Странная пара - Нептун и Плутон

Спустя всего три недели после открытия Нептуна Лассел обнаружил, что у него есть спутник. Раздумье крестных отцов было недолгим - раз Нептун у римлян "заведовал" водной стихией, то этот спутник стал зваться Тритоном (так называли сыновей этого божества). Древние мифы поселили морских владык в один золотой дворец на дне зеленого моря. Любопытно отметить: первый по времени открытия и наибольший из спутников Сатурна - Титан, первая и наибольшая прислужница Урана - Титания и это же место у Нептуна занимает Тритон. Сложилось это созвучие случайно, но для запоминания, пожалуй, весьма удобно.

Что поражает нас у Тритона, так это размеры. Светимость его составляет величину незначительную - всего около 13,6 звездной величины. Но это большая яркость, чем у Титании и Оберона, а ведь Тритон раза в полтора дальше от Земли, чем они, и солнечного света он получает вдвое меньше. Отсюда сразу последовало предположение, что Тритон должен быть велик.

Так оно и оказалось. Диаметр этого спутника явно намного превышает 4000 км, что больше поперечника нашей Луны. Во всей Солнечной системе из спутников по размерам его превосходят только Ганимед, Титан и Каллисто.

В астрономических кругах открытие было признано очень важным. Действительно, это был первый случай обнаружения крупного спутника чуть ли не за двести лет, истекших после открытия Титана. Да и вообще это был всего седьмой известный науке спутник в Солнечной системе - ведь до открытия куда более близких к Земле Фобоса и Деймоса еще оставалось добрых три десятилетия. Поэтому к Тритону было привлечено внимание многих специалистов, долго не ослабевавшее. Среди тех, кто внес большой вклад в изучение Тритона уже в самом начале нашего века, нельзя не назвать члена-корр. АН СССР С. К. Костинского, который получил отличные (учитывая расстояния, конечно) фотографии этого небесного тела и первым определил, что блеск его должен быть не слабее 13-й звездной величины. Так или почти так считается и по сей день: нынешние астрономы числят Тритон среди объектов примерно четырнадцатой звездной величины.

Трудами ученых разных стран "досье" Тритона медленно, но верно, пополнялось. Стало ясно, что орбита его представляет собой почти идеальную окружность с радиусом около 355 000 км. Хотя длина пути Тритона вокруг Нептуна почти такая же, как у Луны вокруг нашей планеты, он обегает свою планету впятеро быстрее. Почему - это ясно: масса Нептуна в 17 с лишним раз больше земной, она и ускоряет стремление спутника.

Все крупные спутники Юпитера и Сатурна обращаются в плоскости экватора своей планеты. А вот Тритон (как и Луна) не подчиняется такому правилу: его орбита на 20° наклонена к экватору Нептуна. И направление движения Тритона - противоположное тому, в котором вращается "хозяин". Помимо Тритона, во всей Солнечной системе движутся "вспять" только четыре внешних спутника Юпитера и сатурнова Феба; но ведь все они крошки по сравнению с ним.

Фантастический нептунянин, задрав голову, увидел бы в небе Тритон раза в полтора крупнее, чем мы свою Луну. Тритон - единственный во всей Солнечной системе спутник, который со своей планеты выглядит крупнее, чем Луна представляется человеку. Крупнее, но отнюдь не ярче: даже, если Тритон покрыт льдом, хорошо отражающим свет, все равно, Солнце отсюда так далеко, что нептунскую ночь он освещает раз в 150 тусклее, чем Луна земную.

И еще в одном Тритон уступает Луне (но только ей): в массе относительно своего центрального тела. Луна, как известно, "весит" в 81 раз меньше, чем Земля, а Тритон - в 750 раз меньше, чем Нептун, Но ведь даже гигант Титан уступает своему владыке Сатурну в массе в 4 тысячи раз, а Ганимед Юпитеру больше чем в 12 тысяч. Следовательно, Тритон вместе с Луной занимает по этому виду "соревнований" одно из ведущих мест, да еще с большим отрывом от соперников.

