7 загадочных открытий, сделанных космическими аппаратами в Солнечной системе

Человечество только недавно вышло в космос. Ползая и суетясь на планете Земля, мы умудрились осуществить ряд амбициозных космических проектов по исследованию Солнечной системы, доказав тем самым, что не всегда «рожденный ползать, летать не может». За последние 70 лет мы с помощью роботов и космических беспилотных аппаратов, будто тонкими чувствительными пальцами, «ощупали» окружающий космос, насколько могли дотянуться. И космос, хоть и неохотно, но открывает нам свои тайны: многие предположения и гипотезы ученых подтвердились. Но и неожиданных сюрпризов, перевернувшись наше представление о развитии Солнечной системы, тоже было очень много.

А в эту подборку вошли открытия, сделанные космическими аппаратами, которые в настоящий момент еще точно не объяснены, и решение их загадки пока впереди.

1. Эффект «Пионеров»

Когда в 60-х годах прошлого века NASA запустило два совершенно одинаковых космических аппарата с небанальным названием Pioneer (10-й и 11-й по номеру) для исследования двух ближайших к Земле газовых гиганта — Юпитера и Сатурна, у них была большая программа исследований, которая практически полностью была осуществлена. Сразу предполагалось, что «Пионеры» после окончания этой основной программы отправятся к границам Солнечной системы для проверки наличия 10-й планеты, ну и просто, чтобы посмотреть, что там такое. И поэтому на оба аппарата были помещены золотые пластинки, подготовленные Карлом Саганом и его женой, с изображением того, что по мнению опять же Сагана и его жены будет интересно узнать инопланетянам, коли вдруг они пересекутся с «Пионерами».

Впрочем, с инопланетянами «Пионеры» на момент последнего контакта в конце 90-х — начале нулевых так и не встретились, зато обнаружилось кое-что другое, весьма неожиданное. При расчете скорости удаления аппаратов по частоте приходящих от них сигналов выяснилось, что «Пионеры» притормаживают, то есть у них обнаруживается аномальное отрицательное ускорение. И хотя это аномальное ускорение очень маленькое — 1 нанометр в секунду за секунду, то есть за год оно изменит скорость аппарата на 3 см/с, оно все равно гораздо выше погрешности действия любой известной силы: гравитации Солнца, галактики, ближайших планет и т.д. Таким образом, получается, что на границе Солнечной системы на «Пионеры» начала действовать какая-то неучтенная сила. И вот это был вопрос: а что за сила?

Попыток объяснить эту аномалию было предостаточно [1]. Вплоть до криков ужаса, что мы не сможем покинуть Солнечную систему, нас, мол, не пускают. Часть разумных объяснений относилась к определению влияния каких-нибудь внешних сил: межпланетное магнитное поле, межпланетная пыль, солнечный ветер, темная материя… Но тогда оказывалось бы, что и на планеты эти силы должны действовать, и при пересчете на их массу, это влияние должно было бы быть заметным, а этого не наблюдается. Также звучали варианты, что теория гравитации не действует или действует не так, как теоретически предполагается, но для подтверждения этих гипотез попросту не хватает данных. Потому что, опять же, другие тела, например, планеты, ведут себя вполне предсказуемо. Были еще варианты, касающиеся причин, связанных с самим аппаратом: влияние радиоизлучения его антенны, утечки различных веществ, образующихся от процесса функционирования аппарата, или даже утечка газа из корректирующих двигателей. В итоге после расчетов оказалось, что величину торможения аппарата могло бы объяснить только неравновесное излучение тепла аппаратами в космос, ибо у «Пионеров» плутониевые генераторы расположены асимметрично [2]. И вроде бы на этом объяснении успокоились…

Однако позднее оказалось, что такое же аномальное торможение есть не только у «Пионеров», но и у «Кассини», «Галилео» и «Улисса». А поскольку аппараты совершенно разные по структуре и по идее не могут вызывать одинаковых отрицательных ускорений, проблема снова оказалась открытой. В настоящий момент, однако, исследовать ее нет возможности, поскольку неизвестно, когда Земля в следующий раз запустит новые миссии к границам Солнечной системы с аналогичной точностью навигации. Но что любопытно, группа ученых, обнаружившая аномальное торможение «Пионеров», также нашла отклонения в положительном ускорении космических аппаратов, совершавших маневры возле планет [3]. Так что решение этой интереснейшей загадки все еще впереди.

2. Шестиугольник на Сатурне

Шестиугольник на северном полюсе Сатурна был впервые сфотографирован «Вояджерами» еще в 70-х годах прошлого века, а впоследствии более детально изучен с помощью автоматической межпланетной станции «Кассини».

Оказалось, что этот шестиугольник или гексагон — это атмосферный вихрь, уходящий вглубь планеты на сто и более километров. И до сих пор не определены причины возникновения такой структуры. Хотя в лаборатории Оксфорда и удалось смоделировать похожий гексагон [4], это объяснило только условия его устойчивости, но не причины возникновения [5].

