Самые экстремальные погодные условия в Солнечной системе: обзор
Обсудить 1
Самое жаркое место — Венера
Наша ближайшая соседка очень похожа на Землю по размерам и массе (ускорение свободного падения на поверхности Венеры на 10% меньше земного) и обращается вокруг Солнца, как и наша планета, по почти круговой орбите. Это единственная твердая планета кроме Земли, обладающая плотной атмосферой, и до середины XX века ученые считали, что климат на Венере приблизительно соответствует климату нашей планеты, точнее тому, каким он был в каменноугольном периоде: теплые океаны, экзотические растения и даже, возможно, животные. Однако когда с помощью радиотелескопов удалось измерить так называемую яркостную температуру Венеры, она оказалась существенно выше ожидаемой. Некоторые ученые связывали эти данные со свойствами ионосферы, однако в 1962 году американский аппарат Mariner 2 внес ясность в этот вопрос, впервые измерив температуру планеты с небывало близкого расстояния в 35000 км. Финальную точку поставила советская автоматическая станция «Венера-7», совершившая первую успешную посадку на эту, как выяснилось, негостеприимную планету 15 декабря 1970 года и непосредственно измерившая температуру и давление на поверхности. Условия оказались буквально адские — 475 °C и 90 атм, и станция проработала всего 23 минуты. Причина столь высокой температуры — парниковый эффект: атмосфера Венеры состоит преимущественно из углекислого газа, который пропускает солнечное, но поглощает ИК-излучение, переизлучаемое поверхностью планеты. Впрочем, последние данные, полученные аппаратом Venus Express, показывают, что Венера не всегда была адским местом: когда-то на ней была вода и температура была намного ниже. Что именно пошло не так — ученым еще предстоит выяснить.
Глазами Venus Express. Венера «глазами» аппарата Venus Express в УФ- и ИК-диапазонах. Левая часть показывает температурную инверсию облачности в верхней части атмосферы, заснятую в ИК-диапазоне спектрометром VIRTIS на ночной стороне планеты (темные пятна- это холодные облака). Справа — структура облаков в УФ-диапазоне на дневной части Венеры, снятая с помощью инструмента Venus Monitoring Camera.
Самое холодное место: Луна
Исследовательский аппарат NASA LRO (Lunar Reconnaissance Orbiter), вышедший на орбиту вокруг Луны 23 июня 2009-го, за полтора года своей работы значительно увеличил количество научных данных о нашей ближайшей соседке. Он обследовал невидимую с Земли сторону Луны, а также занимался поисками воды (точнее, льда) на нашем спутнике. Изучая окрестности южного полюса Луны с помощью многоканального ИК-радиометра Diviner, LRO зафиксировал самую низкую температуру, измеренную в Солнечной системе, — минус 248 °C. Такую температуру имеет дно кратера Эрмит, находящееся в вечной тени, в середине местной зимы. Это открытие сбросило с пьедестала предыдущий «полюс холода» Солнечной системы — ранее им считался Плутон, где в 2006 году радиоастрономы Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики с помощью восьми микроволновых телескопов Submillimeter Array на Гавайях зафиксировали температуру в минус 230 °C.
Высокие стены кратера Эрмит обеспечивают постоянное затенение на его дне, где температура никогда не поднимается выше минус 2400C. Такие условия благоприятны для сохранения водяного льда, который при более высоких температурах просто испаряется. Впрочем, и на других планетах Солнечной системы вполне могут существовать подобные затененные уголки с экстремально низкими температурами.
Самые мощные грозы — Сатурн
Летом прошлого года аппарату Cassini впервые удалось зафиксировать изображения электрического шторма на Сатурне. До этого в течение пяти лет шторм только прослушивался в радиодиапазоне, а изображение было невозможно получить из-за засветки, которую давали кольца Сатурна. Однако во время равноденствия в августе 2009 года большая часть колец находилась в тени и астрономы впервые зафиксировали вспышки, сопровождающие шторм. По оценкам, мощность сатурнианских молний на три порядка превосходит мощность земных молний во время самых сильных гроз, а размеры шторма составляют порядка 4000 км.
Штормы на Сатурне возникают в одном и том же месте — в районе 35 градусов южной широты, астрономы называют это место «аллеей штормов». Причины этого пока не ясны, штормы могут продолжаться в течение нескольких месяцев, исчезать на годы и затем снова возникать на том же месте. Гигантский облачный фронт хорошо виден с Земли даже в любительский телескоп.
