Почему «сестра Земли» стала мертвым безжизненным миром, сколько планет на самом деле в Солнечной системе и почему корона Солнца в сотни раз горячее поверхности — честный ответ, пока неизвестно, но это не значит, что ученые не стремятся найти решение для этих загадок.
Современные космические обсерватории изучают самые далекие уголки Вселенной, вглядываясь в прошлое на миллиарды лет назад вплоть до эпохи Большого взрыва. Одновременно на «заднем дворе» нашей планеты — в Солнечной системе — остаются загадки, для которых нет однозначного объяснения. Собрали семь нерешенных вопросов, которые предстоит изучить будущим исследователям и космическим миссиям.
Что случилось с Венерой
Венеру — вторую от Солнца планету Солнечной системы — часто называют близняшкой Земли из-за сходства планет по размеру и массы. Но в отличие от нашего мира поверхность Венеры сейчас совершенно непригодна для жизни: бесплодные и сухие долины скрываются под плотной газовой оболочкой, которая давит на поверхности в 90 раз сильнее, чем на Земле. Более того, из-за парникового эффекта в атмосфере, состоящей практически исключительно из углекислого газа с плотными облаками из серной кислоты, температура на Венере превышает 460 °С.
Но ученые подозревают, что Венера не всегда была такой негостеприимной. Возможно, когда-то в прошлом поверхность планеты покрывал океан, создавая благоприятные условия для жизни. Несколько лет назад, используя компьютерное моделирование, ученые показали, что водная среда и комфортные для живых организмов условия могли сохраняться на протяжении миллиардов лет — достаточно для эволюции.
Планетологи считают, что изменение климата на планете связано с парниковым эффектом, который привел к нагреву планеты и испарению воды. Что могли спровоцировать такой апокалипсис остается загадкой. Есть две гипотезы, которые могут объяснить изменения.
Одни исследователи рассматривают влияние нагрева Солнца: миллиарды лет молодая звезда была на 30% тусклее, по мере увеличения яркости нагревалась планета, превращаясь в огненный ад. Другая гипотеза связывает формирование плотной атмосферы с активным вулканизмом на Венере. Масштабные выбросы углекислого газа из недр планеты могли спровоцировать усиливающийся парниковый эффект.
Будущие миссии, например, проектируемая НАСА станция DAVINCI, должны помочь восстановить, что на самом деле произошло на Венере. Анализ прошлого планеты поможет выявить процессы, которые управляют глобальными изменениями в окружающей среде, включая эволюцию обитаемости планет. Это поможет понять, возможны ли аналогичные изменения на Земле.
Как образовалась Луна
До высадки на Луну планетологи думали, что знают, как образовался спутник нашей планеты. Преобладающая теория заключалась в том, что кусочки пыли, оставшиеся в протопланетном диске после образования Солнца постепенно слипались воедино. Так формируются планеты, и так же могли сформироваться и их спутники.
Существующие теории потеряли популярность, когда в конце 60-х и начале 70-х годов XX века станции миссии «Аполлон» впервые доставили с поверхности Луны образцы грунта. Тип и состав пород показал, что Луна во время формирования представляла собой расплавленную поверхность и была покрыта глубоким океаном магмы в течение десятков и сотен млн лет. Такая среда могла сформироваться только в результате мощного катастрофического события с огромным выбросом энергии, но никак не в результате медленного соединения космических камней.
Более того, базальтовые породы мантии Луны оказались поразительно похожи на базальтовые породы мантии Земли. А изотопы кислорода и других элементов, запечатленные в образцах, слишком точно соответствовали земным породам, чтобы сходство было случайным.
Исследователи предложили несколько альтернативных гипотез, которые могли бы объяснить такое сходство. Во-первых, Луна могла сформироваться как часть Земли и позже отделиться от нашей планеты в результате неизвестного события. Во-вторых, Луна могла сформироваться в другом месте Солнечной системы, в этом случае гравитация Земли просто захватила и удержала спутник.
