Уран – планета, открытая любителем астрономии.

13 марта 1781 года была открыта планета Уран.
Почти на самом краю Солнечной системы, в темных глубинах космоса, мчится по своей орбите гигантская планета Уран, состоящая главным образом из газообразного и жидкого водорода. Она окутана метановой дымкой, скрывающей какие-либо детали ее атмосферы. Лишь в центре Урана предположительно есть твердое каменное ядро. Эту далекую планету окружают 13 почти абсолютно черных колец и 27 спутников. На небосводе Земли люди с древних времен видели 5 планет: Меркурий, Венеру, Марс, Юпитер и Сатурн. Наблюдения невооруженным глазом не позволяли различить ни остальные планеты, ни детали на их поверхностях. Лишь с изобретением телескопа удалось разглядеть наших соседей по Солнечной системе поподробнее и обнаружить новые планеты. Первым был открыт Уран. Обнаружение этой планеты было огромным событием, которое можно сравнить с открытием Америки или с первыми полетами людей в космос. В честь новой планеты был даже назван химический элемент. Как ни странно, но Уран был обнаружен случайно, в ходе систематического наблюдения звезд. Уран – седьмая по удаленности от Солнца планета. Он входит в четверку планет-гигантов, находящихся во внешней части Солнечной системы. Уран движется вокруг Солнца по орбите, расположенной примерно посередине между орбитами соседних планет – Сатурна, находящегося ближе к Солнцу, и Нептуна. Хотя Уран – третья по величине планета Солнечной системы, он расположен настолько далеко от Земли, что практически недоступен для наблюдения невооруженным глазом. Его можно увидеть с большим трудом и лишь в виде крошечной звездочки, но надо точно знать место, где он находится в данный момент. Для того чтобы получше разглядеть Уран, требуется по крайней мере бинокль, а лучше – телескоп с 60-кратным увеличением, тогда будет возможно увидеть не просто светлую точку, а маленький диск. Из-за такой сложности наблюдений Уран был открыт лишь два века назад, то есть совсем недавно по сравнению с более близкими к Земле планетами, которые хорошо видны невооруженным глазом и известны людям уже несколько тысячелетий.
Ночная страсть музыканта
В английском курортном городке Бат вечер 13 марта 1781 года выдался тихим, прозрачный весенний воздух застыл, наступившая ночь обещала быть темной и безоблачной. Когда день угас и над Землей распахнулось звездное небо, любитель астрономии Вильям Гершель, как обычно, занял место у своего самодельного телескопа. Прильнувший к окуляру человек не знал, что именно этой ночью ему предстоит кардинально расширить пределы Солнечной системы и тем навсегда вписать свое имя в историю.
42-летний профессиональный музыкант Вильям Гершель на жизнь зарабатывал преподаванием музыки, игрой на скрипке и гобое в местном оркестре и на органе – в городском соборе, но главной страстью его жизни была астрономия. В перерывах между уроками музыки он шлифовал металлические зеркала для телескопов, вечерами давал концерты, а ночи проводил за наблюдением звезд. Жившие вместе с ним младший брат Александр и сестра Каролина помогали ему во всем – и в изготовлении инструментов, и в обработке наблюдений, и в домашних делах. Каролина была певицей и выступала на концертах брата, но также увлеклась астрономией, помогала обрабатывать результаты наблюдений звезд, сама стала вести наблюдения и открыла 8 комет. Впоследствии про них скажут, что Гершели постепенно превратились из профессиональных музыкантов в профессиональных астрономов.
В саду во дворе своего дома Вильям Гершель установил им же самим изготовленный телескоп и занялся исследованием звездного неба. Уже седьмой год вел он свои наблюдения. И это не было праздным любопытством: Гершель поставил перед собой грандиозную задачу – нанести на карту неба все звезды Северного полушария.
13 марта 1781 года он изучал расположение светил в районе созвездия Тельца. Одна из звезд в пределах этого участка показалась Гершелю странной – вместо яркой точки она имела вид небольшого диска, поэтому в дневнике наблюдений он сделал такую запись: «необычного вида – либо звезда, окруженная туманностью, либо комета».
