Pylevye okoloplanetnye kompleksy
K.V.HOLShEVNIKOV
Astronomicheskii institut Sankt-Peterburgskogo gosudarstvennogo universiteta
Edinstvennym izvestnym pylevym kompleksom v Solnechnoi sisteme dolgo ostavalos' kol'co Saturna. Pozdnee k nemu byl dobavlen poyas malyh planet, zodiakal'nyi svet, kol'ca vseh planet-gigantov, gipoteticheskii roi chastic vokrug orbit sputnikov Marsa. Lavina nablyudatel'nyh dannyh, poluchennyh zemnymi observatoriyami i kosmicheskimi apparatami, pozvolyaet, po krainei mere chastichno, ponyat' stroenie, proishozhdenie i zhizn' kompleksov, o chem i idet rech' v stat'e. |
Vvedenie
Vo vremena I. N'yutona Solnechnaya sistema predstavlyalas' sovershennoi pustotoi, v bezbrezhnyh prostorah kotoroi plavali planety s ih nemnogochislennymi sputnikami. Unikal'nym i strannym obrazovaniem na krayu sistemy mayachil Saturn s ego kol'com neponyatnoi prirody. Pozdnee matematiki (sredi nih takie korifei, kak P. Laplas, Dzh. Maksvell, S.V. Kovalevskaya, P.G. Bol') dokazali, chto sploshnym tverdym telom kol'co byt' ne mozhet. Esli dazhe ono sdelano iz ideal'nogo sverhprochnogo materiala, vyderzhivayushego prilivnye i centrobezhnye nagruzki, iz-za neustoichivosti svoego dvizheniya ono dolzhno za korotkoe vremya vrezat'sya v central'nuyu planetu. V deistvitel'nosti zhe ono dolzhno rassypat'sya na mnozhestvo oskolkov. Teper' izvestno, chto kol'co Saturna predstavlyaet soboi prakticheski ploskii roi chastic - ot pylinok do dekametrovyh glyb. Pervoe eksperimental'noe podtverzhdenie etogo fakta prinadlezhit pulkovskomu astronomu A.A. Belopol'skomu, opredelivshemu po doplerovskomu smesheniyu spektral'nyh linii luchevye skorosti chastic. Okazalos', chto uglovaya skorost' tem vyshe, chem blizhe chastica k planete v soglasii so vtorym zakonom Keplera.
V sisteme Saturna blagodarya ego bol'shoi splyusnutosti vydelennoe polozhenie zanimaet ekvatorial'naya ploskost'. Teoretiki bystro vyyasnili, chto plotnyi roi chastic vblizi szhatoi planety prosto obyazan byt' ploskim ekvatorial'nym. Chastye neuprugie stolknoveniya gasyat poperechnye i radial'nye kolebaniya i vyravnivayut transversal'nye skorosti v sootvetstvii s zakonom ploshadei, tak chto chasticy, pervonachal'no zapolnyavshie toroobraznuyu oblast', bystro perehodyat na krugovye orbity v ekvatorial'noi ploskosti.
Vozvrashayas' v proshloe, otmetim, chto kol'co Saturna stalo pervym izvestnym v Solnechnoi sisteme pylevym kompleksom - tak budem nazyvat' sobranie tverdyh chastic razmerami ot mikrometra do kilometra. Pozdnee vyyasnilos', chto v izvestnom smysle vsya Solnechnaya sistema predstavlyaet soboi podobnyi kompleks. V poyase malyh planet iz-za postoyannyh stolknovenii obrazuetsya mnozhestvo vse bolee melkih chastic. K takomu zhe rezul'tatu privodit dezintegraciya komet. Ukazannye chasticy my registriruem kak meteory i meteority. Melkaya frakciya proyavlyaet sebya kak Zodiakal'nyi svet, peremeshayas' k Solncu blagodarya effektu Pointinga-Robertsona. Poslednii oznachaet tormozhenie solnechnym izlucheniem: dazhe padayushie perpendikulyarno traektorii solnechnye fotony imeyut otnositel'no dvizhusheisya chasticy komponentu skorosti, napravlennuyu protiv dvizheniya, to est' tormozyashuyu, podobno tomu kak vertikal'no idushii v bezvetrennuyu pogodu dozhd' b'et begushemu vsegda v lico. Geliocentricheskie pylevye poyasa obladayut interesneishimi svoistvami, no nel'zya ob'yat' neob'yatnoe, i dal'she my budem govorit' lish' o planetocentricheskih kompleksah, upomyanuv ob okolosolnechnom lish' radi obshei kartiny.
