Разведка далеких планет

Рис. 8.6. Спутник Сатурна Япет – один из самых необычных: одна его половина – черная как уголь, а вторая – белая как снег. Япет обращается по орбите так же, как Луна вокруг Земли, – всегда одним и тем же полушарием вперед. Именно это полушарие загрязнено темным веществом, вероятно, из самого внешнего кольца Сатурна, открытого в 2009 г. Фото: «Кассини», NASA.

Таких тел оказалось 16, и все они действительно имеют сферическую форму. Однако и среди спутников меньшего размера тоже могут найтись достаточно пластичные объекты, способные сферизовать себя собственными силами. Это возможно, если в составе небольшого спутника много льдов. Поэтому спутники диаметром от 400 до 1000 км мы назовем кандидатами в планеты-спутники; таких оказалось три (табл. 8.2). Два из них сферические, а наименьший – Протей – угловатый. Возможно, нижняя граница диаметров планет-спутников близка к 450 км, но это еще предстоит уточнить.

Как видим, планеты-спутники нашлись рядом с каждой планетой-гигантом, а также у одной планеты земной группы и одной карликовой планеты. Любопытно, что в Солнечной системе нет ни одной планеты-спутника диаметром от 500 до 1000 км. Причину этого странного разрыва еще предстоит понять. Любопытно также, что все без исключения планеты-спутники и даже кандидаты обращаются по орбитам синхронно со своим суточным вращением, как Луна, постоянно демонстрируя планете-хозяину одно и то же свое полушарие. Причина синхронного вращения Луны известна – приливное влияние Земли. Несомненно, и у других планет-спутников причиной их синхронного движения служат приливы. Однако не ясно, почему все они располагаются в том диапазоне расстояний от планеты-хозяина, где приливы, очень быстро ослабевающие с расстоянием, оказались достаточно интенсивными для синхронизации их движения. Возможно, в этом есть какой-то космогонический смысл. Вот только какой?

Таблица 8.1 Планеты-спутники

Таблица 8.2 Кандидаты в планеты-спутники

Итак, мы определили планету-спутник как тело, способное своими силами изменить свою форму и за счет собственной гравитации обеспечить эволюцию своих недр. Именно в этом смысле мы называем такое тело «планетой». Но вторая часть термина – «спутник» – говорит о том, что в своем движении этот объект пленен более крупным телом: планетой-хозяином. Если иметь в виду осевое вращение планет-спутников, то это, без сомнения, так: все они находятся в полном подчинении у своей планеты, поскольку вращаются синхронно с обращением вокруг нее. О таких спутниках говорят, что они «приливно захвачены» (по-английски tidally-locked), то есть их осевое вращение и орбитальное обращение взаимно синхронизованы под влиянием гравитационного приливного эффекта со стороны планеты.

Однако перемещение планеты-спутника в пространстве требует отдельного анализа. Является ли планета-хозяин безоговорочным хозяином своих спутников? Нет ли у нее конкурентов? Действительно ли планеты-спутники находятся в гравитационном плену у своих более массивных соседей? Насколько крепок этот плен, да и плен ли это в прямом смысле слова? Может быть, это просто «мирное сосуществование» двух планет – худой и толстой, – их совместная «прогулка» по Солнечной системе? Чтобы оценить «уровень самостоятельности» объектов, которые мы назвали планетами-спутниками, давайте сравним гравитационное притяжение, действующее на них со стороны двух конкурентов – Солнца и планеты-хозяина (табл. 8.3). Используя ранее введенные обозначения, найдем ускорение спутника в сторону планеты:

и в сторону Солнца:

Очевидно, «уровень самостоятельности» планеты-спутника как члена Солнечной системы определяется отношением этих величин:

Если это отношение заметно меньше единицы, значит, спутник в плену у своей планеты. Если же оно больше единицы, то спутник движется в основном под влиянием Солнца, как нормальная планета Солнечной системы, а роль планеты-хозяина состоит лишь в том, чтобы синхронизовать движение самой планеты и ее спутника по близким околосолнечным орбитам. Такое движение – не плен, а скорее совместная прогулка. Из равенства  легко найти радиус так называемой сферы тяготения планеты, внутри которой доминирует ее гравитация:

Как видим (табл. 8.3), среди всех спутников-планет только у Луны  больше 1: Луна находится вне сферы тяготения Земли, она вдвое сильнее притягивается к Солнцу, чем к Земле! С этой точки зрения Луна – планета, а не спутник. Если внезапно остановить Землю, то Луна «бросит» ее и продолжит свой обычный путь вокруг Солнца. В чем причина такой уникальности Луны? Возможно, своим происхождением она отличается от других планет-спутников?

Таблица 8.3