Первоначально Гершель посчитал все же, что это комета, о чем вскоре и послал сообщение в Королевское общество – Британскую Академию наук. Два месяца спустя после открытия Гершеля петербургский академик Андрей Лексель вычислил параметры орбиты этого небесного тела, показавшие, что оно вращается вокруг Солнца по кругу, радиус которого в 19 раз превышает радиус орбиты Земли. Самое удивительное состояло в том, что небесное тело, открытое Гершелем, имело круговую орбиту, характерную исключительно для планет – кометы движутся по сильно вытянутым параболам. Стало ясно, что Гершелю удалось обнаружить еще одну, седьмую планету, а Солнечная система, границы которой до сих пор проводились по орбите Сатурна, в одночасье расширилась вдвое. За свое открытие любитель астрономии в том же году был избран членом Лондонского Королевского общества и получил степень доктора Оксфордского университета. Вновь открытое небесное тело Гершель назвал планетой Георга в честь правившего в то время в Англии короля Георга III. Однако это имя не прижилось, а общепринятым стало более подходящее название, предложенное в год открытия планеты немецким астрономом Иоганном Боде – Уран, которое и продолжило «семейное древо» римских богов в названиях планет, расположенных во внешней части Солнечной системы. Открытие Урана определило карьеру Гершеля. Король Георг III, сам большой любитель астрономии, невзирая на то что новая планета так и не получила его имени, присвоил исследователю рыцарский титул сэра и в 1782 году назначил придворным астрономом, а его сестру Каролину – помощником придворного астронома. Им было определено пожизненное ежегодное жалованье в 200 и 50 фунтов стерлингов. Так открытие Урана привело к завершению деятельности любителя астрономии и положило начало работе профессионального астронома. Король выделил средства для постройки обсерватории в Слау, к западу от Лондона, неподалеку от своего Виндзорского замка. За последующие 40 лет Гершель сделал в этой обсерватории еще множество новых наблюдений, которые принесли ему славу крупнейшего астронома-наблюдателя в истории. Все инструменты для изучения ночного неба – более сотни металлических зеркал для телескопов – он изготовил собственноручно, и его телескопы были наиболее крупными и самыми лучшими из существовавших в ту эпоху.
Кольца-невидимки
В 1789 году, спустя 8 лет после открытия Урана, Гершель, наблюдая «свою» планету, зарисовал кольцо, окружавшее это небесное тело, и сделал запись в дневнике, которая гласила, что обнаруженное им кольцо «короткое, не такое, как у Сатурна». Поскольку никто другой кольца вокруг Урана не видел, это наблюдение Гершеля сочли результатом дефекта оптики его телескопа и на протяжении целых двух столетий даже не вспоминали о «курьезном» сообщении британского астронома. Лишь в 1977 году во время исследований атмосферы Урана стало очевидно, что эта планета преподнесла астрономам сюрприз, который заставил их вновь обратиться к записям Гершеля. Изучение атмосферы Урана с Земли проводилось в 1977 году в тот момент, когда планета в своем движении по небосводу проходила на фоне далекой звезды, перекрывая собой ее свет. Таким приемом выполняют «просвечивание» планетных атмосфер, определяя их плотность, состав и другие параметры. Однако при наблюдении Урана в 1977 году приборы зафиксировали исчезновение света еще до того, как планета заслонила собой звезду. При этом свет исчезал и появлялся 5 раз, а уж затем пропал надолго – его перекрыл Уран. После же того как планета сдвинулась в сторону, открыв для земных наблюдателей звезду, свет от нее еще 5 раз кратковременно исчезал и вновь появлялся. Сравнение этих «мельканий», произошедших до и после покрытия звезды Ураном, показало, что они происходили как бы симметрично относительно центра планеты – за одни и те же промежутки времени – как до, так и после покрытия. Что же оказывалось на пути у света, когда Уран приближался к звезде и удалялся от нее? Симметричность перекрытий света позволяла предположить, что объекты, затмевавшие звезду, как-то связаны с самим Ураном. Это могли быть, например, его спутники. Но анализ движения известных спутников Урана показал, что ни один из них не мог быть тем небесным телом, которое затмило свет звезды. Предположение о том, что это могли быть 5 новых спутников с одной стороны Урана и еще 5, тоже неизвестных, – с другой, причем на равных расстояниях от планеты да притом еще и расположенных строго на одной прямой, выглядело совершенно невероятным. Решение этой загадки напрашивалось по аналогии с другой планетой-гигантом – Сатурном, окруженным