Исследования Юпитера и Сатурна

На Луну человека доставили корабли с двигателями на химическом топливе. Неясно, удастся ли на подобных кораблях совершить пилотируемые полеты к Марсу, но для полетов человека к Юпитеру такие корабли явно не годятся. Пока известен единственный способ дальнего перелета-это полет по «переносной» орбите, когда притяжение других планет ускоряет корабль и направляет его к планете-цели путешествия. Если аппарат летит по такой орбите, то почти весь его полет проходит в условиях свободного падения и горючее не расходуется. При использовании этого метода только на то, чтобы аппарат достиг окрестности Юпитера, уйдет более двух лет. Такие длительные перелеты с людьми пока практически неосуществимы.

Юпитер господствует на небе Ио, одного из четырех крупнейших его спутников. Наблюдатель сможет хорошо разглядеть темные полосы, светлые зоны и Большое Красное Пятно. Ио удален на 422 тыс. км от центра Юпитера, несколько больше, чем Луна от центра Земли. Но период обращения Ио составляет всего 1 сутки 18,5 ч, поскольку мощное гравитационное притяжение Юпитера вынуждает Ио двигаться по орбите намного быстрее, чем движется Луна.

Ио обращается в пределах магнитосферы Юпитера и оказывает влияние на радиоизлучение планеты. Вполне возможно, что некоторые участки поверхности Ио покрыты слоем льда

Юпитер и его спутники. Юпитер-ближайшая к нам из планет-гигантов. Он не имеет твердой поверхности и окружен мощными радиационными поясами, которые могли бы стать причиной гибели попавшего в них неосторожного космонавта. Кроме того, высокая скорость убегания (60,22 км/с) делает почти невозможным маневрирование вблизи планеты. Следовательно, не остается иного варианта, кроме высадки на некоторые из спутников Юпитера.

Вероятно, в качестве первого места высадки можно было бы выбрать Ганимед. По размерам он подобен планете (чуть крупнее Меркурия, хотя имеет меньшую массу), расположен достаточно далеко (среднее расстояние от Юпитера 1 млн. км). Открывающийся с Ганимеда вид нельзя будет не счесть эффектным: взгляду предстанет быстро вращающаяся гигантская планета, панорама ее светлых зон, темных полос и Большого Красного Пятна. Вращение Ганимеда, как и других крупных спутников Юпитера,-синхронное. Один его оборот вокруг Юпитера длится несколько больше 7,15 суток, период его вращения вокруг оси-такой же, поэтому одна сторона Ганимеда всегда обращена к Юпитеру, и находящийся на ней наблюдатель увидит постоянно изменяющуюся картину пролетающей под спутником поверхности планеты.

И у Ганимеда, и у меньшего по размерам, но более плотного спутника-Европы-почти нет атмосферы. Очень может быть, что поверхность Европы покрыта льдом. Зрелище Юпитера с ее поверхности должно производить сильное впечатление. Ближайший к планете из крупных спутников, Ио,-самое маленькое из небесных тел, на которых обнаружена атмосфера (у него она, возможно, состоит из аммиака). Спутник Амальтея-карликовый, он обращается вокруг Юпитера на расстоянии всего в 181 тыс. км с периодом около 12 ч. Для наблюдателя на Амальтее Юпитер будет занимать четвертую часть всего неба, а детали его поверхности будут сменять друг друга намного медленнее, чем при наблюдениях с Ганимеда или Европы, потому что период обращения Амальтеи всего на два часа превосходит период вращения самого Юпитера.

Заманчиво представить картину обсерватории на Амальтее, которая могла бы стать идеальным местом для изучения явлений на Юпитере. Но скорее всего этому никогда не бывать-просто потому, что Амальтея лежит внутри радиационного пояса Юпитера и пребывание на ней, вероятно, окажется очень опасным.