Впрочем, сравнение со своей планетой- это еще не все. Интересно было бы знать массу спутника, но на таком огромном расстоянии это осуществить нелегко. В 1931 г. американец Никольсон (тот, кто открыл четыре спутника Юпитера) совместно с голландцем А. ван Мааненом (1884-1946) получил при помощи 60-дюймового (150 см) телескопа обсерватории Маунт Вилсон фотографии Тритона, которые дали им возможность утверждать: масса этого спутника по крайней мере втрое больше, чем у Луны. Да и плотностью своей Тритон тоже мог бы похвастаться. Если верны выводы, которые сделал в 1943 г. американец X. Л. Олден, проанализировав наблюдения этого спутника за ряд лет, то средняя плотность Тритона должна много превышать 4 г/см³. Но это выглядит странно: плотность крупных его собратьев - Титана, Ганимеда, Каллисто менее 2 г/см³ (ведь они в значительной мере состоят из льда). И даже подобные Луне каменистые Ио и Европа обладают плотностью менее 3,5 г/см³. Наконец, центральное для Тритона тело - Нептун, как и другие гигантские планеты, очень "легковесен" - его средняя плотность лишь около 1,7 г/см³. Такое несогласие Тритона как с его "хозяином", так и с собратьями-спутниками объяснить трудно. И некоторые астрономы просто предлагают подождать, не искать объяснения недостоверным фактам: диаметр и масса тела определены еще, по их мнению, настолько неуверенно, что о плотности говорить просто рано.

Не так давно У. К. Хартман (США) пересчитал размеры Тритона. Диаметр его "вырос" до 6000 км, и Тритон по размерам сразу вышел на первое место среди всех спутников. Но тогда, если верить этой оценке, средняя плотность его будет всего 1,2 г/см³. Даже для ледяных его коллег это маловато; с такой рыхлой структурой Тритон вообще следовало бы поместить в отдельную категорию, где кроме него никого больше нет. Так это, или нет, но все говорит о недостатке наших знаний о Тритоне.

Что несомненно, так это непостоянство яркости Тритона на небосводе. Она то немного увеличивается, то уменьшается, причем закономерно. Это, естественно, зависит от того, какой стороной он к нам поворачивается. Астрономы установили: к Нептуну Тритон вечно обращен одним и тем же "боком".

По мнению Койпера, у Тритона может быть своя атмосфера, причем сравнительно плотная. Что ж, такое крупное тело, действительно, в состоянии удержать у себя газовую оболочку. Да и автору гипотезы верить можно: он же доказал существование атмосферы на Титане... Но и здесь нужна некоторая осторожность...

Впрочем, в 1978 г. на конференции Американского астрономического союза выступил ученый с Гавайских островов Д. Крукшенк и сообщил о наблюдениях, выполненных при помощи 4-метрового телескопа обсерватории Китт-Пик. Полученный при этом спектр говорит, что на Тритоне есть метай. Только вот неясно - в газовом ли он состоянии, то есть составляет атмосферу, или же в замороженном, и тогда лежит на поверхности спутника. Кажется, в последнее время весы склоняются в пользу газа; верхний же слой твердого тела Тритона, очевидно, каменный. Итак, мы встречаем здесь атмосферу из болотного газа?

Но побывать мысленно на поверхности Тритона все это читателю, пожалуй, не помешает. Тритонская ночь довольно мрачная: хотя видимая площадь Нептуна в небе в 235 раз превышает наблюдаемую с Земли поверхность Луны и несмотря на сильную отражательную способность планеты, даже в "полнонептуние" света на Тритон поступает едва половина того, что у нас в полнолуние. Солнце на таком расстоянии кажется просто яркой точкой.

Едва Лассел сообщил миру об открытии Тритона, как начались поиски еще одного спутника Нептуна. Конечно, сам Лассел был впереди всех искателей. В 1850 г. ему, казалось, удалось обнаружить некое подозрительное тело, но доказательства были недостаточны. Сорок лет спустя Шеберле, который уступил свою очередь у телескопа Барнарду, когда тот открыл Амальтею, наблюдал нечто, напоминающее неизвестный спутник Нептуна, но открытие не подтвердилось. У. X. Кристи на обсерватории Маунт Вилсон провел очень систематические поиски, но и его ждала неудача. Впрочем, как говорят, даже бесполезный труд приносит с собой полезный опыт: было доказано, что если второй спутник Нептуна и существует, его яркость не может превышать 18,5 звездной величины.