широким кольцом. Оставалось допустить, что вокруг Урана имеются 5 узких колец, причем настолько темных, что в отличие от яркого кольца Сатурна, наблюдаемого на протяжении не одного столетия, их до сих пор не удавалось разглядеть в телескоп. Когда Уран проходил на фоне далекой звезды, его кольца и перекрыли идущий от нее свет. Кольца были названы первыми буквами греческого алфавита в порядке удаления от планеты – Альфа, Бета, Гамма, Дельта, Эпсилон. Внешнее – Эпсилон – расположено в 51 тыс. км от центра Урана. Оно либо более мощное, чем другие кольца, либо составляющие его глыбы расположены ближе друг к другу, поскольку оно ослабило свет звезды на 90%, а внутренние кольца – не более чем на 50%. Дальнейшие, более тщательные наблюдения показали, что Уран располагает системой из 13 колец. Видимо, кольца Урана состоят из множества отдельных малых тел размером не более 4–6 км, поскольку ни одно из них не перекрыло свет звезды полностью, а лишь ослабило его, причем в разной степени на разных участках колец. В отличие от светлых колец Сатурна кольца Урана очень темные – они отражают лишь 3% падающего на них света, а это значит, что они чернее, чем каменный уголь! Когда зарисовку Гершеля, сделанную в 1789 году сравнили с данными о кольцах, полученными в 1977 году, то оказалось, что его кольцо по размерам и положению относительно планеты вполне соответствует новым данным. Известно, что телескопы, изготовленные Гершелем, были наилучшими астрономическими инструментами той эпохи, поэтому сомнительно, чтобы наблюдавшееся им кольцо было результатом оптического дефекта. Кроме того, если это был дефект инструмента, то получается, что соответствие параметров кольца Гершеля современным данным – простое совпадение, что выглядит уж совершенно невероятно. Так почему же тогда никто больше за два века после его смерти ни разу не наблюдал вокруг Урана никаких колец? Быть может, они быстро потемнели от катастрофического выпадения на них темного материала, выброшенного с одного из малых спутников при соударении с крупным метеоритом? Видимо, ответы на эти вопросы еще немалое время останутся тайной...
Космический вояж к Урану
Долгое время об Уране, кроме самого факта его существования, не было известно практически ничего. Поистине второе его открытие состоялось лишь в 1986 году, когда ближайшие окрестности этой таинственной планеты посетил автоматический межпланетный зонд «Вояджер-2». Он стал первым и пока единственным космическим аппаратом, совершившим огромный тур по внешней части Солнечной системы с посещением всех четырех планет - гигантов. Стартовав с космодрома на мысе Канаверал (штат Флорида, США) 20 августа 1977 года, «Вояджер» достиг Урана почти 9 лет спустя. Чтобы добраться в такую даль, станции пришлось по дороге воспользоваться помощью двух крупнейших планет Солнечной системы – Юпитера и Сатурна. Каждая из них своим мощным гравитационным полем оказала сильное воздействие на крошечную станцию. В результате этого ее скорость возрастала, а траектория полета резко изменялась и станция сделала 2 крутых левых поворота, прежде чем вышла в расчетную точку встречи с Ураном 24 января 1986 года. Благодаря таким гравитационным маневрам «Вояджер-2» добрался до Урана намного быстрее, чем если бы он преодолевал весь путь лишь на том силовом импульсе, который был им получен при старте с Земли – это заняло бы около 30 лет. Пять больших спутников удалось сфотографировать столь подробно, как их нельзя рассмотреть ни в один телескоп. Обнаружено было станцией и магнитное поле Урана, а также исследовано строение его магнитосферы. Выяснилось, что магнитный шлейф этой планеты устроен совершенно уникально – силовые магнитные линии в нем не вытянуты по прямой, как у других планет, а закручены в двойную спираль. Стремительно промчавшись вблизи Урана, «Вояджер-2» собрал много новой информации об этой страннейшей из планет. Большинство сведений, известных сегодня об Уране, получены буквально в течение нескольких часов, пока станция находилась поблизости от планеты, пролетая на расстоянии 81 500 км от поверхности облаков со скоростью около 46 000 км/ч (примерно 13 км/с). Телекамеры, установленные на вращающейся платформе, постоянно вели съемку планеты и спутников, поворачиваясь автоматически по заранее заданной программе. Во время пролета «Вояджера» ось вращения Урана, лежащая почти в плоскости его орбиты, была направлена в сторону Солнца, поэтому на полученных фотографиях изображено только южное, освещенное в тот период полушарие планеты. На снимках были найдены сразу 10 неизвестных ранее малых спутников!
