1. Общее строение Солнечной системы

Центральное тело нашей планетной системы – СолнцеСолнце (желтый карлик) – сосредоточило в себе 99,866 % всей массы Солнечной системы. Оставшиеся 0,134 % вещества представлены девятью большими Планетыпланетами (Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон) и несколькими десятками спутников планет (в настоящее время их открыто более 60), малыми планетами – астероидами ( ~100 тысяч), кометами ( ~10¹¹ объектов), огромным количеством мелких фрагментов – метеороидов, а также космической пылью. Механически эти объекты объединены в общую систему силой притяжения Солнца. Средняя плотность тел Солнечной системы изменяется в пределах от 0,5 г/см³ для ядер комет до 7,7 г/см³ для металлических астероидов и метеоритов.

Самая крупная из планет – Юпитер – меньше Солнца по размерам на порядок и по массе на три порядка. Средняя плотность Юпитера составляет 1,32 г/см³, что очень близко к средней плотности солнечного вещества (1,41 г/см³). Основными элементами, определяющими химический состав обоих объектов, являются водород и гелий. Сатурн по размерам почти не отличается от Юпитера, но меньшая плотность вещества планеты (0,686 г/см³) определяет и несколько меньшее значение массы. Следующие два гиганта – Уран и Нептун (с массой около 10²⁹ г) – мало отличаются по средней плотности (1,28 и 1,64 г/см³ соответственно) и химическому составу. Все четыре планеты традиционно выделяются в группу планет-гигантов, отличительной особенностью которых являются не только значительные размеры и масса, но также и низкая средняя плотность, характерная для газового состава.

Другая группа – планеты земного типа – состоит из четырех планет, в нее входят Земля и Венера, которые почти не отличаются друг от друга по размерам, массе и средней плотности (5,52 и 5,24 г/см³ соответственно), а также меньшие по размерам и массе Марс и Меркурий.

Перечень больших планет Солнечной системы дополняет необычный объект – Плутон, который в момент своего открытия в 1930 году занимал наиболее удаленное от Солнца положение, соответствующее месту девятой планеты Солнечной системы. Но орбита Плутона обладает значительным эксцентриситетом, в 1969 году он пересек орбиту Нептуна, превратившись в восьмую по удаленности от Солнца планету. В этом статусе Плутон будет пребывать до 2009 года. А первый после своего открытия полный оборот вокруг Солнца Плутон завершит лишь в 2178 году.

Планеты земной группы составляют внутреннюю часть Солнечной системы. Планеты-гиганты образуют ее внешнюю часть. Промежуточное положение занимает пояс астероидов, в котором сосредоточена большая часть малых планет.

На окраинах Солнечной системы, по-видимому, сосредоточены облака гигантских по размерам и массам комет, которые могли посещать окрестности Солнца задолго до появления жизни на Земле. Об этом свидетельствуют следы на поверхности таких безатмосферных тел, как Луна или Меркурий, способных сохранять отпечатки самых древних событий в истории планет.

За последние несколько лет было обнаружено свыше 30 объектов, имеющих сходство с ядрами комет, названных транснептуновыми. Их размеры превосходят 100 км. Согласно оценкам, на расстоянии между 30 и 50 а.е. от Солнца сосредоточено около 70 000 тел размерами от 100 до 400 км.

Соотношение расстояний и периодов обращения планет вокруг Солнца определяется известным законом Кеплера, согласно которому квадраты периодов пропорциональны кубам больших полуосей относительных орбит. Все планеты обращаются вокруг Солнца в одном направлении, совпадающем с направлением осевого вращения Солнца, и в том же направлении они обращаются вокруг своей оси. Исключение составляют Венера, Уран и Плутон, осевое вращение которых противоположно солнечному.

В Солнечной системе существует резкая диспропорция в распределении массы и момента количества движения между Солнцем и планетами. Хотя основная масса вещества Солнечной системы сосредоточена в самом Солнце, 98 % момента количества движения (произведения массы на скорость и радиус вращения) приходится на долю планет. В результате удельное значение моментов количества движения для планет в среднем в 35 000 раз больше, чем для Солнца. Причина этого еще не ясна. Возможно, ответственным за перенос момента количества движения является магнитное поле Солнца, пронизывающее всю нашу планетную систему.