Вид на Юпитер с Амальтеи великолепен. На рисунке хорошо видны тени Ио и Европы на облаках Юпитера. Амальтея, официально обозначаемая как V спутник,-самый близкий к Юпитеру член системы его спутников- находится всего в ПО тыс. км от поверхности планеты. Среднее расстояние спутника от центра Юпитера составляет 181 тыс км. Диаметр Амальтеи всего 200 км; из-за очень сильного гравитационного поля планеты этот спутник может иметь неправильную форму. Полет на Амальтею, вероятно, оказался бы весьма опасным, так как она находится внутри радиационного пояса Юпитера

Трудности полета на Сатурн. Человек сможет отправиться в экспедицию к Юпитеру лет через 200. Следующая цель-Сатурн. Здесь мы сталкиваемся с несколько иными проблемами. Расстояние до Сатурна больше, но это компенсируется тем, что он, по-видимому, не имеет смертельно опасных радиационных поясов, которыми обладает Юпитер. Один из многочисленных спутников Сатурна, Титан, намного интереснее и важнее любого члена семейства спутников Юпитера.

С ближайших спутников Сатурн должен выглядеть очень красиво, хотя его кольца будут видны с ребра. Пролет пилотируемого космического корабля через саму систему колец крайне опасен. Опасность обусловлена не радиацией, а твердыми частицами вещества в кольцах. По всей вероятности, исследование областей внутри системы колец и поблизости от нее будет уделом автоматических станций.

У Сатурна, как и у Юпитера, нет твердой поверхности, так что придется ограничиться высадкой на спутники. Все близкие к планете спутники движутся практически в плоскости колец, и в результате кольца со спутников видны с ребра. Иначе обстоит дело с Япетом, среднее расстояние от которого до Сатурна 3,6 млн. км. Он совершает оборот за 79,33 суток. Диаметр Япета 1100 км, примерно вдвое меньше лунного. Поскольку орбита Япета значительно наклонена к плоскости колец, этот спутник может послужить наилучшей базой для исследований Сатурна.

Если взглянуть на Сатурн с его спутника Реи, можно увидеть четыре из его ближайших спутников - Диону, Тефию, Энцелад и Мимас. Когда Солнце под горизонтом, поверхность Реи ярко освещена желтым светом Сатурна. По удаленности от Сатурна Рея- шестой спутник, она обращается вокруг планеты на расстоянии 527 тыс. км от ее центра, а расстояние от Реи до поверхности Сатурна составляет около 467 тыс. км. Полный оборот Реи вокруг Сатурна занимает 4 суток 12,5 ч.

Она намного меньше Луны. Об условиях на ее поверхности известно практически только то, что там нет атмосферы, а температура очень низка. Как и другие внутренние спутники (а в сущности, вообще все спутники Сатурна, кроме двух самых далеких- Япета и Фебы), Рея движется почти точно в экваториальной плоскости Сатурна, одновременно являющейся плоскостью его колец. Поэтому с Реи кольца видны как тонкая светлая полоска, всегда с ребра. Наблюдатель на Рее никогда не увидел бы щели Кассини.

База на Титане. Спутник Сатурна Титан поистине поражает воображение. Это-мир размером с типичную планету на расстоянии 1,2 млн. км от Сатурна. Его атмосфера, в которой, возможно, есть и облака, в десять раз плотнее атмосферы у поверхности Марса. К сожалению, атмосфера Титана состоит в основном из метана, который не может поддерживать существование известных на Земле форм жизни, а также некоторого количества водорода. Тем не менее этот спутник вызывает особый интерес, поговаривали даже о посылке межпланетной станции для его исследования.

Постройка базы на Титане будет сопряжена примерно с теми же трудностями, что и на Марсе: необходимо предусмотреть самообеспечиваемость и учесть, что в экстренных случаях быстрая помощь невозможна.

Зрелище Сатурна с близкого расстояния должно быть намного эффектнее и увлекательнее любого другого в пределах Солнечной системы.