Словом, между знакомством человечества с Тритоном и открытием N₂ прошло более столетия. 1 мая 1949 г. Койпер, за год перед тем "подаривший" людям Миранду, заметил на двух фотопластинках, снятых на обсерватории Мак Дональд, какое-то слабенькое пятнышко 19,5 звездной величины. Интервал времени между обоими снимками - всего минут двадцать, но такому опытному астроному и этого было достаточно, чтобы установить: тело перемещается относительно неподвижных звезд вместе с Нептуном.

В ближайшие недели, прежде чем Нептун исчез за горизонтом, было сделано еще несколько снимков, и вывод подтвердился - спутник есть! Нарекли его Нереидой. В мифологии, правда, это не имя собственное - так древние греки называли всех морских нимф, что в затишье прядут на золотой прялке и катаются на спине дельфина или тритона, а в бурю помогают морякам. Все же название кажется удачным- под боком у Нептуна, рядом с Тритоном, Нереиде самое место.

Трудно найти более несходную пару, чем Тритон и Нереида... Начнем с орбиты. У Тритона она, как мы уже знаем, почти правильный круг. Нереида же то подходит к Нептуну на 1 390 000, то убегает от него на 9 734 000 км. В семь раз отличается расстояние ближайшей точки от самой удаленной! Такой эксцентричности в поведении не показывает ни один другой спутник во всей Солнечной системе.

Направление, в котором Нереида обращается вокруг Нептуна, прямое; в этом она тоже "не согласна" с Тритоном. Наклон ее орбиты к плоскости экватора планеты составляет 28°. Она обегает Нептун почти за полный земной год, а ведь Тритону для этого нужно меньше недели. Когда Нереида находится от Нептуна в наибольшем удалении, ее орбитальная скорость составляет всего 840 м/с (именно метров, хотя мы в астрономии так от них отвыкли). Это на одну пятую медленнее, чем скорость нашей Луны, и, тем самым, Нереида становится чемпионкой Солнечной системы по медлительности.

Точные размеры Нереиды определить трудно. Обычно называют диаметр что-то между 240 и 300 км, то есть раз в 20 меньший, чем у Тритона. Если глядеть на нее с поверхности Нептуна, то она представится всего лишь звездочкой, притом не слишком яркой. Даже в наибольшем приближении к планете Нереида светится примерно как Полярная звезда. А при максимальном удалении только очень глазастый нептунянин мог бы разглядеть ее невооруженным оком.

Зато Нептун с поверхности Нереиды при ее наибольшем приближении будет выглядеть весьма внушительно: он займет видимую площадь раз в пятнадцать большую, чем у нас Луна. Правда, Нереиде это даст лишь одну восьмую того света, что озаряет Землю в полнолуние - слишком уж далеко отсюда Солнце. Что же говорить о том времени, когда через полгода Нереида окажется в дальней точке своей орбиты. Тогда видимая площадь Нептуна будет втрое, а яркость- раз в 350 меньше лунной.

Судя по невероятно вытянутой орбите, ее наклонению, малым размерам тела, Нереида - пленница, а не родственница Нептуна, захваченный астероид, подобный Фебе или мелким спутникам Юпитера. Как она, одна-одинешенька, сюда попала? Но ведь на таком удалении от нас, весьма вероятно, могут существовать еще многие другие, ведущие пока вольную жизнь малые планетки, о существовании которых мы пока и не подозреваем. Просто рядом с Нептуном поиски были более интенсивными, чем в "пустом" пространстве, так что какие-нибудь родственники Нереиды, еще находящиеся на свободе, не "прирученные" планетой, могут быть здесь открыты в любой день.

Не исключено также, что у Нептуна будет найдено кольцо. Ведь еще до открытия Тритона, в 1846 г. тот же Лассел наблюдал нечто подобное вблизи диска этой планеты. Несколько месяцев спустя о том же сообщал директор Кембриджской обсерватории Дж. Чаллис (1803-1882), но объект, если он существовал, был таким тусклым, что больше его никому заметить так и не удалось^*).

