Наша Солнечная система

Исследования с помощью  космических аппаратов. Во второй половине 20 в. изучение Солнечной системы совершенно изменили космические зонды, подлетевшие ко всем планетам (кроме Плутона), к Луне и многим другим спутникам, к нескольким астероидам и кометам, а также непосредственно изучавшие Луну, Венеру, Марс и Юпитер с помощью автоматических орбитальных и посадочных аппаратов и даже экспедиций космонавтов (на Луну)

Межпланетный аппарат  «Маринер-2» положил конец надеждам на умеренный климат Венеры, измерив очень высокую температуру ее поверхности. Десятки космических аппаратов, включая орбитальные, посадочные и атмосферные зонды, за прошедшие 40 лет довольно подробно изучили Венеру. При температуре поверхности выше точки плавления свинца, поддерживающей кору планеты в пластичном состоянии, и с чрезвычайно плотной атмосферой из углекислого газа, в которой плавают облака из серной кислоты, Венера выглядит малопривлекательным местом. «Маринер-10», пролетев мимо Венеры, затем трижды прошел мимо Меркурия, сфотографировав более половины его поверхности, покрытой кратерами, как лунная.

Марс после каждого  визита к нему космических зондов представляется по-новому. «Маринер-4»  поразил ученых изображениями луноподобной поверхности Марса, густо покрытой кратерами. «Маринеры-6 и -7» обнаружили пустые русла, как будто образованные протекавшей по ним в далеком прошлом водой. «Маринер-9» передал с орбиты изображения всей планеты и открыл на ней гигантские древние вулканы. Орбитальные аппараты двух «Викингов» составили подробную карту планеты, а их посадочные аппараты изучали атмосферу и образцы в двух точках на ее поверхности. Хотя признаков жизни там не было обнаружено, Марс показал себя динамичной планетой с богатой историей. Сопоставление различных эволюционных путей Венеры, Земли и Марса стало первым серьезным достижением космической планетологии, объединившей усилия астрономов, геологов, физиков, химиков и метеорологов для разгадки природы планет.

Хотя Луна привлекала к себе внимание в основном по политическим и прочим ненаучным соображениям, ее научные исследования весьма продуктивны. В 1960-х годах Луна была осмотрена и изучена автоматическими станциями: сначала – пролетавшими вблизи или падавшими на ее поверхность, а затем – орбитальными и посадочными. Двенадцать космонавтов на шести кораблях «Аполлон» (1969–1972) побывали на поверхности Луны, доставили туда приборы и привезли назад сотни килограммов образцов породы. Возраст Луны оказался близок к земному, а сама она предстала перед учеными хотя и не совсем реликтовой, как они надеялись, он все же проделавшей совершенно самостоятельный эволюционный путь, отличный от земного. Образцы лунного грунта и другие данные позволили воссоздать историю Луны и, опираясь на это, понять многие аспекты ранней истории Солнечной системы. В частности, статистический анализ лунных кратеров был использован при изучении поверхности других планет. Экспедиции к внешним планетам требуют дальнейшего развития космической техники, сооружения мощных носителей и больших вложений для реализации грандиозных проектов, результаты которых можно ожидать лишь через многие годы.

В 1970–1980-х годах несколько зондов были посланы с разведывательной целью к Юпитеру, Сатурну, Урану  и Нептуну. Даже самые прозорливые  планетологи были удивлены переданными на Землю изображениям и данными. В атмосфере Юпитера темные полосы и светлые зоны между ними, а также пятна, которые астрономы напряженно изучали с Земли, «рассыпались» на многочисленные цветные, закрученные циклонами облака. Кольца Сатурна, в которых при наблюдении в телескоп было заметно лишь несколько щелей, с близкого расстояния стали похожи на грамофонную пластинку с сотнями бороздок, возможно, завитых в спираль. Системы колец Урана и Нептуна, незадолго до этого обнаруженные с Земли, оказались весьма сложными. У Юпитера также было открыто тонкое кольцо. Ледяные спутники всех больших планет, которые при наблюдении в телескоп выглядят светлыми точками или, в лучшем случае, крохотными дисками с цветными пятнышками, оказались самобытными объектами, каждый со своей сложной историей. Космические зонды обнаружили активные геологические процессы, такие, как действующие вулканы, извергающие серу, на спутнике Юпитера Ио, а также гейзеры, фонтанирующие азотом, на спутнике Нептуна Тритоне.

В 1986 армада космических зондов разных стран встретилась с кометой  Галлея и передала изображения ее ядра. В начале 1990-х годов аппарат  «Галилео» осмотрел два астероида  во время своего 2-летнего путешествия  в систему Юпитера, где он сбросил  зонд в атмосферу этой планеты. Изображения нескольких астероидов были составлены по данным наземных радаров. [2]

5. Астрономы навели порядок в Солнечной системе

В Солнечной системе осталось 8 планет. Такое решение принято 24 августа 2006 года в Праге на 26-й Ассамблее Международного астрономического союза. После передела Солнечная система стала выглядеть удивительно гармонично: планеты земной группы — пояс астероидов — планеты-гиганты — пояс Койпера. Среди планет воцарился порядок, какой и должен быть в системе, населенной разумными представителями Вселенной.

