Разведка далёких планет

     В. Г. Сурдин




                Разведка далёких планет




     Издание 5-е, исправленное и дополненное








        Москва ФИЗМАТЛИТ® 2022

      УДК 523+520
      ББК 22.654
      С 90





      Сурдин В. Г.
С ₉₀ Разведка далёких планет / В. Г. Сурдин. — 5-е изд., испр. и доп. — М.: ФИЗМАТЛИТ, 2022. — 364 с. + 16 с. цв. вкл.
      ISBN 978-5-9221-1946-7
         Мечта каждого астронома — открыть новую планету. Раньше это случалось редко: одна-две за столетие. Но в последнее время планеты открывают часто: в среднем по три большие планеты за неделю, ну а мелких — по сотне за ночь! В книге рассказано о том, как велись и ведутся поиски больших и маленьких планет в Солнечной системе и вдали от неё, какая техника для этого используется, что помогает и что мешает астрономам в этой работе. Рассказано, как дают планетам имена и какие открытия ждут нас впереди. В приложении приведены точные данные о планетах, созвездиях и крупнейших телескопах.
         Книга предназначена старшеклассникам, учителям и студентам, а также всем любителям астрономии.
         УДК 523+520
         ББК 22.654



       На лицевой стороне переплета: Меркурий, Венера и Луна над австралийским комплексом радиотелескопов ATCA (Australia Telescope Compact Array) близ города Наррабри, Новый Южный Уэльс. Фото: Graeme L. White и Glen Cozens.
       На обратной стороне переплета: «Очень большой телескоп» (Чили). Четыре лазерных луча — часть системы адаптивной оптики.
       На форзацах: поверхность Плутона. Фото космического зонда «New Horizons» (NASA).









ISBN 978-5-9221-1946-7

                 © В. Г. Сурдин, 2022
                 © Н. Л. Васильева, оформление, 2022
                                            © ФИЗМАТЛИТ, 2022

 Отправляясь в разведку





«с

колько планет открыли астрономы?» — вопрос, ответить на который с каждым годом становится все сложнее. Задайте его

своим знакомым, и разнобой ответов вас немало удивит. Некоторые,

   не задумываясь, скажут: «Все знают, что планет девять!» И даже перечислят их без запинки: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и Плутон. Другие уточнят: «Теперь — восемь: Плутон больше не планета, хотя и не ясно, кто же он теперь такой».
      Еще более осведомлённые из нас, возможно, заметят: «Кажется, теперь планет уже больше дюжины: найдены новые вдали от Солнца, в поясе Койпера». А любители астрономических новостей уточнят: «Если вы имеете в виду вообще все планеты, то их уже открыто несколько тысяч, причём большинство — не рядом с Солнцем, а вблизи других звёзд». Ну и кто же прав? Сколько планет на самом деле известно сейчас астрономам?
      Как астроном, я скажу вам с полной определённостью: точного количества планет уже не знает никто. Раньше знали. С древности и вплоть до середины XVI в. планет было 7. Точнее, 5 «настоящих» планет (Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн), а также Луна и Солнце, тоже называвшиеся тогда планетами; всего 7. Но после того как Ко
   перник «переместил» центр мира от Земли к Солнцу, Земля тоже стала планетой, так что их полное количество... уменьшилось до 6. Ведь теперь Солнце стало центральным светилом, а Луна — спутником Земли. «Восстановил справедливость» Вильям Гершель, открывший в конце XVIII в. Уран: планет вновь стало 7. В середине XIX в. был открыт Нептун, а спустя век — Плутон. Нынешнее поколение землян с детства знает, что в Солнечной системе 9 планет. Даже сайт в Интернете такой есть, очень известный, называется «Nine planets». Всю вторую половину XX в. астрономы искали десятую планету, а публика с нетерпением ждала этого момента. Наконец открытие состоялось, и планет стало. восемь. Астрономы решили, что Плутон и похожие на него тела — не настоящие планеты, а карликовые. Их в Солнечной системе обнаружено уже немало.
       Но чтобы тем из нас, кто ожидал открытия настоящей, крупной планеты, не было обидно, астрономы открыли и такие планеты, причём настолько крупные, что даже гигант Юпитер рядом с ними по