^*(В июне 1981 г. произошло покрытие звезды Нептуном. Группа астрономов Аризонского университета, возглавляемая У. Хаббардом, заметила при этом, что свет звезды прервался на 8 с. Возможно, что звезда была заслонена неизвестным спутником Нептуна (N III), диаметр которого близок к 160 км.)

Тем временем "на краю света" открывались все новые чудеса. Как мы уже говорили в "Прологе", в 1930 г. был открыт Плутон. Но радость открытия смешивалась с недоумением. Оказалось, что Плутон - совсем не та планета, которую предсказывали Лоуэлл и Пикеринг! Орбиту Плутона никак не удавалось подогнать под их вычисления. Она проходила в среднем всего в 5 900 000 000 км от Солнца, то есть на полмиллиарда километров ближе, чем должно быть по Лоуэллу, и почти на 2 миллиарда километров ближе, чем по Пикерингу.

Эта орбита оказалась невероятно сильно наклоненной - на 17°,2-ни у одной известной планеты ничего подобного не было. Мало того, орбита обладает необычной вытянутостью. Потому и получается, что Плутон то проходит всего в 4 400 000 000 км от светила, то удаляется от него на 7 400 000 000 км. В результате складывается совсем уж парадоксальное положение.

...Спросите образованного человека, но не специалиста в небесных делах: какая планета является наиболее удаленной от Солнца. Он, скорее всего, ответит: разумеется, Плутон. И будет прав. Но не всегда, а лишь в течение двухсот двадцати восьми земных лет из тех каждых двухсот сорока восьми, за которые эта планета делает один полный оборот вокруг светила. Остальные 20 лет Плутону на смену приходит Нептун.

Как раз в дни, когда писались эти строки, в 1979 г. такая "смена караула" и произошла; на два десятка лет стражем далеких окраин Солнечной системы стал Нептун. 23 января 1979 г. эти планеты оказались на равном расстоянии от Солнца - в 30,3 астрономической единицы, а затем как бы поменялись местами. На схемах это выглядит как пересечение орбит. На самом же деле оно не существует и одна планета проходит в миллионах километров от другой.

К сентябрю 1989 г. Плутон достигнет своего перигелия (ближайшей к Солнцу точки) и начнет удаляться от светила. 15 марта 1999 г. Плутон и Нептун вернутся на свои более привычные места, и самой далекой планетой вновь станет Плутон.

Весь этот "контрданс" небесных тел, конечно же, неспроста. Чтобы в нем разобраться, желательно было бы знать размеры Плутона. Сперва полагали, что он примерно с Землю или даже побольше. Но в 1950 г. Койпер установил, что его размеры много меньше, и диаметр Плутона не превышает 5800 км. Лет через 25 - новость: Плутон отражает свет так, как будто он покрыт замороженным болотным газом. А если есть метановый иней, то тело планеты холодное, и в случае, если Плутон весь состоит из метана, плотность его должна быть меньше единицы. К концу 70-х годов ученые пришли к выводу, что Плутон - совсем небольшое тело, меньше даже, чем наша Луна, и хотя в 1980 г. поступили сведения, что его диаметр составляет 4000 км (на 500 км больше лунного), по массе он в несколько раз уступает Луне. Словом, по размерам, по орбите и другим характеристикам - скорее не планета, а... спутник.

Вот зачем мы в книге, посвященной только спутникам, стали вдруг так подробно рассказывать о самостоятельном небесном теле: Плутон представляет собой как бы неполноценную планету, во многом очень напоминающую спутник.

В пользу такого предположения говорят и странности в периоде вращения Плутона вокруг собственной оси. На полный оборот у него уходит 6 суток 9 часов 17 минут, а это слишком много для столь небольшого тела, так что и скорость вращения выдает его с головой как самозванца в семье планет.

