Юпитер‑предсказатель

Есть в истории исследования Юпитера два любопытных факта, ставших важными вехами в развитии астрономической науки.

В 1609 году Галилео Галилей сконструировал телескоп, дававший почти 30‑кратное увеличение. С его помощью он предпринял первое телескопическое исследование вселенских просторов, открыв немало нового и любопытного на небе.

А в ночь с 6 на 7 января 1610 года ученый впервые увидел в телескоп рядом с Юпитером четыре яркие точки, которые нельзя было рассмотреть невооруженным глазом.

Не прошло и суток, а эти звездочки уже находились в другом месте, изменив свое положение относительно планеты и друг друга.

Прежде чем делать какие‑то выводы, Галилей за странными «звездами» вел наблюдение в течение нескольких дней. В конце концов он пришел к заключению, что в поле его телескопа находятся спутники Юпитера, которые движутся вокруг него, как планеты вокруг Солнца.

В марте 1610 года из печати вышло сочинение Галилея «Звездный вестник, открывающий великие и в высшей степени удивительные зрелища…». В нем ученый и рассказал о своем открытии новых небесных тел – спутников.

В 1609 году Галилео Галилей сконструировал телескоп, дававший почти 30 кратное увеличение

О своих наблюдениях попутчиков Юпитера Галилей писал следующее: «Хотя я и принял их за неподвижные звезды, меня удивило их расположение в точности на одной прямой линии, параллельной эклиптике… Две звезды располагались к востоку, а одна – к западу… Но когда я по воле Божией повторил наблюдения 8 января, то обнаружил совершенно иное расположение – все три звездочки стояли к западу от Юпитера, ближе к нему и друг к другу… Не может быть сомнения в том, что они совершают свои обороты вокруг Юпитера, а вместе с ним в двенадцать лет – оборот около центра мира… Мы приобретаем прекрасный аргумент против тех, которые, мирясь в системе Коперника с движением планет вокруг Солнца, настолько смущаются годичным обращением Луны вместе с Землей вокруг Солнца, что отвергают эту мировую систему. Но теперь имеется не только одна планета, обращающаяся вокруг другой и вместе с последней – вокруг Солнца, но целых четыре, путешествующих и вокруг Юпитера, и вместе с ним – вокруг Солнца».

Но, как нередко случается, большинство ученых к открытию Галилея отнеслись с явным недоверием. Тогда ученый обратился за поддержкой к Кеплеру, отправив ему экземпляр только что изданной книги.

Кеплер проявил к молодому коллеге максимум уважения и вскоре опубликовал ответ, назвав его «Разговор со Звездным вестником». В «Разговоре» Кеплер высказал полную поддержку исследованиям Галилео. Кроме того, «звезды» Юпитера и Луну он предложил называть «спутниками».

Кстати, по четырем спутникам Юпитера – Ио, Европе, Ганимеду и Каллисто – мореплаватели долгое время определяли положение судна в открытом море, то есть использовали их в качестве своеобразных «небесных часов».

Помог Юпитер и его спутники ответить и на вопрос: как распространяется свет – мгновенно или скорость его все же конечна?

Датский астроном Оле Ремер много времени уделял наблюдениям за затмениями спутников Юпитера. При этом он делал предварительные расчеты наступления этих событий. Когда же в 1675 году ученый сравнил реальную картину с расчетной величиной, то обнаружил, что, если Юпитер и Земля находятся по разные стороны от Солнца, наблюдения и вычисления расходятся. В этом случае затмения спутников отличаются от полученных математическим путем примерно на 1000 секунд.

Чтобы объяснить этот факт, Ремер предположил, что 1000 секунд – это как раз то время, которое требуется свету, чтобы пересечь по диаметру орбиту Земли. А так как диаметр земной орбиты равен 300 миллионам километров, то скорость света должна составлять около 300 000 километров в секунду.

Сатурн. Окольцованная планета

Как мы уже знаем, с именем великого Галилея связано немало астрономических открытий. С помощью телескопа он обнаружил горы на Луне, открыл фазы Венеры, пятна на Солнце, а также звездную природу Млечного Пути.

В 1610 году ученый приступил к тщательным наблюдениям за Сатурном. Именно в это время он и обнаружил кольца этой планеты. Но сначала Галилей не понял, что представляют собой эти странные образования, поэтому в своих дневниках лишь отметил, что Сатурн состоит из частей. В июле того же 1610 года он опубликовал следующее зашифрованное сообщение: «Отдаленнейшую из планет наблюдал тройную». Во времена Галилея «отдаленнейшей из планет» считался Сатурн, а его кольца в телескопе ученого выглядели как два размытые пятна по внешнему краю планеты.

Их он даже сравнил с двумя слугами, «которые поддерживают старика Сатурна (бога времени у древних римлян) в его утомительном пути по небу».

Автоматическая межпланетная станция «Кассини»

Дальнейшие наблюдения за Сатурном принесли еще ряд сюрпризов. Так, в 1612 году вместо тройной планеты Галилей увидел лишь одиночный диск. «Возможно ли, что какой‑то демон‑насмешник обманул меня?» – писал он.

Но на этом «фокусы» Сатурна не прекратились. Через некоторое время Сатурн предстал перед ученым с «парой ручек» по краям. Все эти «иллюзии» далекой планеты Галилео Галилей так и не разгадал. А в 1626 году в связи с потерей зрения он и вовсе прекратил наблюдения за небесными телами.

