В 1977 г. группа исследователей под руководством Джеймса Эллиота, тогда работавшего в Корнеллском университете, случайно открыла у Урана кольца, подобные кольцам Сатурна. Ученые пролетели над Индийским океаном в специальном самолете НАСА (так называемой «Воздушной обсерватории им. Койпера»), чтобы рассмотреть проход Урана на фоне звезды. Такие проходы, называемые «покрытиями», случаются время от времени именно потому, что Уран[33] медленно движется на фоне далеких звезд. Наблюдатели с удивлением обнаружили, что звезда «мигнула» несколько раз непосредственно перед тем, как ее затмила атмосфера Урана, и еще несколько раз – сразу после выхода из-за диска планеты. Поскольку это явление протекало одинаково и до, и после покрытия, данная находка (и большая работа, проделанная впоследствии) позволила открыть девять очень тонких и темных колец Урана, из-за которых планета немного напоминает небесную «мишень» с яблочком в центре.
Астрономы смогли определить с Земли, что вокруг колец Урана пролегают концентрические орбиты пяти его известных спутников: Миранды, Ариэля, Умбриэля, Титании и Оберона. Они названы в честь персонажей шекспировских пьес «Сон в летнюю ночь» и «Буря», а также в честь героев поэмы Александра Поупа «Похищение локона». Два этих спутника открыл сам Гершель. Самый близкий к планете спутник, Миранду, открыл лишь в 1948 г. мой учитель Дж. Койпер[34]. Помню, каким огромным достижением в те годы считалось открытие нового спутника Урана. Впоследствии, изучив в ближнем инфракрасном спектре свет, отраженный от всех пяти спутников, удалось обнаружить на них признаки обычного водяного льда. Это неудивительно – Уран расположен так далеко от Земли, что даже в полдень там не светлее, чем на Земле после заката. Температура очень низкая. Вся вода должна быть замерзшей.
РЕВОЛЮЦИЯ В НАШИХ ПРЕДСТАВЛЕНИЯХ о системе Урана – самой планете, ее кольцах и спутниках – началась 24 января 1986 г. В этот день, спустя восемь с половиной лет пути, «Вояджер-2» прошел очень близко от Миранды, попав в яблочко небесной мишени. Затем гравитация Урана забросила корабль к Нептуну. «Вояджер» передал на Землю 4300 снимков системы Урана, сделанных крупным планом, а также массу других данных.
Оказалось, что Уран окружен поясом интенсивного излучения – этот пояс состоит из электронов и протонов, захваченных магнитным полем планеты. «Вояджер» пролетел через этот пояс, измерив по пути как магнитное поле, так и параметры самих заряженных частиц. Он также зафиксировал целую какофонию радиоволн, генерируемых этими захваченными частицами, несущимися на огромной скорости, – в меняющихся тембрах, гармониях, нюансах, но почти на сплошном фортиссимо. Нечто подобное наблюдалось на Юпитере и Сатурне, а впоследствии ожидало нас и на Нептуне, но каждый мир обладает собственной выраженной темой и контрапунктом.
На Земле магнитные полюса расположены достаточно близко от географических. На Уране магнитная ось и ось вращения отклонены друг от друга примерно на 60°. Объяснить это пока не удается. Некоторые полагают, что мы наблюдаем Уран как раз в тот период, когда северный и южный магнитные полюсы меняются местами (на Земле это также иногда происходит). Другие считают это явление еще одним следствием того мощного древнего столкновения, из-за которого планета завалилась набок. Но ответа мы не знаем.
Уран излучает гораздо больше ультрафиолета, чем получает от Солнца. Вероятно, это излучение порождают заряженные частицы, просачивающиеся из его магнитосферы и бомбардирующие верхние слои атмосферы. Космический аппарат, находясь в системе Урана, исследовал с этой точки свет яркой звезды, которая мерцает, когда ее заслоняют кольца планеты. Удалось найти новые тонкие пылевые пояса. При наблюдении с Земли казалось, что корабль прошел за Ураном; поэтому радиосигналы, которые он отправлял в ЦУП, по касательной затронули атмосферу Урана, прозондировав также и ее – под метановыми облаками. Некоторые полагают, что под облаками может находиться огромный и глубокий океан, возможно, 8000 км глубиной, состоящий из сверхнагретой жидкой воды.
