Последняя планета. История исследований Нептуна

Нептун является самой далекой планетой в Солнечной системе. По крайней мере, сейчас. В прошлом он уже однажды потерял это звание, и нельзя исключать, что в будущем это произойдет снова.

В любом случае, с учетом огромного расстояния до Нептуна, он — весьма сложная цель для изучения. Тем не менее, ученым все же удалось раскрыть некоторые из тайн восьмой планеты. И сегодня поговорим о том, как именно это было сделано.

Открытие на кончике пера

В отличие от всех остальных планет Солнечной системы, Нептун ни при каких условиях не получится увидеть на небе невооруженным глазом. Поэтому его наблюдения стали возможны лишь после изобретения телескопа. Первым человеком, увидевшим восьмую планету, стал Галилео Галилей. На сделанных ним зарисовках, датированных 28 декабря 1612-го и 27 января 1613 года, ученый указал небольшую звездочку. Согласно произведенным уже в наше время расчетам, Галилей заметил именно Нептун. К сожалению, его телескоп оказался слишком слаб, чтобы он мог рассмотреть диск планеты.

Впрочем, некоторые исследователи утверждают, что Галилей как минимум заподозрил, что наблюдаемое ним тело не было обычной звездой. Даже если это и так, итальянский астроном не оставил никаких конкретных записей по этому поводу.

Впоследствии Нептун еще несколько раз наблюдался астрономами, но никто не распознал в нем планету. Его официальное открытие стало возможным лишь благодаря астрономическому детективу, развернувшемуся в первой половине XIX века.

Дело в том, что после обнаружения Урана ученые заметили, что он движется по своей орбите не совсем так, как должен был бы в соответствии с законом всемирного тяготения. Появилось предположение, что это спровоцировало влияние на него гравитации пока еще не открытой восьмой планеты. В результате между астрономами из Франции и Англии началась своеобразная гонка за право первым найти «возмутителя спокойствия».

В итоге победу в этом соревновании одержала Франция. Французский математик Урбен Леверье произвел расчеты, позволившие определить примерное положение неизвестной планеты. Далее он отправил свою работу астроному Иоганну Галле из Берлинской обсерватории. Галле получил письмо от Леверье 23 сентября 1846 года, после чего немедленно начал наблюдения. С помощью студента Генриха д’Арре буквально в ту же ночь он нашел неизвестную планету очень близко от места, указанного Леверье. Это открытие стало одним из величайших научных триумфов XIX века.

Как и в случае с Ураном, достаточно быстро разгорелся спор о том, как следует назвать вновь открытую планету. Иоганну Галле импонировало имя Янус, но оно не понравилось Урбену Леверье. Утверждая, что именно он вправе именовать открытую планету, Леверье первоначально предложил название «Нептун». Затем математик передумал и заявил, что ее следует назвать в его честь — Леверье. Но этот вариант категорически не устроил астрономов за пределами Франции. Рассматривалось еще и название «Океан», также не сникавшее широкой поддержки. Так что в итоге за восьмой планетой все же закрепилось имя Нептун.

164 года на оборот вокруг Солнца

С самого начала изучение Нептуна очень серьезно затруднялось весьма внушительным расстоянием до планеты, ведь она находится за 4,5 млрд км от Земли. На то, чтобы совершить один оборот вокруг Солнца, Нептуну требуется 164 года. Собственно говоря, за время, минувшее после открытия планеты, по ее календарю прошло лишь чуть больше года.

Тем не менее пускай и по крупицам, астрономы постепенно собирали кое-какую информацию о планете. Оказалось, что по своим размерам Нептун немного меньше, а вот по массе — больше Урана. Вскоре после обнаружения планеты астрономам удалось выяснить, что у нее есть довольно крупный спутник, его назвали Тритон. В дальнейшем открытия следующего спутника пришлось ждать больше века. Сейчас мы знаем, что все остальные луны Нептуна крайне малы. Их суммарная масса составляет лишь половину процента от массы Тритона.

Это связано с тем, что Тритон «не родной» спутник Нептуна. Он движется вокруг него по ретроградной орбите, которая сильно наклонена к плоскостям эклиптики и экватора планеты. Данное обстоятельство говорит о том, что Тритон является захваченным объектом. Скорее всего, изначально его орбита пролегала в поясе Койпера. Но в какой-то момент гравитация Нептуна захватила Тритон и перевела его на постоянную орбиту вокруг планеты.

Подобное событие практически наверняка разрушило орбиты тогдашних спутников планеты. По всей видимости, изначально когда-то Нептун обладал семейством крупных лун, сопоставимых с лунами Урана. Но захват Тритона привел к их столкновению друг с другом и полному разрушению. В конце концов от них осталось лишь несколько крошечных спутников.

Еще одно важное открытие было сделано в 1984 году, когда выяснилось, что у Нептуна есть кольца. Они довольно узкие и тусклые и уступают по сложности своей структуры не только кольцам Сатурна, но и кольцам Урана.

В то же время у них есть и уникальная особенность. Одно из колец Нептуна содержит несколько дуг, которые существуют по отдельности и не сливаются в единую структуру. Астрономы объясняют этот феномен тем, что вещество дуг удерживается в равновесии малыми спутниками Нептуна, выступающими в роли своеобразных «пастухов».

Встреча на краю Солнечной системы

Как и Уран, за всю историю исследований Нептун посещал лишь один космический аппарат. Это произошло в 1989 году, когда рядом с планетой пролетел легендарный зонд Voyager 2. К тому моменту его путешествие длилось уже двенадцать лет — и это при том, что гарантийный срок службы аппарата составлял всего четыре года. В связи с этим любопытно упомянуть, что первоначально само NASA оценивало всего лишь в 40% вероятность того, что Voyager 2 сохранит свою работоспособность к моменту встречи с Нептуном. К счастью, аппарат посрамил всех скептиков.