После завершения стадии формирования больших планет и спутников из первичного газопылевого облака, окружавшего Солнце, состояние их поверхности в основном определялось двумя процессами: выпадением большого числа мелких фрагментов, находившихся в межпланетном пространстве, и внутренней активностью собственных недр. Современный вид поверхности больших планет и спутников показывает, что для каждого тела воздействия этих процессов сочетались в различных пропорциях. На поздних стадиях развития планет существенную роль играло также наличие или отсутствие у тела газовой оболочки – атмосферы.

2. Ударные процессы в Солнечной системе

Кратеры, возникшие в результате падения тел различных размеров, наблюдаются на поверхности всех тел с твердой оболочкой. Предполагается, что средняя скорость соударения составляет 15-20 км/с. Размеры образующегося при ударе кратера могут во много раз превышать размеры упавшего тела. Самый большой кратер в Солнечной системе находится на поверхности Луны. Это уникальное образование, относящееся к эпохе завершения процесса дифференциации планетных тел, то есть разделения недр на ядро, мантию и кору, обнаружено на обратной стороне Луны. Гигантская многокольцевая впадина расположена вблизи ее южного полюса (рис. 1). Диаметр внешнего кольца этой структуры достигает 2500 км, что в 1,4 раза больше лунного радиуса. Глубина впадины – 10-12 км относительно окружающего материка, а средняя разница высот между гребнем внешнего вала и дном превышает 13 км. Судя по количеству мелких кратеров на единицу площади внутри впадины, время его образования относится к раннему периоду лунной истории, на эпоху между 4,3 и 3,9 млрд лет.

Рис. 1. Примерные границы гигантской впадины вблизи южного полюса Луны. Снимок получен с борта космического аппарата ГАЛИЛЕО

Внутри впадины выделяется область темных глубинных пород (депрессия) поперечником около 1400 км, расположение которой совпадает с протяженной областью отрицательной гравитационной аномалии. Это крайне необычно, поскольку круговые депрессии на поверхности видимого полушария Луны – круговые моря – совпадают с областями, имеющими крупные положительные гравитационные аномалии.

Обобщив все известные сведения, ученые предположили, что этот кратер – след гигантского столкновения молодой Луны с довольно крупным телом. Событие столь грандиозного масштаба должно было в буквальном смысле слова потрясти весь лунный шар, так как размеры оставшейся после удара впадины превышают лунный радиус. Даже если глубина такого кратера существенно меньше одной десятой его диаметра, удар должен был проникнуть до границы коры и мантии. Это объясняет появление внутри впадины значительного количества пород, составляющих верхнюю мантию Луны.

Вызывает удивление запас прочности молодой Луны, благополучно пережившей этот удар и уцелевшей, не развалившись на множество осколков. Оценки энергии взрыва, необходимой для образования столь крупной ударной структуры, показывают, что упавшее космическое тело могло достигать в поперечнике около 200 км.

Несколько лет назад получила широкое распространение гипотеза об ударном происхождении самой Луны, когда тело величиной с Марс косым ударом вырвало "кусок" Земли, раздробившийся на множество осколков, из которых в результате аккреции и возник единственный, необычно крупный спутник нашей планеты. Возможно, что бассейн в юго-западной части обратной стороны Луны появился, когда один из последних осколков – спутников Земли – перестал существовать, столкнувшись с Луной.

3. Вулканизм на телах Солнечной системы

Исследование вулканизма на телах Солнечной системы в последние годы привело к экзотическим открытиям и неожиданным находкам, особенно связанным с телами, находящимися во внешней относительно Земли части Солнечной системы, со спутниками планет-гигантов.