Еще одно свидетельство: все четыре планеты, лежащие непосредственно за Марсом и за поясом астероидов,- Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун - гигантскими размерами, огромной массой, общим газожидким строением решительно отличаются от внутренних - Меркурия, Венеры, Земли и Марса. А вот Плутон, хотя и расположен во внешней части Солнечной системы, всеми этими параметрами, как кажется, схож с меньшими и твердотельными околосолнечными планетами, а не со своими соседями.

Далекие от Солнца самостоятельные небесные тела такими быть не должны. Значит, спутник? Но чей же? На такой вопрос отвечает следующий факт. На каждые три полных оборота Нептуна вокруг Солнца приходится точно два таких же оборота Плутона. Значит, не исключено, что Плутон был некогда "приручен" Нептуном и в отдаленнейшие времена морской владыка имел, помимо Тритона и Нереиды, еще одного прислужника, которому затем удалось стать более независимым, но следы прежнего рабства в его биографии все же остались.

Одним из первых, кому пришло на ум увидеть в Плутоне "беглого" прислужника Нептуна, был японский астроном, директор Квасанской обсерватории в Киото И. Ямамото (1889-1959). Он предложил такой сценарий этой драмы. Некогда Нептун обращался вокруг Солнца на расстоянии, более подобающем девятой планете (включая и "несостоявшуюся"-пояс астероидов). Затем из глубин Вселенной появился пришелец - некое крупное небесное тело. Оно вторглось в царство Нептуна и своим тяготением отняло ,у него один из спутников. Совсем увести добычу с собой оно не могло, но с околонептунной орбиты сорвать спутник ему оказалось под силу. Пришелец на границе Солнечной системы бросил свою жертву, которая перестав быть спутником, с тех пор и стала независимой планетой. А Нептун под влиянием потери тоже изменил свою орбиту, приблизившись к Солнцу.

Другую сторону аналогичной гипотезы разработал в 1936 г. английский астрофизик Р. А. Литлтон. Он задумался над причиной очень медленного вращения Плутона вокруг его собственной оси. Действительно, шесть с небольшим суток для такого мелкого тела, да еще лежащего столь далеко от тормозящего влияния Солнца,- это уж слишком. Нептун - вот кто виноват в подобной странности. Если у него есть такой массивный спутник, как Тритон, то что могло помешать Нептуну в прошлом временно обладать и еще одним, не более крупным, а именно Плутоном? Притяжение Нептуна, "мстящего" Плутону за его бегство, могло так замедлить вращение его бывшего спутника, да заодно еще и заставить его вечно глядеть на покинутого хозяина одной и той же стороной.

Если так, то период вращения Плутона вокруг оси должен был совпадать с периодом обращения его вокруг Нептуна. Обходя планету за 6,39 суток, Плутон находился в 375 000 км от нее. Но ведь и нынешний, более верный прислужник Нептуна, Тритон, тоже не уходит от планеты в среднем далее чем на 355 000 км.

Явление редкостное: у Нептуна в прошлом было два очень крупных спутника, причем почти на одинаковых по протяженности орбитах. Близкие друг к другу большие тела должны были тяготением влиять одно на другое, приводя к нарушению стабильности всей системы. Тут, согласно такой гипотезе, и могло произойти что-то не очень уж невероятное, чтобы равновесие нарушилось. Плутон в результате катастрофы "вылетел" на свою нынешнюю орбиту, а орбита Тритона так наклонилась, что он стал фактически вращаться в обратную сторону.

Предположение интересное, но оно порождает новые загадки. Что за катастрофа привела к нарушению сложившейся системы? Почему Плутон вышел на орбиту, так сильно удаленную от Нептуна? И что заставило Тритон ходить по такой, во всем остальном искаженной, но почти круговой орбите? Все эти вопросы висели в воздухе.