Самый сильный ветер — Нептун
Еще одна планета, где бушуют шторма, — Нептун. Она находится далеко от Солнца, но имеет внутренний источник энергии, природа которого ученым пока не ясна. Однако о его наличии свидетельствует тот факт, что планета излучает в окружающее пространство более чем в 2,5 раза больше энергии, чем получает от Солнца. Этот источник, причиной которого может быть радиоактивный распад, разогрев гравитационным сжатием или что-то другое, подпитывает активность атмосферы газового гиганта, которая порождает ветра такой силы, что по сравнению с ними самые сильные земные ураганы показались бы легким дуновением. В 1989 году космический аппарат Voyager 2 зарегистрировал на Нептуне Большое Темное Пятно (Great Dark Spot) — гигантский шторм размерами 8000×13000 км. Причем, в отличие от Большого Красного Пятна, многовекового шторма на Юпитере, нептунианский был «кратковременным» — всего через пять лет, когда космический телескоп «Хаббл» получил возможность взглянуть на планету, шторм уже рассеялся. Скорость ветра, измеренная во время этого шторма, составила 2400 км/ч.
Атмосфера Нептуна состоит из водорода (80%) и гелия с небольшой добавкой метана (порядка 1%). Именно метан придает планете голубой с зеленым оттенком цвет. Под атмосферой находится ионный океан — сжатая гигантским давлением смесь водяного, аммиачного и метанового льдов, находящихся в ионном состоянии. Некоторые исследователи (например, из Калифорнийского университета в Беркли) предполагают, что в условиях высоких температур метан распадается на водород и углерод, а последний кристаллизуется в форме алмаза. Поэтому не исключено, что в нептунианском океане может существовать такое уникальное природное явление, как алмазный град. Но пока это только предположения, подтвердить которые можно будет в далеком будущем (сегодня даже неизвестно, есть ли у планеты твердое ядро, — ответ на этот вопрос могут дать сейсмические исследования).
Самые характерные времена года наблюдаются на далеком Уране, наклон которого к плоскости эклиптики составляет 82 градуса (то есть он фактически лежит «на боку»). В результате времена года там самые «классические» — летом северное полушарие полностью освещено Солнцем, а южное полностью погружено во тьму полярной ночи; зимой они меняются местами. Уранианский год составляет 84 земных (в 2006 году планета проходила весеннее равноденствие), так что каждое время года на Уране длится 21 земной год, и выражение «долгая зимняя ночь» приобретает там пугающий смысл даже для людей, привыкших к сибирским зимам.
Самые непредсказуемые сутки
Поговорка «Неизбежно, как восход солнца» присутствует в фольклоре многих земных народов. Однако по отношению к некоторым небесным телам эту поговорку следует употреблять с большой осторожностью. Гиперион, 16-й спутник Сатурна, названный в честь греческого титана, отца Гелиоса и сына Урана и Геи, представляет собой каменно-ледяную глыбу размерами 410×260х220 км, обращающуюся вокруг Сатурна на расстоянии примерно в 1,5 млн км. Это самое большое из известных тел, имеющее иррегулярную (несферическую) форму. А еще это единственная из лун в Солнечной системе, вращение которой имеет хаотический характер: ось вращения колеблется в пространстве таким образом, что предсказать положение Гипериона в какой-либо момент времени представляется невозможным. Это удалось подтвердить с помощью снимков, сделанных аппаратом Voyager 2, а также серией фотометрических исследований с Земли. Такое поведение, по‑видимому, объясняется несколькими факторами: иррегулярной формой луны, эксцентрической орбитой и наличием в непосредственной близости другого спутника — Титана (который находится с Гиперионом в орбитальном резонансе 3:4), наряду с действием приливных сил со стороны самого Сатурна. Интересно, что благодаря такому хаотическому вращению поверхность Гипериона более-менее равномерно покрыта темной пылью, которая попадает с другого спутника — Фебы — на его поверхность. У еще одного спутника Сатурна — Япета — этой пылью покрывается только «передняя» (по ходу орбитального движения) поверхность.
Впервые Большое Красное Пятно увидел Джованни Кассини в 1665 году. Первоначально астрономы предполагали, что это твердое образование на поверхности планеты, но аппараты Pioneer 10, Voyager 1 и 2, Galileo, Cassini и New Horizons позволили рассмотреть Большое Красное Пятно во всех подробностях.
Самый большой и самый долгий шторм: Юпитер
Самая большая планета Солнечной системы, названная в честь главного бога греческого пантеона, привлекала внимание астрономов с древних времен, а с момента появления телескопов стало возможным рассмотреть некоторые подробности на ее диске. В 1665 году Джованни Кассини, профессор Университета Болоньи, увидел на поверхности Юпитера образование, которое назвали Большим Красным Пятном (БКП). Это атмосферное образование — гигантский антициклон размерами 35 000 км в длину и 14 000 в ширину (причем столетие назад Пятно было в два раза больше), то есть в три раза больше Земли. Большое Красное Пятно немного дрейфует по долготе в ту или иную сторону, при этом широта (примерно 22° южной широты) остается той же. Газ в антициклоне вращается против часовой стрелки около шести земных суток, при этом скорость ветра на краях этого урагана достигает 360 км/ч. В начале 2010 года, используя ИК-спектрометр VISIR (VLT Imager and Spectrometer for mid Infrared) телескопа VLT (Very Large Telescope) Европейской южной обсерватории, астрономы впервые получили возможность познакомиться с тепловой структурой урагана и распределением температур внутри него. Однако по‑прежнему не ясно, что придает пятну красный цвет.
