Путешествие на Нептун

Путешествие на Нептун

Фотография Нептуна, полученная автоматической межпланетной станцией «Вояджер-2» 20 августа 1989 года.

Здесь практически нет счета и тепла: лишь далёкое сияние Солнца доходит до сапфировых облаков ледяного гиганта, медленно вращающегося по своей орбите. Этот мир выглядит холодным и пустынным, но так ли здесь всё тихо и спокойно, как кажется на первый взгляд?
 
Истроия поисков
 
Даже если вы окажетесь посреди Тихого океана, там, где нет ни смога, ни городской засветки, как бы вы ни вглядывались в ночное небо, вам не удастся увидеть без оптического вооружения последнюю планету Солнечной системы. Именно поэтому древние астрономы даже не догадывались о её существовании. Странную синеватую звезду обнаружил на небе Галилео Галилей спустя несколько лет после того, как в 1609 году смастерил свой первый телескоп. Тогда знаменитому итальянскому астроному показалось, что сия находка неподвижна, а значит, данный объект не является планетой. 
 
Увы, сделавший такой вывод изобретатель телескопа не считается первооткрывателем Нептуна. После того, как в 1781 году Уильям Гершель открыл планету Уран, астрономы стали пристально следить за его неспешным перемещением. Первые астрономические таблицы с координатами орбиты Урана создал в 1821 году французский астроном Алексис Бувар. 
 
Более поздние наблюдения показали существенное отклонение в движении седьмой планеты от расчётного, опи-санного в этих таблицах. Английский астроном Томас Джон Хасси догадался, что такое странное поведение Урана может быть вызвано только другой массивной планетой, находящейся ещё дальше. Возможно, Уран — не последняя планета в Солнечной системе, а значит, поиски необходимо проводить более тщательно и, конечно же, работать над усовершенствованием телескопов, чтобы суметь заглянуть в самые глубины владений Солнца. 
 
Но пока оптика ещё оставляет желать лучшего, на помощь приходит математика. В 1843 году за исследования взялся британский астроном и математик Джон Куч Адамс, который, учтя все данные, вычислил орбиту таинственного небесного тела. Другой энтузиаст, французский астроном Урбен Леверье, независимо от Адамса, в 1845—1846 годах провёл свои собственные расчёты, но астрономы Парижской обсерватории не разделяли его пылкого рвения и ничего искать не стали. 
 
Однако Леверье не сдался. Он написал Иоганну Галле, астроному Берлинской обсерватории, что ищет наблюдателя, который готов заняться поисками неизвестной планеты на определённом участке неба, и указал координаты. 
 
Получив письмо, Галле вместе со своим ассистентом Генрихом д’Арре тут же взялся за дело. Удача улыбнулась исследователям: искомая цель была обнаружена в ту же ночь. Продолжая наблюдение в течение двух ночей, астрономы зафиксировали перемещение найденного объекта относительно звёзд, убедившись тем самым, что это действительно новая планета. Таким образом,  Нептун  был  обнаружен 23 сентября 1846 года, в пределах 1° от координат, предсказанных Леверье, и примерно в 12° от координат, предсказанных Адамсом. Казалось бы, всё очевидно: Урбен Леверье — законный первооткрыватель синей планеты. Но не тут-то было…
 
Почти сразу же после открытия между англичанами и французами разгорелись жаркие споры: кто из них имеет право на гордое звание первооткрывателя? И хотя сам Адамс не оспаривал приоритет Леверье, после долгих дискуссий всё-таки решили признать сооткрывателями Нептуна обоих учёных. Однако на этом история не закончилась. В 1998 году были обнаружены считавшиеся утерянными (а на самом деле украденные в 1960-х годах) архивные материалы Гринвичской обсерватории, содержащие в том числе переписку Джона Адамса относительно открытия Нептуна. После пересмотра документов астрономы и историки пришли к выводу, что Адамс не заслуживает равных с Леверье прав на открытие. Кстати, именно Урбен Леверье дал название восьмой планете Солнечной системы — Нептун, в честь древнеримского бога морей, из-за характерного насыщенного синего цвета.
 