А началось всё в далеком 1930 году, когда Клайд Томбо после долгих бессонных ночей у блинк-компаратора (прибора, позволяющего выявлять движущиеся небесные объекты на фоне неподвижных звезд) обнаружил слабенькую звездочку 14-й звездной величины. Звездочка медленно перемещалась на фоне звезд, а дальнейшие расчеты показали, что она находится за орбитой Нептуна. Это был Плутон. Дальнейшие наблюдения выявили первую «странность» планеты: ее орбита оказалась слишком вытянутой, заходящей даже внутрь орбиты Нептуна. Более того, наклон орбиты новой планеты к плоскости эклиптики оказался равным 17 градусам, что тоже выделяло ее из стройного ряда остальных планет.

Но поскольку диаметр Плутона, измеренный самыми современными на тот  момент астрономическими приборами, достигал размеров Меркурия (около 5000 км), ученым ничего не оставалось, как признать его девятой планетой Солнечной системы. Многие годы во всех учебниках по астрономии напротив данных о Плутоне стояли прочерки или вопросы и никто не помышлял о том, чтобы изменить статус этого небесного объекта. А открытие 30 лет назад у Плутона спутника и вовсе поставило его а один ряд с такой системой, как Земля—Луна.

Но вот настал век новых технологий, космических телескопов и наземных оптических обсерваторий с адаптивной оптикой, но первоначально это не предвещало для Плутона ничего плохого. Астрономы направляли объективы новых телескопов в первую очередь в глубь Вселенной. «Гром среди ясного неба» раздался в 1998 году, когда был открыт транснептуновый объект Хаос. Но он оказался даже меньше самых крупных астероидов из пояса между Марсом и Юпитером.

Ученые успокоились, но ненадолго. Начиная с 2000 года открытия транснептуновых объектов или объектов пояса Койпера посыпались одно за другим. В 2002 году наделал много шума Кваоар, лишь в два раза уступающий Плутону в диаметре. На следующий год соперником девятой планеты стала Седна, вплотную приблизившись к ней по размерам. Последней каплей, «переполнившей чашу терпения», стала Ксена, размеры которой, по первоначальным оценкам, были в полтора раза больше, чем у Плутона. Хотя в последствии выяснилось, что Ксена больше лишь на пару сотен километров, ход истории уже изменить было нельзя.

Назревала нестабильная ситуация, требующая  немедленного разрешения. Что делать? Добавлять новые открытые тела в состав планет? Считать их объектами другого типа? На все эти вопросы должен был ответить Международный астрономический союз, 26-я Ассамблея которого проходила в чешской столице в августе нынешнего года.

Рассматривая передел Солнечной  системы, ученые поначалу решили увеличить  количество планет до 12, добавив к имеющимся Цереру, Ксену и Харон (спутник Плутона). Но все же окончательное решение оказалось не в пользу Плутона, просуществовавшего в качестве большой планеты 76 лет.

Горячие дебаты закончились  резолюцией по планетам, состоящей  из нескольких пунктов, достаточно точно  определяющих основные характеристики, которыми должна обладать большая планета (по определению — классическая планета). Теперь классической планетой считается небесное тело, которое обращается вокруг Солнца, имеет достаточную массу для того, чтобы самогравитация превосходила твердотельные силы и тело могло принять гидростатически равновесную (близкую к сферической) форму, и, кроме этого, очищает окрестности своей орбиты (то есть рядом с планетой нет других сравнимых с ней тел). Под это определение попадают Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун.

Следующий тип небесных тел, входящих в состав Солнечной  системы, — это карликовая планета или небесное тело, которое обращается вокруг Солнца, имеет достаточную массу для того, чтобы тело могло принять близкую к сферической форму, но которая уже не очищает окрестности своей орбиты и не является спутником другой планеты. Отныне Плутон, а также Церера и 2003 UB313 (Ксена) будут относиться именно к этому типу небесных тел, хотя астрономы всё же хотят отнести их к особому классу объектов, которые будут иметь общее название плутоны. Поэтому, Плутону, похоже, не придется сильно «расстраиваться», т.к. он будет возглавлять новый класс небесных объектов.

Интересно отметить еще одну деталь. Получается, что NASA исследовало космическими аппаратами все восемь планет Солнечной системы уже 17 лет назад («Вояджер-2» пролетел около Нептуна в 1989 году). Предназначенный же для исследования Плутона космический корабль «Новые горизонты», отправившийся к 9-й планете Солнечной системы в январе 2006 года, в 2015 году будет изучать уже карликовую планету класса плутонов. Кстати, в 2007 году NASA планирует запустить космический корабль Dawn, целью которого станет изучение Цереры. Поэтому именно она окажется первой в истории освоения космического пространства карликовой планетой, которой достигнет рукотворный аппарат.