Сквозь метановый иней
Когда «Вояджер» добрался до Урана, одной из его главных задач стало исследование атмосферы планеты. Космический аппарат уточнил размеры Урана – диаметр планеты (по уровню облачного слоя) оказался равным 51 200 км, что примерно в 4 раза больше, чем у Земли. Верхнюю границу атмосферы, мощность которой достигает около 7 000 км, составляют облака. Атмосфера содержит 84% молекулярного водорода, 14% гелия, 2% метана, а также незначительное количество ацетилена, цианида водорода и моноксида углерода. Внешняя часть атмосферы очень прозрачна. Зеленовато-голубой цвет газовой оболочки Урана является результатом того, что красные лучи поглощаются имеющимся в атмосфере метаном. Используя различные светофильтры, «Вояджер-2» сфотографировал пояса атмосферной дымки над южным полюсом планеты, который во время съемки был расположен в центре освещенного Солнцем полушария. Эта дымка образовалась при прохождении солнечных ультрафиолетовых лучей через атмосферу Урана. Кое-где в верхнем слое атмосферы видны белые облачные образования, состоящие скорее всего из метанового инея. Казалось бы, из-за крайне неравномерного распределения солнечного тепла на Уране должна быть колоссальная разница температуры между освещенными и погруженными во мрак областями планеты. Можно было бы ожидать, что полюс, так надолго обращенный к Солнцу, станет существенно теплее того, который находится в потемках, но похоже, что ничего подобного не происходит. Измерения температуры верхних слоев атмосферы Урана были выполнены со станции «Вояджер-2» как раз в то время, когда зима и лето на полюсах достигли своего максимального развития. Оказалось, что температурные значения и на обоих полюсах, и на экваторе практически одинаковы! Это указывает на наличие какого-то механизма переноса тепла в атмосфере Урана от более нагретых районов к менее нагретым, и наоборот. Не подтвердились и предположения о циркуляции атмосферы Урана. Все расчеты относительно динамики воздушной оболочки планеты исходили из того факта, что когда один из полюсов Урана обращен в сторону Солнца, он непрерывно освещен, независимо от вращения планеты вокруг оси. Следовательно, можно было ожидать, что в районе полюса, длительно обогреваемого Солнцем, теплый воздух будет подниматься и перемещаться к экватору, а затем далее, на неосвещенную сторону планеты, где начнет, остывая, тяжелеть и опускаться в глубь атмосферы в районе затененного полюса. Однако если судить по снимкам «Вояджера», то в общей картине циркуляции атмосферы на Уране преобладает перенос в направлении вращения планеты – полосы облачности вытянуты здесь с запада на восток. Впрочем, определить это было довольно трудно, поскольку в атмосфере удалось заметить очень мало отдельных облачных образований, отличающихся по цвету от общей однородной облачной массы, окутывающей всю планету. Эти белые облачка состоят, вероятнее всего, из метана. Они расположены на высоте, где температура составляет 80°К (около –200°С).
