал «Пионер-10».
Хотя самые важные задачи полета «Пионера-10» уже выполнены, он продолжает передавать на Землю полезную информацию о частицах и полях, которые встречаются на его пути во внешней Солнечной системе. Получив дополнительную энергию возле Юпитера, «Пионер-10» перешел теперь на новую траекторию, которая выведет его из нашей Солнечной системы в межзвездное пространство. Связь с космическим кораблем может продолжаться до 1979 года, когда он достигнет орбиты Урана. В 1987 году «Пионер-10» пересечет орбиту Плутона, самой отдаленной планеты нашей Солнечной системы, а затем полетит дальше — в межзвездное пространство, к созвездию Тельца.
В связи с тем, что это первая попытка людей проникнуть за пределы Солнечной системы, управление НАСА решило прикрепить к корпусу корабля небольшую золотую пластинку с посланием представителям любой технически развитой цивилизации, которые ее, возможно, найдут. Выгравированный на металле рисунок изображает планету, с которой был запущен «Пионер-10», и положение нашей Солнечной системы в Галактике. На фоне корабля — фигуры мужчины и женщины, рука мужчины поднята в дружеском приветствии.
Смогут ли представители чужой цивилизации расшифровать простое послание «Пионера-10» — вопрос, который современная наука решить не может, так же как не может дать объяснение всем новым данным о планетах, во многих случаях опровергающих существующие теории. И если кто-нибудь думает, что исследование Солнечной системы даст быстрые и легкие ответы на все волнующие и загадочные вопросы о ее происхождении и эволюции, пусть вспомнит о примере с Луной. Сегодня это самое близкое к нам тело представляет больше неразрешенных задач, чем 10 лет назад, когда нога человека еще не ступала на его поверхность. После запуска шести кораблей «Аполлон» на Луну, в результате чего на Землю было доставлено 500 килограммов образцов геологических пород, Луна стала еще более сложной загадкой для всех ученых, которые пытаются объяснить ее происхождение. Большое количество железа, почти полное отсутствие летучих газов типа водорода или кислорода, наличие больших запасов тугоплавких материалов — все это настолько отличает Луну от Земли, что просто трудно себе представить, как она могла образоваться на таком же расстоянии от Солнца, как и Земля. Если современные теории о конденсации первичной солнечной туманности хоть частично правильны, то Луна должна была образоваться ближе к Солнцу, в глубине орбиты Меркурия, в условиях предельно высоких температур. Но будь это так, то как она могла покинуть эту орбиту, если даже для этого у нее нашлось достаточно энергии, и каким образом она могла попасть на орбиту Земли?
Детальное исследование Марса, проведенное автоматической станцией «Маринер-10» в 1972 году, открыло поразительный факт: Марс, по существу, представляет собой две планеты в одной — изрытое кратерами южное полушарие, напоминающее Луну, и более гладкое, почти без кратеров, северное полушарие. Возле экватора имеется несколько больших вулканических воронок, простирающаяся на 4000 километров впадина, подобная той, которая разделяет африканский континент, и заметные следы того, что воды здесь было в изобилии. Но если планета когда-то имела атмосферу, которая сохраняла воду в жидком состоянии, как могли сохраниться древние кратеры? Что же касается резкого различия между двумя частями планеты, то один озадаченный геолог заметил, что, по его мнению, во время раннего периода планеты в результате неизвестного процесса были подняты легкие слои поверхности с северного полушария Марса и сброшены на южное. Как соотнести эти противоположные черты поверхности, остается в настоящее время загадкой, решить которую можно будет только тогда, когда точно установят последовательные стадии и условия образования планеты.
Как неизбежно случается в науке, ответ на один вопрос вызывает десятки новых вопросов. Сейчас, когда в результате многолетних исследований космического пространства стало так много известно о Солнечной системе, мы все еще далеки от решения основной загадки — как из обширного облака газа и пыли образовалась планета Земля в своем нынешнем виде?
Ответ на этот вопрос волнует все человечество, и люди ищут путей совместного решения его. Соединенные Штаты и Советский Союз обмениваются информацией и вместе работают над программой полетов на Марс. Нужно надеяться, что данные, полученные Советским Союзом при запуске корабля на Марс, принесут пользу при осуществлении Соединенными Штатами программы запуска двух космических кораблей «Викинг» на Марс в 1976 году. Но Марс — только одна из ближайших к Земле планет многосложной Солнечной системы, для исследования которой требуются большие человеческие усилия и огромные суммы денег. И, конечно, ни одна страна не может выполнить эту задачу самостоятельно, для этого нужны совместные усилия, таланты и энергия людей многих стран.