Прочие небесные тела, обращающиеся вокруг Солнца, будут  прописаны во всех учебниках как  малые тела Солнечной системы. К  данному типу отнесут большинство астероидов между Марсом и Юпитером, которые не отвечают критерию карликовой планеты, а также транснептуновые объекты, кометы и все остальные, обращающиеся вокруг Солнца, большие каменные глыбы.

Слово «космос» в переводе означает «порядок», и порядок, наведенный в Солнечной системе астрономами, является закономерным итогом многолетних сомнений относительно Плутона и других «лишних» небесных тел. Теперь нас окружает космос в полном смысле этого слова. Кроме всего прочего, дополнительные возможности в наблюдениях получила любительская астрономия. Теперь любой желающий, вооружившись биноклем, может легко найти все 8 классических планет Солнечной системы! [3]

6. Главная цель полетов к телам Солнечной системы

В арсенале космической техники к настоящему времени появились достаточно отработанные (в том числе в летных испытаниях) средства, которые позволяют поднять на качественно новый уровень эксперименты по изучению Солнечной системы. В данном случае имеются в виду как технические и схемные решения при проектировании КА, так и новые разработки их агрегатов и систем, в частности, разработанные в последнее десятилетие электроракетные двигатели (ЭРД) и легкие солнечные энергетические установки (СЭУ). Скорости истечения рабочего тела, обеспечиваемые ЭРД, в 5-10 раз выше аналогичных скоростей, развиваемых ракетными двигателями, работающими на химическом топливе. ЭРД позволяют резко повысить долю полезной нагрузки в весовом балансе космических аппаратов. Появляется возможность по-новому подойти к реализации космических полетов к телам Солнечной системы и, прежде всего, к ее малым телам - спутникам планет, астероидам, кометам. Ответ на вопрос о главной цели полетов к указанным малым телам, по-видимому, идентичен ответу на более общий вопрос - о главной цели полетов ко всем телам Солнечной системы.

Ответ этот достаточно четко  и ясно был сформулирован еще  при планировании первых беспилотных  космических экспедиций к Луне, Марсу  и Венере - эти полеты нужны для  пополнения наших эмпирических (в  первую очередь космохимических) знаний для решения одной из фундаментальных проблем естествознания - проблемы происхождения и эволюции Солнечной системы. Решение этой проблемы крайне необходимо для дальнейшего успешного развития наук о Земле. Именно ее нерешенность сильно затрудняет построение надежной геохимической модели Земли и, соответственно, надежных моделей глобальных геологических (в том числе тектонических) процессов. Надежная геохимическая модель Земли, кроме того, очень нужна для разработки эффективной стратегии поисков и освоения новых ресурсов жизнеобеспечения человечества. Другая важная цель на первых этапах исследования Солнечной системы с помощью космических аппаратов - поиск внеземной жизни в ее пределах. В настоящее время к ней вновь проявляется интерес.

В далекой перспективе  возможна постановка и других целей  таких полетов, например, освоение для  созидательных задач человечества практически неисчерпаемых ресурсов околосолнечного космического пространства.

Полеты космических  аппаратов к различным телам Солнечной системы уже дали ценный эмпирический материал, который обрабатывается и по настоящее время. Однако этого материала явно недостаточно для решения указанной выше проблемы. Причин здесь несколько. Одна из них заключается в том, что зондирование исследуемых тел, как правило, было дистанционным. Лишь с Луны был доставлен космохимический материал, который был подвергнут тонкому химическому анализу в земных лабораториях. Дистанционное же определение химического состава тел при всем совершенстве современных методов имеет ограниченные возможности.

Другая причина заключается  в характере большинства тел, подвергавшихся дистанционному космохимическому зондированию. Эти тела, как правило, весьма крупные (за исключением кометы Галлея и некоторых спутников планет) и за время существования Солнечной системы их поверхность и сами тела в целом претерпели значительную трансформацию в результате магматической дифференциации с последующим метаморфизмом их вещества и мощных эрозионных процессов на их поверхности. Таким образом, обнаружить на них первичное реликтовое вещество, сохранившееся со времени образования Солнечной системы, оказалось пока невозможным. Между тем такое реликтовое вещество, собранное из различных областей Солнечной системы, может дать ключ к пониманию механизма важнейших процессов, происходивших в период формирования Солнечной системы. Поэтому его поиск должен быть одним из важнейших ориентиров при формировании современной программы исследования космического пространства. Информация о реликтовом веществе в начальный период образования Солнечной системы будет способствовать углублению наших знаний о больших планетах, которые сформировались из мельчайших небесных тел, содержавших данное вещество. Таким образом, химический и физический анализы проб грунта обеспечили бы нас важной информацией для осмысления процессов формирования планет.