Историческая встреча на краю Солнечной системы состоялась 25 августа 1989 года. Voyager 2 пролетел на высоте 4950 км над северным полюсом планеты.

Визуально Нептун оказался намного красивее Урана. В его атмосфере даже нашелся крупный атмосферный шторм, который по аналогии с Большим красным пятном назвали Большим темным пятном. Его диаметр превышал диаметр Земли. Правда, Большое темное пятно оказалось не таким долгожителем, как его знаменитый собрат, и исчезло уже к 1994 году. Также Voyager 2 сумел зарегистрировать ураганные ветра, дующие в атмосфере планеты. Их скорость достигала 600 м/с, что является рекордом для Солнечной системы.

Своим внутренним строением Нептун оказался похож на Уран. Атмосфера планеты состоит из водорода и гелия, под ней расположена ледяная мантия из воды, метана и аммиака, а в самом центре находится каменное ядро. Поэтому, как и Уран, Нептун сейчас классифицируется как ледяной гигант.

Нептун походит на Уран и своим магнитным полем. Оно наклонено на 47° относительно оси вращения планеты и ассиметрично: его центр смещен примерно на 0,55 радиуса планеты от ее центра. До прибытия Voyager 2 к Нептуну ученые полагали, что смещенная магнитосфера Урана — результат его аномального вращения. Однако теперь стало понятно, что это общая черта ледяных гигантов, по всей видимости, связанная с особенностями их внутреннего строения.

Voyager 2 сфотографировал кольца Нептуна и нашел несколько его ранее неизвестных спутников. Но главной звездой пролета, пожалуй, стал Тритон. Оказалось, что это весьма активное тело. На его поверхности обнаружен ряд азотных гейзеров, высота выбросов которых достигает 8 км. Voyager 2 даже сумел сфотографировать азотные облака, сформировавшиеся в крайне разреженной атмосфере Тритона.

Помимо этого, в районе экватора спутника обнаружились подобия замерзших озер с берегами в виде ступенчатых террас. Высота их «ступеней» может достигать километра. Сейчас считается, что после того как Тритон был захвачен гравитацией Нептуна, его орбита постепенно менялась. Приливное взаимодействие с планетой привело к тому, что поверхность спутника несколько раз расплавлялась, а затем застывала, что и привело к образованию подобных структур.

Более того, последующее компьютерное моделирование, выполненное на основе данных Voyager 2, указало на довольно интригующую возможность. Не исключено, что в недрах Тритона все еще может существовать целый океан, в котором вполне могут быть условия, способствующие поддержанию жизни.

Анализ данных Voyager 2 позволил разрешить загадку Планеты X — гипотетического небесного тела, оказывающего влияние на орбиту Урана. Его поиски в свое время привели к открытию сначала Нептуна, а затем, когда его массы оказалось недостаточно, чтобы объяснить все зафиксированные отклонения — и Плутона. Но измерения Voyager 2 показали, что масса Нептуна изначально была определена с погрешностью, примерно соответствующей массе Марса. Когда ее учли, исчезли все кажущиеся несоответствия в орбите Урана, а с ними — и надобность в Планете X в ее традиционном понимании.

Исследования Нептуна на современном этапе

По сей день Voyager 2 остается единственным земным посланцем, исследовавшим Нептун с близкого расстояния. К счастью, ввод в строй новых, более мощных телескопов дал возможность астрономам отслеживать погодные циклы планеты. К удивлению ученых, выяснилось, что несмотря на очень большое удаление от Солнца, состояние облачного покрова на Нептуне напрямую связано с циклами солнечной активности. Чем активнее наша звезда, тем ярче облака на восьмой планете — и наоборот.

Исследователям удалось найти еще несколько ранее неизвестных спутников Нептуна. Все они оказались весьма невелики.

В 2006 году Нептун впервые за 76 лет стал считаться последней планетой Солнечной системы. Это произошло после известного заседания Международного астрономического союза, принявшего решение «разжаловать» Плутон и лишить его статуса планеты.

Как и в случае с Ураном, организация новой космической миссии к Нептуну тормозится отсутствием необходимого финансирования, недостаточными (в случае с NASA) запасами плутония-238, который потребуется для ее энергообеспечения, а также весьма внушительным временем полета. Оно будет измеряться десятилетиями.

Тем не менее, различные команды исследователей предприняли несколько попыток получить добро на такой полет. Один из них был разработан командой, некогда построившей аппарат New Horizons. Их проект предполагал возведение автоматической станции, напоминающей аппарат Cassini, которая была бы выведена на постоянную орбиту вокруг Нептуна. Увы, но NASA так и не заинтересовало это предложение.

Более простая миссия под названием Trident участвовала в недавнем отборе по программе Discovery. Она предполагала отправку зонда, который бы изучил Нептун и Тритон с пролетной траектории. В случае одобрения визит Trident к восьмой планете состоялся бы в 2038 году. Увы, этот проект тоже не получил зеленый свет.

Вполне возможно, что следующий земной посланец, который встретится с Нептуном, будет построен в Китае. В настоящее время ученые из Поднебесной занимаются разработкой проекта миссии Interstellar Express. Она предусматривает отправку двух зондов для исследования гелиосферы. План полета предполагает, что один из них совершит пролет Нептуна в 2038 году. Но на данный момент неизвестно, одобрит ли китайское руководство этот проект.

В любом случае, остается надеяться, что рано или поздно какое-либо космическое агентство все же осуществит миссию к Нептуну и мы вновь увидим его. И хочется верить, что это произойдет раньше, чем планета совершит еще один оборот вокруг Солнца.