Встреча двух штормов. На трех фотографиях, сделанных с помощью телескопа «Хаббл» в 2008 году, видно, как Большое Красное Пятно поглощает небольшой шторм, подошедший к нему слишком близко. От него остается только небольшой антициклонный завиток. По одной из версий, БКП живет долго, поглощая более мелких собратьев и подпитываясь их энергией.
Самые большие пыльные бури: Марс
Марс — одна из самых вероятных целей (а точнее, единственная) первой межпланетной экспедиции. Однако марсонавтов, прибывших на Красную планету, поджидает очень неприятный сюрприз — пыльные бури. Их время — весна, когда полярные ледяные шапки, состоящие из твердого углекислого газа (сухого льда) и простирающиеся на половину полушария, испаряются, увеличивая атмосферное давление; температурный градиент между «оттаявшими» и покрытыми льдом областями порождает сильный ветер, циркулирующий над этими областями; свою долю в зарождение бури вкладывают и стоковые ветры, стекающие с полярной шапки. Ветер поднимает пыль, и в результате появляется пыльная буря, которая может простираться на сотни и тысячи километров и иногда даже охватывать всю планету и продолжаться неделями и месяцами. Причины, по которым локальные бури быстро растут и переходят в глобальные, ученым пока не ясны. Эти бури играют большую роль в формировании марсианского климата, изменяя тепловой баланс, распределение льда и водяных паров как в глобальном, так и в локальном масштабе (в особенности в полярных регионах). Частицы пыли, поднятые бурей, поглощают солнечное излучение и разогревают атмосферу — во время бури 2001 года с помощью спектрометра TES (Thermal Emission Spectrometer), установленного на борту станции NASA Mars Global Surveyor, было зафиксировано увеличение температуры на 30 °C. К тому же трение частиц пыли порождает мощные электрические разряды. В 2007 году пыльная буря доставила много неприятных минут команде NASA, отвечавшей за работу ровера Opportunity. Дело в том, что основной источник энергии ровера — солнечные батареи, а во время пыльной бури количество падающего на поверхность солнечного света резко снижается.
Еще одно любопытное марсианское природное явление — «пыльные дьяволы». Это локальные торнадо, пылевые смерчи, которые образуются при закручивании восходящих потоков в атмосфере. «Пыльные дьяволы» не редкость и на Земле — их можно увидеть практически в любой песчаной пустыне. Но на Марсе они вырастают до совершенно пугающего масштаба — их диаметр может достигать полукилометра, а высота — 8 км. Пыль в них сильно электризуется при вращении, генерируя сильные электрические поля. Следы марсианских «пыльных дьяволов» часто наблюдаются на снимках, сделанных орбитальными станциями (тем же Mars Global Surveyor), а марсианский ровер Spirit сумел даже заснять это явление относительно крупным планом в кратере Гусева. Существует версия, что именно «пыльный дьявол» стряхнул пыль с солнечных панелей Spirit, продлив функционирование марсохода.
Самая сильная вулканическая активность: ИО
Ио, ближайший спутник Юпитера, до 1970-х считался «мертвым» миром наподобие Луны. Однако в 1979 году инженер Лаборатории реактивного движения NASA Линда Морабито обнаружила на одном из технических снимков, сделанных автоматической межпланетной станцией Voyager 1 для более точного определения собственного местоположения, странное пятно. При внимательном изучении оказалось, что на снимках есть еще несколько подобных пятен и это — газопылевые облака вулканического происхождения, выброшенные на высоту более 300 км двумя вулканами, которые были названы Пеле (богиня вулканов и огня в гавайской мифологии) и Локи (германо-скандинавский бог огня). Яркая красно-оранжево-желтая поверхность Ио резко отличается от поверхностей большинства других спутников, выглядящих гораздо более скучно. Такая раскраска — следствие высокой вулканической активности в недрах Ио. На этом спутнике размерами чуть больше нашей Луны расположено более 400 активных вулканов, выбрасывающих серу и ее соединения, которые затем оседают на поверхности спутника, окрашивая ее в характерные цвета. Причина столь активного вулканизма — движение Ио по орбите вокруг Юпитера и взаимодействие (орбитальный резонанс) с двумя другими спутниками — Европой и Ганимедом. Из-за резонанса орбита Ио имеет небольшой эксцентриситет, и спутник, обращенный одной стороной к Юпитеру, испытывает либрации, то есть немного «покачивается», в результате чего возникают мощные приливные силы, создающие приливной горб с амплитудой в несколько сотен метров. Эти деформации и становятся источником тепловой энергии, подпитывающей вулканизм Ио. Вулканы Ио, кстати, куда мощнее земных собратьев — в частности, Локи считается самым мощным вулканом в Солнечной системе (по некоторым оценкам, его мощность превышает мощность всех земных вулканов вместе взятых).