Обнаружение реликтовых вулканических построек на поверхности Марса и Венеры и даже некоторые признаки современного венерианского вулканизма не вызвали сильного удивления, поскольку представлялись как бы закономерным аналогом активности недр Земли. Настоящей сенсацией было открытие действующих вулканов на сравнительно небольшом спутнике Юпитера – Ио, хотя некоторые факты, известные до полетов космических аппаратов в окрестности Юпитера, могли бы натолкнуть на эту мысль: средняя плотность Ио (3,53 г/см³) указывает на то, что спутник практически целиком состоит из горных пород в отличие от его ближайших соседей – Европы, Ганимеда и Каллисто, а телескопические наблюдения выявили распространяющийся по орбите Ио газовый шлейф, в составе которого оказались сера, натрий, калий и кислород – продукты выбросов из недр спутника. Снимки, полученные с космического аппарата ВОЯДЖЕР 1, продемонстрировали существование на Ио около десятка действующих вулканов. Температура в центрах извержений (эруптивных центрах) достигала 700 К, выбросы со скоростью 1000 м/с поднимались на высоту до 300 км над поверхностью. Анализ изображений показал, что каждую секунду действующие эруптивные центры выбрасывают около 100 000 тонн вещества. Этого количества достаточно для того, чтобы покрыть всю поверхность Ио слоем в несколько десятков метров за несколько миллионов лет. По-видимому, этим объясняется полное отсутствие ударных кратеров на изученной поверхности спутника: погребение ударных структур под слоем вулканического материала идет с большей скоростью, чем их появление в результате падения метеороидов или комет.

Рис. 2. Снимки одного и того же полушария Ио, полученные с разницей во времени в 17 лет (слева – 1979 год, справа – 1996 год). В результате постоянной вулканической деятельности недр этого спутника Юпитера появились многочисленные изменения деталей поверхности

На рис. 2 показаны два изображения "обратного" (по отношению к Юпитеру) полушария Ио. Левое изображение составлено по снимкам, сделанным в 1979 году во время пролета аппаратов ВОЯДЖЕР. Снимок, расположенный справа, получен 17 лет спустя, в сентябре 1996 года космическим аппаратом ГАЛИЛЕО. За время между съемками детали поверхности претерпели многочисленные изменения. Подтверждением постоянной активности эруптивных центров служат результаты измерений температуры одного из них. С июня 1996 года, когда были проведены первые оценки, температура предполагаемого "жерла" возросла на 300 К и к началу сентября достигла уже почти 1000 К. Анализ топографических особенностей поверхности Ио привел к заключению, что наблюдаемые формы рельефа вероятнее всего образованы потоками лавы из жидкой серы, имеющей температуру плавления 390 К.

Наиболее вероятным энергетическим источником вулканизма на Ио считают приливный разогрев недр спутника. Как и большинство спутников в Солнечной системе, Ио обращается вокруг Юпитера синхронно, то есть период осевого вращения спутника равен периоду его обращения вокруг планеты. Ио находится на орбите, расположенной довольно близко к Юпитеру, в результате величина приливного горба достигает нескольких километров. Небольшой эксцентриситет орбиты (0,004) приводит к явлениям, аналогичным либрациям Луны в процессе ее вращения вокруг Земли. Одновременно под влиянием соседних спутников – Европы и Ганимеда – возникают возмущения эксцентриситета орбиты, что вызывает периодические изменения амплитуды приливных деформаций в коре Ио. Такая постоянная пульсация предположительно тонкой коры (толщиной не более 20-30 км) обеспечивает энерговыделение, достаточное для расплава недр спутника, что и выражается в интенсивной вулканической активности. Оценки, сделанные на основе измерений теплового потока из "горячих" областей Ио, показывают, что приливный механизм способен генерировать до 10⁸ мегаватт, что более чем в 10 раз превышает суммарную величину энергии, потребляемой всем человечеством на Земле.

Модель приливного разогрева недр в некоторой степени применима и к другому спутнику – Европе, место которой в системе Юпитера также предполагает существование пульсирующих деформаций его поверхности. Средняя плотность Европы меньше, чем средняя плотность Луны, и составляет 2,97 г/см³, так как спутник примерно на 20 % по массе состоит из водяного льда, образующего мощную (до 100 км) кору и частично расплавленную (водно-ледяную) мантию, и на 80 % из силикатных пород, составляющих разогретое ядро. На поверхности Европы нет эруптивных центров и следов недавних выбросов, практически нет и ударных кратеров. Обнаружено всего лишь три образования с размерами свыше 5 км, имеющих экзогенное происхождение. На соседних спутниках Каллисто и Ганимеде плотность ударных кратеров во много раз выше и в отдельных местах приближается к плотности кратеров на Луне. Следовательно, процессы погребения ударных структур на Европе проходят довольно быстро, хотя и не столь бурно, как на Ио.