Отправляясь в разведку

3

   чувствовал бы себя неуверенно. К счастью, эти новооткрытые «супергиганты» обнаружились далеко от нас — в планетных системах иных звёзд. В последние годы астрономы открывают в среднем по одной планете в сутки. Хотя известия об открытии новых небесных тел ныне распространяются молниеносно и в Интернете вы без труда обнаружите текущие каталоги любых астрономических объектов, чёткой их классификации до сих пор нет, и это затрудняет подсчёт объектов того или иного типа. Впрочем, подвижность номенклатурных границ характерна для любой живой, быстро развивающейся науки, а астрономия сейчас развивается стремительно. Каждый год обнаруживаются не только новые объекты, но даже новые классы космических тел и новые важные свойства Вселенной.
      В этой книге я ограничусь рассказом о новых планетах, причём под словом «планета» буду понимать более широкий класс объектов, чем это пока делают авторы учебников. Например, мы познакомимся с «планетой Луна», которую «неуважительно» называют спутником планеты Земля. Мы встретимся с планетами Титан и Энцелад (тоже спутниками по официальной номенклатуре), а также с планетами Седна, Квавар, Эрида и их соседями по группе карликовых планет. Мы также познакомимся с планетными системами иных звёзд. Разумеется, мы узнаем, как ищут новые планеты и как дают им имена.
      На первый взгляд может показаться, что открытие новой планеты стало теперь лёгким делом: в былые времена новую планету обнаруживали раз в столетие, а ныне — в среднем ежесуточно. Мелких планеток — астероидов — вообще открывают сотни за ночь! Но эта легкость обманчива. Современный крупный автоматизированный телескоп стоит больше, чем все телескопы в мире, построенные до начала ХХ в. Он вобрал в себя самые дорогие технологии современности: оптику, механику, электронику, поэтому и эффективность работы возросла во много раз. Но как раньше, так и теперь открытия делаются на пределе возможностей приборов и человека.
      Мне вспоминается одна старая история. На международном конгрессе радиоастрономов в фойе был выставлен журнальный столик, на котором лежали стопкой небольшие листики. Когда подошедший брал бумажку, он мог прочитать на ней следующее: «Подняв этот лист к глазам, Вы затратили больше энергии, чем было собрано всеми радиотелескопами мира за всю историю существования радиоастрономии». Это сообщение порою шокировало самих радиоастрономов. Они искренне удивлялись, как им удалось узнать столько ин
4

Отправляясь в разведку

Подобно дальнобойному орудию, направленному в бойницу крепостного форта, телескоп защищает Землю от космических угроз. Изучая Вселенную, мы обретаем власть над ней.

   тересного и важного о Вселенной из анализа такого мизерного количества энергии.
       Не знаю, получил ли этот пример продолжение, но, безусловно, мог бы. Астрономы-оптики уже давно перешли к измерению света звёзд путем счёта фотонов. А в таких областях, как рентгеновская и особенно гамма-астрономия, вообще все пойманные кванты учтены поштучно, за каждым из них идёт охота. Это же характерно и для физики космических лучей: частиц с предельно высокой энергией за год попадается лишь несколько штук! Правда, от энергии одной такой частицы — например, одного быстрого протона — может перегореть настольная лампа! Ведь кинетическая энергия такой микрочастицы равна энергии теннисного мяча, летящего со скоростью 140 км/час. Но этих сверхэнергичных (и поэтому сверхинтересных) частиц очень мало. Да и попадаются они лишь потому, что «сеть» для их поимки имеет громадные размеры: современные детекторы космических частиц порой занимают участки в тысячи квадратных километров, имеют суммарную площадь детекторов в несколько футбольных полей и содержат десятки тысяч тонн активного вещества.
       Не только для астрономии характерны гигантизм и дороговизна приборов при скромных количественных характеристиках результа