Высотные облака в атмосфере Нептуна, отбрасывающие тени
 
Высотные облака в атмосфере Нептуна, отбрасывающие тени. Фото аппарата «Вояджер-2».

Фотография поверхности Тритона, спутника Нептуна
 
Фотография поверхности Тритона, спутника Нептуна, составленная из серии снимков, сделанных аппаратом «Вояджер-2» в 1989 году
 
Уран и Нептун, двух «дозорных» в глубинах Солнечной системы, ещё называют ледяными братьями. Правда, внешне Нептун выглядит несколько разнообразнее. В сапфировых облаках восьмой планеты можно рассмотреть тёмные пятна гигантских ураганов и стремительно несущиеся белые полосы облаков, тогда как Уран кажется абсолютно невозмутимым. Строение их почти одинаковое, а состав несколько отличается. Основные элементы, которые образуют планету Нептун, — это водород (79%), гелий (17%) и метан (2,6%).  Но  почему  же  Нептун такой синий? Свет планет, который мы видим, — отражённый солнечный. 
 
Метан поглощает излучение длиной волны более 600 нанометров, в красной и инфракрасной части спектра. Он превосходно отражает синий цвет, и, хотя в атмосфере Нептуна метана совсем немного, этого достаточно, чтобы придать планете такую окраску.
 
Если  бы  вы  оказались  вблизи Нептуна, то увидели бы, как сияет совсем крошечное яркое Солнце, подсвечивая призрачные арки нептунианских колец, а в небесах то и дело просматриваются белые облака, напоминающие облака в земной атмосфере. Но внешность обманчива! С виду безобидные «белогривые лошадки» на самом деле состоят из ядовитых соединений аммиака. Нужно быть бесстрашным экстремалом, чтобы нырнуть в эту неспокойную пучину.
 
Фотография Нептуна, системы его колец и спутников в инфракрасном диапазоне
 
Фотография Нептуна, системы его колец и спутников в инфракрасном диапазоне, полученная космическим телескопом «Джеймс Уэбб» в 2022 году. Яркий объект с лучами в левой части снимка — Тритон. Остальные спутники Нептуна видны как тусклые светящиеся точки вблизи планеты.
 
Любопытно, что, несмотря на такое огромное расстояние от Солнца, эти высотные облака способны отбрасывать тени на непрозрачные нижние слои. В атмосфере можно заметить гигантские тёмно-синие пятна — огромные воронки смерчей, свирепые ураганы, мощнее земных в тысячи раз. Они обнажают более низкие и более плотные слои атмосферы, в которых то и дело вспыхивают ломаные линии молний, разрезающие мрачную бездну. Но лик Нептуна переменчив: «белогривые лошадки» могут появляться и исчезать, и пятна тоже надолго не остаются, в отличие от, например, «родинки» на Юпитере (Большого Красного пятна). Когда в 1989 году к Нептуну приблизился аппарат «Вояджер-2», он передал на Землю фотографии гигантского шторма, который назвали Большим Тёмным пятном. Размер этого пятна составлял 13 000  6600 км (для сравнения — средний диаметр Земли 12 742 км). Примерно 5 лет спустя, в 1994 году, космический телескоп «Хаббл» не обнаружил Большого Тёмного пятна на старом месте, зато был найден похожий шторм в севером полушарии планеты.
 
Не всегда штормы имеют такие исполинские размеры. Кое-где появляются и маленькие пятна. Любые тёмные пятна могут просуществовать несколько месяцев, перемещаясь вдоль своей широты или меняя её, а затем они рассеиваются и не остаётся никаких намёков на то, что они когда-то здесь были. Пятно будет уменьшаться, словно таять, правда, крайне медленно, затем оно посветлеет, скроется в белесоватой пелене, а потом прежнее его место обитания опять приобретёт сапфировый оттенок. Если вам захочется наблюдать этот завораживающий процесс, придётся запастись терпением и остаться на орбите Нептуна на долгие месяцы. При этом следует помнить, что нептунианские сутки составляют примерно 16 земных часов. Однако это не имеет большого значения: разница между днём и ночью будет почти незаметна, ведь тут всегда царят сумерки. К сведению, год на Нептуне длится около 90 000 нептунианских дней (165 земных лет).
 