Еще более экзотична вулканическая активность спутника Нептуна Тритон – криовулканизм, то есть вулканические процессы при низких температурах: из-под поверхности, покрытой замерзшим азотом и имеющей температуру около 38 К, выбивается гейзер высотой около 8 км при толщине столба выброса от 20 м до 2 км. На снимках, сделанных космическим аппаратом ВОЯДЖЕР 2 в 1989 году, были зафиксированы два действующих извержения. Выбросы развеивались ветром с востока на запад на значительное расстояние (более 100 км) и, осаждаясь на поверхность, оставляли следы в виде протяженных темных полос-шлейфов. По таким шлейфам в южной полярной области спутника было отождествлено еще около 50 ранее действовавших извержений.

Диаметр Тритона составляет около 2700 км, его средняя плотность 2,0 г/см³. По массе спутник состоит на 70 % из силикатов и на 30 % из льдов, в состав которых входят N₂, CO и CH₄. Для объяснения криовулканизма, наблюдаемого на Тритоне, предложено несколько механизмов, включая и описанный выше приливный разогрев. Предполагают также, что криовулканические процессы имеют приповерхностный источник энергии, связанный с аккумуляцией слабого здесь солнечного тепла в одном из слоев многослойной структуры массы льда вблизи поверхности спутника. Постепенно накапливаясь, внутреннее давление достигает уровня, достаточного для гигантского выброса. Какова же истинная природа криовулканизма, пока не ясно.

4. Природа планет-гигантов

В противоположность застывшим мирам Луны или Меркурия облачные образования на поверхности газовых гигантов во внешней части Солнечной системы находятся в постоянном движении.

Рис. 3. Видимая структура облачного слоя Юпитера. В южном полушарии (север вверху) вблизи терминатора выделяется Большое красное пятно. На той же широте (ближе к восточному лимбу) на фоне облачных образований Юпитера наблюдается изображение Ио. Снимок получен космическим аппаратом ВОЯДЖЕР 1 с расстояния 28,4 млн км

Наиболее ярким примером подобных процессов служит Юпитер (рис. 3). Обладая "солнечным" химическим составом, самая крупная планета Солнечной системы имеет массу в 70-80 раз меньше той, при которой небесное тело может стать звездой. Тем не менее в недрах Юпитера происходят процессы с достаточно мощной энергетикой, вследствие чего тепловое излучение планеты примерно в два раза превышает энергию, получаемую ею от Солнца. Конвективные потоки, выносящие внутреннее тепло к поверхности, внешне проявляются в виде светлых зон и темных поясов. В области светлых зон отмечается повышенное давление, соответствующее восходящим потокам. Облака, образующие зоны, располагаются на более высоком уровне, а их светлая окраска связана с повышенной концентрацией ярко-белых кристаллов аммиака. Располагающиеся ниже темные облака поясов состоят в основном из красно-коричневых кристаллов гидросульфида аммония и имеют более высокую температуру. Эти структуры представляют области нисходящих потоков. Зоны и пояса имеют разную скорость движения в направлении вращения Юпитера, что выражается в существовании устойчивых зональных течений или ветров, постоянно дующих в одном направлении. Скорости в этой глобальной системе восточных и западных ветров достигают 50-150 м/с.

Другим проявлением сильной конвективной активности недр Юпитера является магнитное поле, напряженность которого на порядок превосходит напряженность магнитного поля Земли. Планету окружает протяженная система радиационных поясов, являющихся источником собственного радиоизлучения Юпитера.