Но наиболее популярная гипотеза предполагает столкновение ранней Земли с планетой размером с Марс — Теей. Это «космическое ДТП» могло привести к выбросу расплавленной материи на орбиту, из которой со временем сформировалась Луна. Косвенные подтверждения гипотезы нашли в недрах Земли — возможные следы древнего столкновения. Но, как и у альтернативных версий, у этой остаются нерешенные вопросы.
Завезли ли люди жизнь на Луну
Безжизненная поверхность Луны — одно из последних мест, на которых исследователи ищут жизнь. И все же именно там, по крайней мере, в течение какого-то времени могли существовать бактерии. Во время пилотируемых космических полетов программы «Аполлон» астронавты оставили на поверхности спутника 96 мешков с отходами жизнедеятельности — мочи и кала.
Человеческие отходы, и в частности фекалии, изобилуют микробной жизнью. Астронавты непреднамеренно перенесли бактерий с Земли в экстремальную среду, создав интересный астробиологический эксперимент.
Некоторые исследователи хотели бы получить доступ к этим образцам, которые провели десятки лет под воздействием солнечного и космического излучения. Каким мутациям подверглись бактерии, смогли ли они сохранить жизнеспособность и, соответственно, сможет ли бактериальная жизнь пережить межпланетные или даже межзвездные путешествия — пока остается загадкой.
Существует ли настоящая девятая планета
С 2006 года считается, что в Солнечной системе всего восемь планет: Плутон признали карликовой планетой и крупнейшим объектом пояса Койпера, который не соответствует статусу планеты. Но всего через десять лет в 2016 году астрономы Калифорнийского технологического института Майк Браун и Константин Батыгин заявили, что освободившееся место может занять другой объект, скрывающийся на окраинах системы.
Анализируя орбиты нескольких особенно удаленных объектов в поясе Койпера, исследователи обнаружили скрытую гравитацию от достаточно массивного космического тела — по оценкам в 5–10 раз больше Земли, которое влияло на другие карликовые планеты и астероиды. Хотя ученым пока не удалось обнаружить таинственный объект, данные наблюдений, основанные на изучении орбит большего количества транснептуновых объектов, косвенно подтверждают гипотезу.
Впрочем, существуют и альтернативные объяснения. Например, девятая планета на самом деле может быть крошечной черной дырой — слишком маленькой для обнаружения, но достаточно массивной, чтобы искривлять пространство-время вокруг себя.
Кроме того, наблюдаемые эффекты может объяснять теория Модифицированной ньютоновской динамики (MOND). Это гипотеза, разработанная для объяснения необычно быстрого вращения звезд на окраинах галактики.
Стандартная космологическая модель предполагает существования невидимой темной материи — считается, что ее неравномерное распределение между диском галактики и ее гало объясняет ускоренное движение звезд. В MOND при больших скоростях вращения модифицируется гравитационный закон Исаака Ньютона. Этот же эффект, как показало моделирование, может влиять и на движения объектов на дальних окраинах Солнечной системы.
Пока ни одна из гипотез не имеет достаточных подтверждений, чтобы исключить все альтернативы. Будущие наблюдения с помощью проектируемых и строящихся мощных наземных телескопов, изучающих пояс Койпера, возможно, поставят точку в этом спору.
Что нагревает солнечную корону
В то время как поверхность Солнца разогревается примерно до 5500 °C, температура короны — верхней разреженной атмосферы звезды — на расстоянии в несколько десятков тысяч км может достигать 2 000 000 °С. Эта особенность, открытая астрономами еще в середине XIX века, остается загадкой для исследователей: по мере удаления от ядерного «ректора» в центре звезды температура должна падать, но она растет.
В 1869 году во время полного солнечного затмения астрономы впервые изучили тусклую корону, обрамляющую скрытую Луной звезду. Это наблюдение выявило экстремальную температуру, которую ученые сначала приписали неизвестному химическому элементу — «коронию». Позже стало понятно, что это не новый элемент, а обычное железо, но разогретое до невообразимых температур.