Уран, как и три другие газовые планеты-гиганты – Юпитер, Сатурн и Нептун, – расположен во внешней части Солнечной системы, чрезвычайно далеко от Солнца, поэтому даже на дневной стороне этой планеты температура очень низкая. У верхней границы атмосферы Урана над освещенным полушарием она почти одинаковая в различных районах – от полюса до экватора. Разброс составляет всего лишь 4° (от –208 до –212°С). Это обстоятельство стало еще одним из сюрпризов, который преподнес ученым «Вояджер-2» во время исследований
Урана. Как и на других планетах-гигантах, в атмосфере Урана наблюдаются признаки сильных ветров, дующих параллельно экватору планеты. В основном это ветры, несущиеся с запада на восток с ураганными скоростями от 140 до 580 км/ч. А вот вдоль экватора ветры дуют в обратном направлении, но тоже очень сильные – 350 км/ч. Во время пролета автоматической станции «Вояджер-2» через систему Урана (это единственный космический аппарат, побывавший вблизи данной планеты) ученые были в определенной степени разочарованы, поскольку на полученных снимках увидели совершенно гладкий светло-бирюзовый шар без единой детали. Едва заметная полоска розоватого тумана вдоль горизонта практически не нарушала монотонный облик планеты. В последующие годы на фотографиях, полученных с помощью телескопов, расположенных на Земле или на околоземной орбите, было обнаружено, что Уран начал постепенно «просыпаться» – появились различные светлые детали, похожие на атмосферные вихри, а также другие образования, напоминающие те, что хорошо известны в атмосферах других планет-гигантов, например параллельные экватору пояса различных оттенков, свидетельствующие о широтной циркуляции атмосферы. На снимке Урана, сделанном космическим телескопом «Хаббл» в 1998 году, видны светлое пятно и отчетливые полосы на планете свидетельствующие о значительной активизации атмосферных процессов с тех пор, как за 12 лет до этого автоматическая станция «Вояджер-2», пролетая вблизи Урана, передала снимки, на которых атмосфера выглядела совершенно однородной, как будто она навечно замерла. Такое «оживление» может быть связано со сменой времен года на Уране.
Времена года на «лежащей» планете.
По наблюдениям с Земли период вращения Урана вокруг своей оси определить было невозможно. Это удалось сделать лишь при пролете вблизи планеты все того же «Вояджера-2». Выяснилось, что оборот вокруг оси занимает у Урана 17 часов 14 минут. Пожалуй, самая большая загадка Урана – это крайне необычное направление оси его вращения, которая наклонена на 98°, то есть ось вращения Урана лежит почти в плоскости его орбиты. Поэтому движение Урана вокруг Солнца совершенно особенное – он катится вдоль своей орбиты, переворачиваясь с боку на бок, подобно колобку. Такие особенности движения и вращения Урана не согласуются с общей картиной возникновения планет из допланетного облака, все части которого вращались в одном и том же направлении вокруг Солнца. Остается предполагать, что уже сформировавшаяся планета Уран столкнулась с каким-то другим довольно крупным небесным телом, в результате чего ее ось вращения сильно отклонилась от первоначального направления, да так и осталась в этом аномальном положении. У большинства планет ось вращения расположена почти вертикально, то есть перпендикулярно к плоскости орбиты планеты. Вращаясь вокруг вертикальной оси, они еще и передвигаются по кругу – по своей орбите вокруг Солнца. Такой тип вращения создает ежесуточную смену дня и ночи почти на всей поверхности планеты за исключением приполярных областей, где изза наклона оси планеты смена светлых и темных периодов происходит реже. Полярный день и полярная ночь длятся, к примеру, на полюсах Земли по полгода. На Уране все обстоит иначе. Его ось вращения не перпендикулярная, а почти параллельная плоскости орбиты, с углом наклона между ними лишь в 8°, что приводит к целому ряду необычных явлений, коих не бывает ни на одной другой планете. Одно из них – исключительно странная и чрезвычайно причудливая картина смены времен года. Один оборот вокруг Солнца Уран совершает за 84 земных года. За это время на нем происходит смена всех четырех сезонов – весны, лета, осени и зимы, продолжительность каждого из которых равна почти 21 земному году. В «разгар» летнего сезона в северном полушарии Урана непрерывный день длится более 20 земных лет. Все это время южное полушарие погружено в сплошную темноту – там «зима», которую можно назвать и полярной ночью. В весенний и осенний периоды, когда Уран повернут к Солнцу не полюсом, а экватором, на всей планете происходят ежесуточные восходы и закаты Солнца с периодом в 17 часов 14 минут. Далее, по мере смещения планеты вдоль орбиты к области, соответствующей зиме в северном полушарии, экстремальные условия освещенности наступают вновь, но теперь уже постоянно освещенным становится южное полушарие, а северное погружается более чем на 20 земных лет в холодный мрак полярной ночи.