На границах облачных зон и поясов возникают мощные турбулентные течения, которые приводят к образованию многочисленных вихревых структур. Наиболее известным таким образованием является Большое красное пятно, наблюдаемое на поверхности Юпитера в течение последних 300 лет. По современным представлениям это громадное образование примерно эллиптической формы с осями в 26 000 и 14 000 км представляет собой свободно мигрирующий в атмосфере вихрь антициклонического типа. Несмотря на большой объем данных, полученных о Большом красном пятне в последнее время, его происхождение и длительное существование в качестве устойчивого антициклона в атмосфере Юпитера остается в значительной степени необъясненным. Внутренняя структура пятна указывает на вращение всего образования в направлении против часовой стрелки с периодом около 6 дней.

В окрестностях Большого красного пятна иногда наблюдаются яркие облачные структуры, претерпевающие за короткое время значительные изменения. Самые мелкие светлые образования имеют поперечник в несколько десятков километров. Специалисты считают, что наблюдаемые детали по своей природе являются кучевыми облаками, хорошо известными на Земле как предвестники грозовых туч. Анализ данных показал, что по составу кучевые облака на Юпитере, как и на Земле, вероятнее всего являются скоплениями водяных паров. В то же время поиски воды в атмосфере Юпитера дают противоречивые результаты.

Традиционная точка зрения предполагала, что вода на Юпитере могла образоваться из кислорода, первоначально присутствовавшего в газопылевом протопланетном облаке. В этом случае содержание кислорода на Юпитере и на Солнце должно быть одинаковым. Однако первые измерения, проведенные с близкого расстояния космическим аппаратом ВОЯДЖЕР, показали двойное превышение содержания кислорода по сравнению с солнечным. Наблюдения во время падения на Юпитер фрагментов ядра кометы Шумейкеров-Леви 9 в 1994 году привели к выводу, что содержание кислорода может в 5-10 раз превышать солнечную норму. Этот результат находился в полном согласии с гипотезой, предполагающей, что наблюдаемый в настоящее время на Юпитере уровень содержания кислорода, азота и углерода обусловлен многочисленными падениями комет, которые еще в ранний период существования Солнечной системы изменили первоначальный состав атмосферы Юпитера.

В декабре 1995 года спускаемый модуль космического аппарата ГАЛИЛЕО произвел измерения химического состава непосредственно внутри атмосферы Юпитера. Было установлено, что содержание водяных паров не превышает 0,2 %, то есть не отличается от солнечной нормы. Быстрый рост температуры с глубиной и практически полное отсутствие водяных облаков на трассе спуска модуля создали полное впечатление чрезвычайно "сухой" атмосферы.

Обнаружение на окраинах Большого красного пятна короткоживущих кучевых облаков предположительно водного состава показывает, что описанная проблема еще далека от полного разрешения. Следует учесть, что наблюдавшиеся кучевые облака возникли в области интенсивного подъема газов из глубины атмосферы Юпитера. Таким образом, не исключено, что в результате конвекции происходит вынос на поверхность облачного слоя водяных паров, сконцентрированных на глубине около 50 км. То, что приборы зонда ГАЛИЛЕО показали противоположный результат, может объясняться просто локальными изменениями состава атмосферы.

До сих пор ученые оперировали моделями, которые представляли вариации среды по вертикали. Предполагалось, что вариации от места к месту не имеют существенного значения. Очевидно, что такие представления можно принять лишь в качестве первого приближения и, конечно, для такого огромного планетного тела, как Юпитер, не только зональные, но и локальные изменения условий в атмосфере и в ее составе могут играть существенную роль.

5. Жизнь в Солнечной системе

Прежде чем перейти к проблеме существования внеземной жизни на телах Солнечной системы, необходимо понять, какие тела по условиям естественной среды могут претендовать на роль обители внеземной жизни. Поскольку значительная часть кислорода в земной атмосфере (около 21 %) является результатом деятельности биомассы, наличие кислорода в среде других тел является одним из указаний на существование хотя бы примитивных форм живых организмов.