Одним из главных достижений после контакта с Ураном являются полученные картинки. При помощи телекамер «Вояджера» мы открыли у Урана десять спутников, определили, сколько продолжается световой день в облаках Урана (около 17 часов), и изучили с десяток колец. Самые зрелищные изображения были получены с пяти крупных спутников Урана, уже известных ранее, особенно с самого маленького из них – койперовской Миранды. Поверхность спутников представляет собой конгломерат сбросовых долин, параллельных кряжей, отвесных скал, низких гор, ударных кратеров и замерзших потоков поверхностных пород, которые когда-то подтаивали. Неожиданно было открыть такой беспорядочный ландшафт в маленьком, холодном, льдистом мире, расположенном так далеко от Солнца. Возможно, в прошлом поверхность растаяла и перестроилась, когда в результате гравитационного резонанса между Ураном, Мирандой и Ариэлем энергия от расположенной рядом планеты насыщала недра Миранды. Может быть, мы наблюдаем последствия древнейшего столкновения, из-за которого мог опрокинуться Уран. Или, на уровне гипотезы, вдруг Миранда когда-то была катастрофически разрушена, расчленена, разбита на осколки угодившей в нее блуждающей планеткой, причем на орбите Миранды остались фрагменты, образовавшиеся при этом столкновении. Впоследствии такие «черепки» и останки могли медленно сталкиваться, объединяться под действием гравитационных сил и вновь пересобраться именно в такой хаотичный, фрагментарный, незавершенный мир, каким Миранда является сегодня.
Мне видится нечто зловещее в изображениях сумеречной Миранды, поскольку я так хорошо помню время, когда она, казавшаяся лишь бледной точкой, едва заметной в сиянии Урана, была открыта с огромными трудностями благодаря таланту и терпению астронома. За срок всего в половину человеческой жизни она превратилась из неизвестного мира в цель космической экспедиции, позволившей как минимум отчасти разгадать ее древние и своеобразные секреты.
Глава 9
Американский зонд у края солнечной системы
Клянусь священным побережьем,
Волной беспокойной Тритонского моря.
Скрывать я дольше не буду…
Еврипид. Ион (ок. 413 г. до н. э.)Нептун был последним пунктом назначения в грандиозной одиссее «Вояджера-2» по Солнечной системе. Как правило, Нептун считают предпоследней планетой, за ним еще идет Плутон. Но поскольку орбита Плутона эллиптическая и очень вытянутая, Нептун недавно стал крайней планетой Солнечной системы и останется ею до 1999 г. Обычно в верхних слоях его облаков сохраняется температура около –240 ℃, поскольку он так далек от теплых солнечных лучей. На самом деле там могло быть еще морознее, если бы планета не подогревалась от собственных недр. Нептун скользит по кромке межзвездной ночи. Он так далек, что в его небе Солнце кажется всего лишь очень яркой звездой.
Насколько далеко? Настолько, что с тех пор, как Нептун был открыт в 1846 г.[35], он еще не успел совершить и одного оборота вокруг Солнца. Нептун настолько далеко, что его не увидишь невооруженным глазом. Настолько далеко, что свет – самая быстрая субстанция во Вселенной – летит от Земли до Нептуна более пяти часов.
Когда «Вояджер-2» пронесся через систему Нептуна в 1989 г., его камеры, спектрометры, детекторы частиц и полей и другие приборы неистово исследовали планету, ее спутники и кольца. Сам Нептун, точно как и подобные ему Юпитер, Сатурн и Уран, – это планета-гигант. В центре каждого из этих миров заключена «землеподобная планета», но четверо гигантов носят изысканные и громоздкие мантии. Юпитер и Сатурн – колоссальные газовые миры с относительно небольшими каменно-ледяными ядрами. Но Уран и Нептун в основе своей именно планеты изо льда и камня, укутанные в плотные атмосферы, скрывающие их из виду.
Нептун в четыре раза больше Земли. Когда мы всматриваемся в его прохладную суровую синеву, мы опять же видим только атмосферу и облака, а не твердую поверхность. В свою очередь, атмосфера состоит в основном из водорода и гелия плюс небольшое количество метана и следы других углеводородов. Возможно, там есть и азот. Яркие облака, по-видимому, состоящие из кристаллического метана, плавают поверх слоя более плотных и глубоких облаков, состав которых неизвестен. По движению облаков на Нептуне удалось зафиксировать свирепые ветры, чья скорость сравнима со скоростью звука на этой планете. Также было открыто Большое темное пятно – любопытно, что оно расположено почти на той же широте, что и Большое красное пятно на Юпитере. Лазурный цвет особенно подходит планете, названной в честь бога морей.