Спутники Марса, их описание

В 1877 г. А. Холл (1829-1907), используя 66-см рефрактор обсерватории ВМС в Вашингтоне, открыл два спутника Марса; впоследствии их назвали Фобосом и Деймосом. Оба они чрезвычайно малы и не идут ни в какое сравнение с Луной. До 1877 г., несмотря на неоднократные попытки, их не смогли открыть, поскольку оба спутника крайне тусклы.

О Фобосе и Деймосе до прилета «Маринеров». В телескоп Фобос и Деймос выглядят как маленькие звездообразные точки, но в докосмическую эпоху они привлекали к себе большой интерес из-за своих необычных орбит. Фобос движется вокруг Марса на среднем расстоянии всего в 9350 км от центра планеты, так что расстояние между Фобосом и марсианской поверхностью почти такое же, как между Лондоном и Аденом. Период обращения Фобоса составляет всего 7 ч 39 мин, и, поскольку период вращения Марса вокруг оси 24 ч 37 мин, «месяц» Фобоса короче, чем марсианский день. Фобос восходит на марсианском небе на западе и заходит на востоке. Над горизонтом он бывает только в течение 4,5 ч, проходя за это время более половины своего цикла фаз, а интервал между его последовательными восходами немногим более 11ч. Видимый диаметр Фобоса никогда не превышает 12,3°, что меньше половины видимого с Земли лунного диаметра, и он посылает на поверхность Марса не более света, чем Венера на Землю. Фобос проходит по диску Солнца 1300 раз за год-если смотреть с Марса,-пересекая диск за 19 с.

Даже когда Фобос бывает над марсианским горизонтом, он долгое время остается в тени планеты. На марсианских широтах выше 69° он вообще никогда не восходит. Орбита Фобоса практически круговая, а ее наклонение к экваториальной плоскости Марса лишь немногим более 1°.

Деймос меньше по размерам и более удален (23 500 км от центра Марса). Период его обращения равен 30 ч 14 мин, поэтому он остается над марсианским горизонтом в течение 2,5 суток, но освещает Марс слабее, чем Сириус Землю, и фазы его для марсианского наблюдателя почти незаметны. Максимальный диаметр Деймоса составляет лишь около 12 км.

Относительно природы спутников Марса до сих пор не высказывалось никаких суждений. Может быть, это астероиды, попавшие в поле тяготения планеты. Несколько лет назад возникло предположение, что Фобос медленно снижается по спирали к Марсу и должен столкнуться с планетой в обозримом будущем; это привело к появлению удивительной гипотезы о том, что он тормозится очень разреженной марсианской атмосферой. Но, чтобы все это случилось, его масса должна была бы быть пренебрежимо малой; отсюда последовал вывод, что Фобос-полая внутри космическая станция, построенная марсианами. Эта идея принадлежала известному советскому астроному И. С. Шкловскому (род. 1916), но она не получила широкой поддержки.

Оба спутника Марса движутся практически по круговым орбитам в экваториальной плоскости планеты. Фобос (1) находится значительно ближе к Марсу и может подходить к нему на расстояние 5800 км. Это единственный из известных естественных спутников, период обращения которого короче, чем период осевого вращения главной планеты. Деймос (2) находится намного дальше от Марса и имеет период обращения 30 ч 14 мин.

Эта серия фотографий Фобоса была получена «Маринером-9» в 1971 г. Примерное положение южного полюса спутника показано стрелкой на каждой фотографии. Заметен выступ поверхности, направленный к читателю. Этот «синхронный» выступ постоянно обращен к Марсу, так как период вращения Фобоса вокруг оси точно равен времени его полного оборота вокруг планеты - 7 ч 39 мин.

Открытия «Маринера-9». Первая серьезная информация о спутниках Марса пришла от «Маринера-9», который приблизился к Марсу в конце 1971 г. и перешел на орбиту вокруг планеты. При сближении «Маринер-9» фотографировал Фобос и Деймос; оказалось, что оба они имеют неправильную форму. Фобос по форме весьма напоминал картофелину размером 28 х 20 км. На его поверхности есть кратеры, наибольший из которых (Стикни) имеет диаметр 6,5 км. На карту Фобоса уже нанесено более 50 образований. Семи из них присвоены личина радиуса Фобоса изменяется более чем на 20% от среднего значения. Вращение-синхронное, так что Фобос всегда обращен к Марсу одной и той же стороной и его большая ось всегда направлена к планете.

Спутники Марса Фобос и Деймос намного меньше Луны. Здесь они показаны такими, какими они видны с марсианского экватора, а Луна- такой, какой она видна с Земли. Все три тела, таким образом, показаны в масштабе. Природа спутников Марса остается неясной, но по фотографиям «Маринера-9» можно предположить, что и Фобос, и Деймос- каменные монолиты. Они весьма сильно отличаются от нашей Луны; возможно, это захваченные астероиды. Ни один из них не дает ночью столько света, сколько Луна. Фобос светит на Марсе примерно так же, как Венера на Земле, а Деймос еще слабее. Поверхность обоих спутников исключительно темная.

