Ловушка для спутников и ледяной хаос: 6 причуд гравитации в Солнечной системе

Одна звезда, восемь планет, пояс астероидов — основные объекты Солнечной системы знакомы нам с детства. Однако в ней есть и другие, более загадочные небесные тела и области, возникшие под воздействием гравитации Солнца и планет, и они остаются неизвестными для большинства из нас. «Теории и практики» выбрали шесть необычных явлений, порожденных силой тяготения.

Так называемые точки Лагранжа есть в любой системе небесных тел. Это пять гравитационных ловушек, которые возникают на орбите, когда объект поменьше (например, спутник) вращается вокруг объекта побольше (например, планеты). Притяжение двух тел в этом случае так велико, что в точках Лагранжа оно нейтрализует действие всех остальных сил. В результате третий, совсем маленький объект — скажем, астероид — не может выйти из гравитационной ловушки и начинает вращаться вокруг планеты вместе с ее спутником. Они двигаются по одной орбите, как братья-близнецы, причем несчастный астероид не может ни врезаться в спутник, ни улететь прочь.

В системе Солнце — Юпитер «пленниками» точек Лагранжа L4 и L5 стали сразу две группы астероидов: «троянцы» и «греки», названные в честь персонажей «Илиады» Гомера. Они застряли на орбите Юпитера, под углом в 60° к нему, и с тех пор не могут за ним угнаться. 
 

Темный промежуток между кольцами Сатурна, который сегодня можно увидеть даже в любительский телескоп, носит загадочное название «щель Кассини». Ее ширина составляет 4537 км: как расстояние между Москвой и Мадридом.

Долгие годы астрономы считали, что щель Кассини пуста. Однако благодаря полетам «Вояджера» выяснилось, что это совсем не так. Этот промежуток наполнен частицами льда и силикатной пыли, из которых состоят кольца планеты. Однако плотность потока частиц здесь снижена из–за сильного орбитального резонанса колец (соотношения периода их обращения), а также из–за притяжения «спутника-пастуха» Сатурна, Мимаса, который помогает ему удерживать кольца на месте. По плотности щель Кассини можно сравнить с кольцом С — вторым по удаленности от Сатурна.

 Щели, или люки Кирквуда — это пустоты, которые образуются в поясе астероидов из–за чудовищной гравитации другого водородного гиганта — Юпитера. Притяжение этой планеты сбивает астероиды с прежней траектории. В результате создается впечатление, что они стараются избегать мест, где грозная планета способна захватить их в плен. Углеродные, силикатные и металлические глыбы исчезают из одних мест и «толпятся» в других.

В местах наибольших скоплений астероиды сталкиваются друг с другом, разбиваются на куски, лишаются своих лун или приобретают их. Многие из них покидают пояс: улетают прочь или устремляются к Солнцу.

Астероиды в Солнечной системе можно встретить не только между орбитами Марса и Юпитера или возле планет — в качестве спутников. За орбитой Нептуна — восьмой и последней «солнечной» планеты — располагается так называемый пояс Койпера. Он похож на знакомый нам пояс астероидов, однако по ширине превосходит его в 20 раз, а по объему, по некоторым оценкам, — в 200 раз. По форме пояс Койпера напоминает гигантский бублик. Он наполнен материалом, оставшимся после формирования Солнечной системы: астероидами и карликовыми планетами, к которым с 2006 года был причислен и Плутон.

В отличие от малых тел пояса астероидов, объекты пояса Койпера, в основном, состоят не из металлов и горных пород, а из метанового, азотного и водяного льда. Иначе говоря, по составу они напоминают кометы. Раньше считалось, что именно пояс Койпера служит источником короткопериодичных комет (таких, как комета Галлея), которые возвращаются к Солнцу чаще, чем раз в 200 лет. Однако сегодня нам известно, что настоящие источники комет располагаются дальше.

В действительности источником комет с коротким периодом обращения служит так называемый рассеянный диск. Это область настоящего хаоса, лежащая на окраине Солнечной системы. Он заселен ледяными малыми телами, которые лишены возможности встать на устойчивую орбиту из–за своей удаленности от звезды и крупных планет. Их движение нестабильно, они блуждают в пространстве без яркого света и устойчивой гравитации, во тьме и беспорядке. Нередко объекты рассеянного диска просто выкидывает за его пределы и даже за пределы Солнечной системы.

Один из главных «резидентов» рассеянного диска — карликовая планета Эрида, названная в честь греческой богини раздора. Ее огромная орбита поражает воображение. Солнечный свет идет до Эриды больше 13 часов. Температура на поверхности планеты составляет от −253 до −230 °C. Эрида покрыта метановым снегом, а также азотным, этановым и этиленовым льдом, поэтому в небе, при взгляде через телескоп, она светится очень ярко.

Существует предположение, что раз в 250 лет, при максимальном приближении к Солнцу, замерзшие газы на поверхности планеты оттаивают, и у Эриды появляется атмосфера. По прогнозам, в следующий раз это может произойти в середине XXIII века — в 2250 году.

Облако Оорта — последняя область, где Солнце оказывает заметное влияние на движение космических объектов. Правда, пока ее существование не удалось подтвердить напрямую, и мы опираемся лишь на косвенные доказательства.

Считается, что облако является остатком исходного протопланетного диска, из которого позже сформировалось Солнце и небесные тела вокруг него. Оно расположено на гравитационной границе Солнечной системы и напоминает огромный двухслойный пузырь, наполненный одинокими кометами и холодными планетозималями — нерожденными планетами. Внутренняя часть облака имеет форму диска, внешняя напоминает шар и подчиняется не только солнечной гравитации, но и притяжению соседних звезд, а также самой Галактики.

Небесные тела облака Оорта, в основном, состоят из замерзшего угарного газа, синильной кислоты, метана, этана и воды, а также из скалистых пород. В отличие от комет из рассеянного диска, период обращения кометных тел из облака Оорта огромен и может составлять тысячи лет. К примеру, потрясающе яркая комета Хейла-Боппа, которую в 1996 и 1997 годах можно было невооруженным глазом увидеть с Земли, по прогнозам, вернется к центральной части Солнечной системы лишь в 4390 году.

Кандидатом в объекты облака Оорта является также карликовая планета Седна, получившая имя в честь эскимосской богини морских животных. Это самое далекое небесное тело нашей родной системы из всех, что на сегодняшний день нам удалось открыть. Кроме того, Седна имеет самый длинный период обращения вокруг Солнца: порядка 11,5 тысяч лет. Карликовая планета окрашена в интенсивный красный цвет и покрыта смесью метанового, водяного и азотного льда с примесью толинов — смеси органических сополимеров, которые, вероятно, были химическими предшественниками жизни на Земле. Ряд исследований указывает на то, что на Седне есть подземный водяной океан, который поддерживает в жидком состоянии процесс радиоактивного распада в недрах планеты.

источник