Обе гипотезы, хотя п несколько умозрительные, но приемлемые. Но есть им и альтернативы. Так, немецкий астроном Э. Мёдлов предполагает, что за орбитой Нептуна спряталось от наших глаз еще одно кольцо астероидов, вполне сходное с тем, что лежит между Марсом и Юпитером. И тайна Плутона заключается просто в том, что он - всего лишь член этого огромного скопления в основном мелких тел - один из многих, но более крупный, чем остальные, почему и был, в отличие от них, астрономами замечен. Есть же такая малая планетка, астероид Эрот (Эрос), орбита которого частично также лежит внутри орбиты Марса, и его вполне можно рассматривать как члена известного нам астероидного кольца. Есть также астероиды, пересекающие орбиты Марса и Земли... И Тритон когда-то, возможно, был тоже одним из тел, входящих в гипотетическое внешнее кольцо астероидов, а затем его захватил Нептун и превратил в своего спутника. Кстати, это объяснило бы и загадку обратного движения Тритона.

Конечно, все это лишь гипотезы. Для того чтобы приобрести титул теории, им недостает еще многого. В первую очередь - наблюдательных фактов. А они-то в таком удалении от Земли достаются нелегко.

А тем временем произошло событие, которое, казалось бы, все разъяснило. 22 июня 1978 г. Дж. У. Криети из Морской обсерватории в Вашингтоне решил просмотреть пластинки со снимками Плутона, сделанными за месяц - другой до этого при помощи полутораметрового телескопа во Флагстаффе (штат Аризона). Цель фотографирования была довольно рутинной - уточнить орбиту этой все еще слабо изученной планеты.

Тут Кристи бросилось в глаза, что тело Плутона выглядит как-то странно: оно, вроде бы, вытянуто в одну сторону, примерно с севера на юг. Гора? Но даже помыслить невозможно о такой гигантской вершине, чтобы она была заметна за миллиарды километров, пускай и в наилучший телескоп. Кристи решил: спутник!

Коллега первооткрывателя (хотя открытие еще нуждалось в подтверждении) Р. С. Харрингтон занялся вычислениями. Его вывод был тот же. Опираясь на определение времени, за которое "выступ", исчезнув с одной стороны Плутона, появляется с другой, он подсчитал период обращения новичка "1978 Р11" вокруг его планеты. Оказалось 6 суток 9 часов 17 минут, то есть то же самое время, которое тратит Плутон, чтобы обернуться вокруг собственной оси. Значит, луна Плутона постоянно "висит" над одной и той же точкой поверхности планеты.

Прослышав об открытии, Дж. А. Грем на обсерватории Серро-Тололо (Чили) немедленно "изловил" новичка в ясном небе южного полушария. А Кристи тем временем обнаружил его... в архиве - на снимках той же Флагстаффской обсерватории, сделанных лет за восемь и за тринадцать до того. Этот слабый выступ до него никто не разглядел. Важно знать, где и что ищешь, вот в чем дело!

Первооткрыватель предложил для спутника имя Харон... На берегах Стикса, реки забвения и скорби, поселила фантазия древних греков перевозчика Харона. Он в своей лодчонке доставлял тени умерших в царство Плутона, так что предложение выглядело вполне уместным. Единственный недостаток - сходство с названием незадолго до того открытого астероида Хирона. Но мифический Хирон был не лодочником, а кентавром, и греки их не путали. Впрочем, последнее слово, как всегда, за Международным астрономическим союзом; его специальная комиссия обладает правом окончательно утверждать названия новооткрытых небесных тел.

В сентябре 1980 г. французские астрономы Д. Бонпо и Р. Фуа получили серию фотографий, на которых изображения можно выделить, используя ЭВМ. В результате было установлено, что радиус орбиты Харона равен 19 000 км. Диаметр Плутона получился равным примерно 4000 км, а диаметр Харона около 2000 км.

Очень близко поселился "перевозчик теней" к самому владыке загробного мира. Даже Луна с Землей представляют собой менее компактную систему. Да и отношения масс у этих двух тел очень необычны. В случае, если их средняя плотность одинакова (около 0,4 г/см³), масса Плутона составляет 1/500, а Харона - около 1/4000 массы Земли. Тем самым Харон становится массивнейшей луной в Солнечной системе, если считать в отношении к массе ее центрального тела. (Напомним, что масса нашей Луны составляет всего 1,2% массы Земли.)

Поэтому некоторые специалисты даже предлагают считать эту систему парной, двойной планетой "Плутон - Харон", известны же двойные звезды, тоже обращающиеся вокруг общего центра масс, так что такое предложение звучит логично.