Отправляясь в разведку

5

  тов (в отличие от количества информации, её качество не поддается измерению). Та же ситуация наблюдается в любой фундаментальной науке. Яркий пример из физики — Большой адронный коллайдер, самый массивный и дорогой прибор в истории человечества, который, возможно, позволит нам обнаружить несколько новых частиц и кое-что прояснит в картине первых мгновений жизни Вселенной. На взгляд обывателя, пользы от этого гигантского ускорителя не больше, чем от гигантского телескопа для поиска планет, на поверхность которых никогда не ступит нога человека. Нужно ли тратить такие усилия на поиск нескольких экзотических элементарных частиц или нескольких явно непригодных для жизни далёких планет? Не лучше ли сосредоточиться на благополучии своей родной планеты? Вопрос риторический: история науки уже давно ответила на него. То, что сегодня выглядит просто интересным для нескольких человек в мире, завтра, возможно, окажется жизненно важным для всего человечества. На войне один разведчик, бывало, обеспечивал успех армии. Наука — та же разведка. Никогда не знаешь, с чем вернешься. Но ни один командир не поведет в бой отряды без предварительной разведки.
      Разведчики — это элита армии. Им дают самое лучшее снаряжение и не требуют отчета. Как действовать, разведчик решает сам. От него требуется лишь одно — добыть верную информацию. Современная астрономия — это разведка Вселенной. Наши приборы — лучшие из лучших. Наша задача — проникнуть на предельную глубину в пространстве и времени. И хотя кажется, что космос — это пустота, продвигаться в него не легче, чем в глубины Земли: каждый новый метр дается с большим трудом, чем предыдущий. Космос для нас — и друг, и враг. Чтобы выжить и развиваться, нужно знать о нем всё. Планеты — не самая важная часть Вселенной, прямо скажем, почти незаметная её часть. Но мы живём на планете и другого варианта пока не видим. Для нас планеты — это важнейшие, жизненно необходимые крупицы Вселенной; недаром раньше планеты называли «мирами». Итак, мы отправляемся на разведку далёких миров.


            ©

Карта Солнечной системы и ее окрестностей

   Отправляясь в путешествие, нужно изучить карту, наметить маршрут, запастись необходимыми приборами и инструментами.
   В путешествии к планетам наш маршрут проляжет по Солнечной системе и её окрестностям. Насколько широки эти окрестности, нам ещё предстоит выяснить. А начнём мы подготовку к путешествию, разумеется, с карты — с карты звёздного неба. Именно на ней показано положение «неподвижных» звёзд, настолько далёких от нас, что ни их собственное движение в пространстве, ни движение наблюдателя вместе с Землёй и Солнцем даже за тысячи лет не могут заметно изменить их взаимное положение. Разумеется, астроном с телескопом в результате кропотливых наблюдений иногда замечает эти перемещения, но для невооружённого глаза они совершенно незаметны: посмотрев сегодня на небо, вы увидите такой же звёздный рисунок, какой видели Галилей, Аристотель, строители египетских пирамид и даже неандертальцы.
Пути планет на фоне звёзд
   Впрочем, на фоне неизменной декорации звёздного неба некоторые светила довольно быстро меняют свое положение. Легче всего убедиться в этом, наблюдая за Луной: всего лишь за несколько часов (а при наблюдении в бинокль — за несколько минут) Луна заметно перемещается относительно звёзд. Вообще-то Луна движется в пространстве не очень быстро: её орбитальная скорость вокруг Земли около 1 км/с. Но близость к Земле делает движение Луны заметным: относительно неподвижных звёзд она смещается на 13° в сутки, то есть на 0,55° в час. А это чуть больше видимого диаметра лунного диска. Поэтому заметить движение Луны на фоне звёзд очень легко.
      Значительно сложнее заметить движение Солнца. Обходя его за год по орбите Земли, мы видим солнечный диск в проекции на разные участки звёздного неба. Точнее, это видят космонавты, работающие за пределами земной атмосферы, а мы с вами, живя на дне воздушного океана, видим диск Солнца на неизменном фоне голубого неба, да и то лишь в безоблачную погоду. Космонавт без труда может заметить, что солнечный диск ежесуточно смещается относительно звёзд примерно на 1° (делим 360° на 365 дней в году). За год Солнце описывает на фоне звёзд большой круг — эклиптику, проходя в основном на фоне созвездий Зодиака. Впрочем, за тысячи лет до появления космонавтов этот факт установили древние астрономы, наблюдавшие звёздное небо после заката или перед восходом Солн
8

1. Карта Солнечной системы и ее окрестностей

ца. Они даже изобразили эклиптику на своих звёздных картах. Орбита Земли очень стабильна, поэтому и видимый путь Солнца на фоне звёзд остается практически неизменным.
Таблица 1.1
Зодиакальные созвездия