К тому же, согласно новейшим исследованиям похожие структуры есть и на Юпитере, и на Венере. Аналогичные шторма на обоих полюсах Юпитера обнаружил космический аппарат Juno в 2016 году, который с тех пор сделав несколько пролетов, заснял это масштабное явление в ИК-диапазоне. Выяснилось, что в отличие от сатурнианского гексагона, полярный шторм Юпитера не вполне стабилен: при первом пролете Juno это был пятиугольник, который затем стал шестиугольником, отдаленно напоминающем сатурнианский [6]. Вопрос о постоянной устойчивости Юпитерианских штормов остается открытым.

Обнаружение венерианского полярного шторма стало результатом работы японского космического аппарата «Акацуки», который особенно продуктивно работал в 2015 году, и снимал Венеру в различных диапазонах волн [7]. Конечно, венерианский шторм не похож на геометрически правильные образования газовых гигантов, но так и Венера — планета не газовая. Венерианский шторм похож на своеобразную «восьмерку», танцующий гигантский парный циклон [8].

Получается, что даже просто плотная атмосфера совсем не газовой планеты формирует полярные шторма. И спрашивается, почему аналогичного шторма нет в атмосфере Земли? В любом случае, в решении этой загадки лежит открытие неизвестного пока закона физики атмосферы.

3. Метановые выбросы на Марсе

Есть ли жизнь на Марсе или нет — это классический вопрос науки астрономии, почти такого же масштаба и неопределенности как «быть иль не быть» у Шекспира. Однако в последнее время стало, по крайней мере, ясно, что жизнь на Марсе могла быть. Спасибо Марсианской научной лаборатории Curiocity, которая с 2012 года ползает по кратеру Гейл на Марсе в поисках чего-нибудь, в том числе, и воды. Особенно, ученых интересуют, конечно, признаки наличия жизни. Как известно, одним из основных биомаркеров является метан. Потому что метан нестабилен под воздействием ультрафиолета, и его присутствие с большой вероятностью может сказать за наличие постоянного источника, а самый простой постоянный источник метана, по идее, органика. Вот поэтому Curiocity с момента своего прибытия постоянно мониторит уровень метана.

И что же?! Хотя с самого начала своей работы Curiocity не обнаружил никаких признаков метана, уже через несколько месяцев он засек первые всплески его концентрации [9], которые периодически случались на протяжении всего периода работы аппарата. Всплеск самой высокой аномальной концентрации метана произошел летом 2019 года, когда ее значение достигло 21 частей на миллиард [10], а потом также загадочно снизилось до фонового уровня до 1 части на миллиард.

Пока ученые не могут точно сказать, какова природа происхождения метановых выбросов на Марсе: биологическая или геологическая. Попросту мало данных. Но исключать возможного присутствия органики под поверхностью планеты нельзя.

4. Особенности происхождения планет

В настоящий момент есть две основные общепринятые теории возникновения планет: аккреционный сценарий налипания вещества на «затравочные» каменные ядра, и гравитационная неустойчивость протопланетного вещества, в котором из-за гравитации образуются первичные нестабильности, которые приводят к формированию планет. Любая космическая миссия обязательно рассчитана на то, что вопрос происхождения Солнечной системы прояснится с помощью новых полученных данных, но оказалось, что все не так просто.

Например, Меркурий, исследования которого проводились миссиями «Маринер-10» и «Мессенджер», оказался аномально плотной планетой. Его ядро занимает 85% радиуса и 55% объема (для сравнения, у Земли это значение 17%) [11]. Долгое время эту аномалию пытались объяснить с помощью ударного происхождения Меркурия. Однако «Мессенджер» выяснил, что на Меркурии присутствует много летучего элемента калия, который, по идее, в случае катастрофических эпизодов в истории планеты, должен улетучиваться [12]. Возможно, близость Солнца как-то внесла свои коррективы в происхождение Меркурия, но этот вопрос пока открыт.

Другим камнем преткновения в сложившихся теориях происхождения планет явился Юпитер. Дело в том, что с точки зрения аккреционного сценария, у Юпитера должно быть твердое ядро, а с точки зрения гравитационной неустойчивости —газовый гигант может быть полностью газовым. Но космический аппарат Juno в последний свой маневр в 2019 году обнаружил, что атмосфера Юпитера простирается гораздо глубже ожидаемого — до 3000 километров вглубь атмосферы, а потом планета вращается как твердое тело, и никаких признаков каменного или ледяного ядра нет [13]. Конечно, это не значит, что его нет или не было. Но проблематика строения Юпитера при решении обязательно внесет коррективы в понимание космогонических процессов.

Загадочным фактом оказалась также относительно молодая поверхность Плутона, на исследование которого был запущен аппарат New Horizons. частично поверхность карликовой планеты очень бедна на кратеры, что говорит о ее молодости [14]. С точки зрения происхождения Солнечной системы и, в частности, Плутона — это необъяснимо.

Конечно, в копилку загадок можно добавить необычный наклон оси Урана, который летит вокруг Солнца фактически «на боку». Но это открыли не космические аппараты.

5. Происхождение комет

Совсем недавно началась эпоха посещения комет с помощью автоматических аппаратов. Самым ярким событием было свидание «Розетты» с кометой Чурюмова-Герасименко, результаты которого анализируются до сих пор. Однако не менее, а то и более интересным результатом был сбор и доставка на Землю вещества из хвоста кометы Вилда-2 миссией StarDust.