С помощью спектрографа высокого разрешения, установленного на Космическом телескопе им. Э. Хаббла, в ультрафиолетовой части спектра спутника Юпитера Европы были обнаружены детали, свойственные молекулярному кислороду. На этом основании был сделан вывод о наличии у Европы кислородной атмосферы, простирающейся до высот около 200 км. Конечно, общая масса этой газовой оболочки ничтожна. По оценкам давление атмосферы у поверхности Европы составляет всего лишь 10^-11 от давления земной атмосферы. С большой вероятностью кислород на Европе имеет небиологическое происхождение. По-видимому, существует испарение незначительного количества водяного льда, которым покрыта поверхность Европы, вследствие микрометеоритной бомбардировки с последующим разложением молекул водного пара и потерей более легкого водорода. При температуре поверхности Европы около 130 К тепловые скорости молекул кислорода не столь велики, чтобы привести к быстрой диссипации газа, а регулярное пополнение парами воды способствует сохранению постоянной, хотя и сильно разреженной атмосферы юпитерианского спутника.

Озон, обнаруженный с помощью тех же методов на другом спутнике Юпитера – Ганимеде, скорее всего имеет аналогичное происхождение. Общая масса озона в предполагаемой кислородной атмосфере Ганимеда составляет не более 10 % массы этого газа, ежегодно теряемой над южным полюсом Земли в области антарктической озонной дыры.

Пример ледяных спутников Юпитера показывает, что существенным условием развития организмов является соответствующая температура среды. По этому признаку из всех крупных планет может быть выделен только Марс.

Температурный режим вблизи экватора этой планеты почти приближается к условиям полярных или высокогорных районов Земли. Давление марсианской атмосферы у поверхности почти такое же, как на высоте 30 км над уровнем моря на Земле. Многочисленные структуры, напоминающие русла высохших рек или системы оврагов, говорят о возможном существовании в прошлом открытых водоемов на поверхности планеты. Наконец, специфические формы выбросов вокруг некоторых ударных кратеров убедительно свидетельствуют в пользу существования довольно мощных подповерхностных слоев льда.

Надежно установленным является обмен веществом между Луной и Землей, а также между Марсом и Землей. Помимо образцов лунных пород, доставленных на Землю с поверхности Луны автоматическими станциями и космическими кораблями, насчитывается 15 фрагментов лунного вещества общей массой 2074 г, попавших на нашу планету естественным путем в виде метеоритов. Лунное происхождение их подтверждается тем, что по структурным, минералогическим, геохимическим и изотопным характеристикам данные метеориты идентичны хорошо изученным в земных лабораториях лунным породам.

На Земле присутствует также 78,3 кг марсианского вещества в виде 12 отдельных осколков, выпавших в различных районах земного шара. Некоторые из них были найдены еще в прошлом веке. По своим необычным характеристикам эти 12 метеоритов были отнесены к особой группе. В частности, все они имеют необычно поздний возраст кристаллизации – от 0,65 до 1,4 млрд лет. Однако истинное происхождение этих космических пришельцев было установлено сравнительно недавно, когда выяснилось, что типичный только для них изотопный состав редких газов с большой вероятностью указывает на их марсианское происхождение. Изотопные отношения являются очень стабильной характеристикой вещества и надежным указателем на его происхождение. В августе 1996 года Д. Мак-Кей с группой сотрудников Космического центра им. Л. Джонсона объявил о наличии в одном из марсианских метеоритов окаменелых остатков древних микроорганизмов внеземного происхождения.

Метеорит ALH84001 массой 1930,9 г был найден в Антарктиде в 1984 году. По данным предварительных исследований сильное ударное воздействие этот фрагмент претерпел 16 млн лет назад. По-видимому, эта временнАя отметка соответствует моменту выброса камня за пределы Марса и началу его космического путешествия. В земную среду метеорит попал 13 000 лет назад.

С помощью сканирующего электронного микроскопа удалось получить изображения внутренней структуры метеорита, на которых обнаружены детали характерной формы с размерами от 2·10^-6 до 10^-6 см. На рис. 4 приводится изображение единичной окаменелости. На других изображениях, полученных сотрудниками Мак-Кея, видны целые "колонии" древних марсианских бактерий.