Vplot' do nedavnego vremeni kol'co Saturna schitalos' unikal'nym, ne imeyushim analogov i potomu s velichaishim trudom poddayushimsya issledovatelyam. Dazhe dva osnovnyh voprosa ostavalis' bez otveta. Vo-pervyh, otkuda kol'co vzyalos'? Vo-vtoryh, pochemu ono ne ischezlo? Obsuzhdalas' gipoteza obrazovaniya kol'ca razrusheniem sputnika prilivnymi silami. No obosnovannost' gipotezy edva prevyshala uroven' znamenitogo, a pochemu by i net! S otvetom na vtoroi vopros bylo eshe huzhe. Kol'co iz kamushkov i peschinok nesravnenno ustoichivee sploshnogo. No i ono za milliardy let sushestvovaniya Solnechnoi sistemy dolzhno bylo po sushestvovavshim v nebesnoi mehanike predstavleniyam razrushit'sya. Vremya ot vremeni stolknoveniya chastic drug s drugom vse zhe proishodyat. Orbital'naya energiya v rezul'tate etih processov pereraspredelyaetsya i v srednem umen'shaetsya. Nebol'shaya chast' meteoroidov kol'ca pokidaet sistemu Saturna, bChl'shaya vypadaet na ego poverhnost'. Za kosmogonicheskoe vremya kol'co dolzhno esli ne ischeznut', to istonchit'sya i perestat' byt' vidimym s Zemli dazhe v krupnye teleskopy. Logika podskazyvaet tri vozmozhnyh resheniya paradoksa vidimosti moshnogo kol'ca.
- Sushestvuyut processy, sinhroniziruyushie dvizheniya chastic (isklyuchayushie stolknoveniya ili podderzhivayushie okolokrugovye traektorii nesmotrya na stolknoveniya). Kol'co v celom ustoichivo. Segodnya ego vid nesil'no otlichaetsya ot togo, kotoryi voznik k koncu epohi formirovaniya sistemy Saturna.
- Nam prosto povezlo - kol'co obrazovalos' sravnitel'no nedavno, pri sablezubyh tigrah. Kogda ego zametyat s galaktiki Sombrero, nashi potomki zastanut lish' zhalkie ostatki ukrasheniya Saturna.
- Sushestvuet istochnik popolneniya chastic, kak v sluchae vodopada. My vidim stacionarnuyu kartinu potomu, chto upavshie chasticy vody vse vremya zameshayutsya novymi. Raznica lish' v skorosti zamesheniya - milliony let i sekundy sootvetstvenno.
Kol'co Saturna teryaet unikal'nost'
Razreshit' problemu dlya unikal'nogo ob'ekta neobychaino trudno. Pomosh' prishla neozhidanno. V 1977 godu proizoshlo pokrytie Uranom slaboi zvezdy SAO 158687. Registraciya sobytiya daet vazhnuyu informaciyu ob orbite Urana i svoistvah ego atmosfery, i potomu nablyudeniya velis' na neskol'kih observatoriyah. Izmeryalas' yarkost' zvezdy. Ozhidalsya takoi vid fotometricheskoi krivoi: gorizontal'naya pryamaya, difrakcionnye kolebaniya, nulevoi uroven' i simmetrichnoe povtorenie yavleniya. Vmesto etogo do pokrytiya blesk zvezdy snizhalsya neskol'ko raz, i simmetrichnaya kartina povtorilas' posle pokrytiya. Byl sdelan vyvod, vposledstvii polnost'yu podtverdivshiisya: Uran obladaet sistemoi kolec, kak i Saturn. Tol'ko kol'ca Urana nesravnenno menee moshnye, k tomu zhe oni sostoyat iz ochen' chernyh chastic v otlichie ot pokrytyh belym ineem meteoroidov vokrug Saturna. V 1979 godu tonkie kol'ca byli otkryty u Yupitera kosmicheskim apparatom (KA) "Voyadzher-1". Vskore oni byli vnov' sfotografirovany "Voyadzherom-2". Eti dva kosmicheskih razvedchika prinesli fenomenal'nuyu informaciyu o