Исследования далеких внешних планет

В середине 70-х годов Юпитер был самым далеким из миров, к которым приближались космические аппараты. В настоящее время разрабатываются планы посылки автоматических станций к планете-гиганту Урану. Некоторые его особенности вызывают исключительный интерес. Однако этот полет будет намного продолжительнее, хотя с первого взгляда на схему Солнечной системы оценить это нелегко. Расстояние от Земли до Урана-2720 млн. км, и к моменту, когда летящий к Урану космический корабль пересечет орбиту Сатурна, он пройдет всего полпути до цели.

Вид Урана с его спутника Ариэля, показанный на этом рисунке,-плод фантазии художника. Межпланетную станцию к Урану придется направить сначала в окрестности Юпитера. Его могучее тяготение можно использовать для дальнейшего разгона аппарата, обеспечивающего его последующий полет к Урану. Очевидно, посадка на Уран исключается, поскольку его поверхность газообразна. Но можно высадиться на какой либо из пяти его спутников. Самый близкий из них к Урану, Миранда, очень мал. Из крупных спутников ближе всех к планете Ариэль, обращающийся вокруг Урана на расстоянии 192 тыс. км от центра планеты с периодом 2 суток 12 ч 29 мин. О поверхности Ариэля ничего не известно. Но размеры его, видимо, заметно меньше лунных- около 1500 км в диаметре. Как и другие спутники, Ариэль движется в экваториальной плоскости Урана. На рисунке Уран имеет вид серпа, но его рога тянутся от одной стороны экватора до другой. Ось Урана имеет необычное наклонение (98°). К 1985 г. один из полюсов Урана повернется к Солнцу, и там наступит «полярный день», который продлится 21 земной год; при этом с Ариэля и с других спутников Уран будет выглядеть как половина диска. Со спутника можно заметить изменяющиеся детали поверхности планеты, однако бледный зеленоватый диск Урана далеко не столь активен, как Юпитер или Сатурн, и менее интересен для визуальных наблюдений

Рассуждать о том, когда к Урану отправится первая экспедиция с экипажем, совершенно преждевременно. Для этого потребуются устройства, по сложности намного превосходящие те, которые сейчас только планируются. Даже и для них посадка на поверхность планеты окажется невозможной, ибо Уран, как Юпитер и Сатурн, имеет газообразную поверхность. В других важных чертах Уран отличается от Юпитера и Сатурна. Пока у него не обнаружено признаков опасных радиационных поясов, подобных юпитерианским. Самый близкий к планете из пяти ее спутников-Миранда (на расстоянии всего 130 тыс. км), но первая высадка скорее всего будет осуществлена на более крупный спутник, например, на Ариэль. Из-за необычного наклона оси вращения Уран временами выглядит как серп, рога которого простираются от одной стороны экватора до другой, а не от полюса до полюса. В Солнечной системе это единственный случай. Отблеск странного зеленоватого света Урана на камнях его спутников создает жуткие картины пустоты и безмолвия. В 1977 г. у Урана обнаружена система тонких полупрозрачных колец, отдаленно напоминающая более плотные и яркие кольца Сатурна.

Нептун и Тритон. За Ураном находится Нептун, но различие расстояний и в этом случае огромно: от Земли до Нептуна в 1,5 раза дальше, чем до Урана. Однако у Нептуна хотя бы есть более интересный спутник, Тритон. Он намного крупнее любого из спутников Урана и, быть может, имеет атмосферу, похожую на атмосферу Титана (крупнейшего спутника Сатурна). Из крупных спутников планет Солнечной системы лишь Тритон движется вокруг своей планеты в обратном направлении. Период вращения Нептуна вокруг оси-15 ч 48 мин, а период обращения вокруг него Тритона-всего 5 суток 21 ч. Поскольку эти движения направлены в противоположные стороны, для наблюдателя на Тритоне детали поверхности Нептуна будут сменяться очень быстро, создавая увлекательное зрелище.