Налюбовавшись на переменчивые нептунианские вихри, вы всё же решаетесь нырнуть в недра планеты, чтобы её исследовать, но что ждёт храбрецов внутри?
 
Бесстрашно погрузившись в облака Нептуна, вы окажетесь в быстрых воздушных потоках, их скорость может достигать 600 м/с! (На Земле ветер, скорость которого около 30 м/с, способен срывать крыши домов и нести другие массовые разрушения.) 
 
Вокруг вы увидите все оттенки синего. Здесь пригодились бы защитные устройства для глаз, поскольку яркие вспышки молний, в сотни раз мощнее земных, способны мгновенно ослепить кого угодно и положить конец всем наблюдениям. (Какая нужна защита такому спускаемому аппарату? Этот вопрос мы оставим нашим потомкам.) 
 
Чем ниже вы будете опускаться, тем плотнее будет становиться атмосфера и тем темнее будет вокруг. Там, где плотность вещества достигнет своих экстремальных значений, ветра уже не будет, но появляются другие диковинные явления.
 
У Нептуна нет твёрдой поверхности. С глубиной давление и плотность газов растут, из-за чего газ сжимается и постепенно переходит в жидкость. Трудно сказать, где находится граница между жидким и газообразным состоянием, — её попросту нет, переход между ними размыт. Можно ли назвать эту странную смесь океаном? В привычном понимании слова — нет. Смесь представляет собой текучую субстанцию, плотность которой постоянно возрастает с увеличением давления, которое здесь в 100 000 раз превосходит земное. При таком давлении любой спускаемый аппарат будет разрушен в одно мгновение. «Океан» Нептуна, состоящий из воды, метана и аммиака, — это горячая сверхкритическая плотная жидкость, которая обладает высокой электропроводностью. 
 
Предполагают, что мантия восьмой планеты может состоять из слоя ионной воды, в которой молекулы воды распадаются на ионы водорода и кислорода, и более глубокой суперионной воды, где кислород кристаллизуется, но ионы водорода свободно «плавают» внутри кислородной решётки.
 
Если кого-то заинтересует возможность добычи драгоценностей на этой планете, то придётся спуститься ещё ниже — на глубину 7000 км. Давление там настолько высокое, что молекулы метана начинают распадаться на атомы углерода и водорода. В таких экстремальных условиях из углерода  могут  образовываться  алмазы. Вероятно, те же процессы могут происходить в недрах всех планет-гигантов. 
 
Эксперименты с очень высоким давлением проводились в Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса (США), и на их основании можно предположить, что верхняя часть мантии представляет собой океан жидкого углерода с плавающими твёрдыми «алмазами». Если каким-то чудом ваш дивный корабль не раздавит на такой глубине, то, возможно, вас будет окружать яркая перегретая жидкость, в которой «плавают» алмазные кристаллы. Но, учитывая экстремальные условия и расстояние в 4,5 млрд км, добывать алмазы всё-таки проще на Земле.
 
Что же происходит с сокровищами восьмой планеты дальше? Температура ядра Нептуна, по разным оценкам, составляет от 5000 до 7000°С, а давление в этой области выше 7 млн атмосфер. Предполагается, что ядро Нептуна состоит из железа, никеля и силикатных пород. Возможно, там находится слой спрессованных алмазов, но сапфировый гигант бережёт свои сокровища надёжно, поэтому достать их оттуда вряд ли кому-нибудь удастся в силу столь невероятных физических условий.
 
Откуда дровишки?
 
Итак, Нептун — планета, овеваемая самыми быстрыми ветрами. Но в чём причина такого беспокойства? Ответ, вероятно, кроется в источнике внутреннего тепла и процессе конвекции. Нептун излучает примерно в 2,61 
раза больше энергии, чем получает от Солнца. Что же может подогревать недра последней планеты Солнечной системы?
 