Ученые полагают, что как раз кометы являются самыми древними обитателями Солнечной системы, поэтому хранят в себе «отпечаток» состава протопланетного облака. Комета Вилда-2 интересна тем, что на момент встречи с аппаратом StarDust, это было ее всего лишь пятое сближение с Солнцем. До этого она вращалась в поясе Койпера. То есть ее поверхностный состав еще не изменился под действием солнечного ветра и жара, и потому мог рассказать ученым о ранней эпохе формирования Солнечной системы [15].

Для сбора вещества их хвоста кометы была разработана специальная ловушка, размером 1 м^2, заполненная специальным силикатным материалом, в котором частицы кометного вещества, увязали без особого повреждения. И вот в 2006 году специальная капсула доставила это вещество на Землю.

Результаты анализа этого вещества удивили ученых. По идее, комета, прилетевшая с холодных окраин Солнечной системы, должна состоять из обычного «холодного» вещества, и, в принципе, эти ожидания оправдались: на 80% комета схожа с рыхлыми углистыми хондритами, наиболее распространенными метеоритами в системе. Но 10% вещества кометы, оказалось, имеет «горячую» историю, поскольку некоторые частички вещества имеют кристаллическую структуру и следы оплавления, требующие температуры до 1700 К [16]. Откуда в истории пришельца из холодной древности «горячие» моменты — загадка, не нашедшая объяснения до сих пор.

6. Спицы в кольцах Сатурна

Сами по себе кольца вокруг Сатурна являются загадочным образованием. Неясно, образовались ли они из разрушенного под силой гравитации Сатурна спутника планеты или являются остатками протопланетного вещества, не вошедшего в состав Сатурна. И это еще предстоит выяснить. Но вот так называемые «спицы» в кольцах, обнаруженные еще «Вояджером 2» в 70-х годах, представляют собой особенную загадку в жизнедеятельности газового гиганта.

«Спицы» — это попросту темные полосы в структуре колец, вызванные переформированием вещества. По какой причине происходит такое переформирование до конца неясно. Поскольку эти «спицы» то присутствуют, то рассасываются, то их происхождение точно не связано с происхождением самих колец. Основной претендент на объяснение — это магнитное поле и молнии на Сатурне, которые каким-то образом передают заряд частицам кольца, вызывая у них «слипание».

Однако сам процесс передачи заряда опять же неизвестен, и это еще одна загадка [17].

7. Океаны Европы и Энцелада

Мечта человечества — найти жизнь на других планетах. Поэтому поиск планет или спутников планет — это существенная часть программы космических исследований. Еще «Вояджер» в 1979 году обнаружил, что спутник Юпитера Европа — это планета-океан, скрытый под скорлупой многовекового льда. Многолетние исследования ученых показали, что химический баланс океана Европы весьма близок к Земному, что повышает вероятность наличия жизни [18]. Конечно, никто не ожидает, что жизнь будет высокоразвитая, но ее наличие хотя бы на уровне простейших бактерий — это уже было бы большим прорывом в нашем понимании процессов зарождения жизни во Вселенной.

Поэтому одной из самых ожидаемых миссий будет миссия на Европу с целью поиска следов биологической жизни. Конечно, она связана с рядом трудностей, ведь лед на Европе толщиной 100 км по разным данным. Но недавно там были открыты гейзеры, выводящие вещество на орбиту спутника. Что в разы упрощает получение вещества изнутри Европы для анализа.

Однако недавно обнаружилось, что у Европы есть соперник: тоже неплохой кандидат на наличие внеземной жизни, а именно — Энцелад. Этот спутник Сатурна тоже является океаном, покрытым ледяной коркой. Также на нем имеются гейзеры, выносящие вещество на многие километры над поверхностью, которое еще и образует кольцо Е вокруг Сатурна. Но главным открытием стал результат исследований аппарата «Кассини», который в момент последнего пролета перед своей гибелью обнаружил наличие сложной органики в гейзерах Энцелада [19]. Уже существуют проекты по отправке миссий к Энцеладу, но они пока далеки от реализации [20].

Так что теперь скорее актуален вопрос «Есть ли жизнь на Энцеладе», чем на Марсе.

***

Загадок и открытий в Солнечной системе, на самом деле, очень много. Мы и свою планету знаем недостаточно хорошо, что говорить о Солнечной системе?! Многие из загадок, с которыми сталкиваются ученые в процессе реализации космических исследовательских проектов, не всегда озвучиваются для общественности: ведь гораздо приятнее рассказывать об оправданных ожиданиях ученых на деньги налогоплательщиков, чем об открытиях, выбивающих почву из под ног. Видимо, чтобы лишний раз не слышать, мол, «чем вы там занимаетесь, ученые, тоже мне, вы вообще нам все врете, и Земля вообще плоская»!

Но рано или поздно, под старость или во цвете лет человечества мы все равно узнаем обо всех тайнах хотя бы ближайшего космоса.

Источник: m.vk.com