Одно из возможных объяснений этой загадки — это теория альфвеновских волн. Распространяясь в плазме вдоль силовых линий магнитного поля звезды, они могут толкать протоны и электроны над поверхностью Солнца. Астрономы полагают, что заряженные частицы, вызванные этим явлением, могут переносить энергию в корону и нагревать ее. Но хотя существование этих волн на Солнце подтверждено наблюдениями, их роль в нагреве остается загадкой.
Другая теория предполагает, что нановспышки, подобные взрывам огромной резиновой ленты, разрывают корону. Когда силовые линии плазмы скручиваются слишком сильно, происходит взрывное событие, называемое магнитным пересоединением, вызывающее выброс энергии. Теоретически, такие события также могут приводить к нагреву корону.
И нановспышки, и поперечные волны обнаружены на Солнце, но, какова роль каждого из этих явлений в нагреве короны, пока неясна. Вблизи от нашей звезды работают две солнечные обсерватории «Паркер» и Solar Orbiter. Исследователи используют каждое сближение, чтобы узнать больше деталей о сложных процессах в солнечной короне.
Почему Пояс Койпера внезапно заканчивается
Пояс Койпера — это огромная область Солнечной системы, образующая кольцо вокруг Солнца сразу за орбитой Нептуна и состоящая из миллиона маленьких каменистых и металлических тел. Он очень похож на Главный пояс астероидов между Марсом и Юпитером. Помимо крошечных объектов в этой области обнаружены карликовые планеты — самая известная из которых Плутон.
Внутренний край пояса Купера начинается на орбите Нептуна, примерно в 30 а.е. от Солнца, а заканчивает примерно в 55 а.е. от звезды. При этом количество наблюдаемых объектов у внешней границы внезапно падает, хотя теоретические модели предсказывают постепенное увеличение количества объектов.
Одно из возможных объяснений этого эффекта — мы просто пока не можем наблюдать крошечные объекты, расположенные на огромном расстоянии от Земли, но на самом деле они там есть. Эту гипотезу косвенно подтверждают данные «Новых горизонтов»: корабль, который проходит у предполагаемой внешней границы, обнаружил высокую плотность пыли. Эти данные указывают, что пояс Койпера может простираться, как миниму до 80 а.е. от Земли.
Другая версия, объясняющая небольшое количество заметных объектов на внешней границе системы — существование неизвестной девятой планеты или некой другой, гравитация которой расчистила орбиту, собрав или отбросив астероиды и метеоры.
Почему у спутника Сатурна есть атмосфера
В Солнечной системе открыто более 150 спутников, но Титан — единственный из них с плотной атмосферой. На поверхности этого спутника Сатурна атмосферное давление всего на 60% выше, чем на Земле. Это наиболее близкое к нашей планете значение — у похожих на нашу планету Марса и Венеры плотность атмосферы на два порядка меньше и больше земной соотвественно.
Атмосфера Титана состоит в основном из азота (около 95%) и метана (около 5 процентов), а также небольшого количества других богатых углеродом соединений. В верхних слоях молекулы метана и азота расщепляются ультрафиолетовым светом Солнца и высокоэнергетическими частицами, ускоряемыми в магнитном поле Сатурна. Части этих молекул рекомбинируются, образуя сложную органику.
Метан в атмосфере Титана делает возможным его сложный химический состав атмосферы, но откуда он поступает, остается загадкой. Поскольку солнечный свет постоянно расщепляет молекулы на составляющие, какой-то источник должен пополнять запасы газа, иначе со временем он истощится. Исследователи подозревают, что метан может попасть в атмосферу Титана в результате криовулканизма, но, возможно, задействован и иной процесс.
Читать далее:
Бывший инженер НАСА заявил, что изобрел космический двигатель, которому не нужно топливо
«Вояджер-1» передал на Землю читаемые данные после пяти месяцев абракадабры
Посмотрите на сотни черных «пауков», которые заполонили Марс весной
На обложке: Солнечная система. Изображение: Julay Cat, Flickr, CC BY-NC-SA 2.0 DEED