Сердце-камень
Судить о внутреннем строении Урана возможно лишь по косвенным признакам. Масса планеты была определена с помощью расчетов, основанных на астрономических наблюдениях за гравитационным воздействием, которое оказывает Уран на свои спутники. Хотя по объему Уран в 60 раз больше нашей Земли, масса его лишь в 14 раз превышает земную. Это из-за того, что средняя плотность Урана 1,27 г/см3, то есть чуть больше, чем у воды. Такие низкие плотности типичны для всех четырех планет - гигантов, состоящих преимущественно из легких химических элементов. Считается, что в самом центре Урана расположено каменное ядро, сложенное главным образом из окислов кремния. Диаметр ядра в 1,5 раза больше всей нашей Земли. Вокруг него – оболочка из смеси водного льда и каменных пород. Еще выше следует глобальный океан жидкого водорода, а затем – очень мощная атмосфера. По другой модели предполагается, что у Урана и вовсе нет каменного ядра. В таком случае Уран должен выглядеть как огромный шар из снеговой «каши», состоящий из смеси жидкости и льда, окутанный газовой оболочкой.
Магнитный штопор
Сколь ни короток был промежуток времени, отведенный «Вояджеру-2» на исследование Урана, сюрпризы просто не иссякали. Особенно поразительными показались ученым данные о его магнитосфере. Еще бы, ведь Уран, опять же выказав свою исключительность, обзавелся сразу четырьмя магнитными полюсами – двумя главными и двумя второстепенными. Структура магнитных полей у разных планет в целом сходная – силовые линии выходят из одного магнитного полюса, огибают планету на определенном расстоянии и входят в нее на другом магнитном полюсе. Таким образом, планета заключена в своего рода магнитный кокон. Вид его несимметричен, поскольку солнечный ветер — постоянно идущий от Солнца поток заряженных частиц, – сталкиваясь с магнитосферой, искажает ее, «сдавливая» со стороны, обращенной к Солнцу, и, вытягивая на очень большое расстояние с противоположной стороны, образует так называемый магнитный хвост, или шлейф. У Земли, например, такой невидимый шлейф тянется на 5 млн. км. Отличия же между магнитосферами различных планет касаются главным образом геометрических размеров, которые определяются разницей в силе (напряженности) магнитных полей. Но вот у Урана магнитосфера совершенно уникальна, причем сразу по двум обстоятельствам. Мало того, что ее ось очень сильно (на 60°) отклонена от оси вращения планеты, ее центр не совпадает с центром планеты, а сдвинут от него в сторону на 1/3 радиуса Урана. Таким образом, стрелка компаса на Уране будет указывать не на север, а на магнитный полюс, расположенный примерно на 30° широты (на Земле на этой широте находятся Канарские острова, Дели, Шанхай, Сидней). При этом напряженность магнитного поля на Уране сильно варьируется, изменяясь от района к району в 11 раз. Кроме того, на планете имеются еще и значительные магнитные аномалии — своего рода менее сильные магнитные полюса, что еще больше усложняет картину строения магнитосферы. Это странное расположение магнитного поля Урана в сочетании с очень сильным наклоном оси вращения самой планеты приводит к тому, что хвост магнитосферы, протягивающийся от планеты в направлении внешних границ Солнечной системы, имеет вид длинного штопора. Вращение вместе с планетой ее магнитного поля, сильно наклоненного к оси вращения Урана, закручивает магнитные силовые линии вдоль магнитосферного хвоста, как нити внутри каната. Измерения со станции «Вояджер-2» показали, что вытянутый под действием солнечного ветра хвост магнитосферы Урана протягивается не менее чем на 10 млн. км по направлению к орбите следующей планеты Солнечной системы – Нептуна. Если бы мы обладали «магнитным зрением», то без труда смогли бы наблюдать такой гигантский объект на ночном небе просто невооруженным глазом, тем более что он был бы размером почти в половину Луны.
В ожидании «третьего открытия»
Как ни печально, но, по всей видимости, в обозримом будущем об Уране и его спутниках вряд ли станет известно что-либо существенно новое. Скорее всего, обнаружится еще несколько спутников – маленьких и сильно удаленных от планеты. А вот на новый полет к Урану в ближайшую пару столетий надеяться вряд ли приходится – разве что произойдет какое-то чудо в технике космических полетов, которое позволит летательным аппаратам перемещаться гораздо быстрее, чем сейчас. Дело в том, что лишь в середине XXII века вновь сложится то благоприятное расположение планет, при котором станция, запущенная с Земли к Урану, сможет получить по пути «гравитационную поддержку» от Юпитера и Сатурна. Только тогда, наверное, и состоится третье открытие самой таинственной из планет Солнечной системы – после тех, что были сделаны в XVIII и XX веках астрономом Гершелем и космическим роботом «Вояджером».