    Название            Название        
русское  латинское русское  латинское  
Овен     Aries     Весы     Libra      
Телец    Taurus    Скорпион Scorpio    
Близнецы Gemini    Стрелец  Sagittarius
Рак      Cancer    Козерог  Capricornus
Лев      Leo       Водолей  Aquarius   
Дева     Virgo     Рыбы     Pisces     

      Казалось бы, ещё проще изобразить траекторию Луны, слабый свет которой почти не мешает нам видеть рядом с ней звезды. Но вы нигде не найдёте карту звёздного неба с нанесенной на ней траекторией Луны. Почему? Причин несколько. Во-первых, под действием притяжения Солнца и Земли (причём первое из них вдвое сильнее второго) Луна движется по замысловатой орбите, ориентация и плоскость которой быстро изменяются. Расчёт движения Луны — одна из сложнейших задач небесной механики. Разумеется, сегодня она решена, но нет смысла рисовать на звёздной карте орбиту, которая постоянно меняется. Если искать аналогию с географическими картами, то Солнце можно сравнить с поездом, а Луну — с кораблём: неизменный железнодорожный путь изображён на карте чётко, а путь корабля даже регулярной линии намечен лишь приблизительно, ибо зависит от ветров и течений.
      Впрочем, есть и вторая причина, по которой путь Луны не наносят на карту неба: Луна настолько близка к Земле, что для жителей разных континентов её видимое положение на небе заметно различается — это называют эффектом параллакса. Например, если один наблюдатель находится в Арктике, а другой в Антарктике, то для них различие в видимом положении Луны относительно звёзд достигает 1,5°, т. е. трёх лунных дисков! Для каждого из земных наблюдателей потребовалась бы своя карта лунной траектории. Именно поэтому её и не рисуют на общедоступных картах звёздного неба. Нужно лишь помнить, что Луна всегда видна недалеко от эклиптики, поскольку удаляется от неё то в одну, то в другую сторону не более чем на 6°, а значит, почти не покидает зодиакальных созвездий.


    Пути планет на фоне звёзд


9

      В те моменты, когда Луна пересекает эклиптику, она иногда встречается там с Солнцем. Собственно говоря, само слово «эклиптика», обозначающее видимый годичный путь Солнца на небе, происходит от греческого ekleipsis — затмение — и отражает тот факт, что солнечные и лунные затмения наблюдаются только при попадании Луны на эту линию.
      Созвездия (дополнительные к зодиакальным), в которых бывает Луна
      Возничий   Кит       Ворон
      Змееносец  Орион     Секстант
      Орбитальные плоскости больших планет — от Меркурия до Нептуна — тоже лежат недалеко от плоскости эклиптики, поэтому и планеты всегда видны практически в той же полосе Зодиака, что и Луна: ±8° от линии эклиптики. Траектории их перемещения относительно звёзд выглядят замысловато, поскольку мы наблюдаем движущуюся планету с движущейся Земли. Но орбиты планет известны очень точно, так что рассчитать видимую траекторию планеты на годы вперёд несложно.
      Созвездия (дополнительные к зодиакальным и «лунным»), в которых бывают большие планеты
      Малый Пес     Чаша       Гидра
      Пегас         Щит        Змея
      В ежегодных астрономических календарях траектории планет отмечены на картах звёздного неба. Но если это невозможно для Луны, то почему возможно для планеты? Да потому, что даже соседние планеты — Венера и Марс — не приближаются к Земле менее чем на 40 млн км, а это в 100 раз больше, чем расстояние до Луны. Поэтому и параллакс в 100 раз меньше: если для наблюдателей в Арктике и Антарктике диск Луны смещается на 1,5°, то положение любой планеты сместится не более чем на 1'. Для невооружённого глаза этот угол практически незаметен. Если не проводятся особо точные наблюдения, то можно считать, что на видимое положение планет при их наблюдении из разных точек Земли эффект параллакса не влияет. То же справедливо и для Солнца: для него угол параллакса не превышает 18". Поэтому и рисуют траекторию Солнца на звёздных картах в виде линии эклиптики, толщина которой на карте значительно больше, чем этот маленький угол параллакса.
      А теперь познакомимся поближе с самой картой звёздного неба, на фоне которой происходит движение планет.

10

1. Карта Солнечной системы и ее окрестностей