Рис. 4. Изображение предполагаемой окаменелости марсианского микроорганизма, полученное с помощью сканирующего электронного микроскопа

Для доказательства биологического происхождения обнаруженных реликтов исследователи выстроили целую систему сопутствующих аргументов. В частности, они обратили внимание, что все эти структуры располагаются внутри карбонатовых глобул (отложений карбонатов, окислов, сульфидов и сульфатов железа), возраст которых составляет 3,6 млрд лет, то есть относится ко времени пребывания метеорита в марсианской среде. Кроме того, изотопный состав кислорода и углерода, образующих минералы глобул, однозначно соответствует изотопным характеристикам марсианских аналогов этих газов, определенных непосредственно на Марсе приборами космических аппаратов ВИКИНГ. Наконец, в земных условиях органические соединения, подобные тем, что обнаружены вокруг микроокаменелостей, являются продуктами жизнедеятельности и последующего разложения погибших древних бактерий. Отличием земных и марсианских бактерий являются их сравнительные размеры. Бактерии Земли в 100-1000 раз крупнее своих марсианских аналогов. Это обстоятельство существенно с точки зрения микробиологии, поскольку в таком малом объеме не могут поместиться все клеточные структуры, необходимые с земной точки зрения для нормальной жизнедеятельности, в частности структура ДНК. Удовлетворительного объяснения этому не найдено и пока приходится довольствоваться тем соображением, что у древних марсианских бактерий могли быть существенные отличия в процессах жизнедеятельности.

Таким образом, в настоящий момент реально известная нам внеземная жизнь представлена лишь единственным свидетельством – окаменевшими реликтами бактерий с возрастом более 3 млрд лет.

6. Планетные системы во Вселенной?

Располагая лишь одним, к тому же недостаточно изученным примером – нашей Солнечной системой, нельзя в полной мере понять общие закономерности происхождения и эволюции планетных систем во Вселенной. Поэтому обнаружение спутников других звезд является весьма актуальной задачей современной астрономии.

Поиски планет рядом с другими звездами осложнены естественными обстоятельствами: необходимо обнаружить слабый несамосветящийся объект вблизи яркой звезды. Первые намеки на реальное существование пылевой материи вблизи звезд были получены с помощью инфракрасных наблюдений. Инфракрасный телескоп с высокой чувствительностью, установленный на спутнике IRAS, обнаружил слабые избытки ИК-излучения у ряда звезд, которые можно было интерпретировать как излучения протопланетных дисков. Первое изображение облака околозвездной пыли удалось получить с помощью своеобразного "внезатменного коронографа" на 2,5-метровом телескопе ESO Б. Смиту и Р. Террилу в 1984 году. Размеры диска (около 400 а.е.), окружающего звезду β Живописца, оказались гораздо больше диаметра Солнечной системы.

Рис. 5. Изображение одного из протопланетных дисков, полученное Космическим телескопом им. Э. Хаббла

Внеатмосферные наблюдения значительно расширили возможности поиска планетных систем. Были получены изображения начальной стадии их формирования из газопылевых околозвездных туманностей. Крупномасштабное изображение подобной структуры показано на рис. 5. Увидеть следующую стадию эволюции планетных систем – формирование отдельных планет – пока не удалось. Для обнаружения спутников звезд приходится пользоваться в основном косвенными методами. Например, небольшие периодические изменения блеска родительской звезды могут свидетельствовать, что в эти моменты она частично затеняется крупным спутником-планетой, а наличие даже ничтожных вариаций в скорости собственного движения звезды – служить указанием на ее движение вокруг общего с крупными планетами центра масс и, следовательно, помочь оценить параметры предполагаемых спутников.