Дровишки  подбрасывает  самый крупный спутник Нептуна Тритон — интереснейший объект в Солнечной системе, где даже не исключена возможность существования жизни. Его открыл английский астроном Уильям Лассел в 1846 году, спустя всего 17 дней после обнаружения самой планеты Нептун, однако своё имя Тритон получил только в 1949 году, а до этого больше ста лет его называли просто спутником Нептуна. Тритон — единственный крупный спутник в Солнечной системе, имеющий ретроградную орбиту: он движется в направлении, обратном движению самой планеты, а его орбита имеет форму почти идеальной окружности.
 
Всё, что мы знаем о Тритоне, — это данные, полученные «Вояджером-2». Спутник Нептуна похож по своему 
строению на спутник Сатурна Энцелад или на спутник Юпитера Европу тем, что имеет плотную ледяную кору, а под этим массивным панцирем прячется жидкий океан, точный состав которого ещё предстоит изучить. Ледяная кора состоит из замёрзших азота, метана и аммиака, а сама поверхность выглядит довольно молодо, поскольку кратеров на ней обнаружено крайне мало. Зато на Тритоне открыли множество криовулканов, которые выбрасывают газообразный азот струями высотой до 8 км. Благодаря этому процессу Тритон обладает неким подобием атмосферы — разрежённым слоем дымки, состоящим из азота, метана, угарного газа и других примесей. 
 
Температура здесь очень низкая, примерно −225°С, поэтому всё, что выбрасывают криовулканы, оседает на поверхность и застывает, украшая её причудливыми узорами, напоминающими дынную корку. Температура подповерхностного океана может быть около −87°С, но сама жидкость аналогична «незамерзайке», поскольку входящие в её состав компоненты понижают температуру застывания. Учёные не теряют надежды найти когда-нибудь под этими льдами хотя бы примитивные формы жизни.
 
как исчезают тёмные пятна в атмосфере Нептуна
 
Комбинация снимков, сделанных телескопом «Хаббл» в разное время, на которых хорошо видно, как исчезают тёмные пятна в атмосфере Нептуна.
 
По одной из гипотез, взаимные приливные силы гравитации разогревают недра Тритона и Нептуна изнутри, что позволяет спутнику поддерживать мантию в жидком состоянии и не промерзать на всю глубину. Высокая разница в температурах между горячими нижними слоями и холодными верхними облачными покровами, вероятно, и рождает мощные конвективные потоки, разгоняющие воздушные массы до невероятно высоких скоростей.
 
Учёные полагают, что Тритон был захвачен Нептуном из Пояса Койпера. В пользу этой гипотезы говорит ретроградное вращение Тритона, сильный наклон его орбиты к плоскости эклиптики и экватора Нептуна и схожесть состава с Плутоном. Так же, как и наша Луна, Тритон всегда повёрнут к Нептуну одной стороной.
 
Судьба Тритона незавидна: он приближается к Нептуну и когда подойдёт к своей планете на близкое расстояние, приливные силы гравитации разорвут его изнутри. Таким образом, Нептун обзаведётся роскошной системой колец,  похожих  на  кольца  Сатурна. 
 
Возможно, что к тому моменту ветер на Нептуне будет уже не таким мощным в силу того, что ядро, не испытывающее на себе больше столь мощного влияния сил приливного трения, остынет до определённой температуры, поэтому конвективные потоки станут слабее. Сейчас Нептун имеет слабо выраженную систему колец, состоящих из частиц льда, покрытых силикатами или материалом на основе углерода, придающими им красноватый оттенок. Они могли сформироваться при разрушении спутников планеты.
 
Нептун — один из далёких безмолвных миров, последняя из известных планет Солнечной системы, смиренно вращающаяся по своей орбите в ожидании посланцев с планеты Земля. 
 
Сейчас в NASA разрабатывается миссия «Одиссея Нептуна», в рамках которой будут изучаться ледяной гигант и его спутник Тритон с помощью космического зонда. Планируется, что автоматическая межпланетная станция отправится в далёкое путешествие в 2031—2033-х годах и достигнет цели в 2049 году. Будем ждать новых открытий! 
 
 

«Не пытайтесь жить вечно: у вас ничего не выйдет»

Шоу Бернард

Файлы

Конституция свободы

Тюремные тетради

Карл Саган. Драконы Эдема

Наука в поисках Бога