Кроме Галилея, в свои простенькие телескопы увидели странную свиту Сатурна и некоторые другие астрономы того времени. И, конечно же, им тоже не удалось разобраться с «придатками» Сатурна.

Только когда были изобретены более мощные средства наблюдений за небесными телами, появились и более полные сведения о странных структурах Сатурна. Так, в 1660‑х годах нидерландский математик, физик и астроном Христиан Гюйгенс открыл у Сатурна кольца, а в 1675 году знаменитый французский астроном Кассини установил наличие между кольцами щели…

Кольца Сатурна все время находились в сфере внимания ученых. И такой постоянный к ним интерес дал свои результаты. Так, уже к середине XIX века астрономы обнаружили, что Сатурн находится в окружении десяти колец.

Со временем было обнаружено, что Сатурн обладает целым комплектом разных колец, а 3 основные из них, получившие названия A, B и C, можно увидеть даже с Земли. Более слабые кольца называются D, E, F. В свою очередь эти кольца тоже делятся на более узкие колечки. В результате Сатурн оказывается опоясанным великим множеством колец. Сколько же всего их, сказать сложно. Хотя предполагается, что их от 500 до 1000.

Несколько узких колец было обнаружено также и в делении Кассини, хотя ранее считалось, что какие‑либо вещества в нем отсутствуют.

Оказалось также, что щель, обнаруженная Кассини, не единственная. Их теперь насчитывается около полутора десятков. Кстати, в ясные ночи деление Кассини можно увидеть с Земли, впрочем, как и менее заметные щели.

Ширина всех колец Сатурна приблизительно равна 400 тысячам километров. В то же время, как это ни удивительно, их толщина всего несколько десятков метров. Поэтому сквозь них, словно через мелкоячеистую сеть, видны звезды. Правда, их яркость при этом значительно слабее, чем в обычных обстоятельствах.

Используя передовые технические средства, в особенности уникальные возможности космических межпланетных станций, ученые разобрались со многими «анатомическими» особенностями колец Сатурна. Оказалось, что все они состоят из разных по форме и размерам льдин: некоторые из них не больше мельчайших пылинок, другие – достигают нескольких метров в поперечнике.

А, например, при тщательном исследовании кольца С было установлено, что размеры льдин в нем колеблются от 10 сантиметров до 10 метров. При этом на один кусок льда размером 10 метров приходится примерно 1000 кусочков в поперечнике около 1 метра и примерно миллион мельчайших ледяных пылинок.

В основном же кольца, как предполагают ученые, состоят из частиц метровых размеров.

Подчиняясь универсальным законам Кеплера, в зависимости от радиуса кольца они движутся с различными скоростями. При этом чем они ближе к планете, тем их скорость выше.

Следует иметь в виду, что ежегодно кольца меняют свой внешний вид. Связано это с изменением наклона плоскости колец по отношению к плоскости орбиты планеты. Поскольку наклон плоскости колец по отношению к плоскости орбиты составляет 26°, то по этой причине в течение года они имеют максимальную ширину. Однако затем они становятся все б»іже и б»іже, пока спустя примерно 15 лет не превратятся в едва видимую линию.

Очень красочно описал кольца Сатурна физик и астроном Николай Горькавый. Предоставляем ему слово.

«…Если “перепрыгнуть” через полтора миллиарда километров, отделяющих нас от Сатурна, и взглянуть на кольца с расстояния 100–200 тысяч километров, то окажется, что они расслаиваются на тысячи колечек. Среди них есть узкие потоки, отклоняющиеся от круговой орбиты. Края некоторых колец зазубриваются, а сами они колышутся под гравитационным напором спутников, изгибаясь и образуя волны. Спиральные волны, эллиптичные кольца, странные переплетения узких колечек… все сюрпризы колец трудно перечислить.

Ну, а если приблизиться к кольцам вплотную, то они окончательно потеряют для нас свою монолитность и превратятся в огромное количество отдельных “спутничков” Сатурна – частиц из обычного водяного льда самой разной величины: от мелких пылинок до глыб с поперечником 10–15 метров. Основная масса колец Сатурна заключена в частицах метровых размеров. Но это не цельные куски льда, а снежные комья, такие же рыхлые, как свежевыпавший земной снег (только там вряд ли есть узорчатые снежинки).

Эти снежные тела вращаются вокруг Сатурна со скоростью около 10 км/сек. Их скорости так хорошо уравнены, что соседние частицы кажутся неподвижными по отношению друг к другу. На самом деле они очень медленно перемещаются в разных направлениях – со скоростью 1–2 мм/сек. Примерно с такой скоростью ползают земные улитки.

Время от времени можно наблюдать эффектное зрелище – столкновение двух крупных частиц. Вот две глыбы размером с садовый домик начинают медленно соприкасаться друг с другом, сдвигая с поверхности целые сугробы рыхлого снега. Им не повезло: они не выдержали взаимного давления при ударе и медленно развалились на части. Типичная для колец “катастрофа” при скорости миллиметр в секунду!

Два больших остатка первоначальных тел продолжают движение, а сброшенные с них сугробы снега, комки и снежная пыль неспешно разлетаются в разные стороны, сверкая в лучах далекого Солнца. Через несколько дней “пострадавшие” частицы снова вырастут, поймав и поглотив огромное количество более мелких снежков в кольцах».