Если на окраинах Солнечной системы когда-нибудь понадобится устроить главный аванпост нашей цивилизации, скорее всего это будет на Тритоне. Другой спутник Нептуна, Нереида, очень мал (менее 300 км в диаметре) и имеет орбиту с большим эксцентриситетом, что не слишком удобно для устройства наблюдательной базы. Но и с Тритона не так уж выгодно наблюдать другие планеты. Только Уран выглядит с него более ярким, чем с Земли, но там он- внутренняя планета и постоянно находится в той же области неба, что и Солнце, которое кажется там намного меньше, чем с Земли, но все же остается ослепительно ярким. Сатурн с Тритона выглядит даже слабее, так как расстояние между Нептуном и Сатурном гораздо больше, чем между Сатурном и Землей, а более близкие к Солнцу планеты оттуда практически не видны. Тем не менее, поскольку на Тритоне нет помех, вызванных ярким излучением Солнца, размещенная на нем база была бы очень полезна для наблюдений объектов за пределами Солнечной системы и внесла бы ценный вклад в знания человека о Вселенной.

Нептун в отличие от Урана имеет . «нормальный» наклон оси, равный 29°, что превосходит наклон земной оси менее чем на 6°. На его голубоватом диске трудно разглядеть какие-либо детали.

Но то, что Нептун и Уран сходны, почти несомненно.

На рисунке показан вид Нептуна с Нереиды, меньшего из двух его спутников. У нее вытянутая орбита; она может приближаться к планете на расстояние до 1400 тыс. км, именно такой момент изображен на рисунке. Время полного оборота Нереиды вокруг планеты Нептун достигает почти земного года

Самая далекая планета. О Плутоне, самой далекой планете, известно мало. Он немного меньше по размеру, чем Тритон. Поверхность его покрыта замерзшим метаном, что находится в соответствии с современными теориями происхождения Солнечной системы, указывающими, в какой последовательности шло образование планет. В перигелии Плутон заходит внутрь орбиты Нептуна; ближайшее прохождение через перигелий произойдет в 1989 г. В афелии Плутон удаляется от Солнца более чем на 7 млрд. км.

Ученым очень нужна информация, которую могла бы передать на Землю межпланетная станция будущего, посланная к Плутону. Масса Плутона точно не известна, но ее можно вычислить, зная воздействие планеты на пролетевший вблизи от нее космический аппарат. Если на Плутоне когда-нибудь высадятся космонавты, то они увидят Солнце не большего размера, чем видимый с Земли размер Юпитера, хотя оно все же будет слегка освещать мрачную поверхность Плутона.

Связь с Землей потребует много времени. Радиосигналу нужно около 5 ч, чтобы дойти от Плутона до Земли, поэтому ответ на сообщение, переданное с Земли, может прийти не раньше чем через 10 ч.

Плутон временами подходит к Солнцу ближе Нептуна, поскольку имеет сравнительно вытянутую орбиту. Следующее его прохождение через перигелий произойдет в 1989 г. На несколько лет до и после этого Плутон перестанет быть самой далекой из известных планет.

В афелии он отходит от Солнца более чем на 7300 млн. км. По оценкам, температура Плутона очень низка (— 230°С). Атмосферы у него пока не обнаружено, поверхность покрыта замерзшим метаном. Вполне возможно, что Плутон по своему строению более похож на спутники других внешних планет, чем на сами планеты.

Исследования комет. Хотя Плутон самая далекая планета, может представиться возможность изучения вещества из еще более удаленных частей Солнечной системы. У комет, объектов, подобных призракам и почти бесплотных, орбиты обычно очень сильно вытянуты, и существует реальная возможность посылки космического аппарата для пролета через комету, пришедшую из-за пределов орбит Нептуна и Плутона. Попытка полета к комете может быть предпринята уже в ближайшем будущем, скажем при следующем возвращении кометы Галлея в 1986 г., хотя обратное движение этой кометы создает ряд дополнительных трудностей для специалистов в области космических исследований и астрономов.