Хоровод вокруг Урана
Уран окружен системой спутников, орбиты большинства из которых почти совпадают с плоскостью экватора планеты. Таким образом, спутники Урана движутся не в плоскости его орбиты (как это происходит со спутниками всех других планет), а почти перпендикулярно ей. Это уникальный случай в Солнечной системе. Сейчас известно 27 спутников Урана, 5 наиболее крупных открыты уже давно, первые 2 из них обнаружил сам Гершель в 1787 году, спустя 6 лет после открытия Урана. Еще 2 спутника были «найдены» в 1851 году преуспевающим ливерпульским пивоваром Уильямом Ласселлом – выдающимся британским любителем астрономии Викторианской эпохи. Примечательно, что лишь с ним одним из всех известных граждан Ливерпуля пожелала встретиться королева Виктория, прибывшая в город в том же году на открытие крупнейших доков. Когда Ласселл появился в дверях, правительница почти половины мира, нарушив королевский протокол, поднялась с кресла и пошла навстречу, чем выразила глубочайшее уважение к его заслугам в астрономии. Наконец, в 1948 году американский астроном Джерард Койпер нашел самый маленький из пяти главных спутников. Интересно, что первооткрыватели первых четырех спутников не дали им названий. Это сделал в XIX веке сын Вильяма Гершеля, Джон Гершель, который и сам являлся одним из виднейших астрономов мира. Его предложение было принято, и названия спутников стали своего рода английским реваншем за отказ международного астрономического сообщества признать предложенное в свое время Вильямом Гершелем имя английского короля Георга в качестве названия новой планеты. В нарушение астрономической традиции, требующей брать названия для планет и спутников из мифологических сюжетов разных народов, спутники получили имена персонажей из произведений английских литераторов – Шекспира и Попа. Самый яркий среди сателлитов Урана – Ариэль, отражающий 40% падающего на него света. Поэтому он получил имя доброго, светлого духа воздуха – персонажа, встречающегося и в пьесе Шекспира «Буря», и в поэме Попа «Похищение локона». Соседний с ним спутник – Умбриэль, по размеру практически такой же, но поверхность его вдвое темнее – она отражает лишь 20% света. Он носит имя злого, темного духа из той же поэмы Попа. Два наиболее крупных из спутников Урана — Титания и Оберон – также имеют довольно светлую поверхность, отражая около 25%. Эта пара получила имена королевы фей и ее супруга, короля добрых духов из пьесы Шекспира «Сон в летнюю ночь». Еще 10 небольших спутников Урана, сходных по размеру с астероидами, обнаружены сравнительно недавно – в 1985 и 1986 годах по телевизионным снимкам, сделанным во время подлета к планете станции «Вояджер2». Новые спутники также получили имена героинь пьес Шекспира. Продолжение шекспировской темы произошло и при выборе названий для деталей на поверхностях больших спутников, впервые обнаруженных по снимкам с «Вояджера». Развитие методов астрономических наблюдений с Земли привело к тому, что за последние годы найдено еще 12 малых спутников диаметром от 10 до 190 км. Ни у одного из спутников Урана атмосферы нет. Все они слишком малы, чтобы удержать вокруг себя газовую оболочку. Пять больших спутников состоят на 50% из водного льда, на 30% – из льдов метана и аммиака и на 20% – из обычных горных пород – силикатов (соединений кремния с другими химическими элементами). Общая картина системы спутников Урана такова: между кольцами и главными спутниками расположена внутренняя группа из 13 малых спутников, затем следуют 5 главных спутников, а еще дальше – 9 малых спутников внешней группы. Все малые спутники довольно темные, они отражают лишь 7% падающего на них света – как самые темные участки Луны. 18 ближайших к планете спутников, в том числе и 5 больших, движутся внутри магнитосферы Урана, никогда не выходя за ее пределы. Это делает картину строения магнитосферы еще более сложной, так как спутники оказывают на нее определенное влияние.
Георгий Бурба, кандидат географических наук (специально для журнала «Небосвод»).