Загадочные кратеры. Происхождение кратеров на Фобосе не вполне понятно. Высказывалось предположение о метеоритных ударах. Японский астроном Миямото предложил гипотезу, согласно которой кратеры-это что-то вроде раковин, образовавшихся в период остывания спутника. Если же причиной их появления являются столкновения, то надо согласиться, что Фобосу сильно досталось. Диаметр Стикни составляет примерно 1/4 диаметра Фобоса. В сентябре 1976 г., когда орбитальный отсек «Викинга-2» находился на расстоянии 880 км от Фобоса, на его поверхности удалось сфотографировать образования поперечником до 40 м. Характер образований на поверхности Фобоса указывает на то, что его прочность — подстать прочности цельных скальных пород. Основным материалом, из которого сложен спутник, вероятно, является базальт. Скорость убегания всего лишь 20 км/ч, поэтому там не может быть и следов атмосферы. То, что эта маленькая марсианская луна усеяна кратерами, предполагалось и ранее, но неожиданно на ней обнаружились еще желоба и цепочки мелких кратеров. Похожие цепочки замечены на Луне, Марсе и Меркурии; там они образовались как вторичные кратеры при сильных соударениях, но возникновение таких кратеров на телах с очень малой силой тяжести объяснить не так-то легко.

Деймос-спутник в общем такого же типа, как и Фобос, хотя и меньший по размерам. Его поверхность также покрыта кратерами. Два основных образования названы Свифт и Вольтер-в честь писателей, которые еще в XVIII в. предсказали, что Марс должен иметь два спутника.

Эти фотографии Фобоса, полученные «Мари- нером-9»,- самые четкие из всех снимков этого спутника. Стрелкой опять показано примерное положение южного полюса. Самый крупный кратер диаметром 6,5 км Стикни. Хорошо отождествляемая на снимках А и Б (вверху справа) деталь проявляется как кратер на снимке (В). Фобос даже приблизительно нельзя назвать сферическим -у него очень неправильная форма.

Снимок Фобоса, полученный с еще более близкого расстояния, может помочь разрешить вопрос о происхождении крошечных марсианских лун. Ключи к разгадке- кратер с центральным пиком, кратерные цепочки (указанные стрелками), идущие параллельно экватору, и борозды, покрывающие более половины поверхности. По одной гипотезе, борозды образовались во время прохождения Фобоса через поток небольших тел. Самый мелкий объект имеет 40 м в диаметре.

Новые открытия: малые планеты, необычные орбиты

Солнечная система делится на две основные части широким разрывом между внешней из внутренних планет-Марсом-и первой из планет-гигантов- Юпитером. Численные соотношения между расстояниями планет от Солнца, известные как закон Боде, заставили астрономов предположить, что в этом разрыве должна быть еще одна планета.

В конце XVIII в. группа астрономов, возглавляемая И. Шретером (1746-1816) и фон Цахом (1754-1832), организовали своего рода «небесный патруль», главная задача которого заключалась в обнаружении новой планеты. Но их опередили.

Новые открытия: малые планеты. 1 января 1801 г. Пиацци (1746-1826) из Палермо, Сицилия, открыл тело, похожее на звезду, которое заметным образом перемещалась от ночи к ночи; оно оказалось планетой, движущейся между Марсом и Юпитером. Она была названа Церерой в честь богини-покровительницы Сицилии. В последующие несколько лет «небесный патруль» обнаружил еще три планеты: Палладу, Юнону и Весту. Вместе с Церерой они получили название «малые планеты», или астероиды. Все они, кроме Цереры, малы — менее 500 км в диаметре. Только Веста может быть иногда увидена невооруженным глазом.

Других астероидов не находилось, и «патруль» был распущен. Однако в 1845 г. Карл Хенке (1793-1866) открыл пятый астероид - Астрею,-а с 1850 г. без таких открытий не проходило и года; общее же число малых планет может превышать 50 тысяч.

В 1977 г. между Сатурном и Ураном был обнаружен слабый объект 19-й величины, движущийся на среднем расстоянии от Солнца 2600 млн. км. Сочтенный за необычный астероид-диаметром, вероятно, около 1000 км,- он был назван Хироном. Высказывалось предположение, что когда-то он был спутником Сатурна.

Веста (показана между стрелками), открытая в начале XIX в.,-самая яркая, но не самая большая из малых планет. Она выглядит в точности, как звезда, но ее перемещение от ночи к ночи выдает ее действительную природу. Крестиком в верхнем правом углу показано ее положение через 24 ч. На фотографиях не видно деталей поверхностей астероидов; они для этого слишком малы. Период вращения астероидов можно определять по изменению блеска

Икар, диаметром около 1,5 км, был открыт В. Бааде (1893-1960) в 1949 г. Орбита Икара (1) сильно наклонена-на 23°. Это единственный из известных астероидов, перигелий орбиты которого находится внутри орбиты Меркурия (2).