В настоящее время насчитывается около десяти случаев обнаружения около звезд отдельных спутников, параметры которых удалось оценить. Но прямое изображение получено лишь в одном случае. На рис. 6 представлен снимок спутника, обращающегося вокруг звезды небольших размеров Gliese 229, полученный на Космическом телескопе им. Э. Хаббла в ноябре 1995 года. На снимке изображение самой звезды отсутствует. Светлый ореол в левой части кадра является лишь засветкой части площади приемника телескопа. Спутник звезды, названный Gliese 229 B, обращается вокруг центральной звезды на среднем расстоянии 44 а.е. Его масса оценивается в 20-60 масс Юпитера. Для планеты этот объект слишком массивен, более правильно было бы назвать его звездой-спутником. Однако, хотя он сформировался тем же путем, что и звезды, его масса недостаточна, чтобы обеспечить нормальное протекание ядерных реакций в недрах. Границей, разделяющей настоящие звезды и подобные тела, считается масса, равная 75-80 массам Юпитера. В связи с этим возникла новая проблема. Часть обнаруженных объектов по массе очевидно больше, чем Юпитер, а положение границы между планетами – газовыми гигантами и звездами-карликами пока достоверно не установлено, потому что в данном случае основным критерием является не масса объекта, а механизм его формирования. Расчеты показывают, что нижняя граница для массы тела, при которой включается механизм формирования именно звезды, а не планеты-гиганта, составляет 10-20 масс Юпитера. Более точных критериев, по которым можно было бы корректно отделить спутник-планету от спутника-звезды, пока нет. Да и можно ли говорить о наличии планетной системы, если у звезды обнаружен лишь один спутник?

Рис. 6. Снимок спутника звезды Gliese 229. Изображение получено Космическим телескопом им. Э. Хаббла

Расчеты и пример Солнечной системы показывают одно: признать существование планетной системы можно лишь в том случае, если звезда имеет больше двух спутников, по массе не превышающих существенно Юпитер. Из известных в настоящее время систем этому условию отвечает лишь одна – спутниковая система пульсара PSR 1257+12 в созвездии Девы, находящаяся от нас на расстоянии около 1000 световых лет. Три достоверно установленных спутника пульсара образуют систему, размеры которой почти не превышают орбиты Меркурия вокруг Солнца, с полуосями орбит соответственно: 0,19; 0,36 и 0,47 а.е. Периоды обращения спутников также близки к меркурианскому: 23, 66 и 95 земных суток. Масса ближайшего к пульсару спутника предположительно равна массе Плутона; средний спутник в 3 раза более массивен, чем Земля; самый удаленный объект превышает по массе нашу планету в 1,6 раза. Таким образом, планетная система пульсара PSR 1257+12 – единственная достоверно известная в настоящее время – по природе центральной звезды (нейтронная звезда) и по характеристикам спутников резко отличается от нашей собственной и, следовательно, не может ничего сообщить о типичных механизмах формирования планет и спутников. Пока мы по-прежнему остаемся одинокими во Вселенной.

В качестве иллюстраций использованы изображения астрономических объектов, переданные на Землю космическими аппаратами ВОЯДЖЕР, ГАЛИЛЕО и Космическим телескопом им. Э. Хаббла, распространенные НАСА США по сети Интернет.

Литература

1. Бронштэн В.А. Планеты и их наблюдения. М.: Наука, 1979.
2. Голдсмит Г., Оуэн Т. Поиски жизни во Вселенной / Пер. с англ. М.: Мир, 1983.
3. Гринин В.П. Земля и вселенная. 1995. 6. С. 3.
4. Жарков В.Н., Трубицин В.П. Физика планетных недр. М.: Наука, 1980.
5. Кауфман У. Планеты и луны. М.: Мир, 1982.
6. Ксанфомалити Л.В. Планеты, открытые заново. М.: Наука, 1978.
7. Ксанфомалити Л.В. Планета Венера. М.: Наука, 1985.
8. Ксанфомалити Л.В. Парад планет М: Наука. Физматлит, 1997.
9. Маров М.Я. Планеты Солнечной системы. М.: Наука, 1986.
10. Мороз В.И. Физика планеты Марс. М.: Наука, 1978.
11. Симоненко А.Н. Астероиды. М.: Наука, 1985.
12. Уипл Ф.Л. Семья Солнца / Пер. с англ. М.: Мир, 1984.
13. Чурюмов К.И. Кометы и их наблюдение. М.: Наука, 1980.
14. Чурюмов К.И. Земля и Вселенная. 1996. 1, 12.
15. Шевченко В.В. Луна и ее наблюдение. М.: Наука, 1983.
16. Шевченко В.В., Родионова Ж.В. Глобус Марса – еще одна планета у вас на столе. М.: ГАИШ, 1993.