Необычные орбиты. Не все астероиды постоянно пребывают в своей специфической области. В 1888 г. Карл Витт из Копенгагена открыл малую планету № 433, Эрос, которая могла заходить далеко внутрь орбиты Марса и временами даже приближаться к Земле на расстояние, не превышающее 24 млн. км, как это случилось в 1931, а затем в 1975 г. В 1931 г. Эрос усиленно наблюдали, поскольку точное вычисление его орбиты могло помочь определить астрономическую единицу – расстояние от Земли до Солнца. Эрос имеет удлиненную форму с размерами примерно 27 х 16 км. Хотя Эрос и невелик, он все же крупнее таких подходящих близко к Земле астероидов, как Гермес (диаметром всего лишь около 1 км), который в 1937 г. почти «смахнул пыль» с Земли, пройдя от нее на расстоянии всего 780 тыс. км, что менее удвоенного расстояния до Луны. Столкновение Земли с такими астероидами привело бы к весьма разрушительным последствиям, хотя вероятность прямого столкновения такого рода очень невелика.

Один астероид, Икар, приближается к Солнцу ближе, чем Меркурий. По-видимому, в Солнечной системе нет другого тела, которое претерпевало бы столь чудовищные температурные изменения. В самой близкой к Солнцу точке орбиты-на расстоянии 28 млн. км от него-температура поверхности Икара должна превышать 500°С. В афелии (самой дальней точке орбиты) всего через 200 дней он уже оказывается на расстоянии 295 млн. км-значительно дальше самой удаленной точки орбиты Марса.

С другой стороны, астероид № 944, Гидальго, имеет вытянутую орбиту, которая уводит его почти за орбиту Сатурна, а две группы астероидов Троянцев движутся по орбите Юпитера. Одна группа постоянно находится примерно в 60° впереди Юпитера, а другая-на 60° за ним; опасности столкновения здесь нет. Хотя Троянцы по масштабам, свойственным астероидам, довольно велики, они находятся так далеко от Земли, что видны очень плохо.

В телескоп астероиды выглядят в точности, как звезды. Единственный способ распознать их-выявить их перемещение от ночи к ночи. Сейчас астероиды открываются фотографически. Часто за время" экспозиции астероид успевает переместиться настолько, что на пластинке остается вытянутый след, а не точка. Поэтому астероиды доставляют немало хлопот астрономам. Нередко фотографические пластинки, экспонируемые с совершенно иными целями, оказываются испещренными многочисленными следами от астероидов, и отождествление каждого из них отнимает немало времени.

Состав астероидов еще не известен, но сделанные «Маринером-9» фотографии двух спутников Марса (Фобоса и Деймоса), которые вполне могут быть «захваченными» планетой астероидами, позволяет предположить, что поверхности многих из них могут быть покрыты кратерами. Некоторые из самых малых спутников планет-гигантов внешние члены семейства Юпитера, Феба у Сатурна, Нереида у Нептуна-также могут быть «захваченными» астероидами.

На этом рисунке сопоставляются друг с другом и с Луной размеры четырех астероидов, открытых первыми: Цереры (В), Весты (Г), Паллады (Д) и Юноны (Е), а также Эроса (Б), имеющего неправильную форму. Из-за небольших размеров их диаметры трудно измерить. По ранним измерениям, диаметр Цереры около 685 км, но новые методы показывают, что он гораздо больше, примерно 1000-1200 км.

Происхождение астероидов. Происхождение астероидов пока неизвестно. Согласно одной гипотезе, они представляют собой осколки бывшей планеты (или планет), которая вращалась вокруг Солнца за орбитой Марса и в отдаленном прошлом претерпела какую-то катастрофу. Но в целом кажется более вероятным, что астероиды никогда не были частями большого тела. Чрезвычайно сильное притяжение Юпитера должно было воспрепятствовать образованию большой планеты в районе зоны астероидов. Кроме того, следует заметить, что все астероиды, вместе взятые, не могли бы образовать единого тела, столь же большого и массивного, как Луна.

Большинство орбит малых планет находится в пространстве между орбитами Марса (1) и Юпитера (2). В этой области есть так называемые «провалы Кирквуда», где астероидов меньше. Эти провалы находятся на определенных расстояниях от Солнца, где влияние гравитационного поля Юпитера заставляет астероиды переходить на другие орбиты.

Орбиты планет- от Земли (1) до Сатурна (2)- вместе с орбитами некоторых астероидов представляют особый интерес (масштаб на рисунке не выдержан). Большинство астероидов движется в области между орбитами Марса и Юпитера. Астероиды Троянцы (3) движутся по той же орбите, что и Юпитер, но удерживаются на расстоянии от него, так что дело обходится без столкновений. Одна группа движется на 60° впереди планеты, а другая на 60° позади; при этом группы слегка перемещаются в обе стороны от своего среднего положения. Гидальго (4) движется по орбите, сильно наклонной и настолько эксцентричной -почти как комета,-что его афелий находится недалеко от орбиты Сатурна. Амор (5) и Аполлон (6) принадлежат к группе астероидов, близко подходящих к Земле. Все такие астероиды очень малы. Амор имеет диаметр 8 км, а Аполлон-2 км.